Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Dalam sistem instalasi pemipaan fenomena kavitasi sering tidak
diperhatikan, sedangkan kavitasi sendiri adalah salah satu kerugian di dalam
sistem instalasi pemipaan. Yang disebut kavitasi adalah timbulnya gelembunggelembung dalam aliran fluida akibat penurunan tekanan pada fluida sehingga
tekanan tersebut di bawah tekanan uap jenuhnya. Gelembung-gelembung uap
dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun
pipa, tempat-tempat yang bertekanan rendah atau yang berkecepatan tinggi
didalam aliran sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi.
Pompa yang mengalami tekanan pada sisi hisap hingga dibawah tekanan
uap jenuhnya akan terbentuk gelembung-gelembung uap, lalu berkembang
mengikuti aliran zat cair sampai ketekanan yang lebih tinggi, selanjutnya
gelembung tersebut akan pecah karena tekanan sekelilingnya, hal ini yang disebut
dengan kavitasi. Gelembung-gelembung uap dapat terjadi pada zat cair yang
sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun pipa, tempat-tempat yang
bertekanan rendah atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran sangat rawan
terhadap terjadinya kavitasi.
Pompa yang dioperasikan dalam kondisi kavitasi akan menimbulkan suara
bising yang diakibatkan gelembung-gelembung uap pecah secara kontinyu karena
tekanan tinggi disekelilingnya. Getaran pada pompa akan muncul jika gelembunggelembung uap yang pecah dalam jumlah yang banyak mengenai dinding casing
dengan intensitas yang tinggi, semakin besar ukuran pompa semakin tinggi
getaran yang ditimbulkan, seperti yang terlihat pada gambar 1.1 bahwa kavitasi
menimbulkan rentang frekuensi yang lebih tinggi.
2
Gambar 1.1: Spektrum getaran pompa kondisi kavitasi ( W. Hubbard, 2004)
Fenomena kavitasi yang terjadi dalam impeler pompa sentrifugal akan
menyebabkan kerusakan-kerusakan mekanis yaitu terjadinya lubang-lubang yang
disebut erosi kavitasi (terlihat pada gambar 1.2). Kerusakan ini bisa terjadi pada
sudu maupun pada casing. Disamping terjadi kerusakan mekanis, pompa
sentrifugal juga akan mengalami penurunan head, kapasitas maupun efisiensinya
akan turun dan apabila kavitasi yang terjadi pada sudu pompa berlangsung lama
bisa mengakibatkan kerusakan permanen.
Gambar 1.2 : Kerusakan sudu pompa akibat erosi kavitasi (Suyanto, 2005)
3
Gejala-gejala yang ditimbulkan ini bisa diukur dengan perangkat pengukur
getaran (Effendy, 2006), selajutnya bisa dimanfaatkan sebagai database untuk
memetakan macam-macam respon getaran pada komponen mesin. Untuk melihat
dan menganalisis fenomena terjadinya kavitasi maka dibuatlah suatu rancang
bangun alat uji kavitasi melalui pengukuran secara eksperimental dengan
memvariasikan variasi debit, variasi penggunaan impeller 3 sudu (impeller dibuat
bopeng-bopeng dengan 5 variasi) dan variasi penggunaan impeller. Dengan
demikian mampu memudahkan untuk mengamati terjadinya kavitasi, bagaimana
kavitasi terjadi, faktor–faktor apa saja yang menyebabkan terjadinya kavitasi,
serta bagaimana cara mencegah terjadinya kavitasi. Dengan demikian fenomena
kavitasi dapat dilihat, dianalisis, dan dicegah.
1.2. Waktu dan Tempat
Penelitian ini merupakan riset yang dilakukan secara eksperimental di
laboratorium. Mengingat keterbatasan alat pengukur getaran di UMS, maka dalam
pengambilan data diperlukan mitra yang memiliki peralatan pengukur response
getaran, sedangkan perakitan sistem yang dipergunakan untuk membuat sistem
pompa berkavitasi direncanakan di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Waktu Penelitian
: Dilakukan mulai Maret 2009 hingga Maret 2011
Tempat Penelitian
: 1. Lokasi pembuatan model sistem dan analisis data di
laboratorium Teknik Mesin UMS
2. Lokasi pengukuran getaran di di laboratorium Teknik
Mesin UGM
1.3. Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah
1. Pompa sentrifugal, motor penggerak, puli-puli, listrik
2. Peralatan bantu : pipa paralon, pipa transparan selang, katup, bak air,
3. Perangkat pengukur getaran : B and K, accelerometer, kabel transducer
4. Alat ukur bantu : Rotameter
4
1.4. Desain Penelitian
Desain pada eksperimen ini adalah awalnya menciptakan instalasi pompa
pada kondisi berkavitasi merujuk persamaan 1, serta menambahkan impeler
berlubang (bopeng-bopeng) akibat erosi kavitasi. Pompa sentrifugal diletakkan
pada dudukan pada posisi paling atas sendiri. Pompa dibaut pada dudukan dan
diantara pompa dengan dudukan diberi peredam yang bisa dibuat dari karet, kayu
atau sejenisnya. Motor listrik diletakkan dibawah pompa sentrifugal dan
pemasangan pada dudukan diberi peredam karet dan dibaut. Pada sisi isap
sebelum masuk rumah pompa didekat dinding casing pompa dan juga pada sisi
discharge dipasang manometer. Setelah aliran melewati saluran pada pipa tegak
dipasang alat ukur rotameter yang digunakan untuk mengukur kapasitas dan
kecepatan pompa. Pengukuran perubahan suhu dilakukan pada air antara sebelum
dan setelah pengujian.
Untuk mendeteksi apakah pompa tersebut mengalami kavitasi atau tidak
maka dilengkapi dengan pipa transparan disisi hisap dan sisi tekan.
Gambaran umum desain eksperimen tentang kavitasi dilakukan sebagai
berikut:
1. Membuat instalasi pengujian pompa serta penempatan alat ukur pada sisi isap
dan sisi tekan.
2. Mempersiapkan fluida air di tangki hisap sebagai bahan utama pengamatan
serta mengatur sistem keluar air agar tidak berpengaruh pada pola aliran yang
dihisap.
3. Mengalirkan fluida tersebut melalui pompa uji
4. Memvariasikan tekanan di pipa hisap maupun tekan secara acak masingmasing sebanyak lima kali.
5. Memvariasikan putaran motor penggerak pompa.
6. Mengukur getaran pompa arah vertikal ataupun horisontal, kemudian
merekam besarnya getaran.
7. Besarnya getaran yang ditimbulkan akibat kavitasi dapat dilihat pada layar
monitor Signal Analyzer Unit, yang kemudian dapat dianalisa nilai angka
kavitasi berada pada frekuensi tertentu
5
8. Hasil akhir dari pengukuran getaran dapat diplot, yang akan diperoleh grafik
nilai frekuensi antara lain : frekuensi putaran motor, frekuensi pompa tanpa
beban aliran, frekuensi pompa antara sebelum dan setelah terjadi kavitasi.
51
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2004, Evaluasi lubangan kavitasi pada turbin air pompa tando dan pompa turbin,
SNI 04-7023, Badan Standarisasi Nasional,
www.enginering.usu.edu/cee/SNI/Cavitation. (5/2/2006/10:07 PM)
Effendy M.,Adi W., Pratomo B.,2004, Pemodelan Sistem Getaran Kendaraan dan Rancang
Bangun Digital Signal Analyzer, Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta
Goldman Steve, 1999, Vibration Spectrum Analysis, Edisi Kedua, Industrial Press Inc., New
York
Harahap Z., 1993, Pompa dan Blower Sentrifugal, Erlangga Jakarta.
Ing. A. Nouwen, 1994, Pompa 2, jilid 2, Bhratara, Jakarta
Jensen, J., Dayton, K., 2000, Detecting Cavitation in Centrifugal Pumps, ORBIT, Second
quarter 2000, Research & Development, Nevada Corporotion.
Kelecy, Franklyn J, 2003, Numerical Prediction of Cavitation in a Centrifugal Pump,
Volume 2, No. 3-Desember 2003, journal of Darmstadt University of Technology as
reported by Hofmann et al. in Refs
Kim,B.C 1998, Effect of Cavitation and plate thickness on Small DiamaterRatio, journal of
Flow Meas Instrum, Elsevier Science, Great Britain
Kimura, 1995, Hydrodinamic Characteristicof Butterfly valve Prediction Of Pressure loses
caracteristic, Elsevier Science, Great Britain
M. olson, Wright, 1993, Dasar-dasar Mekanika Fluia Teknik, edisi kelima, Gramedia pustaka
Utama, Jakarta.
Prasetyo, Adi, 2005, Pengaruh variasi sudut sudu keluar impeler terhadap unjuk kerja dan
kavitasi pompa,Tugas Akhir Teknik Mesin, UMS
Rahman, Rakhim dkk, 1998, Teori Getaran, UPN”Veteran”, Jakarta
Rahmeyer,dkk, 2006, Calibration And Verivication of cavitation Tersting Facilities using
Oriffice, www.enginering.usu.edu/cee/SNI/Cavitation. (7/22/2006/022:04 AM)
Stepanof, Alexey, 1952, Centrifugal and Axial Pump, Teory design and application, edisi ke
3, Hapman & Hall, New York
Sularso, Haruo T, 1994, Pompa dan Kompresor Pemilihan Pemakaian Pemilihan, Pt Pradnya
Paramita, Jakarta.
52
Suyanto, Irham, 2005, Mendeteksi kavitasi pompa sentrifugal dengan vibrasi dan visualisasi,
Jurnal Teknik, Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surabaya, Surabaya.
Taufik, 2003, Studi Eksperimental Kavitasi Pompa Sentrifugal, Tugas Akhir, Teknik Mesin,
Universias Sepuluh November, 2003
Yuli, T.S.[2003], Studi Eksperimen Identifikasi kavitasi pada elbow 90˚ berdasarkan
spektrum getaran dan tingkat kebisingan, Tugas Akhir Teknik Mesin, ITS.
TEKNIK
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena
Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal
Wijianto, ST.M.Eng.Sc
Marwan Effendy, ST. MT.
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2009
KATA PENGANTAR
Puji-pujian hanyalah milik Allah Azza Wajalla semata, yang telah
menganugerahkan kami dengan rahmat serta inayah-Nya, sehingga kami bisa
menyelesaikan laporan penelitian ini. Shalawat serta salam semoga tetap tercurah
kepada junjungan dan sauri tauladan kita Rasulullah Muhammad SAW.
Laporan yang berjudul “Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis
Fenomena Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal” terlaksana dengan adanya
pendanaan dari program Hibah Bersaing Dirjen Dikti tahun 2008 dan juga tidak
lepas dari bantuan dan dorongan berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini
diterima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr. Harun Joko Prayitno, M.Hum selaku Ketua LPPM-UMS yang telah
memberikan dukungan dan motivasi dalam melakukan penelitian.
2. Dirjen Dikti atas dukungan dana untuk penelitian ini.
3. Saudara Firdaus, Wardoyo dan saudara Maskuh atas kerja sama dan
kontribusinya dalam membantu pelaksanaan penelitian .
4. Semua pihak yang telah membantu, semoga Allah membalas kebaikanmu.
Tak lepas dari sifat manusiawi, disadari bahwa penulisan Laporan ini masih
jauh dari sempurna. Oleh karena itu diharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat
membangun untuk dapat dijadikan pedoman kelak dikemudian hari.
Besar harapan kami semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca dan
bagi yang memerlukannya.
Surakarta,
Oktober 2009
Penulis
Wijianto
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................
ii
RINGKASAN ...........................................................................................
iii
PRAKATA ..................................................................................................
iv
DAFTAR ISI ..............................................................................................
v
DAFTAR LAMBANG ...............................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
ix
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xii
BAB I
PENDAHULUAN .......................................................................
1
1.1. Latar Belakang ....................................................................................
1
1.2. Waktu dan Tempat ..............................................................................
3
1.3. Bahan dan Alat ...................................................................................
3
1.4. Desain Penelitian ................................................................................
4
BAB II
TUJIAN DAN MANFAAT ..........................................................
6
2.1. Perumusan Masalah ............................................................................
6
2.2. Tujuan Penelitian ................................................................................
6
2.3. Manfaat Penelitian ..............................................................................
6
BAB III TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................
9
3.1. Perumusan Masalah ............................................................................
6
3.2. Teori Penunjang ..................................................................................
14
3.2.1. Kerja Pompa Sentrifugal ..........................................................
14
3.2.2. Frekuensi yang dipengaruhi oleh Impeler ................................
16
3.2.3. Frekuensi yang dipengaruhi oleh Belt ......................................
16
3.2.4. Frekuensi Kerusakan Roling Elemen Bearing ..........................
16
3.2.5. NPSH (Nett Positif Section Head )...........................................
18
3.2.6. NPSH yang Tersedia (NPSHA) ...............................................
19
iv
3.2.7. NPSH yang diperlukan (NPSHR) ............................................
20
3.2.8. Putaran Spesifik.......................................................................
20
3.2.9. Getaran....................................................................................
21
3.2.10. Analisis Frekuensi Getaran Pompa ..........................................
22
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ....................................................
24
4.1.
Bahan.............................................................................................
24
4.2.
Alat ................................................................................................
26
4.2.1 Alat Ukur Instalasi.....................................................................
26
4.2.4 Instalasi Pengukur Getaran ........................................................
27
Cara Kerja ......................................................................................
28
4.3.1 Desain Eksperimen ....................................................................
31
4.3.2 Diagram Alir Eksperimen .........................................................
31
4.3.3. Pelaksanaan Eksperimen ...........................................................
33
Analisis Hasil .................................................................................
35
HASIL DAN PEMBAHASAN.....................................................
36
5.1. Data Hasil Pengujian ...........................................................................
36
5.2. Perhitungan Frekuensi Input Getaran Instalasi ....................................
37
5.2.1. Frekuesi belt .............................................................................
37
5.2.2. Frekuesi kerusakan ball bearing ..............................................
37
5.2.3. Frekuensi putaran sudu-sudu pompa ........................................
38
5.3. Analisis Hasil Spektrum Frekuensi ......................................................
38
5.4. Perhitungan Nilai NPSH Instalasi........................................................
42
5.5. Fase Kavitasi
.................................................................................
45
5.5.1. Perbandingan angka kavitasi terhadap kecepatan spesifik ........
45
5.5.2. Perbandingan spektrum pada hasil pengukuran ........................
45
5.5.3. Perbandinagn spektrum variasi sudu bopeng ............................
45
BAB VI PENUTUP ...................................................................................
49
5.1. Kesimpulan ........................................................................................
49
4.3.
4.4.
BAB V
v
5.2. Saran ..................................................................................................
50
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................
51
vi
DAFTAR LAMBANG
B
= Panjamg belt (mm)
Bd
= Diameter bola (mm)
BPFI
= Ball pass frekuensi dari inner race bearing (Hz)
BPFO
= Ball pass frekuensi dari outer race bearing (Hz)
BPF
= Frekuensi putaran sudu-sudu
BSF
= Frekuensi ball spin (Hz)
D
= Diameter pipa elbow (mm)
f
= Koefisien gesek, frekuensi
Fb
= Frekuensi belt (Hz)
FTF
= Frekuensi fundamental dari sangkar bearing (Hz)
g
= Percepatan gravitasi (m/s2)
hsv
= NPSH yang tersedia (m)
hls
= Kerugian head di dalam pipa isap (m)
hs
= Head isap statis (m)
Nb
= Jumlah bola dari bearing
Nbl
= Jumlah sudu-sudu dari pompa/motor
NPSHA
= Nilai head positif section yang tersedia pada instalasi
NPSHR
= Nilai head positif section yang yang diperlukan.
Pd
= Pitch diameter bola (mm)
Pa
= Tekanan atmosfir (N/m2)
Pv
= Tekanan uap jenuh (N/m2)
Rpm
= Putaran dari pulley (rpm), Putaran poros pompa (rpm)
S
= Kecepatan spesifik pompa (rpm)
Sd
= Diameter pulley (mm)
T
= Periode.
t
= waktu
V
= Kecepatan fluida (m/s)
ρ
= Densitas dari fluida (kg/m3)
γ
= Berat zat cair per satuan volume (N/m3)
vii
σ
= Koefisien bilangan kavitasi
ω.
= frekuensi sudut (rad/s)
φ
= beda fasa.
θ
= Sudut kontak (derajat)
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Spektrum getaran pompa kondisi kavitasi ..........................
2
Gambar 1.2
Kerusakan sudu pompa akibat erosi kavitasi .....................
2
Gambar 3.1.
Kavitasi pompa yang diakibatkan karena belokan disisi
section pompa ................................................................
Gambar 3.2.
9
Penempatan sensor getaran dan alat ukur pada pompa
sentrifugal ........................................................................
10
Gambar 3.3.
Karakteristik NPSHR terhadap debit air ............................
10
Gambar 3.4.
Spektrum analisis getaran pompa karena kavitasi dengan
cara penurunan tekanan isap pompa ..................................
11
Gambar 3.5.
Prediksi umur pompa dalam waktu 6 tahun ......................
11
Gambar 3.6.
Indikasi kavitasi pada perubahaan saluran debit 101 m3/jam
dengan daya 60 kW ..........................................................
Gambar 3.8.
12
Peningkatan frekuensi dengan tampilan FFT spektrum wave
forms....................................................................................
13
Gambar 3.9.
Wilayah kerusakan akibat kavitasi ....................................
13
Gambar 3.8.
Distribusi tekanan di impeler pompa .................................
9
Gambar 3.9.
Frekuensi kavitasi pompa sentrifugal ................................
9
Gambar 3.10. Pompa Sentrifugal. Jenis pompa air sawah model TC 1,5...
14
Gambar 3.11. Sudu-sudu pompa sentrifugal ............................................
15
Gambar 3.12. Belt dan pulley ..................................................................
15
Gambar 3.13. Skema dari ball roller bearing ..........................................
16
Gambar 3.14. NPSH, bila tekanan atmosfir bekerja pada permukaan air
yang dihisap .....................................................................
Gambar 3.15. NPSH, bila tekanan uap bekerja didalam tangki air isap
ix
17
yang tertutup......................................................................
18
Gambar 3.16. Fungsi Harmonis................................................................
21
Gambar 3.17. Sistem mekanis pompa sentrifugal ....................................
22
Gambar 3.18. Spectrum of typical mechanical system ..............................
22
Gambar 4.1. Instalasi pengukuran getaran ..............................................
27
Gambar 4.2. Alat ukur ...........................................................................
28
Gambar 4.3. Sketsa instalasi uji pompa sentrifugal.................................
30
Gambar 4.4. Alat uji eksperimen ............................................................
30
Gambar 4.5. Skema diagram alir ............................................................
25
Gambar 4.6. Gelembung uap disisi section pompa ..................................
33
Gambar 4.8. Penempatan tranduser pada dinding casing pompa, .............
34
Gambar 5.1. Ball bearing seri SKF 6204 ...............................................
37
Gambar 5.2. Spektrum frekuensi motor listrik .........................................
39
Gambar 5.3. Spektrum frekuensi motor listrik dan pompa tanpa aliran
putaran 2200 rpm...............................................................
39
Gambar 5.4. Spektrum getaran pompa sebelum head statik = 0 .............
40
Gambar 5.5. Spektrum constans cavitation .............................................
41
Gambar 5.6. Spektrum frekuensi peningkatan amplitudu tertinggi...........
42
Gambar 5.7. Sketsa untuk menentukan nilai head isap static ...................
43
Gambar 5.8. Grafik hubungan nilai NPSHA terhadap debit aliran
pada variasi katup tekan. ....................................................
44
Gambar 5.9. Grafik hubungan nilai NPSHA terhadap debit aliran
pada variasi katup tekan .....................................................
x
44
Gambar 5.10. Grafik parameter bilangan kavitasi Thoma .........................
45
Gambar 5.11. Spektrum frekuensi pompa pada putaran pompa 2600 rpm
pada sisi vertikal ..............................................................
46
Gambar 5.12. Spektrum frekuensi pompa pada putaran pompa 1800 rpm
pada sisi horizontal ............................................................
xi
47
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1. Hasil perhitungan untuk putaran 2600 rpm
variasi tekan....................................................................
xii
39
Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena Kavitasi
Pada Instalasi Pompa Sentrifugal
Wijianto dan Marwan Effendy
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik UMS
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Surakarta 57102
Email: wijianto@ums.ac.id
RINGKASAN
Dalam sistem instalasi pemipaan fenomena kavitasi sering tidak diperhatikan,
sedangkan kavitasi sendiri adalah salah satu kerugian di dalam sistem instalasi
pemipaan. Yang disebut kavitasi adalah timbulnya gelembung-gelembung dalam
aliran fluida akibat penurunan tekanan pada fluida sehingga tekanan tersebut di bawah
tekanan uap jenuhnya. Gelembung-gelembung uap dapat terjadi pada zat cair yang
sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun pipa, tempat-tempat yang bertekanan
rendah atau yang berkecepatan tinggi didalam aliran sangat rawan terhadap terjadinya
kavitasi.
Fenomena kavitasi yang terjadi dalam impeler pompa sentrifugal akan
menyebabkan kerusakan-kerusakan mekanis
yaitu terjadinya lubang-lubang yang
disebut erosi kavitasi. Kerusakan ini bisa terjadi pada sudu maupun pada casing.
Disamping terjadi kerusakan mekanis, pompa sentrifugal juga akan mengalami
penurunan head, kapasitas maupun efisiensinya akan turun dan apabila kavitasi yang
terjadi pada sudu pompa berlangsung lama bisa mengakibatkan kerusakan permanen.
Untuk mendeteksi apakah sebuah pompa mengalami kavitasi atau tidak maka
dilengkapi dengan pipa transparan disisi hisap dan sisi tekan. Dimana gambaran umum
desain eksperimen tentang kavitasi dilakukan sebagai berikut:
1. Membuat instalasi pengujian pompa serta penempatan alat ukur pada sisi isap
dan sisi tekan.
2. Mempersiapkan fluida air di tangki hisap sebagai bahan utama pengamatan
serta mengatur sistem keluar air agar tidak berpengaruh pada pola aliran yang
dihisap.
1
3. Memvariasikan debit air dengan tujuh variasi debit berbeda.
4. Mengukur getaran pompa sisi vertikal ataupun horisontal, kemudian merekam
besarnya getaran.
5. Besarnya getaran yang ditimbulkan akibat kavitasi dapat dilihat pada layar
monitor Signal Analyser Unit, yang kemudian dapat dianalisa nilai angka
kavitasi berada pada frekuensi tertentu.
6. Hasil akhir dari pengukuran getaran dapat diplot, yang akan diperoleh grafik
nilai frekuensi antara lain : frekuensi putaran motor, frekuensi pompa tanpa
beban aliran, frekuensi pompa antara sebelum dan setelah terjadi kavitasi.
Hasil pengukuran respon sinyal (spektrum) getaran pada pompa dibagi
menjadi beberapa fase, antara lain fase inception cavitation, constans cavitation,
maximum cavitation dan choked cavitation. Agar dapat mendefinisikan kavitasi
pompa pada tiap-tiap fase pengukuran maka proses analisis memerlukan acuan.
Parameter untuk menentukan acuan adalah hasil pengukuran dari spektrum yang
memiliki perbedaan secara umum dengan hasil pengukuran fase yang lain. Hasil
perbandingan didapatkan bahwa fase inception cavitation merupakan acuan
pembanding terhadap hasil pengukuran yang lain. Perhitungan frekuensi alami pada
masing-masing input getaran juga perlu dilakukan untuk mengetahui letak frekuensi
imbalance dan dan karakteristik frekuensi aliran.
Dari data dan analisis dapat dibuat kesipmulan bahwa peningkatan
kecepatan pompa dan kecepatan aliran mengakibatkan semakin turunnya tekanan
aliran disisi isap pompa. Intensitas kavitasi terukur pada respon getaran dengan
rentang frekuensi 3800–4500 Hz. Sedangkan perbandingan intensitas getaran yang
timbul pada sisi horisontal lebih tinggi daripada sisi vertikal. Sehingga prediksi
kerusakan terbesar akibat kavitasi adalah bagian sisi muka impeler dan muka casing
pompa. Erosi kavitasi menyebabkan getaran pompa menjadi lebih besar, karena
dengan erosi kavitasi dapat memicu munculnya getaran-getaran baru yang berasal dari
pengaruh turbulensi yang besar.
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Dalam sistem instalasi pemipaan fenomena kavitasi sering tidak
diperhatikan, sedangkan kavitasi sendiri adalah salah satu kerugian di dalam
sistem instalasi pemipaan. Yang disebut kavitasi adalah timbulnya gelembunggelembung dalam aliran fluida akibat penurunan tekanan pada fluida sehingga
tekanan tersebut di bawah tekanan uap jenuhnya. Gelembung-gelembung uap
dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun
pipa, tempat-tempat yang bertekanan rendah atau yang berkecepatan tinggi
didalam aliran sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi.
Pompa yang mengalami tekanan pada sisi hisap hingga dibawah tekanan
uap jenuhnya akan terbentuk gelembung-gelembung uap, lalu berkembang
mengikuti aliran zat cair sampai ketekanan yang lebih tinggi, selanjutnya
gelembung tersebut akan pecah karena tekanan sekelilingnya, hal ini yang disebut
dengan kavitasi. Gelembung-gelembung uap dapat terjadi pada zat cair yang
sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun pipa, tempat-tempat yang
bertekanan rendah atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran sangat rawan
terhadap terjadinya kavitasi.
Pompa yang dioperasikan dalam kondisi kavitasi akan menimbulkan suara
bising yang diakibatkan gelembung-gelembung uap pecah secara kontinyu karena
tekanan tinggi disekelilingnya. Getaran pada pompa akan muncul jika gelembunggelembung uap yang pecah dalam jumlah yang banyak mengenai dinding casing
dengan intensitas yang tinggi, semakin besar ukuran pompa semakin tinggi
getaran yang ditimbulkan, seperti yang terlihat pada gambar 1.1 bahwa kavitasi
menimbulkan rentang frekuensi yang lebih tinggi.
2
Gambar 1.1: Spektrum getaran pompa kondisi kavitasi ( W. Hubbard, 2004)
Fenomena kavitasi yang terjadi dalam impeler pompa sentrifugal akan
menyebabkan kerusakan-kerusakan mekanis yaitu terjadinya lubang-lubang yang
disebut erosi kavitasi (terlihat pada gambar 1.2). Kerusakan ini bisa terjadi pada
sudu maupun pada casing. Disamping terjadi kerusakan mekanis, pompa
sentrifugal juga akan mengalami penurunan head, kapasitas maupun efisiensinya
akan turun dan apabila kavitasi yang terjadi pada sudu pompa berlangsung lama
bisa mengakibatkan kerusakan permanen.
Gambar 1.2 : Kerusakan sudu pompa akibat erosi kavitasi (Suyanto, 2005)
3
Gejala-gejala yang ditimbulkan ini bisa diukur dengan perangkat pengukur
getaran (Effendy, 2006), selajutnya bisa dimanfaatkan sebagai database untuk
memetakan macam-macam respon getaran pada komponen mesin. Untuk melihat
dan menganalisis fenomena terjadinya kavitasi maka dibuatlah suatu rancang
bangun alat uji kavitasi melalui pengukuran secara eksperimental dengan
memvariasikan variasi debit, variasi penggunaan impeller 3 sudu (impeller dibuat
bopeng-bopeng dengan 5 variasi) dan variasi penggunaan impeller. Dengan
demikian mampu memudahkan untuk mengamati terjadinya kavitasi, bagaimana
kavitasi terjadi, faktor–faktor apa saja yang menyebabkan terjadinya kavitasi,
serta bagaimana cara mencegah terjadinya kavitasi. Dengan demikian fenomena
kavitasi dapat dilihat, dianalisis, dan dicegah.
1.2. Waktu dan Tempat
Penelitian ini merupakan riset yang dilakukan secara eksperimental di
laboratorium. Mengingat keterbatasan alat pengukur getaran di UMS, maka dalam
pengambilan data diperlukan mitra yang memiliki peralatan pengukur response
getaran, sedangkan perakitan sistem yang dipergunakan untuk membuat sistem
pompa berkavitasi direncanakan di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Waktu Penelitian
: Dilakukan mulai Maret 2009 hingga Maret 2011
Tempat Penelitian
: 1. Lokasi pembuatan model sistem dan analisis data di
laboratorium Teknik Mesin UMS
2. Lokasi pengukuran getaran di di laboratorium Teknik
Mesin UGM
1.3. Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah
1. Pompa sentrifugal, motor penggerak, puli-puli, listrik
2. Peralatan bantu : pipa paralon, pipa transparan selang, katup, bak air,
3. Perangkat pengukur getaran : B and K, accelerometer, kabel transducer
4. Alat ukur bantu : Rotameter
4
1.4. Desain Penelitian
Desain pada eksperimen ini adalah awalnya menciptakan instalasi pompa
pada kondisi berkavitasi merujuk persamaan 1, serta menambahkan impeler
berlubang (bopeng-bopeng) akibat erosi kavitasi. Pompa sentrifugal diletakkan
pada dudukan pada posisi paling atas sendiri. Pompa dibaut pada dudukan dan
diantara pompa dengan dudukan diberi peredam yang bisa dibuat dari karet, kayu
atau sejenisnya. Motor listrik diletakkan dibawah pompa sentrifugal dan
pemasangan pada dudukan diberi peredam karet dan dibaut. Pada sisi isap
sebelum masuk rumah pompa didekat dinding casing pompa dan juga pada sisi
discharge dipasang manometer. Setelah aliran melewati saluran pada pipa tegak
dipasang alat ukur rotameter yang digunakan untuk mengukur kapasitas dan
kecepatan pompa. Pengukuran perubahan suhu dilakukan pada air antara sebelum
dan setelah pengujian.
Untuk mendeteksi apakah pompa tersebut mengalami kavitasi atau tidak
maka dilengkapi dengan pipa transparan disisi hisap dan sisi tekan.
Gambaran umum desain eksperimen tentang kavitasi dilakukan sebagai
berikut:
1. Membuat instalasi pengujian pompa serta penempatan alat ukur pada sisi isap
dan sisi tekan.
2. Mempersiapkan fluida air di tangki hisap sebagai bahan utama pengamatan
serta mengatur sistem keluar air agar tidak berpengaruh pada pola aliran yang
dihisap.
3. Mengalirkan fluida tersebut melalui pompa uji
4. Memvariasikan tekanan di pipa hisap maupun tekan secara acak masingmasing sebanyak lima kali.
5. Memvariasikan putaran motor penggerak pompa.
6. Mengukur getaran pompa arah vertikal ataupun horisontal, kemudian
merekam besarnya getaran.
7. Besarnya getaran yang ditimbulkan akibat kavitasi dapat dilihat pada layar
monitor Signal Analyzer Unit, yang kemudian dapat dianalisa nilai angka
kavitasi berada pada frekuensi tertentu
5
8. Hasil akhir dari pengukuran getaran dapat diplot, yang akan diperoleh grafik
nilai frekuensi antara lain : frekuensi putaran motor, frekuensi pompa tanpa
beban aliran, frekuensi pompa antara sebelum dan setelah terjadi kavitasi.
51
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2004, Evaluasi lubangan kavitasi pada turbin air pompa tando dan pompa turbin,
SNI 04-7023, Badan Standarisasi Nasional,
www.enginering.usu.edu/cee/SNI/Cavitation. (5/2/2006/10:07 PM)
Effendy M.,Adi W., Pratomo B.,2004, Pemodelan Sistem Getaran Kendaraan dan Rancang
Bangun Digital Signal Analyzer, Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta
Goldman Steve, 1999, Vibration Spectrum Analysis, Edisi Kedua, Industrial Press Inc., New
York
Harahap Z., 1993, Pompa dan Blower Sentrifugal, Erlangga Jakarta.
Ing. A. Nouwen, 1994, Pompa 2, jilid 2, Bhratara, Jakarta
Jensen, J., Dayton, K., 2000, Detecting Cavitation in Centrifugal Pumps, ORBIT, Second
quarter 2000, Research & Development, Nevada Corporotion.
Kelecy, Franklyn J, 2003, Numerical Prediction of Cavitation in a Centrifugal Pump,
Volume 2, No. 3-Desember 2003, journal of Darmstadt University of Technology as
reported by Hofmann et al. in Refs
Kim,B.C 1998, Effect of Cavitation and plate thickness on Small DiamaterRatio, journal of
Flow Meas Instrum, Elsevier Science, Great Britain
Kimura, 1995, Hydrodinamic Characteristicof Butterfly valve Prediction Of Pressure loses
caracteristic, Elsevier Science, Great Britain
M. olson, Wright, 1993, Dasar-dasar Mekanika Fluia Teknik, edisi kelima, Gramedia pustaka
Utama, Jakarta.
Prasetyo, Adi, 2005, Pengaruh variasi sudut sudu keluar impeler terhadap unjuk kerja dan
kavitasi pompa,Tugas Akhir Teknik Mesin, UMS
Rahman, Rakhim dkk, 1998, Teori Getaran, UPN”Veteran”, Jakarta
Rahmeyer,dkk, 2006, Calibration And Verivication of cavitation Tersting Facilities using
Oriffice, www.enginering.usu.edu/cee/SNI/Cavitation. (7/22/2006/022:04 AM)
Stepanof, Alexey, 1952, Centrifugal and Axial Pump, Teory design and application, edisi ke
3, Hapman & Hall, New York
Sularso, Haruo T, 1994, Pompa dan Kompresor Pemilihan Pemakaian Pemilihan, Pt Pradnya
Paramita, Jakarta.
52
Suyanto, Irham, 2005, Mendeteksi kavitasi pompa sentrifugal dengan vibrasi dan visualisasi,
Jurnal Teknik, Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surabaya, Surabaya.
Taufik, 2003, Studi Eksperimental Kavitasi Pompa Sentrifugal, Tugas Akhir, Teknik Mesin,
Universias Sepuluh November, 2003
Yuli, T.S.[2003], Studi Eksperimen Identifikasi kavitasi pada elbow 90˚ berdasarkan
spektrum getaran dan tingkat kebisingan, Tugas Akhir Teknik Mesin, ITS.
TEKNIK
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena
Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal
Wijianto, ST.M.Eng.Sc
Marwan Effendy, ST. MT.
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2009
KATA PENGANTAR
Puji-pujian hanyalah milik Allah Azza Wajalla semata, yang telah
menganugerahkan kami dengan rahmat serta inayah-Nya, sehingga kami bisa
menyelesaikan laporan penelitian ini. Shalawat serta salam semoga tetap tercurah
kepada junjungan dan sauri tauladan kita Rasulullah Muhammad SAW.
Laporan yang berjudul “Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis
Fenomena Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal” terlaksana dengan adanya
pendanaan dari program Hibah Bersaing Dirjen Dikti tahun 2008 dan juga tidak
lepas dari bantuan dan dorongan berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini
diterima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr. Harun Joko Prayitno, M.Hum selaku Ketua LPPM-UMS yang telah
memberikan dukungan dan motivasi dalam melakukan penelitian.
2. Dirjen Dikti atas dukungan dana untuk penelitian ini.
3. Saudara Firdaus, Wardoyo dan saudara Maskuh atas kerja sama dan
kontribusinya dalam membantu pelaksanaan penelitian .
4. Semua pihak yang telah membantu, semoga Allah membalas kebaikanmu.
Tak lepas dari sifat manusiawi, disadari bahwa penulisan Laporan ini masih
jauh dari sempurna. Oleh karena itu diharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat
membangun untuk dapat dijadikan pedoman kelak dikemudian hari.
Besar harapan kami semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca dan
bagi yang memerlukannya.
Surakarta,
Oktober 2009
Penulis
Wijianto
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................
ii
RINGKASAN ...........................................................................................
iii
PRAKATA ..................................................................................................
iv
DAFTAR ISI ..............................................................................................
v
DAFTAR LAMBANG ...............................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
ix
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xii
BAB I
PENDAHULUAN .......................................................................
1
1.1. Latar Belakang ....................................................................................
1
1.2. Waktu dan Tempat ..............................................................................
3
1.3. Bahan dan Alat ...................................................................................
3
1.4. Desain Penelitian ................................................................................
4
BAB II
TUJIAN DAN MANFAAT ..........................................................
6
2.1. Perumusan Masalah ............................................................................
6
2.2. Tujuan Penelitian ................................................................................
6
2.3. Manfaat Penelitian ..............................................................................
6
BAB III TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................
9
3.1. Perumusan Masalah ............................................................................
6
3.2. Teori Penunjang ..................................................................................
14
3.2.1. Kerja Pompa Sentrifugal ..........................................................
14
3.2.2. Frekuensi yang dipengaruhi oleh Impeler ................................
16
3.2.3. Frekuensi yang dipengaruhi oleh Belt ......................................
16
3.2.4. Frekuensi Kerusakan Roling Elemen Bearing ..........................
16
3.2.5. NPSH (Nett Positif Section Head )...........................................
18
3.2.6. NPSH yang Tersedia (NPSHA) ...............................................
19
iv
3.2.7. NPSH yang diperlukan (NPSHR) ............................................
20
3.2.8. Putaran Spesifik.......................................................................
20
3.2.9. Getaran....................................................................................
21
3.2.10. Analisis Frekuensi Getaran Pompa ..........................................
22
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ....................................................
24
4.1.
Bahan.............................................................................................
24
4.2.
Alat ................................................................................................
26
4.2.1 Alat Ukur Instalasi.....................................................................
26
4.2.4 Instalasi Pengukur Getaran ........................................................
27
Cara Kerja ......................................................................................
28
4.3.1 Desain Eksperimen ....................................................................
31
4.3.2 Diagram Alir Eksperimen .........................................................
31
4.3.3. Pelaksanaan Eksperimen ...........................................................
33
Analisis Hasil .................................................................................
35
HASIL DAN PEMBAHASAN.....................................................
36
5.1. Data Hasil Pengujian ...........................................................................
36
5.2. Perhitungan Frekuensi Input Getaran Instalasi ....................................
37
5.2.1. Frekuesi belt .............................................................................
37
5.2.2. Frekuesi kerusakan ball bearing ..............................................
37
5.2.3. Frekuensi putaran sudu-sudu pompa ........................................
38
5.3. Analisis Hasil Spektrum Frekuensi ......................................................
38
5.4. Perhitungan Nilai NPSH Instalasi........................................................
42
5.5. Fase Kavitasi
.................................................................................
45
5.5.1. Perbandingan angka kavitasi terhadap kecepatan spesifik ........
45
5.5.2. Perbandingan spektrum pada hasil pengukuran ........................
45
5.5.3. Perbandinagn spektrum variasi sudu bopeng ............................
45
BAB VI PENUTUP ...................................................................................
49
5.1. Kesimpulan ........................................................................................
49
4.3.
4.4.
BAB V
v
5.2. Saran ..................................................................................................
50
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................
51
vi
DAFTAR LAMBANG
B
= Panjamg belt (mm)
Bd
= Diameter bola (mm)
BPFI
= Ball pass frekuensi dari inner race bearing (Hz)
BPFO
= Ball pass frekuensi dari outer race bearing (Hz)
BPF
= Frekuensi putaran sudu-sudu
BSF
= Frekuensi ball spin (Hz)
D
= Diameter pipa elbow (mm)
f
= Koefisien gesek, frekuensi
Fb
= Frekuensi belt (Hz)
FTF
= Frekuensi fundamental dari sangkar bearing (Hz)
g
= Percepatan gravitasi (m/s2)
hsv
= NPSH yang tersedia (m)
hls
= Kerugian head di dalam pipa isap (m)
hs
= Head isap statis (m)
Nb
= Jumlah bola dari bearing
Nbl
= Jumlah sudu-sudu dari pompa/motor
NPSHA
= Nilai head positif section yang tersedia pada instalasi
NPSHR
= Nilai head positif section yang yang diperlukan.
Pd
= Pitch diameter bola (mm)
Pa
= Tekanan atmosfir (N/m2)
Pv
= Tekanan uap jenuh (N/m2)
Rpm
= Putaran dari pulley (rpm), Putaran poros pompa (rpm)
S
= Kecepatan spesifik pompa (rpm)
Sd
= Diameter pulley (mm)
T
= Periode.
t
= waktu
V
= Kecepatan fluida (m/s)
ρ
= Densitas dari fluida (kg/m3)
γ
= Berat zat cair per satuan volume (N/m3)
vii
σ
= Koefisien bilangan kavitasi
ω.
= frekuensi sudut (rad/s)
φ
= beda fasa.
θ
= Sudut kontak (derajat)
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Spektrum getaran pompa kondisi kavitasi ..........................
2
Gambar 1.2
Kerusakan sudu pompa akibat erosi kavitasi .....................
2
Gambar 3.1.
Kavitasi pompa yang diakibatkan karena belokan disisi
section pompa ................................................................
Gambar 3.2.
9
Penempatan sensor getaran dan alat ukur pada pompa
sentrifugal ........................................................................
10
Gambar 3.3.
Karakteristik NPSHR terhadap debit air ............................
10
Gambar 3.4.
Spektrum analisis getaran pompa karena kavitasi dengan
cara penurunan tekanan isap pompa ..................................
11
Gambar 3.5.
Prediksi umur pompa dalam waktu 6 tahun ......................
11
Gambar 3.6.
Indikasi kavitasi pada perubahaan saluran debit 101 m3/jam
dengan daya 60 kW ..........................................................
Gambar 3.8.
12
Peningkatan frekuensi dengan tampilan FFT spektrum wave
forms....................................................................................
13
Gambar 3.9.
Wilayah kerusakan akibat kavitasi ....................................
13
Gambar 3.8.
Distribusi tekanan di impeler pompa .................................
9
Gambar 3.9.
Frekuensi kavitasi pompa sentrifugal ................................
9
Gambar 3.10. Pompa Sentrifugal. Jenis pompa air sawah model TC 1,5...
14
Gambar 3.11. Sudu-sudu pompa sentrifugal ............................................
15
Gambar 3.12. Belt dan pulley ..................................................................
15
Gambar 3.13. Skema dari ball roller bearing ..........................................
16
Gambar 3.14. NPSH, bila tekanan atmosfir bekerja pada permukaan air
yang dihisap .....................................................................
Gambar 3.15. NPSH, bila tekanan uap bekerja didalam tangki air isap
ix
17
yang tertutup......................................................................
18
Gambar 3.16. Fungsi Harmonis................................................................
21
Gambar 3.17. Sistem mekanis pompa sentrifugal ....................................
22
Gambar 3.18. Spectrum of typical mechanical system ..............................
22
Gambar 4.1. Instalasi pengukuran getaran ..............................................
27
Gambar 4.2. Alat ukur ...........................................................................
28
Gambar 4.3. Sketsa instalasi uji pompa sentrifugal.................................
30
Gambar 4.4. Alat uji eksperimen ............................................................
30
Gambar 4.5. Skema diagram alir ............................................................
25
Gambar 4.6. Gelembung uap disisi section pompa ..................................
33
Gambar 4.8. Penempatan tranduser pada dinding casing pompa, .............
34
Gambar 5.1. Ball bearing seri SKF 6204 ...............................................
37
Gambar 5.2. Spektrum frekuensi motor listrik .........................................
39
Gambar 5.3. Spektrum frekuensi motor listrik dan pompa tanpa aliran
putaran 2200 rpm...............................................................
39
Gambar 5.4. Spektrum getaran pompa sebelum head statik = 0 .............
40
Gambar 5.5. Spektrum constans cavitation .............................................
41
Gambar 5.6. Spektrum frekuensi peningkatan amplitudu tertinggi...........
42
Gambar 5.7. Sketsa untuk menentukan nilai head isap static ...................
43
Gambar 5.8. Grafik hubungan nilai NPSHA terhadap debit aliran
pada variasi katup tekan. ....................................................
44
Gambar 5.9. Grafik hubungan nilai NPSHA terhadap debit aliran
pada variasi katup tekan .....................................................
x
44
Gambar 5.10. Grafik parameter bilangan kavitasi Thoma .........................
45
Gambar 5.11. Spektrum frekuensi pompa pada putaran pompa 2600 rpm
pada sisi vertikal ..............................................................
46
Gambar 5.12. Spektrum frekuensi pompa pada putaran pompa 1800 rpm
pada sisi horizontal ............................................................
xi
47
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1. Hasil perhitungan untuk putaran 2600 rpm
variasi tekan....................................................................
xii
39
Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena Kavitasi
Pada Instalasi Pompa Sentrifugal
Wijianto dan Marwan Effendy
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik UMS
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Surakarta 57102
Email: wijianto@ums.ac.id
RINGKASAN
Dalam sistem instalasi pemipaan fenomena kavitasi sering tidak diperhatikan,
sedangkan kavitasi sendiri adalah salah satu kerugian di dalam sistem instalasi
pemipaan. Yang disebut kavitasi adalah timbulnya gelembung-gelembung dalam
aliran fluida akibat penurunan tekanan pada fluida sehingga tekanan tersebut di bawah
tekanan uap jenuhnya. Gelembung-gelembung uap dapat terjadi pada zat cair yang
sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun pipa, tempat-tempat yang bertekanan
rendah atau yang berkecepatan tinggi didalam aliran sangat rawan terhadap terjadinya
kavitasi.
Fenomena kavitasi yang terjadi dalam impeler pompa sentrifugal akan
menyebabkan kerusakan-kerusakan mekanis
yaitu terjadinya lubang-lubang yang
disebut erosi kavitasi. Kerusakan ini bisa terjadi pada sudu maupun pada casing.
Disamping terjadi kerusakan mekanis, pompa sentrifugal juga akan mengalami
penurunan head, kapasitas maupun efisiensinya akan turun dan apabila kavitasi yang
terjadi pada sudu pompa berlangsung lama bisa mengakibatkan kerusakan permanen.
Untuk mendeteksi apakah sebuah pompa mengalami kavitasi atau tidak maka
dilengkapi dengan pipa transparan disisi hisap dan sisi tekan. Dimana gambaran umum
desain eksperimen tentang kavitasi dilakukan sebagai berikut:
1. Membuat instalasi pengujian pompa serta penempatan alat ukur pada sisi isap
dan sisi tekan.
2. Mempersiapkan fluida air di tangki hisap sebagai bahan utama pengamatan
serta mengatur sistem keluar air agar tidak berpengaruh pada pola aliran yang
dihisap.
1
3. Memvariasikan debit air dengan tujuh variasi debit berbeda.
4. Mengukur getaran pompa sisi vertikal ataupun horisontal, kemudian merekam
besarnya getaran.
5. Besarnya getaran yang ditimbulkan akibat kavitasi dapat dilihat pada layar
monitor Signal Analyser Unit, yang kemudian dapat dianalisa nilai angka
kavitasi berada pada frekuensi tertentu.
6. Hasil akhir dari pengukuran getaran dapat diplot, yang akan diperoleh grafik
nilai frekuensi antara lain : frekuensi putaran motor, frekuensi pompa tanpa
beban aliran, frekuensi pompa antara sebelum dan setelah terjadi kavitasi.
Hasil pengukuran respon sinyal (spektrum) getaran pada pompa dibagi
menjadi beberapa fase, antara lain fase inception cavitation, constans cavitation,
maximum cavitation dan choked cavitation. Agar dapat mendefinisikan kavitasi
pompa pada tiap-tiap fase pengukuran maka proses analisis memerlukan acuan.
Parameter untuk menentukan acuan adalah hasil pengukuran dari spektrum yang
memiliki perbedaan secara umum dengan hasil pengukuran fase yang lain. Hasil
perbandingan didapatkan bahwa fase inception cavitation merupakan acuan
pembanding terhadap hasil pengukuran yang lain. Perhitungan frekuensi alami pada
masing-masing input getaran juga perlu dilakukan untuk mengetahui letak frekuensi
imbalance dan dan karakteristik frekuensi aliran.
Dari data dan analisis dapat dibuat kesipmulan bahwa peningkatan
kecepatan pompa dan kecepatan aliran mengakibatkan semakin turunnya tekanan
aliran disisi isap pompa. Intensitas kavitasi terukur pada respon getaran dengan
rentang frekuensi 3800–4500 Hz. Sedangkan perbandingan intensitas getaran yang
timbul pada sisi horisontal lebih tinggi daripada sisi vertikal. Sehingga prediksi
kerusakan terbesar akibat kavitasi adalah bagian sisi muka impeler dan muka casing
pompa. Erosi kavitasi menyebabkan getaran pompa menjadi lebih besar, karena
dengan erosi kavitasi dapat memicu munculnya getaran-getaran baru yang berasal dari
pengaruh turbulensi yang besar.
2