Articles

Apa yang dimaksud dengan Cavitation dan Flashing?

Apa yang dimaksud dengan Cavitation dan Flashing? – Cavitation dan flashing dapat terjadi dalam sistem media cair yang mencakup tetesan tekanan tinggi. Agar kedua fenomena tersebut terjadi, tekanan dalam sistem harus turun di bawah tekanan uap cairan.

Hasilnya adalah sebagian atau seluruh fase cairan menjadi gelembung gas yang berpotensi menyebabkan kerusakan parah, biasanya dalam bentuk lubang seperti yang terlihat pada Gambar 1, pada bagian dalam komponen. Kerusakan ini dapat membatasi kontrol aliran katup atau menyebabkan pipa bocor. Oleh karena itu, ketika merancang sistem media cair, penting untuk memahami mengapa kavitasi dan flashing terjadi untuk menghindari keduanya.

Baca Juga : Dua Jenis Utama Sensor Thermal Mass Flow Meter

Apa itu Cavitation?

Akan sangat berguna untuk menggunakan diagram fase air untuk memahami bagaimana kavitasi dan flashing terjadi. Seperti yang terlihat pada Gambar 2, air memiliki tiga fase: padat, cair, dan gas. Air berubah di antara fase-fase ini ketika ada perubahan suhu atau tekanan. Titik awal (Gambar 2 berlabel A) pada diagram menunjukkan air cair.

Praktik rumah tangga yang umum dilakukan adalah menaikkan suhu air untuk mendidihkannya (Gambar 2 berlabel B). Namun, tanpa menaikkan suhu, air dapat berubah menjadi fase gas dengan menurunkan tekanan lokal di sekitar air (Gambar 2 berlabel C). Suhu dan tekanan memainkan peran penting dalam menciptakan kavitasi dan flashing dalam sistem transportasi cairan. Pada suhu tinggi, kehilangan tekanan minimal dapat menyebabkan kavitasi dan flashing. Menjaga air pada suhu normal tidak segera mengatasi masalah ini karena penurunan tekanan yang besar adalah hal yang biasa terjadi pada sistem.

Gambar 2 Diagram fase air yang menunjukkan titik awal (A) dalam cairan yang berubah fase menjadi gas pada suhu yang lebih tinggi (B) atau tekanan yang lebih rendah (C).

Kavitasi adalah proses dua langkah:

Pada suhu konstan, sebagian media cair berubah fase menjadi gas ketika media melewati zona tekanan di bawah tekanan uap cairan. Tekanan uap adalah tekanan saat cairan berubah fase menjadi gas. Ketika gelembung masuk ke zona tekanan di atas tekanan uap, gelembung menjadi tidak stabil dan meledak.

Setelah meledak, gelombang kejut terjadi dan meluas ke segala arah. Jika dalam satu diameter gelembung dari batas (misalnya, dudukan katup, dinding pipa, dan impeler pompa), kekuatan gelombang kejut dapat merusak komponen sistem. Ketika gelembung meledak di dekat batas, batas akan memperlambat aliran di sisi batas gelembung. Jadi, cairan yang berlawanan dengan sisi batas gelembung mengalir lebih cepat, menciptakan semburan mikro yang menabrak batas, menciptakan lubang. Jika kavitasi terjadi, maka akan terdengar seperti suara mendesis pada tahap awal. Namun, pada tahap kavitasi lanjut, suara berkisar dari suara berkerikil (kavitasi sedang) hingga suara gemuruh yang keras (kavitasi tinggi).

Baca Juga : Teknologi di Balik Thermal Mass Flow Controllers

Faktor Cavitation

Di luar zona tekanan rendah, ada empat faktor lain yang berkontribusi terhadap kavitasi:

  • Inti: Penguapan tidak dapat terjadi tanpa antarmuka. Sebagai contoh, antarmuka untuk uap air yang naik dari air mendidih adalah permukaan air. Namun demikian, dalam sistem cairan tertutup, nukleus menyediakan antarmuka ini. Nukleus biasanya berupa gelembung udara bebas yang ditemukan di sepanjang batas (misalnya, dinding pipa) atau terperangkap dalam celah atau lubang pada padatan tersuspensi.
  • Tekanan sekitar: Jika tekanan cairan di sekitar gelembung gas berada di atas tekanan uap, maka gelembung akan meledak.
  • Turbulensi: Cairan yang melewati lubang akan mengalami turbulensi, menciptakan pusaran, yang merupakan arus air melingkar. Tekanan di dalam pusaran ini jauh lebih rendah daripada tekanan di sekitarnya, yang menyebabkan pembentukan gelembung dan ledakan. Pusaran air bergerak melalui zona pemisahan tekanan rendah. Ukuran zona ini, dan oleh karena itu jumlah waktu yang dihabiskan pusaran air di dalamnya, meningkat seiring dengan ukuran katup.
  • Pemulihan tekanan: Dalam katup tipikal, pemulihan tekanan (yaitu, tekanan lokal yang naik di atas tekanan uap) terjadi segera setelah titik aliran tersempit (vena contracta). Pemulihan tekanan biasanya terjadi di atas tekanan uap, yang menyebabkan ledakan gelembung. Beberapa desain katup memungkinkan pemulihan tekanan terjadi lebih jauh ke hilir dari vena contracta, sehingga gelembung yang meledak tidak merusak komponen katup.

Baca Juga : Kompensasi suhu dan tekanan pada flow meter

Apa itu Flashing?

Flashing adalah tahap awal kavitasi: perubahan fase cairan menjadi gas akibat melewati zona tekanan yang lebih rendah daripada tekanan uap. Namun, perbedaan antara flashing dan kavitasi adalah bahwa dalam flashing, tekanan tidak pulih di atas tekanan uap, dan gelembung tidak meledak. Namun, katup dapat tersedak karena banyak gelembung dalam aliran.

Tersedak berarti kecepatan aliran meningkat, tetapi tekanannya tidak berkurang. Dalam hal ini, semburan air mengalir melewati gelembung dengan kecepatan tinggi. Semburan ini dapat menabrak batas, menyebabkan kerusakan.

Baca Juga : Perbedaan antara Arus Gas Aktual, Standar, dan Normal

Kerusakan Cavitation dan Flashing

Seperti yang terlihat pada Gambar 1, kerusakan kavitasi yang umum terjadi adalah permukaan yang berkawah. Kawah ini terbentuk karena dampak gelombang sonik dan pancaran mikro. Jenis kerusakan ini bersifat mekanis. Kavitasi juga dapat menyebabkan korosi kimia. Biasanya, lapisan oksida pada permukaan batas membatasi korosi. Kavitasi yang lemah mungkin masih cukup kuat untuk mengikis lapisan oksida, yang menyebabkan kerusakan korosi pada batas.

Campuran gas-cair dari flashing bersifat abrasif dan menyebabkan kerusakan yang mirip dengan pembahasan kerusakan korosi kavitasi pada paragraf sebelumnya. Kerusakan berkedip meninggalkan permukaan yang halus dan mengkilap.

Baca Juga : Prinsip Pemilihan Instrumen

Mengurangi kerusakan akibat cavitation dan flashing

Cara terbaik untuk mengurangi kerusakan akibat kavitasi dan flashing adalah meminimalkan potensi terjadinya kedua fenomena tersebut. Kavitasi dapat dicegah dengan beberapa cara berbeda:

  • Aerasi: Mengangin-anginkan cairan akan mengisi banyak ruang kosong dan dapat menyebabkan kavitasi gas. Dalam proses kavitasi ini, gelembung akan meledak secara perlahan. Oleh karena itu, gelombang kejut yang keras dan semburan mikro tidak terjadi.
  • Beberapa katup: Gunakan beberapa katup, biasanya dua, ketika sistem membutuhkan penurunan tekanan yang besar. Setiap katup menurunkan tekanan secara moderat, sehingga mengurangi kemungkinan tekanan di salah satu katup jatuh di bawah tekanan uap.
  • Pemulihan tekanan bertahap: Katup tertentu (misalnya, beberapa katup jarum) memiliki konstruksi saluran keluar yang secara bertahap bertambah lebar. Hal ini secara bertahap, bukan sekaligus, meningkatkan tekanan di sekitar gelembung yang terbentuk. Dalam hal ini, gelembung kecil kemungkinannya untuk meledak di dekat komponen katup.

Jika faktor sistem menyebabkan tekanan turun di bawah tekanan uap cairan, tidak ada cara untuk menghindari kedipan. Namun, melapisi outlet katup dengan bahan yang dikeraskan dapat melindungi komponen.

Baca Juga : Flow Rate Sensor untuk Pengukuran dalam Sistem Fluida

Memprediksi Cavitation dan Flashing

Kavitasi dan flashing dapat diprediksi dengan menggunakan Indeks Kavitasi Sigma. Sigma adalah:

Indeks Kavitasi Sigma

Dimana :

  • PV: Tekanan uap cairan pada suhu yang mengalir
  • P1: Tekanan hulu
  • P2: Tekanan hilir

Berdasarkan hasil proporsi, Indeks Kavitasi Sigma yang terlihat pada Tabel 1 dapat membantu perancang sistem memprediksi kavitasi

σ ≥ 2.0 No cavitation
1.7 < σ < 1.7 A hardened trim can adequately protect a valve.
1.5 < σ < 1.7 Minor cavitation. A single-stage trim may adequately protect a valve.
1.0 < σ < 1.5 Heavy cavitation is possible. Take cavitation prevention measures.
σ < 1.0 Flashing

Berdasarkan Indeks Kavitasi Sigma, simpulkan hal-hal berikut ini:

  • Kemungkinan terjadinya kavitasi berkurang seiring dengan meningkatnya perbedaan antara tekanan hulu dan tekanan uap. Dengan kata lain, cairan bertekanan tinggi dengan tekanan uap rendah, kecil kemungkinannya untuk mengalami kavitasi.
  • Semakin kecil perbedaan antara tekanan hulu dan tekanan hilir, semakin rendah kemungkinan terjadinya kavitasi.

Baca Juga : Flow Meter Berdasarkan Tekanan

Kesimpulan

dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Apa yang dimaksud dengan Cavitation dan Flashing?”, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

  • Cavitation dan flashing dapat terjadi dalam sistem media cair yang mencakup tetesan tekanan tinggi. Agar kedua fenomena tersebut terjadi, tekanan dalam sistem harus turun di bawah tekanan uap cairan.
  • Ketika tekanan saluran yang menurun mendekati tekanan uap cairan dalam saluran, kavitasi dimulai. Jika tidak, kavitasi adalah pendidihan cairan yang disebabkan oleh penurunan tekanan dan bukan karena peningkatan suhu.
  • Kavitasi terjadi dalam sistem di mana tekanan yang pernah dikurangi secara memadai, baik oleh gesekan, pemisahan aliran atau pembatas seperti katup, elemen pusaran atau flowmeter penghasil diferensial.
  • Flashing adalah tahap awal kavitasi: perubahan fase cairan menjadi gas akibat melewati zona tekanan yang lebih rendah daripada tekanan uap. Namun, perbedaan antara flashing dan kavitasi adalah bahwa dalam flashing, tekanan tidak pulih di atas tekanan uap, dan gelembung tidak meledak. Namun, katup dapat tersedak karena banyak gelembung dalam aliran.

Referensi : tameson.com

Naufal

a member of SEO Team at Wiratama Mitra Abadi. He loves to learn something new everyday.