Definisi, Jenis, dan Efek dari Kavitasi

Sejarah Kavitasi

Fenomena kavitasi pertama kali dikenali pada tahun 1885 selama uji coba laut HMS Daring ketika, karena kecepatan baling-baling yang sebelumnya tidak tertandingi, diketahui bahwa ‘… rongga terbentuk di dalam air… dan ini merupakan sumber pemborosan daya yang besar dan penyebab kesulitan lainnya’. Tidak lama kemudian, ditemukan bahwa rongga-rongga ini merupakan penyebab lubang dan erosi yang cukup besar pada baling-baling.

Namun, baru pada tahun 1917, Lord Rayleigh [1] memberikan penjelasan parsial dengan memperlihatkan bahwa tekanan yang besar dapat dihasilkan selama runtuhnya gelembung uap berbentuk bola. Selanjutnya, pada akhir tahun 1930-an, Robert Knapp mampu menangkap perilaku gelembung kavitasi individu dalam film yang sekarang menjadi film klasik.

Film-film tersebut mengilustrasikan tingkat nonlinieritas yang tinggi yang ditunjukkan oleh gelembung kavitasi saat mereka mengalami episode tekanan rendahketika gelembung sedang mengalami tekanan rendah dalam cairan di sekitarnya, pertumbuhannya relatif lembut. Namun, keruntuhan ketika tekanan cairan meningkat adalah bencana dan keras. Perilaku nonlinear ini ditangkap dalam persamaan Rayleigh-Plesset untuk dinamika gelembung bola.

Definisi Kavitasi

Kavitasi merupakan pembentukan gelembung uap di dalam cairan pada daerah bertekanan rendah yang terjadi di tempat di mana cairan telah dipercepat ke kecepatan tinggi, seperti pada pengoperasian pompa sentrifugal, turbin air, dan baling-baling kapal. Kavitasi tidak diinginkan karena menghasilkan erosi yang luas pada bilah yang berputar, kebisingan tambahan dari ketukan dan getaran yang dihasilkan, dan pengurangan efisiensi yang signifikan karena mendistorsi pola aliran.

Rongga-rongga terbentuk ketika tekanan cairan telah dikurangi menjadi tekanan uapnya; rongga-rongga ini akan mengembang ketika tekanan semakin berkurang seiring dengan aliran dan tiba-tiba runtuh ketika mencapai daerah dengan tekanan yang lebih tinggi. Pertumbuhan dan keruntuhan tiba-tiba dari rongga uap ini menyebabkan tekanan ekstrem yang mengadu permukaan logam yang terpapar cairan kavitasi.

Jenis Kavitasi

Kavitasi Awan

Sebagai komentar penutup dalam pengantar mekanika kavitasi ini, kami mencatat bahwa banyak aplikasi yang dijelaskan selanjutnya melibatkan dinamika awan gelembung kavitasi dan bahwa ada kebutuhan yang terus berlanjut untuk melanjutkan di luar gelembung kavitasi tunggal untuk memahami dinamika awan tersebut.

Interaksi antara gelembung-gelembung dalam awan ini menghasilkan fenomena baru yang mungkin menjadi kunci untuk memahami keefektifan alat kavitasi. Sebagai contoh, Wang & Brennenmeneliti kasus sederhana secara geometris tentang pertumbuhan dan keruntuhan awan gelembung berbentuk bola dikelilingi oleh cairan murni.

Ternyata respons awan ini terhadap episode penurunan tekanan dalam cairan di sekitarnya sangat berbeda, tergantung pada besarnya parameter β = αA2/R2, di mana α adalah fraksi volume awal gelembung di dalam awan dan A serta R adalah dimensi linier khas awan dan masing-masing gelembung. Ketika β jauh lebih besar dari satu, respon awan yang umum terjadi pada saat terjadi penurunan tekanan adalah gelembung-gelembung di permukaan akan runtuh terlebih dahulu, dan bagian depan yang runtuh akan merambat ke dalam dari permukaan awan dan berubah menjadi gelombang kejut yang besar.

Kavitasi Hidrodinamik

Kavitasi hidrodinamik adalah proses pembentukan rongga atau gelembung dalam cairan yang diisi dengan uap dan gas di bawah pengurangan tekanan lokal yang dihasilkan oleh fluida yang mengalir di sekitar benda padat. Desain yang paling umum dari generator kavitasi hidrodinamik adalah tabung Venturi.

Tabung Venturi, dengan segala kesederhanaannya, memiliki beberapa konfigurasi yang berbeda, namun, fitur umum dari prinsip operasinya adalah pengurangan tekanan fluida dengan cara menempatkan penyempitan di jalur fluida yang bergerak. Perangkat tapering, yang merupakan organ kerja utama peralatan, terdiri berupa penyekat dengan lubang. Fluida bertekanan tinggi bergerak menuju penyekat dan, melewati lubang dipercepat.

Peningkatan kecepatan akan menghasilkan peningkatan energi kinetik yang tak terelakkan dan penurunan energi potensial yang diwakili oleh tekanan. Ketika kecepatan dan tekanan mencapai ambang batas tertentu untuk media tertentu, akan terjadi pelepasan gas terlarut dalam cairan, menciptakan kavitasi.

Efek dari Kavitasi

Kavitasi menggambarkan pembentukan fase uap dalam cairan apabila cairan tersebut mengalami penurunan tekanan pada suhu lingkungan yang konstan. Ketika tekanan uap cairan turun di bawah tekanan cairan, gelembung-gelembung kecil (rongga) terbentuk di dalam media cairan yang diproses.

Ketika gelembung yang terbentuk mencapai area bertekanan lebih tinggi, keruntuhan terjadi, yang disebut kavitasi. Runtuhnya gelembung dapat menimbulkan puncak tekanan hingga 100 MPa dan jika gelembung dikompresi secara asimetris, yang disebut jet mikro dapat terbentuk dengan kecepatan tinggi melebihi 100 m/s. Selain itu, yang disebut titik panas dengan suhu ekstrem sekitar 1000 K dapat terbentuk di pusat gelembung ketika gelembung runtuh, yang dapat menyebabkan pembentukan radikal yang sangat reaktif. Baik kualitas cairan (suhu, densitas, viskositas, dan tegangan permukaan) maupun keberadaan pengotor (jumlah padatan dan jumlah gas terlarut yang dapat bertindak sebagai nukleus) memengaruhi manifestasi kavitasi.

Baca Juga: Perbedaan Cairan dan Gas

Uap cair, gas terlarut, dan zat dengan tekanan uap tinggi dapat masuk ke dalam rongga, sedangkan molekul dan ion zat terlarut yang tidak mudah menguap tidak dapat masuk. Energi yang dilepaskan oleh gelembung kavitasi yang runtuh cukup untuk menggairahkan, mengionisasi, dan memisahkan molekul air, dan gas di dalam gua kavitasi. Efek fisik termasuk turbulensi, gelombang kejut, pencampuran, dan erosi. Efek kimiawi meliputi sonoluminesensi dan pembentukan radikal (OH* dan H* untuk air).

Kolapsnya gelembung kavitasi dalam banyak kasus merupakan kolaps asimetris yang menghasilkan gelombang kejut dan semburan mikro, yang merupakan manifestasi khas kavitasi. Ketika gelembung kavitasi bersentuhan dengan permukaan padat selama kompresi, gelembung tersebut dapat menghasilkan semburan mikro yang dapat berdampak pada permukaan material dengan kecepatan tinggi, sehingga membantu membersihkan benda padat atau menyebabkan keruntuhannya. Dalam, para peneliti mendemonstrasikan hasil dari penelitian keruntuhan gelembung yang dihasilkan oleh kavitasi akustik, yang menyatakan bahwa kecepatan gelombang kejutnya adalah 1500-2520 m/s dan tekanannya adalah 1,3 GPa.

Kesimpulan

dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu tentang “Definisi, Jenis, dan Efek dari Kavitasi”. Kami telah merekap beberapa pertanyaan umum seputar kavitasi, berikut dibawah ini:

P1: Apakah Kavitas Merusak?
J1: Kavitasi tidak selalu merusak, tetapi dapat menyebabkan kerusakan jika tidak diatasi dengan baik. Pengelolaan yang tepat dan pemilihan peralatan yang sesuai dapat mengurangi risiko dampak negatif.
P2: Bagaimana cara mendeteksi kavitasi?
J2: Kavitasi dapat dideteksi melalui pengamatan visual, pengukuran tekanan, atau menggunakan sensor khusus. Monitoring rutin dapat membantu mengidentifikasi masalah kavitasi sejak dini.
P3: Apakah semua fluida rentan terhadap kavitasi?
J3: Tidak semua fluida rentan terhadap kavitasi. Cairan dengan tekanan uap yang tinggi lebih rentan terhadap fenomena ini.

Jadi, Kavitasi adalah fenomena yang perlu diperhatikan dalam sistem fluida. Dengan pemahaman yang baik tentang kavitasi, pemilihan peralatan yang tepat, dan penerapan solusi yang sesuai, dampak negatif dari kavitasi dapat dikurangi. Penting bagi para insinyur dan pengelola sistem fluida untuk mengambil langkah-langkah pencegahan agar kavitasi tidak merusak peralatan dan sistem mereka.

Referensi: www.britannica.com | www.machinerylubrication.com

720