Chapter 12 Cavitation

Kelompok 5 :  Naning Yuliana  Yusri Rahmatul Izza  Yustika Athiya Hasna  Rizka Oktaviana  I Gede Bagus Indra D  Akmal Naufal Ramadhan

Cavitation The Cavitation Number 12.2 Types of Cavitation 12.3 Noise and Erosion 12.4 The Cavitation Bucket 12.5 Cavitation Test

Cavitation Kavitasi adalah fenomena perubahan fase uap air dari zat cair yang sedang mengalir sehingga membentuk gelembung- gelembung uap, karena tekanannya berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya. 1212

Cavitation ◇ Kavitasi adalah mekanika fluida umum yang dapat menyebabkan tekanan dalam cairan, misalnya : pompa, turbin, propeller, dan lain-lain. ◇ Ketika kavitasi terjadi fase cair berubah menjadi uap pada daerah tertentu di mana tekanan lokal sangat rendah karena kecepatan lokal yang tinggi

Vaporization (Penguapan) Ada dua jenis penguapan : ◇ Penguapan dengan meningkatkan suhu (boiling) ◇ Penguapan di bawah suhu hampir konstan karena berkurangnya tekanan (cold boiling). Proses cold boiling dan kavitasi bergantung pada kemurnian air, jika air mengandung sejumlah besar udara terlarut, maka karena tekanan berkurang, udara keluar dari larutan dan membentuk rongga di mana tekanan akan lebih besar daripada “tekanan uap ”. 6

Grafik hubungan suhu air dengan tekanan uap air

Cavitation Ketika fluida air melewati foil maka bagian atas foil akan mempercepat diri karena pengaruh bentuk foil, ketika kecepatan menambah maka tekanan menjadi turun. aliran fluida yang terjadi berbentuk swing yang sangat cepat.

Cavitation Kavitasi pada propeller akan menyebabkan : ◇ Pengurangan daya dorong propeller yang mengakibatkan pengurangan efisiensi kerja propeller. ◇ Menyebabkan getaran di bagian lambung dan propeller serta menghasilkan kebisingan yang menganggu. ◇ Menyebabkan erosi pada daun propeller. 9

The Cavitation Number 10 Angka Kavitasi (Ca) adalah angka tanpa dimensi yang digunakan dalam perhitungan aliran. Angka ini menunjukkan hubungan antara perbedaan tekanan absolut lokal dengan tekanan uap dan energi kinetik per volume dan digunakan untuk menggambarkan karakteristik potensi aliran ke kavitasi.

11

Types of Cavitation 12.2

Types of cavitation : ◇ Tip cavitation ◇ Root cavitation ◇ Boss/hub cavitation ◇ Leading edge cavitation ◇ Trailing edge cavitation ◇ Face cavitation ◇ Back cavitation 13 The region on the propeller ◇ Sheet cavitation ◇ Cloud cavitation ◇ Bubble cavitation ◇ Vortex cavitation The nature of the cavities

Bubble Cavitation (Kavitasi Gelembung) ◇ Ketika elemen fluida dalam aliran mengalami penurunan tekanan secara berangsur-angsur, terjadi kavitasi pada fluida. ◇ Kavitasi ini yang disebut dengan kavitasi gelembung ◇ Kavitasi ini terjadi apabila tekanan minimum dari blade/daun berada pada daerah tengah atau midchord dan tekanan tersebut lebih rendah daripada tekanan uap. ◇ Jenis kavitasi ini biasanya terjadi ketika blade / daun relatif tebal. Sementara untuk kekuatan propeller sendiri memerlukan blade / daun yang tebal, jadi bubble cavitation susah untuk dihindari.

15

Sheet Cavitation (Kavitasi Lembar) ◇ Ketika distribusi tekanan memiliki adverse pressure gradient yang kuat, aliran akan memisahkan diri dari badan propeller dan timbullah daerah kavitasi, yang disebut dengan kavitasi lembar. ◇ Kavitasi ini terjadi ketika leading edge suction peak lebih rendah dari tekanan uap. ◇ Tekanan pada kavitasi ini kira-kira sama dengan tekanan uap 16

17

◇ Kavitasi lembar yang tidak stabil biasa terjadi di ujung patah dalam medan arus ikut yang menyebabkan terjadinya kavitasi awan (cloud cavitation). 18 Sheet Cavitation (Kavitasi Lembar)

◇ Apabila blade/ daun beroperasi atau berputar dengan sudut negatif, kavitasi lembar akan mucul pada bagian muka / face dari blade/ daun. 19 Face Cavitation

Sheet Cavitation (Kavitasi Lembar) ◇ Ketika ujung dari blade /daun dibongkar, panjang dari kavitasi lembar ini menurun seiring dengan ujungnya. 20 Sheet cavitation with unloaded tip

Root Cavitation (Kavitasi Pangkal Daun) ◇ Kavitasi di dalam daerah tekanan rendah di pangkal daun propeller 21 Root cavitation

Tip Cavitation (Kavitasi Ujung Daun) ◇ Kavitasi permukaan (surface cavitation) yang terjadi di dekat ujung daun propeller; kavitasi pusaran (vortex cavitation) yang terjadi di dalam inti tekanan rendah pusaran ujung (tip cortex) propeller 22 Tip cavitation

Propeller Hull Vortex Cavitation (Antara Propeller dan Badan Kapal) ◇ Kavitasi pusaran ujung daun propeller yang dalam interval tertentu merentang hingga mencapai permukaan badan kapal 23 Propeller hull vortex cavitation

Cloud Cavitation (Kavitasi Awan) Pertumbuhan dan keruntuhan kavitasi menyebabkan terpecahnya kavitasi lembaran menjadi pusaran awan dan gelembung. Kavitasi Awan berada di bagian belakang atau ujung patah kavitasi lembaran yang tak stabil di dalam medan arus ikut, massa dari rongga transien, umumnya terkait dengan erosi 24

Mekanisme dari Meluasnya Kavitasi Awan 25

Mekanisme dari Meluasnya Kavitasi Awan Aspek Pertama Jet kembali masuk pada ujung belakang dari rongga. Garis rongga mengalami sangat sedikit gesekan, sehingga aliran dapat dipertimbangkan sebagai “inviscid ” Aspek Kedua Tekanan di rongga sama dengan tekanan uap Pv. Arah aliran diluar rongga akan mendekati sisi permukaan pada sudut yang besar dan tekanan permukaan akan lebih tinggi dari Pv Aspek Ketiga Kavitasi akan meluas dengan mengalir dan runtuh saat tiba di daerah yang tekanannya tinggi. Kompleks sistem dari uap dan cairan dinamakan kavitasi awan. 26

Two- dimensional flow Proses memisahkan dapat menjadi sangat mengganggu saat jet kembali masuk mengenai bagian depan rongga dan bagian terbesar dari lembaran Three-dimensional flow Jet yang masuk kembali dibelokkan ke luar saat panjang rongga bertambah sepanjang jari-jari 27

Noise and Erosion 12.3 Semua jenis kavitasi menghasilkan suara dan gelembung yang dihasilkan berisaft erosif. Gelembung- gelembung kavitasi akan lepas dari tempat terjadinya dan karena tekanannya terlalu besar untuk daerah sekelilingnya, maka gelembung-gelembung tersebut akan pecah dan disusul oleh gelembung-gelembung yang lainnya. Pecahnya gelembung tersebut menimbulkan gaya yang dapat menyebabkan erosi. Ketika erosi terlalu besar dapat menyebabkan kerusakan pada propeller dan dapat menyebabkan daun propeller patah.

Noise ◇ Gelombang kejut yang dipancarkan dari rongga runtuh menghasilkan radiasi dari tingkat kebisingan yang tinggi. Kavitasi dapat memiliki frekuensi suara lebih dari 100 KHz. Peningkatan tingkat kebisingan di frekuensi tersebut dapat digunakan untuk mendeteksi kavitasi. Suara yang terpancar mungkin menjadi masalah bagi banyak kapal. 30

The Cavitatoin Bucket 12.4 Perhitungan diagram kavitasi bucket didapat dari desain daun propeller, karena mereka merepresentasikan keadaan cavitasi dari daun propeler dalam bentuk 2 dimensi.

The Cavitation Bucket ◇ Bentuk selanjutnya menunjukkan fitur dasar dari diagram kavitasi bucket. Diagram ini disusun atas fungsi bagian sudut dorongan dan bagian angka kavitasi, bagaimanapun beberapa versi dari diagram sudah diciptakan. Biasanya alfa bisa diganti dengan CL dan angka kavitasi (sigma) dengan minimum koefisien tekanan CP

33

The Cavitation Bucket Jadi dari diagram berikut, terdapat empat area utama dapat diidentifikasikan, yaitu: 1. Area bebas kavitasi didalam bucket 2. Back sheet diluar bucket 3. Kavitasi gelembung (bubble cavitation) diluar bucket 4. Area depan kavitasi di luar bucket Lebar dari bucket (alpha) adalah perhitungan dari toleransi area kavitasi bebas. ketika/disamping digunakan untuk keperluan desain diagram bucket didasari oleh karakteristik aliran 2 dimensi 34

Cavitation Test Dalam menguji nilai kavitasi diharapkan agar kavitasi terjadi seminimal mungkin atau bahkan tidak terjadi. Terdapat suatu persamaan untuk meninjau kavitasi yaitu adalah NPSH dan NPSH ini harus bernilai positif. NPSH sendiri berarti Net Positive Suction Head, maka dari itu harus bernilai positif, jika negatif maka kavitasi akan terjadi. NPSH = (Patm – Pv/ ρ g) – Z

Cavitation Test ◇ Lalu untuk aplikasi terhadap pompa menggunakan formula sebagai berikut : NPSH = (Patm – Pv/ ρ g) – Z – NPSH required – Hloss Dimana : ◇ Patm, tekanan atmosfer semakin tinggi dari permukaan air laut, maka tekanan atmosfer semakin rendah. Karena itu dapat meningkatkan resiko kavitasi(jika nilai NPSH menjadi negatif). ◇ Pv, tekanan jenuh, temperatur cairan(air laut) yang dipompa sangat berpengaruh pada nilai NPSH. Semakin tinggi temperatur yang dipompa, maka resiko kavitasi semakin tinggi. ◇ Z, ketinggian kolom air suction ke pompa. Semakin tinggi pompa dari kolom air yang akan dihisap, kemungkinan terjadi kavitasi akan semakin tinggi. Semakin tinggi air yang dipompa, maka semakin rendah tekanan. 36

Cavitation Test ◇ NPSH required, pompa umumnya memiliki karakteristik NPSH required tersendiri. ◇ H-loss, panjang pipa suction, jumlah fitting, strainer dan jenis pipa yang kasar, akan mempengaruhi rugi tekanan/head, yang akan berpengaruh pada besarnya sisa NPSH. 37

Thanks! 38