1. Definisi dan Dampak Utama dari Impeller Gap

Celah impeller mengacu pada jarak radial antara impeller dan casing pompa (atau cincin baling-baling pemandu), biasanya berkisar antara 0.2 mm hingga 0.5 mm. Celah ini secara signifikan memengaruhi kinerja pompa.  pompa turbin vertikal multitahap dalam dua aspek utama:

● Kehilangan Hidrolik: Celah yang berlebihan meningkatkan aliran bocor, mengurangi efisiensi volumetrik; celah yang terlalu kecil dapat menyebabkan keausan gesekan atau kavitasi.

● Karakteristik Aliran: Ukuran celah secara langsung memengaruhi keseragaman aliran di outlet impeller, sehingga memengaruhi kurva head dan efisiensi.

2. Landasan Teoritis Optimasi Celah Impeller

2.1 Peningkatan Efisiensi Volumetrik

Efisiensi volumetrik (ηₛ) didefinisikan sebagai rasio aliran keluaran aktual terhadap aliran teoritis:

ηₛ = 1 − kebocoran QQ

di mana Qleak adalah aliran bocor yang disebabkan oleh celah impeller. Mengoptimalkan celah akan mengurangi kebocoran secara signifikan. Misalnya:

● Mengurangi celah dari 0.3 mm menjadi 0.2 mm mengurangi kebocoran hingga 15–20%.

● Pada pompa multitahap, pengoptimalan kumulatif di seluruh tahap dapat meningkatkan efisiensi total sebesar 5–10%.

2.2 Pengurangan Kerugian Hidrolik

Mengoptimalkan celah akan meningkatkan keseragaman aliran di outlet impeller, mengurangi turbulensi dan dengan demikian meminimalkan kehilangan tekanan. Misalnya:

● Simulasi CFD menunjukkan bahwa pengurangan celah dari 0.4 mm menjadi 0.25 mm menurunkan energi kinetik turbulen hingga 30%, yang sesuai dengan pengurangan konsumsi daya poros sebesar 4–6%.

2.3 Peningkatan Kinerja Kavitasi

Celah yang besar memperburuk denyutan tekanan di saluran masuk, sehingga meningkatkan risiko kavitasi. Mengoptimalkan celah akan menstabilkan aliran dan meningkatkan batas NPSHr (net positive suck head), khususnya efektif dalam kondisi aliran rendah.

3. Verifikasi Eksperimental dan Kasus Rekayasa

3.1 Data Uji Laboratorium

Sebuah lembaga penelitian melakukan uji perbandingan terhadap pompa turbin vertikal bertingkat (parameter: 2950 rpm, 100 m³/jam, head 200 m).

3.2 Contoh Aplikasi Industri

● Retrofit Pompa Sirkulasi Petrokimia: Sebuah kilang mengurangi celah impeller dari 0.4 mm menjadi 0.28 mm, mencapai penghematan energi tahunan sebesar 120 kW·h dan pengurangan biaya pengoperasian sebesar 8%.

● Optimalisasi Pompa Injeksi Platform Lepas Pantai: Menggunakan interferometri laser untuk mengontrol celah (±0.02 mm), efisiensi volumetrik pompa meningkat dari 81% menjadi 89%, mengatasi masalah getaran yang disebabkan oleh celah yang berlebihan.

4. Metode Optimasi dan Langkah Implementasi

4.1 Model Matematika untuk Optimasi Kesenjangan

Berdasarkan hukum kesamaan pompa sentrifugal dan koefisien koreksi, hubungan antara celah dan efisiensi adalah:

η = η₀(1 − k·δD)

di mana δ adalah nilai celah, D adalah diameter impeller, dan k adalah koefisien empiris (biasanya 0.1–0.3).

4.2 Teknologi Implementasi Utama

●Manufaktur Presisi: Mesin CNC dan peralatan penggiling mencapai presisi tingkat mikrometer (IT7–IT8) untuk impeler dan casing.

●Pengukuran In-Situ: Alat penyelarasan laser dan pengukur ketebalan ultrasonik memantau celah selama perakitan untuk menghindari penyimpangan.

● Penyesuaian Dinamis: Untuk media bersuhu tinggi atau korosif, cincin penyegel yang dapat diganti dengan penyetelan halus berbasis baut digunakan.

4.3 Pertimbangan

● Keseimbangan Gesekan-Keausan: Celah yang terlalu kecil akan meningkatkan keausan mekanis; kekerasan material (misalnya, Cr12MoV untuk impeler, HT250 untuk casing) dan kondisi operasional harus seimbang.

● Kompensasi Ekspansi Termal: Celah yang disediakan (0.03–0.05 mm) diperlukan untuk aplikasi suhu tinggi (misalnya, pompa minyak panas).

5. Tren Masa Depan

●Desain digital: Algoritma pengoptimalan berbasis AI (misalnya, algoritma genetika) akan dengan cepat menentukan kesenjangan optimal.

●Manufaktur Aditif: Pencetakan 3D logam memungkinkan desain casing impeller yang terintegrasi, mengurangi kesalahan perakitan.

●Pemantauan Cerdas: Sensor serat optik yang dipasangkan dengan kembaran digital akan memungkinkan pemantauan kesenjangan waktu nyata dan prediksi penurunan kinerja.

Kesimpulan

Optimalisasi celah impeller merupakan salah satu metode paling langsung untuk meningkatkan efisiensi pompa turbin vertikal multitahap. Menggabungkan manufaktur presisi, penyesuaian dinamis, dan pemantauan cerdas dapat mencapai peningkatan efisiensi sebesar 5–15%, mengurangi konsumsi energi, dan menurunkan biaya perawatan. Dengan kemajuan dalam fabrikasi dan analitik, optimalisasi celah akan berkembang menuju presisi dan kecerdasan yang lebih tinggi, menjadi teknologi inti untuk perombakan energi pompa.

Catatan: Solusi rekayasa praktis harus mengintegrasikan properti medium, kondisi operasional, dan kendala biaya, yang divalidasi melalui analisis biaya siklus hidup (LCC).