POMPA SENTRIFUGAL

POMPA SENTRIFUGAL

BY: MAHURI SMK NEGERI 4 KOTA BENGKULU

Materi Ajar Dasar Kompetensi Kejuruan Prgram Keahlian Teknik Kenderaan Ringan

Pompa secara sederhana didefinisikan sebagai alat transportasi fluida cair. Jadi, jika fluidanya tidak cair, maka belum tentu pompa bisa melakukannya. Misalnya fluida gas, maka pompa tidak dapat melakukan operasi pemindahan tersebut. Namun, teknologi sekarang sudah jauh berkembang di mana mulai diperkenalkan pompa yang multi-fasa, yang dapat memompakan fluida cair dan gas. cair, dan topiknya dipersempit untuk yang berjenis sentrifugal.

Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Sebetulnya, proses apa yang terjadi di pompa sehingga dia dapat mengalirkan cairan? Pada hakekatnya, pompa dibutuhkan karena tidak adanya energi yang dapat mengalirkan cairan dengan sendirinya. Kalau mencoba menbandingkannya dengan sumur, pada sumur-sumur gas dan minyak, energi pengaliran adalah tekanan reservoir yang lebih besar dari tekanan di permukaan. Sebagai akibat tidak tersedianya energi, maka dibutuhkan energi dari luar, yang diimplementasikan dengan hadirnya sebuah pompa.

Konsep cairan dapat mengalir karena adanya pompa sangat jelas bila menggunakan hukum kekekalan massa di sekitar pompa tersebut, yang kemudian dibentuk menjadi persamaan Bernoulli. Sayangnya, tidak semua orang mengenal hukum ini, meskipun banyak implementasi dari pelbagai alat yang digunakan di operasi produksi tidak terlepas dari hukum ini.

Bahan Ajar: POMPA SENTRIFUGAL Page 1

Catatan:

hukum Bernoulli banyak digunakan di aplikasi alat pengukuran fluida yang memanfaatkan head atau perbedaan tekanan, seperti orifice, pitot, ataupun venturi. Khusus untuk fluida cair di mana perubahan densitas terhadap tekanan dapat diabaikan, penurunan persamaan Bernoulli untuk ketiga alat ukur tersebut di atas ditambah prinsip kontinuitas, akan menghasilkan persamaan matematika khas untuk orifice, pitot, dan venture.

Kasus 1

Pada gambar 1 terlihat jelas bahwa energi potensial ketinggian dari tangki akan mengalirkan minyak ke dalam suction pompa. Energi ketinggian ditambah tekanan atmosfer akan memaksa minyak mengalir jika valve di suction pompa dibuka dan pompa mulai dioperasikan. Gabungan energi ini akan dikurangi oleh hilang tekan atau pressure drop sepanjang pipa suction karena efek adanya aliran, termasuk penurunan tekanan di nozzle tangki dan di flange antara pipa dengan pompa serta filter yang biasanya dipasang di suction pompa. Faktor lain yang mengurangi gabungan energi penggerak adalah tekanan uap dari minyak. Hasil akhir dari pengurangan tersebut dikenal sebagai NPSH. NPSH atau Net pressure suction head adalah head yang tersedia di mata impeller yang nilainya harus lebih besar dari NPSH minimum yang dibutuhkan oleh pompa pada suatu laju alir tertentu. Keterangan ini dapat dijabarkan dalam persamaan matematika sederhana pada daerah antara tangki dengan suction pompa, yaitu:

Bahan Ajar: POMPA SENTRIFUGAL Page 2

P atm + Beda tinggi level minyak di tangki terhadap centerline pompa – hilang tekan atau pressure drop sepanjang pipa suction (termasuk di fiting-nya) – tekanan uap minyak bumi.

Persamaan ini dikenal sebagai NPSH tersedia atau NPSH available. Besaran NPSH available haruslah lebih besar dari NPSH yang dibutuhkan pompa guna menghindari fenomena yang disebut sebagai kavitasi.

Kavitasi adalah peristiwa di mana tekanan di sekita mata impeller menjadi rendah sedemikian rupa sehingga dapat membuat fluida cair di sekitar daerah tersebut mulai menguap dengan membentuk gelembung. Gelembung ini dapat menerpa impeller sehingga bisa merusaknya. Lebih jauh, kavitasi dapat menyebabkan vibrasi serta kerusakan bearing. Sebenarnya ada jenis kavitasi

lain yang bukan disebabkan oleh NPSH, tetapi karena internal recirculation. Dan kavitasi jenis ini

tidak dibahas dalam kajian ini.

Kembali ke NPSH, NPSH available harus lebih besar dari NPSH yang dibutuhkan pompa (NPSH required) dikarenakan NPSH required akan naik seiring dengan naiknya laju alir fluida yang dipompakan, serta untuk mengkompensasi uncertainty pressure drop di pipa suction beserta fitingnya. Hal tersebut, dapat menjadi kritis, terutama ketika pertama kali pompa dioperasikan dengan valve di keluaran pompa dibuka penuh.

Ketika merancang NPSH available, perlu diperhatikan pemilihan NPSH required pada kondisi worst case, karena jika bedanya terlalu dekat, maka jika pada suatu saat laju alir pompa diperlukan untuk dinaikkan, bisa jadi pompa akan mengalami kavitasi.

Bahan Ajar: POMPA SENTRIFUGAL Page 3

Hal yang relatif sering terjadi adalah kavitasi pompa ketika pompa di start-up dengan membuka penuh valve keluaran pompa. Ini dikarenakan laju alir pompa transient pada saat start-up, dapat naik secara significant karena adanya efek percepatan aliran. Operator lapangan yang baik, akan menutup discharge valve terlebih dahulu ketika pompa di start-up baru membukanya secara perlahan kemudian. Kenyataan ini sedikit banyak disumbang oleh desain rancang bangun pompa yang tidak baik dari sisi perhitungan NPSH-nya.

Kasus 2

Kemudian, kita melihat pada kasus 2. Pada kasus ini, suction pompa ada di bawah pompa. Apakah persamaan NPSH available masih berlaku? Tentu saja, hanya harga energi potensial ketinggian menjadi negatif sehingga menjadi faktor pengurang. Satu-satunya yang berangka positif adalah tekanan atmosfer.

Persamaan sebelumnya dituliskan kembali untuk model pemompaan suction lift ini:

P atm (-) beda tinggi level minyak di tangki terhadap centerline pompa – hilang tekan atau pressure drop sepanjang pipa suction (termasuk di fiting-nya) – tekanan uap minyak bumi.

Sebagai akibat perubahan persamaan di atas, maka harga NPSH available akan turun. Para pembuat pompa sudah mengantisipasi hal demikian, yaitu dengan merancang pompa yang mempunyai harga NPSH required relative lebih kecil terhadap pompa pada kasus 1. Lebih jauh, sekarang sudah banyak sekali pompa yang diletakkan di dalam sump caisson-nya sehingga dapat mengeliminasi NPSH required lebih kecil. Contoh pompa seperti ini adalah submersible pump yang banyak digunakan untuk teknologi pengangkatan minyak di dalam sumur yang tekanan reservoir-nya sudah lemah ataupun untuk firewater pump di anjungan lepas pantai.

Bahan Ajar: POMPA SENTRIFUGAL Page 4

Sebenarnya, apakah hanya persamaan di atas saja yang berperan untuk mengalirkan cairan ke alam suction pompa? Tentu tidak. Ada mekanisme lain yang turut berperan, yaitu pompa itu sendiri. Ketika pompa mulai berputar, maka putaran impeller akan menimbulkan penurunan tekanan di mata impellernya. Efek penurunan tekanan ini mampu mengalirkan air di sump tank ke atas. Efek penurunan tekanan di mata impeller adalah fungsi kuat densitas fluida di sekitar mata impeller tersebut. Jika terisi cairan, maka efek penurunan tekanannya sangat berarti. Akan tetapi jika isinya udara, maka ada kemungkinan cairan di sump tank sebelumnya tidak terangkat.

Masihkan ingat tentang istilah memancing pompa? Yaitu dengan memasukkan air ke dalam suatu reservoir di dalam pompa. Kenapa harus dipancing? Pompa dimasukkan air, atau dipancing, tidak lain adalah untuk memberikan penurunan tekanan di sekitar mata impeller pompa agar supaya cairan lebih mudah mengalir. Jika tidak dipancing, hanya ada udara saja, yang kita ketahui, densitas udara tentunya lebih kecil dari densitas cairan. Pompa sentrifugal yang harus dipancing dulu agar dapat beroperasi disebut sebagai non-self priming pump. Aplikasi non-self priming pump biasanya untuk sistem seperti pada gambar 1.

Bahan Ajar: POMPA SENTRIFUGAL Page 5

Pada gambar 2, untuk dapat beroperasi, maka dimasukkan air di valve A dan dikeluarkan di valve B. Sekali beroperasi, maka kedua valve tersebut dapat ditutup. Keadaan yang tidak praktis ini diatasi dengan mengganti pompa yang bertipe self-priming pump, sehingga tidak perlu memancing lagi ketika akan dioperasikan kembali. Atau sekalian, untuk kasus 2, pompanya diganti dengan submersible pump. Pompa Di suction pompa, cairan akan dinaikkan energi kecepatannya oleh impeller dan kemudian masuk ke bagian yang disebut sebagai difuser atau rumah keong. Bagian ini membesar sehingga energi kecepatan pada daerah ini menurun. Mengikuti hukum kekekalan energi, maka seiring turunnya energi kecepatan, maka timbul energi yang lain, yang disebut sebagai feet of head, atau biasa disingkat head. Dengan adanya head, maka cairan dapat dialirkan ke daerah yang lebih tinggi dari tangki, ke daerah yang sangat jauh dari tangki, atau daerah yang tekanannya lebih tinggi dari tangki.

Head

Bahan Ajar: POMPA SENTRIFUGAL Page 6

Pompa sentrifugal, akan memberikan head yang sama, berapapun harga densitas dari cairan yang dipompakan asalkan laju alirnya tetap. Akan tetapi, sebagai operator lapangan atau engineer, kita tidak tertarik dengan head, kita lebih suka dengan tekanan atau pressure.

DIAMBIL DARI

CARA MENGKAJI PIPING & INSTRUMENTATION

Oleh: Cahyo Hardo Priyoasmoro