Sabtu, 11 Juli 2009
Pompa dan Sistem Pemompaan
OPERASI POMPA SENTRIFUGAL
Banyak pompa sentrifugal didesain dengan cara memungkinkan pompa beropersai secara terus menerus untuk berbulan bulan bahkan tahunan. Pompa sentrifugal ini seringkali mengandalkan zat cair yang dipompa sebagai pendinginan dan pelumasan terhadap bearing pompa dan komponen pompa yang ada didalam lainnya. Jika aliran yang melalui pompa dihentikan ketika pompa sedang beroperasi, pompa tidak didinginkan sebagaimana mestinya sebentar dan pompa dapat lebih cepat rusak. Kerusakan pompa dapat juga diakibatkan dari zat cair yang dipompakan yangmana suhu mendekati kondisi jenuh.
Kavitasi
Luasan aliran pada mata impeller pompa biasanya lebih kecil dari daripada luasan aliran pipa hisap pompa atau luas aliran yang melalui baling baling impeller. Ketika cairan dipompakan memasuki mata pompa sentrifugal, pengurangan luas area aliran terjadi seiring penambahan kecepatan aliran seiring dengan pengurangan tekanan. Jumlah aliran pompa yang lebih besar, penurunan tekanan yang lebih besar antara lubang hisap pompa dengan mata impeller. Jika tekanan yang turun cukup besar, atau temperature cukup tinggi, tekanan yang turun mungkin cukup untuk menyebabkan zat cair. Banyak gelembung udara terbentuk akibat tekanan yang jatuh di ujung impeller di sapu oleh baling baling impeller melalui aliran fluidanya. Ketika gelembung udara memasuki daerah dimana tekanan local lebih besar dari tekanan jenuh yang menjauhi baling baling impeller, tiba tiba meletup. Proses pembentukan gelembung udara dan berikutnya meletup di dalam pompa disebut kavitasi.
Kavitasi dalam pompa sentrifugal mempunyai efek yang sangat signifikan pad performa pompa. Kavitasi menurunkan performa pompa, menyebabkan fluktuasi jumlah aliran dan tekanan buang. Kavitasi dapat juga menyebabkan kerusakan komponen pompa bagian dalam. Ketika pompa mengalami kavitasi, gelembung udara terbentuk didaerah tekanan rendah tepat sebelum putaran baling baling impeller. Gelembung uap kemudian bergerak pada baling baling impeller, dimana mereka meletup dan menyebabkan kejutan secara fisik, pada susdut depan baling baling impeller. Kejutan secara fisik membuat bintik bintik kecil pada bagian ujung baling baling impeller. Setiap bintik bintik kecil mempunyai ukuran mikron, tetapi akibat akumalasi dari jutaan bintik bintik ini dari waktu kewaktu benar benar merusak impeler pompa. Kavitasi juga bisa menyebabkan kelebihan getaran pada pompa, yang mana bisa menyebabkan kerusakan bearing pompa, ring penahan aus dan seal – seal.
Sebagian kecil pompa sentrifugal didesain untuk dioperasikan dibawah kondisi dimana kavitasi tidak terhindarkan. Pompa ini harus dirancang secara khusus dan dirawat untuk sejumlah kecil kavitasi yang terjadi selama beroperasi. Banyak pompa sentrifugal dirancang tidak untuk kavitasi yang terus menerus. Suara berisik adalah salah satu indikasi bahwa pompa sentrifugal dalam keadaan kavitasi. Sebuah pompa yang mengalami kavitasi dapat bersuara seperti suara kaleng isi kelereng yang dikocok. Indikasi lain yang dapat diobservasi dari pusat kontrol operasi adalah tekanan buang yang fluktuatif, jumlah aliran, arus pompa motor. Metode untuk menghentikan atau mencegah kavitasi dijelaskan dalam paragraf berikut.
Tinggi Tekan Hisap (NPSH)
Untuk menghindari kavitasi pada pompa sentrifugal, tekanan fluida pada semua titik dalam pompa harus dipertahankan diatas tekanan jenuh. Jumlah yang digunakan untuk menentukan supaya tekanan zat cair yang dipompa mampu mengindari kavitasi adalah tinggi tekan hisap dikenal dengan NPSH (Net Positive Suction Head).
NPSH yang tersedia (NPSHa) adalah perbedaan antara tekanan hisap pompa dengan tekanan jenuh ketika zat cair dipompa.
NPSH yang dibutuhkan (NPSHr) adalah NPSH minimum untuk menghindari kavitasi
Kondisi yang harus ada untuk menghindari kavitasi adalah bahwa NPSH yang tersedia harus lebih besar atau sama dengan NPSH yang dibutuhkan, secara matematis dapat dititunjukan sebagai berikut:
NPSHa ≥ NPSHr
Rumus untuk NPSHa adalah sebagai berikut
NPSHa = P hisap – P jenuh
Ketika pompa sentrifugal menghisap dari tangki ataupaun penampungan yang lain, tekanan pada saat hisap dalah jumlah dari tekanan absolute pada permukaan zat cair yang ada ditanki ditambah tekanan sehubungan dengan perbedaan elevasi antara permukaan zat cair dengan hisapan pompa dikurangi kehilangan head yaitu gesekan pada saluran hisap dari tanki ke pompa.
NPSHA = Pa + Pst - hf - Psat
Dimana:
NPSHA = Tinggi tekan hisap yang tersedia
Pa = Tekanan absolute pada permukaan zat cair
Pst = Tekanan akibat perbedaan antara permukaan zat cair dengan hisapan pompa
hf = Kehilangan head pada pipa hisap
Psat = Tekanan jenuh ketika zat cair dipompakan
Mencegah Kavitasi
Jika pompa sentrifugal dalam kondisi kavitasi, beberapa perubahan dalam desain sistem atau pengoperasian mungkin diperlukan untuk menambah NPSHA diatas NPSHR dan menghentikan kavitasi. Salah satu metode untuk menambah NPSHA adalah menambah tekanan pada hisapan pompa. Sebagai contoh jika pompa menghisapa dari tanki tertutup, selain itu bisa meninggikan level zat cair didalam tanki atau menambah tekanan pada daerah diatas zat cair untuk menambah tekanan hisap. Cara lain yang mungkin untuk menambah NPSHA dengan mengurangi temperatur zat cair yang dipompakan.Pengurangan temperatur zat cair yang dipompakan mengurangi tekanan jenuh yang akibatnya menikan NPSHA. Mengulang modul sebelumnya pada perubah panas yang mana uap kondensor biasanya didinginkan lebih rendah dari temperatur jenuh, hal ini disebut penekanan kondensator, untuk mencegah kavitasi pada pompa kondensator.
Jika kehilangan head pada pipa hisap pompa dapat dikurangi, NPSHA akan ditingkatkan. Banyak cara untuk mengurangi kehilangan head termasuk menambah diameter piapa, mengurangi jumlah elbow, katup dan fiting pada pipa, mengurangi panjang pipa.
Hal yang mungkin untuk mengehilangkan kavitasi adalah dengan mengurangi NPSHR untuk pompa. NPSHR yang diberikan pompa tidak selalu sama pada semua kondisi, tetapi tergantung faktor yang pasti. NPSHR dari pompa meningkat signifikan ketika jumlah aliran meningkat. Oleh karena itu, pengurangan jumlah aliran yang melalui pompa dengan pengecilan katup buang akan mengurangi NPSHR. NPSHR juga tergantung pada kecepatan pompa. Semakin cepat impeler pompa berputar maka semakin besar NPSHR. Karena itu kecepatan sebagai sebuah variable dikurangi, NPSHR pompa akan berkurang. Bagaimanapun, selama jumlah aliran pompa adalah sering didikte oleh kebutuhan sistem dimana pompa dihubungkan, hanya penyetelen terbatas yang dapat dilakukan tanpa menambah paralel pompa, jika ada.
Tinggi tekan hisap yang dibutuhkan untuk mencegah kavitasi adalah ditentukan melelui uji coba oleh perusahaan pompa dan tergantung berepa faktor termasuk tipe masuk ke impeler, desain impeler, jumlah aliran pompa, kecepatan putar impeler, dan jenis zat cair yang dipompakan. Pabrikan biasanya memberikan kurva NPSHR ketika fungsi aliran pompa digunakan untuk zat cair yang khusus (biasanya air), di buku manual pompa.
Kurva Karakteristik Pompa Sentrifugal
Untuk mempertahankan pompa beroperasi pada kecepatan konstan, jumlah aliran yang melalui pompa tergantung pada perbedaan tekanan atau head yang dihasilkan oleh pompa. Head terendah, maka jumlah aliran tertinggi. Buku manual untuk spesifikasi pompa dinamakan kurva karakteristik pompa. Setelah pompa dipasang di sistem biasanya dicoba untuk memastikan bahwa jumlah aliran dan head pompa sesaui dengan spesifikasi yang dibutuhkan. Tipe kurva karakteristik sebuah pompa sentrifugal ditunjukan pada gambar 11. Ada beberapa hal yang terkait dengan kurva karakteristik pompa yang harus ditentukan.
Shut off head adalah maksimum head yang dapat dihasilkan oleh pengoperasian pompa sentrifugal pada kecepatan tertentu.
Pompa run out adalah aliran maksimum yang dapat dihasilkan oleh pompa sentrifugal tanpa merusak pompa. Pompa sentrifugal dirancang dan dioperasikan terhindar dari kondisi pompa runout atau pengoperasian shut off head. Tambahan informasi mungkin ditemukan didalam handbook pada bab thermodinamika, transfer panas, dan aliran fluida.
Perlindungan Terhadap Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal kehilangan head ketika pompa itu dioperasikan tanpa ada aliran yang melewatinya, sebagai contoh dengan katup buang yang tertutup, atau dilawan dengan check valve.Jika katup buang tertutup dan tidak ada saluran kecil aliranpun yang disediakan pada pompa, impeler akan mengaduk volme air yang sama ketika berputar didalam rumah pompa. Ini akan meningkatkan temperatur zat cair (akibat gesekan) didalam rumah pompa pada titik dimana akan timbul uap air. Uap air dapat menimbulkan terhentinya aliran pendingin paking pompa, bearing, penyebab keausan dan panas. Jika pompa beroperasi pada jumlah yang kurang dengan waktu yang lama, pompa akan rusak. Ketika pompa dipasang dalam sebuah sistem seperti yang mungkin mengalami shut off head secara berkala, pompa ini memerlukan beberapa hal untuk perlindungan pompa. Salah satu cara untuk melindungi pompa beroperasi tanpa ada head adalah menyediakan jalur ulang dari saluran buang pompa yang mengalir dari katup buang, yang kembali untuk mensuplai pompa. Saluran sirkulasi ulang ini harus diukur untuk memberikan jumlah aliran yang cukup pada pompa untuk mencegah kelebihan panas dan kerusakan pompa. Proteksi mungkin juga dilakukan dengan menggunakan sebuah kontrol aliran otomatis. Pompa sentrifugal harus juga diproteksi dari aliran maksimal. Aliran maksimal dapat menyebabkan kavitasi dan juga kelebihan panas pada motor pompa akibat kelebihan arus. Salah satu cara untuk memastikannya adalah selalu ada hambatan aliran pada saluran buang pompa untuk mencegah kelebihan aliran yang melalui pompa, dengan memasang katup throttle atau orifice pada setelah saluran buang. Rancangan sistem pemipaan yang baik sangat penting untuk mencegah pompa mengalir secara maksimal.
Gas Terjebak
Gas terjebak dari pompa sentrifugal adalah kondisi dimana rumah pompa terisi dengan gas atau uap air pada titik dimana impeller tidak cukup lama bertemu dengan fluida yang cukup terhadap fungsinya secara benar. Impeler memutar gelembung gas, tetapi tidak dapat mendorong fluida melalui pompa. Ini dapat membuat masalah pendinginan untuk paking pompa dan bearing. Pompa sentrifugal didesain sehingga rumah pompanya penuh terisi dengan zat cairselama pompa beroperasi. Banyak pompa sentrifugal tetap dapat beroperasi ketika sejumlah kecil gas yang terus bertambah didalam rumah pompa, tetapi sistem pompa mengandung larutan gas yang tidak dirancang bisa melakukan ventilasi dengan sendirinya, harus dilakukan pengeluaran secara manual untuk memastikan gas tidak mengembang dalam rumah pompa.
Priming Pompa Sentrifugal
Banyak pompa sentrifugal yang tidak dapat melakukan priming sendiri. Dengan kata lain, rumah pompa harus diisi denganzat cair sebelum pompa dihidupkan, atau pompa tidak akan menjalankan fungsinya. Jika rumah pompa kemasukan dengan uap atau gas, impeller menjadi mengikat gas dan tidak mampu memompakan. Untuk memastikan pompa tetap terpriming dan tidak ada gas terjebak, banyak pompa sentrifugal diletakan dibawah level sumber dimana pompa menghisap dengan sendirinya. Efek yang sama dapat didapatkan dengan memberikan zat cair dibawah tekanan yang disuplaikan dengan pompa lain yang diletakan pada saluran hisap.
Pompa
POMPA
A. Pengertian Pompa Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek.
B. Klasifikasi Pompa Secara umum pompa dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non positive displacement pump).
i. Pompa Kerja Positif
Pada pompa kerja positif kenaikan tekanan cairan di dalam pompa disebabkan oleh pengecilan volume ruangan yang ditempati cairan tersebut. Adanya elemen yang bergerak dalam ruangan tersebut menyebabkan volume ruangan akan membesar atau mengecil sesuai dengan gerakan elemen tersebut. Secara umum pompa kerja positif diklasifikasikan menjadi :
1. Pompa Reciprocating Pompa reciprocating adalah pompa dimana energi mekanik dari penggerak pompa diubah menjadi energi aliran dari cairan yang dipompa dengan menggunakan elemen yang bergerak bolak-balik di dalam silinder. Elemen yang bergerak bolak-balik itu dapat berupa piston atau plunyer. Ketika volume silinder membesar akibat gerakan piston atau plunyer maka tekanan dalam silinder akan turun dan relatif lebih kecil daripada tekanan pada sisi isap, sehingga fluida pada sisi isap akan masuk ke dalam pompa. Sebaliknya ketika volume silinder mengecil akibat gerakan piston atau plunyer maka tekanan dalam silinder akan naik sehingga fluida akan tertekan keluar. Pompa reciprocating mempunyai tekanan yang tinggi sehingga mampu melayani sistem dengan head yang tinggi. Namun kapasitas pompa ini biasanya rendah. Tekanan yang dihasilkan tidak tergantung pada kapasitas tetapi tergantung pada daya penggerak dan kekuatan bahan. Pompa ini juga dapat bekerja pada pengisapan kering. Kekurangan pompa reciprocating adalah alirannya tidak kontinu (berpulsa) dan tidak steady yang disebabkan adanya gaya enersia akibat gerakan bolak-balik oleh piston atau plunyer.
2. Pompa Rotari
Pompa rotari adalah pompa perpindahan positif dimana energi mekanis ditansmisikan dari mesin penggerak ke cairan dengan menggunakan elemen yang berputar (rotor) di dalam rumah pompa (casing). Pada waktu rotor berputar di dalam rumah pompa, akan terbentuk kantong-kantong yang mula-mula volumenya besar (pada sisi isap) kemudian volumenya berkurang (pada sisi tekan) sehingga fluida akan tertekan keluar.
Beberapa pompa rotari yang banyak ditemukan antara lain : a. Pompa roda gigi luar, rotornya berupa sepasang roda gigi yang berputar di dalam rumah pompa. Roda gigi itu dapat berupa gigi heliks-tunggal, heliks-ganda atau gigi lurus. b. Pompa roda gigi dalam, mempunyai rotor yang berupa roda gigi dalam yang berpasangan dengan roda gigi luar yang bebas (idler). c. Pompa kam dan piston, disebut juga pompa plunyer rotari, terdiri dari lengan eksentrik dan lengan bercelah pada bagian atasnya. d. Pompa cuping (pompa lobe), mempunyai dua rotor atau lebih dengan dua, tiga, empat cuping atau lebih pada masing-masing rotor. e. Pompa sekrup, mempunyai satu, dua, tiga sekrup yang berputar dalam rumah pompa yang diam.
Gambar 1.1 Pompa roda gigi luar
Gambar 1.2 Pompa roda gigi dalam
Sumber : Tyler G. Hicks, 1996
Gambar 1.3 Pompa rotari kam & piston
Gambar 1.4 Pompa rotari dua cuping (lobe)
Sumber : Tyler G. Hicks, 1996
Gambar 1.5 Pompa rotari tiga cuping
Gambar 1.6 Pompa rotari empat cuping
Sumber : Tyler G. Hicks, 1996
Gambar 1.7 Pompa sekrup tunggal
Gambar 1.8 Pompa sekrup ganda
Sumber : Tyler G. Hicks, 1996
f. Pompa vane, rotornya berupa elemen berputar yang dipasang eksentrik dengan rumah pompa. Pada keliling rotor terdapat alur-alur yang diisi bilah-bilah sudu yang dapat bergerak bebas. Ketika rotor diputar sudu-sudu bergerak dalam arah radial akibat gaya sentrifugal, sehingga salah satu ujung sudu selalu kontak dengan permukaan dalam rumah pompa membentuk sekat-sekat ruangan di dalam pompa.
Gambar 1.9 Pompa tiga sekrup
Gambar 1.10 Pompa vane
Sumber : Tyler G. Hicks, 1996
Pompa rotari banyak digunakan pada pemompaan cairan yang viskositasnya lebih tinggi dari air. Keuntungan lain adalah aliran yang dihasilkan hampir merata (uniform), karena putaran rotor relatif konstan.
ii. Pompa Kerja Dinamis 1. Pompa Sentrifugal Pada pompa sentrifugal, energi penggerak dari luar diberikan kepada poros yang kemudian digunakan untuk menggerakkan baling-baling yang disebut impeler. Impeler memutar cairan yang masuk ke dalam pompa sehingga mengakibatkan energi tekanan dan energi kinetik cairan bertambah. Cairan akan terlempar ke luar akibat gaya sentrifugal yang ditimbulkan gerakan impeler. Cairan yang keluar dari impeler ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) di keliling impeler dan disalurkan ke luar pompa melalui difuser. Di dalam difuser ini sebagian energi kecepatan akan diubah menjadi energi tekanan. Berdasarkan jenis aliran dalam impeler, pompa sentrifugal dibedakan menjadi 3 bagian, yaitu : 1. Pompa aliran radial 2. Pompa aliran aksial 3. Pompa aliran campur (mixed flow)
Pompa sentrifugal merupakan pompa yang paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga yang relatif murah. Berikut ini adalah beberapa keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa perpindahan positif (Lazarkiewics, 1965) : 1. Gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa 2. Keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan tidak adanya katup-katup 3. Kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap 4. Ukuran kecil sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya instalasi ringan 5. Harga murah dan biaya perawatan murah 2. Special Effect Pump
Merupakan pompa yang digunakan untuk keperluan tertentu. Contoh pompa jenis ini adalah hydraulic ram, electromagnetic, gas lift dan jet (eductor).
C. Penggunaan Pompa
Pompa telah banyak digunakan orang sejak lama, mulai dari unit terkecil di rumah tangga sampai industri-industri besar. Penggunaan pompa yang semakin luas dari waktu ke waktu menyebabkan perkembangan pompa sangat pesat. Pada era sekarang ini berbagai macam bentuk pompa dengan berbagai keunggulannya telah banyak ditawarkan oleh perusahaan-perusahaan produsen pompa. Sering kali suatu perusahaan membuat pompa tertentu yang hanya digunakan untuk aplikasi khusus. Mengingat banyaknya jenis pompa di pasaran, maka kejelian dalam memilih pompa menjadi syarat utama agar diperoleh kerja pompa yang optimum sesuai dengan sistem yang dilayani.
Dalam rumah tangga pompa banyak digunakan untuk memompa air dari sumur untuk digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Dalam bidang pertanian pompa banyak digunakan dalam sisten irigasi untuk mengairi sawah-sawah. Dalam penyediaan air minum untuk masyarakat, pompa digunakan untuk mendistribusikan air minum dari PDAM ke rumah-rumah penduduk.
Dalam industri minyak, pompa tidak hanya digunakan pada pengilangan tetapi juga digunakan pada penyaluran minyak ke pusat-pusat distribusi. Pada pusat pelayanan tenaga khususnya PLTU pompa digunakan sebagai pengisi air ketel (boiler feed pump). Selain itu juga digunakan untuk memompa kondensat (air yang diembunkan di dalam kondensor) ke pompa pengisi ketel (boiler feed pump) dan untuk mengalirkan air dingin ke kondensor. Pada gedung-gedung, pompa digunakan untuk mengalirkan air pendingin ke ruangan-ruangan dalam sistem AC sentral.
Pada industri makanan secara umum, kebersihan dalam proses produksi merupakan kebutuhan utama untuk mempertahankan kualitas produk. Oleh karena itu pompa-pompa yang dipakai dalam industri makanan harus tahan karat tanpa ada kebocoran minyak pelumas ke dalam makanan. Proses pembersihannya juga harus dibuat semudah mungkin. Dalam industri makanan banyak digunakan pompa saniter yang telah memenuhi syarat-syarat kebersihan dan kesehatan. Pompa ini digunakan untuk mengalirkan bahan-bahan mentah cair (belum mengalami proses produksi) dan juga produk-produk makanan cair sebelum mengalami pengepakan. Selain itu juga digunakan untuk menyuplai kebutuhan air bersih sebagai campuran bahan-bahan lain dalam proses pabrik.
Pipa-pipa yang digunakan dalam proses produksi juga harus memenuhi syarat kebersihan. Oleh karena itu bahan pipa harus tahan terhadap karat. Bahan yang sering digunakan adalah baja tahan karat (stainless steel) karena selain tahan karat pipa tersebut juga mempunyai permukaan yang halus dan pembersihannya juga mudah.