Pompa Sentrifugal

1. Definisi Pompa

Gambar 1.1 Pompa

sumber : alkonusa.com

Pompa adalah peralatan mekanis yang digunakan mengalirkan atau memindahkan fluida dari tekanan rendah ke tekanan tinggi dengan dual mekanis.

Sisi Pompa

Hal ini dicapai dengan membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau suction dan tekanan yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa.

Fluida 

adalah suatu zat yang dapat mengalir yang baik berupa cairan maupun yang berupa gas.

2.   Pompa Sentrifugal

2.1.      Pengertian Pompa Sentrifugal

Pompa Sentrifugal atau centrifugal pumps adalah pompa yang mempunyai elemen utama yakni berupa motor penggerak dengan sudu impeller yang berbutar dengan kecepatan tinggi. Prinsip kerjanya yakni mengubah energi mekanis alat penggerak menjadi energi kinetis fluida (kecepatan) kemudian fluida di arahkan ke saluran buang dengan memakai tekanan (energi kinetis sebagian fluida diubah menjadi energi tekanan) dengan menggunakan impeller yang berputar di dalam casing. Casing tersebut dihubungkan dengan saluran hisap (suction) dan saluran tekan (discharge), untuk menjaga agar di dalam casing selalu terisi dengan cairan sehingga saluran hisap harus dilengkapi dengan katup kaki (foot valve).

2.2.      Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Pompa digerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang terpasang pada poros tersebut. Zat cair yang ada didalam impeller akan ikut berputar karena dorongan sudu-sudu. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impelerakan keluar melalui saluran diantara sudu – sudu dan meninggalkan impeller dengan kecepatan tinggi. Zat cair yang keluar dari impeller dengan kecepatan tinggi ini kemudian akan keluar melalui saluran yang penampangnya makin membesar (volute/difuser) sehingga terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Oleh sebab itu zat cair yang keluar dari flens pompa memiliki head total yang lebih besar.

http://www.alkonusa.com/news/pengertian-pompa-sentrifugal-dan-prinsip-kerjanya/

 2.3. Klasifikasi Pompa Sentrifugal

a.       Capacity

kemampuan pompa untuk mengalirkan fluida dalam satuan isi per waktu.

b.      Suction Condition

Kondisi posisi suction pompa terhadap pipa masuk.

c.       Discharge Condition

Kondisi posisi discharge pompa terhadap pipa keluar.

d.      Total Head Pump

energi mekanik yang diteruskan ke fluida yang dialirkan dinyatakan dalam satuan panjang.

e.       Type of Fluid

setiap cairan mempunyai berat jenis, temperatur dan viskositas yang berbeda-beda yang berhubungan langsung dengan kebutuhan daya dari pompa.

f.       Number of Pump

Jumlah pompa yang digunakan untuk mengalirkan fluida.

g.      Working condition

Kondisi sistem kerja pompa itu sendiri. Kerja terus menerus dan terputus - putus.

h.      Primer mover

Dalam memilih pompa harus mengetahui keadaan setempat dan tersedianya sumber energi.

i.        Horizontal or vertical stern

Penggunaan pompa dengan poros tegak atau mendatar.

j.        Instalation

Pemilihan pompa tersebut berdasarkan tempat dimana pompa tersebut akan di instal.

2.4.     Bagian Pompa

• Valve adalah impeller yang berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
• Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi kebocoran cairan dari casing pompa yang berhubungan dengan poros, biasanya terbuat dari Asbes atau Teflon.
• Shaft atau Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat tumpuan impeller dan bagian-bagian lainnya yang berputar.
• Discharge nozzle adalah bagian dari pompa yang berfungsi sebagai tempat keluarnya fluida hasil pemompaan.
• Casing merupakan bagian luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen di dalamnya.
•  Impeller berfungsi untuk mengubah enerrgi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan/fluida yang dipomparan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan/fluida yang masuk sebelumnya.
• Bearing atau Bantalan berfungsi untuk menumpu atau menhan beban dari poros agar dapat berputar. Bearing juga berfungsi untuk memperlancar putaran poros dan menahan poros agar tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek dapat diperkecil.
• Eye of impeller adalah bagian masuk pada arah hisap impeller.

Gambar 2.1 Bagian pompa sentrifugal

sumber : artikel-teknologi.com

3.     Jenis Pompa

Gambar 3.1 Tipe - tipe pompa

sumber : prosesindustri.com

3.1.      Pompa Positive Displacement

Pompa ini bekerja dengan memberikan gaya tertentu pada volume fluida yang tetap dari sisi suction menuju sisi discharge, namun di saat memindahkan fluida tanpa pemberian tekanan pada fluida tersebut. Kelebihannya dapat menghasilkan power density (gaya per satuan berat) yang lebih besar. Pompa positive displacement pump  memiliki tipe yang lebih bervariasi daripada pompa dinamik. Secara general pompa positive displacement dibagi kedalam dua kelompok besar, yakni pompa jenis rotari dan jenis reciprocating. Keduanya masih dibagi menjadi berbagai jenis pompa lagi. Dan berikut adalah pompa-pompa tersebut:

3.1.1.  Pompa Positive Displacement Tipe Reciprocating

Pompa resiprocating menggunakan piston yang bergerak maju-mundur sebagai komponen kerjanya, serta mengarahkan aliran fluida kerja ke hanya satu arah dengan bantuan check valve. Pompa positive displacement ini memiliki rongga kerja yang meluas pada saat menghisap fluida, dan akan mendorongnya dengan mempersempit rongga kerja tersebut. Dengan bantuan check valve untuk mengatur arah aliran fluida, maka akan terjadi proses pemompaan yang harmonis.

1.  Pompa Piston

Pompa ini menggunakan piston untuk menghisap dan mendorong fluida kerja. Jumlah dari piston tergantung dari desain pabrikan yang menyesuaikan pula dengan kebutuhan sistem. Semakin sedikit jumlah piston pada pompa piston, maka akan semakin tidak stabil pula besar debit aliran air yang keluar dari pompa ini. Untuk mendapatkan aliran fluida yang stabil dapat dipergunakan pressure relief valve atau pompa dengan piston lebih banyak.

  

Gambar 3.2 Pompa piston

Sumber : artikel-teknologi.com

2. Plunger Pump

Pompa jenis ini mirip dengan pompa piston. Yang membedakan adalah pompa ini tidak menggunakan piston, bagian pompa yang mendorong fluida tidak secara penuh memenuhi ruangan silinder. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar perbedaan antara pompa piston dengan pompa plunger berikut ini.

Gambar 3.3 Plunger pump

Sumber : artikel-teknologi.com

3. Pompa Diafragma

Pompa ini juga mirip dengan pompa piston namun komponen pompa yang melakukan gerakan maju-mundur adalah diafragma yang terhubung dengan engkol penggerak. Diafragma akan bergerak maju dan mundur untuk menciptakan perubahan rongga ruang di dalam pompa. Dengan bantuan check valve maka aliran fluida kerja dapat terjadi. Pompa diafragma umumnya beroperasi pada tekanan yang lebih rendah daripada pompa piston maupun pompa plunger. Namun, karena desainnya yang unik, pompa diafragma dapat terus beroperasi sekalipun suatu saat tidak ada fluida yang mengalir di dalamnya. Dan secara otomatis apabila fluida kerja tersedia lagi, pompa ini dapat secara alami melakukan pengisian fluida (priming) dan pengeluaran udara (venting).

Gambar 3.4 Pompa diafragma

Sumber : artikel-teknologi.com

 3.1.2. Pompa Positive Displacement Tipe Rotari

Pompa positive displacement tipe rotari ini memindahkan fluida kerja melalui mekanisme rotari dengan jalan menimbulkan efek vakum sehingga dapat menghisap fluida kerja dari sisi inlet, dan memindahkannya ke sisi outlet. Jika ada udara yang terperangkap di dalam pompa rotari, secara natural pompa ini akan mengeluarkan udara tersebut, sehingga mengurangi kebutuhan untuk mengeluarkan udara yang terperangkap di dalam pompa secara manual.

1.    Vane Pump

Dalam Bahasa Indonesia vane pump berarti pompa baling-baling. Pompa rotari ini menggunakan silinder di bagian rotor, pangkal silinder terpasang pegas yang terhubung dengan rotor pompa. Sumbu rotor tidak segaris dengan sumbu casing pompa, sehingga saat rotor berputar, silinder rotor akan mengikuti bentuk casing dan mendorong fluida kerja untuk menuju outlet pompa.

Gambar 3.5 Vane pump

Sumber : artikel-teknologi.com

2.    Pompa Screw (Ulir)

Pompa ulir pertama kali dikembangkan oleh Archimedes, ia menggunakan satu buah ulir untuk memindahkan air dari tempat yang rendah ke sawah-sawah untuk keperluan irigasi. Oleh karena hal inilah pompa ulir dengan satu ulir disebut juga Pompa Ulir Archimedes. Desain pompa ulir telah berkembang menjadi beberapa tipe seperti twin-rotor, triple-rotor, dan 5-rotor. Perbedaan ketiganya ada pada jumlah rotor ulirnya. Berikut adalah video pompa ulir dengan twin-rotor. Prinsip kerja pompa ulir dengan multi-rotor adalah fluida kerja yang masuk melalui sisi inlet pompa dipindahkan oleh rotor ulir melalui sela-sela ulir sisi luar. Saat sampai di sisi outlet, fluida akan terdorong keluar dari pompa.

Gambar 3.6 Screw pump

Sumber : artikel-teknologi.com

3.    Pompa Roda Gigi Internal (Internal Gear Pump).

Pompa ini menggunakan dua roda gigi sebagai penggerak fluida kerja di dalam casing pompa. Satu roda gigi menjadi penggerak dan yang lainnya menjadi yang digerakkan. Roda gigi penggerak berada di dalam roda gigi yang digerakkan. Untuk lebih jelasnya silahkan perhatikan gambar berikut. Terlihat bahwa fluida kerja masuk melalui inlet pompa menuju sela-sela roda gigi luar yang diputar oleh roda gigi dalam. Fluida tersebut bergerak menuju sisi outlet akibat dorongan dari roda gigi luar. Selanjutnya roda gigi dalam masuk ke sela-sela roda gigi luar sehingga mendorong fluida kerja untuk keluar ke sisi outlet pompa.

Gambar 3.7 Internal gear pump

Sumber : artikel-teknologi.com

4.    Pompa Roda Gigi Eksternal (External Gear Pump).

Sama dengan pompa roda gigi internal, pompa roda gigi eksternal ini juga menggunakan dua roda gigi sebagai komponen utamanya. Yang membedakan adalah kedua roda gigi berada pada posisi yang sejajar, dan roda gigi penggerak tidak berada di dalam roda gigi yang digerakkan.

Gambar 3.8 External gear pump

Sumber : modernhydraulics.net

5.    Rotary Lobe Pump

Pompa rotary lobe mirip dengan pompa roda gigi, hanya saja menggunakan semacam rotor berbentuk cuping (lobe). Terdapat dua rotor cuping di dalam casing pompa, yang keduanya digerakkan oleh sumber penggerak dan diatur sedemikian rupa oleh roda gigi yang berada di luar bodi pompa sehingga kedua rotor berputar seirama. Putaran dari rotor ini menimbulkan ruang kosong sehingga fluida dapat masuk ke dalamnya dan ikut berpindah ke sisi outlet. Pada sisi outlet kedua cuping rotor bertemu sehingga menutup rongga yang ada dan mendorong fluida kerja keluar melalui outlet pompa.

Gambar 3.9 Rotary lobe pump

Sumber : artikel-teknologi.com

http://artikel-teknologi.com/macam-macam-pompa-positive-displacement

4. Azas Pompa

4.1.      Hukum Kesebangunan

     Jika ada dua buah pompa sentrifugal ( pompa 1 dan pompa 2) yang geometris sebangunan satu dengan yang lain, maka untuk kondisi aliran yang sebangunan pula, berlaku hubungan sebagai berikut :

4.2.      Head Pompa

Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair,yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.

Bunyi Hukum Bernoully adalah fluida yang mengalir melalui suatu penampang saluran jumlah energi pada setiap pada sistem aliran fluida tersebut adalah konstan. Menurut persamaan Bernoully, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial.

H total = Hs + Hp + Hv + H loss

Dimana:

H_s             : Perbedaan head statis di sisi discharge dengan suction (m)

H_p             : Perbedaan head tekanan di sisi bdischarge dengan suction (m)

H_v             : Perbedaan head kecepatan di sisi discharge dengan suction (m)

H_loss       : Kerugian gesekan dan asesoris pada instalasi pompa (m)

Persamaan kontinuitas tidak mempertimbangkan tekanan dan ketinggian dari ujung - ujung pipa maka persamaan kontinuitas diperluas menjadi persamaan Bernoulli. Karena energi tidak dapat hilang atau timbul begitu saja, H adalah konstan (dengan mengabaikan rugi-rugi). Persamaan ini dikenal dengan hukum  Bernoully.

Mekanika fluida, Frank M. White, hal 151

Gambar 4.1 Head pompa

Sumber : modul praktikum mesin fluida sistem perkapalan ITS

Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi energi (losses).

4.3.      Head Tekanan

Merupakan head yang timbul akibat perbedaan tekanan pada permukaan cairan di sisi discharge ditambah dengan tekanan pada ujung pipa discharge degan tekanan pada permukaan cairan di sisi suction ditambah dengan tekanan pada ujung pipa suction.

4.4.      Head Kecepatan

Head Kecepatan adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada saluran tekan dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap.

4.5.      Head Statis

Head statis total adalah perbedaan ketinggian antara permukaan zat cair pada sisi discharge dengan permukaan zat cair pada sisi suction.

Hs = Zd - Zs

Dimana  :
Z            : Head statis total
Zd          : Head statis pada sisi tekan
Zs          : Head statis pada sisi isap

Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa (Suction lift).

Tanda -  : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa (Suction head).

4.6.      Kerugian head (head loss)

Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengaliran cairan dalam sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head (head loss).

a.    Head loss mayor (mayor losses)

Merupakan kerugian yang disebabkan oleh gesekan sepanjang pipa. Head mayor berbanding lurus dengan panjang pipa dan berbanding terbalik dengan diameter pipa, dinyatakan dengan rumus :

Harga f (faktor gesekan) didapat dari diagram Moody sebagai fungsi dari Angka Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relatif (Relative Roughness), yang nilainya dapat dilihat pada grafik (lampiran) sebagai fungsi dari nominal diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa yang tergantung dari jenis material pipa.

b.    Head loss mayor (mayor losses)

Merupakan kerugian head pada fitting dan katub yang terdapat sepanjang sistem perpipaan.

Dalam menghitung kerugian pada fitting dan katub dapat menggunakan tabel. Besaran ini menyatakan kerugian pada fitting dan valve dalam ukuran panjang ekivalen dari pipa lurus.

4.7.      Reynold Number

Bilangan  Reynolds (Re number) adalah kuantitas yang di gunakan untuk memperkirakan apakah aliran fluida laminar atau turbulent. Hal ini sangat penting dalam memperkirakan losses yang terjadi di dalam pipa akibat bentuk aliran tersebut. Bilangan ini di penagruhi oleh viskositas (V), kecepatan (v),serta panjang pipa (L). setelah mengetahui bentuk aliran dari (Re number), maka dapat di tentukan friction factor pada material pipa. Diamana dapat di tentukan dengan menggunakan diagram moody.

Gambar 4.2 Diagram moody

Sumber : en.wikipedia.org

5.      NPSH (Nett Positive Suction Head)

NPSH pada pompa sangat penting, karena sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi yang terjadi pada impeller. Kavitasi sendiri adalah fenomena menguapnya zat cair yang mengalir karena tekanan statisnya berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuh. Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang memegang peranan. Pertama, tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang, dan kedua tekanan ditentukan oleh keadaan aliran didalam pompa.

         a.    NPSH available (NPSHa) / NPSH tersedia

Nilai tekanan absolut oleh fluida pada sisi suction pompa, dikurangi dengan tekanan uap jenuh fluidanya. Untuk memperbesar nilai NPSH a dengan cara memperpendek jarak permukaan air sisi suction ke lubang sisi suction pmpa.

         b.    NPSH required (NPSHr) / NPSH diperlukan

Tekanan terendah di dalam pompa biasanya terdapat di suatu titik dekat setelah sisi masuk sudu impeler. Tekanan tersebut lebih rendah dari pada tekanan pada sisi suction. Hal ini disebabkan oleh kerugian head di nosel suction, kenaikan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat.

Agar tidak terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada sisi suction pompa, dikurangi penurunan tekanan di dalam pompa, harus lebih tinggi dari pada tekanan uap zat cair. Head tekanan yang besarnya sama dengan penurunan tekanan ini disebut NPSHr. Besarnya NPSHr berbeda untuk setiap pompa.

Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi adalah NPSH a harus lebih besar dari pada NPSH r. Nilai NPSH r dapat diketahui dari pabrik yang bersangkutan.