BAB IIIPEMBAHASAN

3.1. Kondisi OperasiSerangkaian langkah pemilihan pompa sesuai kondisi operasi adalah

sebagai berikut :

3.1.1 Menentukan Flow RateFlow rate dapat dievaluasi dengan perhitungan angka, namun biasanya

ditetapkan berdasarkan volume dari solid yang akan dipompakan dan

konsentrasi solid dan cairan yang ada. Perhitungan flow rate terdapat pada tipe

perhitungan pompa yang akan dibahas pada bab ini.

3.1.2 Menentukan Head StatisHead statis (ketinggian vertikal dari sisi hisap dan keluar pompa) harus

ditetapkan, dan perbedaan hasil perhitungan menentukan head statis bersih

pada pompa.

3.1.3 Menentukan Head Pompa dan Koreksi EfisiensiDiperlukan juga menentukan dampak dari slurry terhadap unjuk

kerja/performa pompa. Beberapa hal yang perlu diketahui :

a) Rata-rata ukuran partikel, d50, dari solid yang akan dipompakan (d50 adalah

ukuran kehalusan teoritis dimana 50% akan lolos dan 50% akan retained),

b) Konsentrasi dari solid dalam cairan/fluida (% berdsarkan berat), dan

c) SG kering dari solid.

Tiga nilai diatas dapat dimasukkan dalam nomograph seperti diperlihatkan

Gambar 2-3, untuk menentukan koreksi rasioHead and Efisiensi (HR dan ER).

3.1.4 Menentukan Diameter PipaDiperlukan untuk menentukan diameter pipa yang diperlukan untuk

mengusahakan velocity yang optimal dan meminimalisir gesekan dalam menjaga

ketidakpastian dari solid (untuk mencegah terhentinya aliran solid).

29

3.1.5 Menghitung Head Loss Akibat GesekanKerugian akibat gesekan dapat timbul melalui semua variasi elemen pada

sistem pompa dan harus diperhitungkan dari awal.

3.1.6 Menghitung Total Head DinamisHead dinamis total dapat diperhitungkan melalui variasi elemen dari

sistem pompa.

3.1.7 Memilih Jenis dan Material PompaDalam memilih ukuran pompa yang spesifik, diperlukan untuk menentukan

jenis pompa yang dibutuhkan dan menetapkan jenis material yang dibutuhkan.

Diskripsi umum dari jenis pompa Warmandapat dilihat pada APPENDIX 1 –

PUMP TYPES. Konsep dasar yang digunakan dalam pemilihan jenis material

dapat dilihat pada APPENDIX 2 – MATERIALS.

3.1.8 Pemilihan PompaPemilihan awal dapat dilakukan dengan membaca grafik pemilihan umum

untuk variasi jenis pompa, sebagai contoh ditunjukkan Gambar 3-1 untuk pompa

slurry horisontal. Setelah pemilihan awal pompa dilakukan, selanjutnya dapat

dipertimbangkan grafik performa individu pompa.

30

Gambar 3-1 Grafik Pemilihan Awal Pompa Warman

31

CATATAN : Service factor mengindikasikan indikasi tak berdimensi dari ukuran

relatif dan ketahanan aus dari tiga model yang digambarkan.

3.1.9 Menentukan Kecepatan / Putaran PompaKecepatan pompa yang dibutuhkan dapat diketahui melalui grafik performa

pompa yang dipilih.

3.1.10 Menghitung Daya (Power) yang dibutuhkanTenaga yang diperlukan dapat dihitung sebagaimana ditunjukkan pada

perhitungan pompa yang akan dibahas lebih lanjut. Perhitungan ini juga dapat

digunakan untuk memilih ukuran motor penggerak yang tepat.

3.1.11 Pertimbangan Desain Tambahana) NPSH

Net Positive Suction Head harus dievaluasi untuk memastikan bahwa

pompa yang dipilih mampu melayani kebutuhan tanpa kavitasi. Data mengenai

NPSH dijelaskan lebih lanjut pada APPENDIX 6 – NET POSITIVE SUCTION

HEAD (NPSH).

b) Tekanan CasingDalam hal ini diperlukan untuk memperhitungkan tekanan maksimal dari

pompa (biasanya dihitung pada sisi keluar pompa), untuk memastikan tekanan

maksimal pada pompa tidak melewati batas.

c) Pemompaan BuihFlow rate aktual dari buih (Gelembung udara pada slurry) yang ditangani

dapat berubah-ubah secara nyata, dibandingkan dengan flow rate slurry saja

(tanpa gelembung). Faktor buih mungkin serendah 120% untuk buih yang tidak

stabil dan setinggi 150% untuk buih yang sangat bertahan.

Flow rate (Q) harus dikalikan dengan Faktor Buih untuk menentukan flow rate

aktual dari buih (Qf), yang akan ditangani oleh pompa. Q dan Qf dapat juga

berubah karena variasi tingkatan dan kealamian mineral yang ditangani dari

waktu ke waktu.

Keberadaan dari gelembung udara pada buih menurunkan nilai efektif Sm begitu

buih memasuki pompa. Nilai Sm meningkat dengan cepat karena kompresi dari 32

gelembung sepanjang head pompa. Nilai ini secara berurutan mengalami

penurunan begitu buih meninggalkan pompa sepanjang rangkaian pipa, menuju

titik keluar yang berada pada tekanan atmosfir. Sebaliknya, nilai Vd akan

meningkat sepanjang rangkaian pipa karena ekpansi dari gelembung.

d) Pembesaran KerucutPada banyak kejadian diameter dalam dari pipa discharge lebih besar dari

flange discharge dari pompa yang dipilih. Pembesaran kerucut diperlukan untuk

menghubungkan pompa dengan pipa discharge. Dalam hal untuk meminimalisir

head losses dan mencegah kenaikan tingkat keausan dari pembesaran kerucut

dan pipa discharge yang terdekat, desain yang baik adalah membuat sudut

masuk θ = 6º. Pada prakteknya hal ini sama dengan membuat penambahan

diameter sebesar 10mm untuk setiap 100mm panjang kerucut.

Gambar 3-2 Pembesaran Kerucut

e) Pemilihan PenggerakDirect coupling umumnya digunakan untuk menghubungkan motor dengan tipe

pompa centrifugal non-slurry. Variasi kebutuhan biasanya didasarkan pada

variasi diameter impeller.

Untuk pompa slurry, impeller terbuat dari logam tuang keras atau elastomer

dengan penguatan logam. Pada prakteknya tidaklah ekonomis untuk

memperkecil diameter impeller standard untuk menemukan kondidi spesifik yang

dibutuhkan. Katup pengatur tidak direkomendasikan untuk digunakan pada

sistem slurry untuk mengontrol flowrate (dengan head loss), karena dampak

terhadap resultan nilai head yang lebih tinggi, kecepatan, keausan pada pompa

dan katup, dan peningkatan kebutuhan tenaga (power). Disamping akan

mempertinggi resiko penyumbatan pada rangkaian pipa. Diameter impeller

pompa slurry standar lebih direkomendasikan untuk aplikasi pompa slurry yang

sangat abrasif.

33

Kecepatan pompa yang optimal, atau range kecepatan harus tercapai dengan

tepat (sebagai contoh, penggerak v-belt atau penggerak dengan kecepatan

variabel).

Kemajuan perubahan kecepatan sangat bermanfaat, dengan menyediakan

kecepatan pompa terendah untuk menangani tugas sewaktu-waktu. Hasil

kecepatan pompa terendah pada konsumsi tenaga yang terendah dan tingkat

keausan terendah, suatu pompa slurry Warman digunakan sesuai bebannya.

Untuk beban mendekati 250 kW, penggerak dengan v-belt dari motor dengan

kecepatan tetap umumnya dipergunakan (meskipun penggerak dengan belt

tersedia untuk 700 kW ke atas). Kecepatan pompa dapat berubah sesuai

kebutuhan, melalui perubahan rasio v-pulley secara berkala (sebagai contoh

pemasangan diameter pulley yang lebih besar). Jika frekwensi variasi sering

diperlukan, solusi ini kurang tepat karena pompa harus berhenti bekerja untuk

perubahan kecepatan dan perubahan kecepatan dilakukan secara bertahap.

Untuk beberapa kebutuhan, variasi kecepatan pompa sangat diperlukan karena

faktor :

a) keausan,

b) menjaga head statis sisi intake pada nilai yang konstan, atau

c) kebutuhan variasi flow rate, head statis, tekanan pada pipa keluar atau

konsentrasi solid.

Sebagai contoh berikut :

a) disposal berantai,

b) gilingan pemisah (cyclone) pada sirkuit tertutup operasi penggerindaan, dan

c) pengerukan dengan variasi hisap.

Maksud dari pemenuhan faktor diatas adalah untuk mendapatkan kecepatan

variable yang efisien. Dimana ukuran motor melebihi batas untuk aplikasi

penggerak dengan v-belt, maka penggunaan motor dengan direct coupling yang

dihubungkan sebuah transmisi untuk mereduksi kecepatan adalah solusi yang

paling praktis.

3.2. Perhitungan Pompa SlurryPada project ini diperlukan sebuah pompa yang mampu menangani kebutuhan

sebagai berikut :

175 ton per jam pasir

34

Specific gravity solid S = 2.65

Ukuran partikel rata-rata d50 = 211 microns (0.211mm)

Konsentrasi solid Cw = 30%

Head statis discharge (Zd) = 8.4 meter

Head statis suction (Zs) = 1 meter (positif)

Panjang pipa = 100 meter

Valves dan fitting = 5 x 90º (bengkok radius panjang)

Gambar 3-3 Kondisi Operasi

35

Gambar 3-4 Aplikasi Pompa

Ukuran pompa, putaran, power dan rekomendasi ukuran pipa ditentukan sebagai

berikut :

a) Quantity yang akan dipompakan :Berat solid dalam slurry = 175 ton

175 Berat volume air sebanding dengan volume solid = —— = 66.04 ton 2.65

175 (100 − 30) Berat air dalam slurry Cw 30% = ——————— = 408.33 ton 30

Total persamaan volume air = 408.33 + 66.04 = 474.37 ton

*(1m³ H2O = 1 ton)

Total berat campuran slurry = 175 + 408.33 = 583.33 ton

583.33Specific gravity campuran slurry (Sm) = ———— = 1.23 474.37

36

100Konsentrasi solid berdasarkan volume (Cv) = ——— x 66.04 = 13.92% 474.37

Quantity slurry = 474.37 m³/hr

= 131.77 l /s

b) Ukuran pipaPipa rubber diameter 8inchi (d = 203.2mm) dipilih dengan pertimbangan

sebagai berikut :

Volume campuran slurry ditentukan dengan rumus :

Q x 1273V = —————

d²

dimana V = velocity slurry dalam m/s

Q = Flow rate slurry dalam L/s

d = diameter pipa dalam mm

g = 9.81 m/s²

Sehingga velocity V dalam hal ini adalah :

131.77 x 1273 ——————— = 4.06 m/s (203.2)²

Menggunakan formula Durand :

VL = FL√2gD(S-Sl/Sl), dimana D = Diameter pipa dalam m.

Nilai FL berdasarkan Gambar A5-2, dengan Cv sebesar 13.92% dan ukuran

partikel rata-rata d50 = 211 micron.

Nilai FL = 1.04

Dengan substitusi angka dari persamaan Durand batas velocity tetap VL :

VL = 1.04√2x9.81x0.202x(2.65-1/1)

= 2.66 m/s

Sehingga penggunaan pipa diameter 8 inchi sesuai pertimbangan sepanjang

batasan velocity tetap (2.66 m/s) lebih rendah dari velocity campuran aktual

(4.06 m/s).

37

c) Head gesekan Hf untuk pipaPertama menentukan persamaan panjang pipa, menggunakan tabel head

loss dari valve dan fitting yang ditunjukkan Gambar A4-3 dand Gambar A4-4.

Panjang aktual jalur pipa = 100m

5 x 90º bengkok radius panjang pada 4.27 meter = 21.35m

Persamaan panjang jalur pipa = 121.35m

Menggunakan pipa rubber hdpe diameter 203.2mm dan velocity campuran slurry

4.06 m/s, nilai f = 0.019 didapat dari Grafik A3-2.

Dengan substitusi Darcy’s equation untuk head gesekan pada Gambar A3-2:

121.35 4.06² Hf = 0.019x ———— x ———— 0.203 2 x 9.81

= 9.54m campuran untuk pipa sepanjang 121.35m.

d) Kerugian pada pembesaran pipaUntuk menghubungkan sisi discharge pompa yang berdiameter 200mm

dengan pipa diameter 203.2mm diperlukan asesoris pipa difergen.

Head loss pada pembesaran pipa sebagai berikut :

(V-Vl)² (4.06 – 2.66)² Ke ———— = 0.55 x —————— = 0.05m 2g 2 x 9.81

e) Kerugian pada pipa dischargePada kondisi discharge terbuka dibawah normal, head velocity pada

discharge pompa harus ditambahkan ke dalam total head.

(V²) 4.06²Dalam hal ini head velocity = —— = ———— = 0.84m 2g 2 x 9.81

f) Total head dinamis dari pompa (referensi Gambar A4-1 dan Gambar A4-2)Total head dinamis dari pompa adalah sebagai berikut :

Hm = Z + Hf

dimana Z adalah head statis ; (Zd – Zs)

Hm = ((8.4 – 1) + 9.54 + 0.05 + 0.84)) = 17.83m campuran slurry

38

h) Persamaan total head dinamis untuk airDari Gambar 2-3, dapat ditentukan koreksi tepat (HR dan ER) dalam hal

ini adalah 0.89.

Sehingga persamaan total head untuk air (Hw) adalah:

Hm 19.09 —— = —— = 19.64 HR 0972

Dengan demikian total head sebanding dengan 20.03 m untuk air.

i) Pemilihan pompa Pompa dapat dipilih berdasrakan kebutuhan flow rate sebesar 131.77 L/s.

Total head 19.58m pada persamaan untuk air dan SG slurry 1.23.

Dalam hal ini dipilih pompa slurry Warman 200SVSP dengan 5 sudu terbuka

diameter 520mm dengan putaran pompa pada 656 rpm.

Konsumsi power pada shaft pompa dapat dihitung dari efisiensi pompa 61,1%

sebagai berikut :

Q x Hm x Sm = —————— 1.02 x em

Q x Hw x Smatau —————— (HR diasumsikan sama dengan ER) 1.02 x ew

131.77 x 19.64 x 1.23= —————————— = 52.01 kW 1.02 x 61.1% Pada project ini dipilih motor 90 kW ; 3 ph ; 380 V ; 50 Hz ; 730 rpm ; 8 poles.

39

40

Gambar 3.5. Grafik Performansi Pompa Slurry Warman 200SVSP

41

Gambar 3.6. Pompa Slurry

Gambar 3.7 Hooper Fed Tank di Elevasi -22.3m

Gambar 3.8 Setting Equipment

42

3.3 PermasalahanPengeringan sump merupakan hal yang harus dilakukan untuk menambah

geometri lahan (working geometri) dan menambah simpanan komoditi

(commodity inventory). Material yang ringan dan besar, dalam hal ini partikel

batubara kasar sering menyebabkan sumbatan pada strainer impeller yang

mengakibatkan penurunan flow rate. Direncanakan modifikasi pontoon pompa

slurry 200SVSP dengan penambahan Gantry Crane di atas pontoon, untuk

memudahkan aktivitas pembersihan strainer ketika terjadi buntu, sehingga tidak

perlu dilakukan penarikan pontoon ke darat seperti yang dilakukan selama ini.

Diperlukan density yang konstan agar permasalahan pada area rangkaian

(kemampuan pompa, pipa dll) tidak menjadi hambatan berikutnya.

43