POMPA SENTRIFUGAL

 POMPAPompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus.Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran.Pompa SentrifugalSalah satu jenis pompa pemindah non positip adalah pompa sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Sesuai dengan data-data yang didapat, pompa reboiler debutanizer di Hidrokracking Unibon menggunakan pompa sentrifugal single - stage double suction.

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan, berdasarkan :1. Kapasitas :

Kapasitas rendah         < 20 m3 / jam Kapasitas menengah   20 -:- 60 m3 / jam Kapasitas tinggi           > 60 m3 / jam

2. Tekanan Discharge :

Tekanan Rendah                       < 5 Kg / cm2 Tekanan menengah                  5 -:- 50 Kg / cm2 Tekanan tinggi                           > 50 Kg / cm2

3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing Multi stage   : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu casing. Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing. Multi Impeller – Multi stage :  Kombinasi multi impeller dan multi stage.

4. Posisi Poros :

Poros tegak Poros mendatar

5. Jumlah Suction :

Single Suction Double Suction

6. Arah aliran keluar impeller :

Radial flow Axial flow Mixed fllow

Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal

Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat sepert gambar  berikut :

Rumah Pompa Sentrifugal

A. Stuffing BoxStuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.B. PackingDigunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.C. Shaft (poros)Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.D. Shaft sleeveShaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.E. VaneSudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.F. CasingMerupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat

memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).G. Eye of ImpellerBagian sisi masuk pada arah isap impeller.H. ImpellerImpeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.I. Wearing RingWearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing  dengan impeller.J. BearingBeraing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil. K. CasingMerupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

Menghitung pompa centrifugal

Sebuah pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan antara lain memindahkan zat cair. Zat cair hanya mengalir bila terdapat perbedaan tekanan tertentu. Jadi pompa itulah yang harus membangkitkan perbedaan tekanan tersebut. Sesuai dengan prinsip kerjanya, pompa dibedakan dalam kelompok utama sebagai berikut; pompa desak, pompa sentrifugal, pompa ulir, pompa aliran pusar dan berbagai macam pompa yang lain. Namun pada percobaan ini kita hanya akan membahas mengenai pompa jenis sentrifugal.

1. Dasar Teori Pompa sentrifugal mempunyai impeller untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Head akan menarik zat cair karena daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller didalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar, karena gaya sentrifugal maka kapasitas zat cair mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran diantara sudu-sudu.

Pompamerupakan mesin fluida yang memberikan energi kepada fluida. Untuk pompa sentrifugal, pompa dapat bekerja karena ada impeler, shaft (pusat putaran) dan casing (penutup impeler). Mekanisme kerja dari pompa tersebut ketika impeler berputar, fluida masuk melalui volute yang berbentuk spiral. Dalam bentuknya yang paling sederhana, pompa sentrifugal terdiri dari sebuah kipas yang dapat berputar dalam sebuah rumah pompa. Pada rumah pompa ini dihubungkan saluran isap dan saluran kempa. Kipas yang dimaksud disini terdiri dua buah cakra dan diantaranya terdapat sudu-sudu. Pada pompa terjadi hubungan kesebangunan yang berguna untuk memperkirakan unjuk kerja pompa jika putaran pompa dirubah, hukum kesebangunanpompa dapat dirumuskan:dimana: D : diameter impeler (m)n : putaran pompa (rpm)P : daya poros pompa (kw)

Pompa juga mempunyai karakteristik diantaranya:

Kecepatan spesifikKecepatan spesifik pompaimpeler sangat berguna untuk menentukan jenis impeler dan ukuran impeler. Persamaan kecepatan spesifik pompa dapat dituliskan:dimana harga n, Q, H adalah harga-harga pada titik

efisiensi maksimum pompa.Jika harga ns kecil, maka impeler akan berjenis sentrifugal, jika harga ns bertambah besar maka lebar saluran didalam impeler akan bertambah besar pula, dan apabila harga ns bertambah lebih lanjut maka akan mencapai bentuk aliran campur, dan aliran yang melalui impeler akan mempunyai arah diagonal terhadap sumbu poros. Jikalau nilai ns diperbesar lagi maka aliran yang terjadi mempunyai arah aksial atau sejajr dengan sumbu poros.

Daya airadalah energi yang diperoleh air dari pompa per-satuan waktu. Daya air besarnya sama dengan daya poros pompa dikurangi kerugian daya didalam pompa, persamaan daya air dapat ditulis :

Pw = g . Q . H

Dimana : g : gravitasi spesifik air (kg / m2s2 )Q : kapasitas air ( m3 / s )H : head ( m )

Torsi pompadihitung dengan rumus:T = F x LDimana : F : gaya yang terjadi karena aliran air (N)F = m . g L : adalah lengan gaya yang diukur dari poros pompa ke pengukur gaya (m)

Daya pompayang terjadi dihitung dengan persamaan:P = 2 . m . n . T

Dimana : P : daya pompa ( Watt )n : putaran ( rps

Cara Menghitung Net Positive Suction Head (NPSH) Pompa Sentrifugal

18 Tuesday Jan 2011

Posted by mike in Thinking

≈ 13 Comments

NPSH adalah kebutuhan minimum pompa untuk bekerja secara normal. NPSH menyangkut apa yang terjadi di bagian suction pompa, termasuk apa yang datang ke permukaan pendorong. NPSH dipengaruhi oleh pipa suction dan konektor-konektor, ketinggian dan tekanan fluida dalam pipa suction, kecepatan fluida dan temperatur. NPSH dinyatakan dalam satuan feet.

Ada 2 macam NPSH yaitu NPSHa (Net Positive Suction Head Available) dan NPSHr (Net Positive Suction Head Required).

 NPSHa adalah nilai NPSH yang ada pada system di mana pompa akan bekerja.

NPSHr adalah nilai NPSH spesifik pompa agar bekerja dengan normal, yang diberikan oleh pembuat berdasarkan hasil pengetesan.

 NPSHa dapat dicari dengan formula:

 NPSHa = Ha + Hs – Hvp – Hf – Hi

 Ha = Atmospheric Head (dalam feet), yaitu tekanan atmosferik pada ketitinggian terhadap permukaan laut. (lihat contoh tabel Ha air pada beberapa elevasi terhadap permukaan laut).

Untuk menentukan Ha kita perlu memperhatikan tangki atau vessel yang isinya akan disedot dengan pompa, apakah itu tangki terbuka atau berventilasi, atau apakah itu tertutup/kedap udara. Nilai Ha dimulai dari 33.9 feet (14.7 psi x 2.31).

Untuk tangki tertutup tak bertekanan, nilai Ha sama dengan Hvp dan mereka saling menghilangkan. Untuk Tangki tertutup bertekanan, dalam setiap 10 psi tekanan akan ditambahkan 23.1 feet pada nilai Ha nya.

Hs = Static Head level fluida,positif atau negatif (dalam feet)

Yaitu tinggi dari center line suction pompa ke level fluida dalam tangki yang akan disedot. Elevasi yang positif menambahkan energi ke fluida dan elevasi negatif menyerap energi dari fluida.

Hvp = Vapor Head fluida (dalam feet)

Vapor Head dikalkulasi dengan memantau temperatur fluida dan mencocokkan nilai Hvp nya pada grafik yang terlampir.

Hf = Friction Head atau Friction Losses dalam suction piping dan konektor-konektornya

Friction Head dapat dikalkulasi, dtaksir atau diukur. Nilai Friction Head dapat dikalkulasi dengan melihat tabel Friction Head pipa dan fitting. Jika jarak pompa dari tangki relative dekat maka nilai Friction Head dapat diabaikan.

Hi = Inlet Head atau kehilangan energi yang terjadi pada leher suction pompa (dari flange sampai permukaan baling-baling) dinyatakan dalam feet. Dapat juga disebut safety factor 2 feet.

                                Tabel 1:  Tekanan Atmosferik Dan Barometrik Air Menurut Ketinggian

KetinggianTekanan Tekanan Titik

Barometrik Atmosferik Didih

Kaki (Feet) Meter Inch Hg mm Hg Psia Feet Water Air

-1000 -304.8 31.0 788 15.2 35.2 213.8

-500 -152.4 30.5 775 15.0 34.6 212.9

0 0.0 29.9 760 14.7 33.9 212.0

500 152.4 29.4 747 14.4 33.3 211.1

1000 304.8 28.9 734 14.2 32.8 210.2

1500 457.2 28.3 719 13.9 32.1 209.3

2000 609.6 27.8 706 13.7 31.5 208.4

2500 762.0 27.3 694 13.4 31.0 207.4

3000 914.4 26.8 681 13.2 30.4 206.5

3500 1066.8 26.3 668 12.9 29.8 205.6

4000 1219.2 25.8 655 12.7 29.2 204.7

4500 1371.6 25.4 645 12.4 28.8 203.8

5000 1524.0 24.9 633 12.2 28.2 202.9

5500 1676.4 24.4 620 12.0 27.6 201.9

6000 1828.8 24.0 610 11.8 27.2 201.0

6500 1981.2 23.5 597 11.5 26.7 200.1

7000 2133.6 23.1 587 11.3 26.2 199.2

7500 2286.0 22.7 577 11.1 25.7 198.3

8000 2438.4 22.2 564 10.9 25.2 197.4

8500 2590.8 21.8 554 10.7 24.7 196.5

9000 2743.2 21.4 544 10.5 24.3 195.5

9500 2895.6 21.0 533 10.3 23.8 194.6

10000 3048.0 20.6 523 10.1 23.4 193.7

15000 4572.0 16.9 429 8.3 19.2 184.0

 

                                                                   Tabel 2: Tekanan Uap Air

Temperatur Specific GrafityKepadatan

Tekanan Tekanan Uap Air

°F °C 60°F Uap Air (Psi) (Feet Abs.)

32 0 1.002 62.42 0.0885 0.204

40 4.4 1.001 62.42 0.1217 0.281

45 7.2 1.001 62.40 0.1475 0.340

50 10.0 1.001 62.38 0.1781 0.411

55 12.8 1.000 62.36 0.2141 0.494

60 15.6 1.000 62.34 0.2563 0.591

65 18.3 0.999 62.31 0.3056 0.706

70 21.1 0.999 62.27 0.6331 0.839

75 23.9 0.998 62.24 0.4298 0.994

80 26.7 0.998 62.19 0.5069 1.172

85 29.4 0.997 62.16 0.5959 1.379

90 32.2 0.996 62.11 0.6982 1.617

95 35.0 0.995 62.06 0.8153 1.890

100 37.8 0.994 62.00 0.9492 2.203

110 43.3 0.992 61.84 1.2750 2.965

120 48.9 0.990 61.73 1.6920 3.943

130 54.4 0.987 61.54 2.2230 5.196

140 60.0 0.985 61.39 2.8890 6.766

150 65.6 0.982 61.20 3.7180 8.735

160 71.1 0.979 61.01 4.7410 11.172

170 76.7 0.975 60.79 5.9920 14.178

180 82.2 0.972 60.57 7.5100 17.825

190 87.8 0.968 60.35 9.3390 22.257

200 93.3 0.964 60.13 11.5260 27.584

212 100.0 0.959 59.81 14.6960 35.353

220 104.4 0.956 59.63 17.1860 41.343

240 115.6 0.984 59.10 24.9700 60.770

260 126.7 0.939 58.51 35.4300 87.050

280 137.8 0.929 58.00 49.2000 122.180

300 1148.9 0.919 57.31 67.0100 168.220

320 160.0 0.909 56.66 89.6600 227.550

340 171.1 8.898 55.96 118.0100 303.170

360 182.2 0.886 55.22 153.0400 398.490

380 193.3 0.874 54.47 195.7700 516.750

 

NPSHa < NPSHr dengan kata lain NPSHa system haruslah lebih besar dari NPSHr pompa yang dipergunakan agar pompa tersebut dapat bekerja dengan baik.

Contoh kasus #1

 Pada gambar di bawah akan dilakukan pemompaan fluida air dari tangki terbuka yang berada pada level sama dengan permukaan laut (Ha = 33.9 feet) Level tangki adalah 22 feet dari centerline pompa (Hs1 = 22 feet). Friction losses adalah 2 feet (Hf = 2 feet). Temperatur air adalah 70ºF maka Hvp adalah 0.839 (lihat tabel 2). Head inlet (Hi) sebagai safety factor adalah 2 feet.

 

Tentukanlah NPSHa dan NPSHr pompa

 Penyelesaian:

 NPSHa = Ha + Hs1 – Hvp – Hf – Hi

                = 33.9 + 22 – 0.839 – 2 – 2

                = 51.061 feet

 Diketahui bahwa tujuan pemompaan adalah untuk mengeluarkan fluida air dari tangki, maka kita harus mempertimbangkan tinggi terendah fluida air dalam tangki dari center line pompa saat pemompaan (Hs2) yaitu 7 feet.

 Maka NPSHa = Ha + Hs1 – Hvp – Hf – Hi

                                = 33.9 + 7 – 0.839 – 2 – 2

                                = 36.061 feet   

 Maka untuk menghindari kondisi NPSHa yang tidak memadai ke pompa pada saat pemompaan fluida dari tangki maka NPSHr pompa haruslah kurang dari 36 feet pada duty point.

Contoh kasus #2

Pada gambar di bawah akan dilakukan pemompaan fluida air dari level yang lebih rendah 8 feet dari center line pompa (Hs1 = -8 feet). Pompa ini berada pada level 5000 feet di atas permukaan laut (Ha = 28.2 feet). Temperatur fluida air adalah 50ºF (Hvp = 0.411). Friction losses adalah 1 (Hf = 1 foot) dan Hi = 2.

 

Tentukanlah NPSHa dan NPSHr pompa

Penyelesaian:

 NPSHa = Ha + Hs1 – Hvp – Hf – Hi

                  = 28.2 + (-  8 ) – 0.411 – 1 – 2

                  = 16.789 feet

 Diketahui bahwa tujuan pemompaan adalah untuk mengeluarkan fluida air dari tangki, maka kita harus mempertimbangkan tinggi terendah fluida air dalam tangki dari center line pompa saat pemompaan (Hs2) yaitu -14 feet.

 Maka NPSHa = Ha + Hs1 – Hvp – Hf – Hi

                                = 28.2 + (- 14) – 0.411– 1 – 2

                                = 10.789 feet

 Maka untuk menghindari kondisi NPSHa yang tidak memadai ke pompa pada saat pemompaan fluida dari tangki maka NPSHr pompa haruslah kurang dari 10 feet pada duty point.

Contoh kasus #3

 Ada banyak proses yang menggunakan tangki tertutup (kedap udara), contohnya pada pabrik pemrosesan susu atau pabrik obat-obatan di mana sangat penting untuk menghindari produk yang steril terkontaminasi oleh udara luar. Contoh lain pada tempat pembuatan bir, gas dan karbonisasi tidak boleh keluar tari tangki proses. Seperti yang telah dikemukakan di muka bahwa pada kondisi ini nilai Ha yang menambahkan energi ke fluida (+) dan nilai Hvp yang menyerap energi dari fluida (-) adalah sama maka mereka saling menghilangkan. Maka formulanya menjadi lebih sederhana:

 NPSHa = Hs – Hf – Hi

 Pada gambar di bawah dilakukan pemompaan dari tangki kedap udara yang permukaan fluidanya berjarak 18 feet di atas center line pompa. (Hs1 = 18). Sedangkan level terendah fluida dari centerline pompa saat pemompaan keluar adalah 8 feet (Hs2 = 8). Friction losses (Hf) adalah 1.5 dan Hi adalah 2 feet.

 

Tentukanlah NPSHa dan NPSHr pompa

 Penyelesaian:

 NPSHa pada awal kerja adalah:

 NPSHa = Hs1 – Hf – Hi

                  = 18 – 1. 5 – 2

                  = 14.5 feet

 

NPSHa pada saat level fluida terendah adalah:

 NPSHa = Hs2 – Hf – Hi

                  = 8 – 1.5 – 2

                  = 4.5 feet

 Maka untuk menghindari kondisi NPSHa yang tidak memadai ke pompa pada saat pemompaan fluida dari tangki maka NPSHr pompa haruslah kurang dari 4 feet pada duty point.

Menghitung Kebutuhan Daya Pompa Instalasi Perpipaan  

 

 

 

 

 

8 Votes

 Barangkali di lapangan, kita sering menemukan atau dihadapkan pada kasus seperti gambar

dibawa h, dimana kita diminta untuk menghitung kebutuhan daya pompa terpasang sesuai dengan parameter-parameter yang diberikan/diketahui. Gambar instalasi perpipaan dibawah cukup sederhana, akan tetapi cukup menjadi referensi buat kita apabila kita dihadapkan pada kasus yang lebih kompleks lagi. Seperti Instalasi perpipaan di perumahan pada umumnya, terdapat katub-katub, pompa dan belokan (elbow).   Oke, tak usah berpanjang lebar lagi, kita ikuti langkah-langkah berikut:

Diketahui h2=60m

panjang pipa total (l) = 90 m

Diameter Pipa (D)     =1,5

Penyelesaian:

Langkah pertama, kita memulai dengan menggambar Sistem Energi:

Keterangan:

Wp    = Daya Pompa

ΔEf    = Kerugian energy karena friksi/gesekan

ΔEm    = Kerugian minor (kerugian karena belokan/elbow)

Langkah kedua, menuliskan persamaan balans energy:

Aliran dianggap stasioner,

Jumlah energy (E) masuk ke sistem = Jumlah energy (E) keluar sistem

Dari gambar sistem energy terlihat jelas, apa saja energy yang masuk dan apa saja energy yang keluar. sehingga dapat dituliskan persamaan:

(E1 + Wp) = (E2 + ΔEf + ΔEm) …………….(1)

Kemudian kita hitung harga masing masing energy dan kerugian-kerugian energy baik karena gesekan maupun karena belokan/elbow

A. Kerugian energy karena gesek

dimana:

Di=1.5 inch=40.9 mm

L=90 m

Q=VA

V=Q/A

dan,

Sehingga:

 

dan f adalah sebagai fungsi bilangan Renold (Renold Number)

dimana:     

Densitas (ρair) = 995,7 kg/m3

Viskositas Kinematis (μ)    = 0.801×10-3 Ns/m2

Kecepatan (V) = 0.39 m/s

B. Kerugian energy karena Belokan/elbow (ΔEm)

dimana:

k1=katub gate valve = 8 x f = 8 x 0,026629689 = 0,213

k2=katup ball valve= 3 x f = 3 x 0,026629689 = 0,079

k3=katup globe valve = 340 x f =340 x 0,026629689 = 9,054

kelbow(90) = 30 x f =30 x 0,026629689 = 0,798

kelbow(45) = 16 x f = 16 x 0,026629689 = 0,427

sehingga:

Berdasarkan persamaan balans energy (persamaan 1) diatas, maka dapat dituliskan:

Untuk mendapatkan daya pompa maka,