pump sentrifugal

20
NAMA : WAHYU AGUS PARTONO NIM : 0909045019 PRODI : TEKNIK LINGKUNGAN MATA KULIAH : MEKANIKA FLUIDA II Pompa 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 Sentrifugal Salah 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.

Upload: wahyu-ap

Post on 02-Jul-2015

538 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

mekanika fluida

TRANSCRIPT

Page 1: Pump Sentrifugal

NAMA : WAHYU AGUS PARTONO

NIM : 0909045019

PRODI : TEKNIK LINGKUNGAN

MATA KULIAH : MEKANIKA FLUIDA II

Pompa 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.

Page 2: Pump Sentrifugal

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 pompaRumah Pompa Sentrifugal

Page 3: Pump 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

Page 4: Pump Sentrifugal

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).

Teori Dasar Pompa Centrifugal

A-1 Head

Tekanan suatu fluida dapat diasumsikan sebagai tekanan pada suatu kolom vertikal berisi fluida dimana karena pengaruh beratnya memberikan tekanan yang sebanding dengan tekanan di semua titik. Tinggi kolom ini disebut head statis dan ditampilkan dalam terminologi feet atau meter. Head statis atas suatu tekanan tertentu bergantung pada berat fluida menurut rumus berikut:

Sebuah pompa centrifugal menciptakan kecepatan fluida. Energi kecepatan ini kemudian ditransformasikan ke energi tekanan saat fluida lepas dari pompa. Oleh karenanya, head yang tercipta bisa dikatakan sebanding dengan energi kecepatan impeller. Hubungan ini diwujudkan pada rumus yang sangat dikenal yaitu:

Dimana;

H = Total head dalam feet atau meter.

v = Kecepatan impeller dalam feet per detik.

g = 32.2 Feet/Detik2 Kita bisa memperkirakan head sebuah pompa centrifugal dengan menghitung kecepatan impeller dan memasukkannya pada rumus di atas.

Rumus yang bisa dipakai untuk kecepatan tersebut adalah : D = Diameter Impeller dalam satuan inchi

V = Kecepatan dalam feet/detik. Itulah sebabnya mengapa kita harus selalu mendasarkan pada pemahaman head fluida dalam feet/meter dan bukan pada tekanan, saat menghadapi pompa centrifugal. Suatu pompa dengan suatu jenis

Page 5: Pump Sentrifugal

impeller dan dengan suatu kecepatan, akan menaikkan fluida pada ketinggian tertentu tanpa perlu menghiraukan berat fluida sebagaimana terlihat pada gambar 1 di bawah ini:

Fig. 1 Pompa yang identik akan dapat melayani fluida dengan berbagai tingkat

kekentalan.

Page 6: Pump Sentrifugal

Fig. 2-a Suction Lift : Menunjukkan besaran Head Statis dalam sebuah sistem pemompaan dimana Pompa terletak di posisi lebih tinggi dari Tangki tempat penghisapan. (Static Suction Head)

SUCTION HEAD terjadi saat sumber suplai di atas garis tengah pompa. Jadi STATIC SUCTION HEAD adalah jarak vertikal dalam satuan feet atau meter dari garis tengah pompa hingga ketinggian fluida yang dipompa.

Fig. 2-b Suction Head : Menunjukkan Static Head di sebuah sistem pemompaan dimana Pompa terletak lebih rendah dari Tangki hisap. (Static Suction Head)

Sumber : Mechseal Indonesia

Page 7: Pump Sentrifugal

PRINSIP KERJA POMPA SENTRIFUGAL

Pompa Centrifugal secara prinsip terdiri dari casing pompa dan impeller yang terpasang pada poros putar. Casing pompa berfungsi sebagai pelindung, batas tekan dan juga terdiri dari saluran- saluran yang untuk masukan ( suction ) dan keluaran ( discharge ). Casing ini memiliki vent dan drain yang berguna untuk melepas udara atau gas yang terjebak dalam casing selain untuk juga berguna perawatannya.

Gambar ilustrasi di bawah ini merupakan diagram sederhana daripada pompa sentrifugal yang menunjukkan lokasi dari suction pompa, impeller, volute dan discharge. Casing pompa sentrifugal menuntun aliran suatu cairan dari saluran suction menuju mata ( eye ) impeller. Vanes daripada impeller yang berputar meneruskan dan memberikan gaya putar sentrifugal kepada cairan ini sehingga cairan bergerak menuju keluar impeller dengan kecepatan tinggi. Cairan tersebut kemudian sampai dan mengumpul pada bagian terluar casing yaitu volute. Volute ini merupakan area atau saluran melengkung yang semakin lama semakin membesar ukurannya, dan seperti halnya diffusor, volute berperan besar dalam hal peningkatan tekanan cairan saat keluar dari pompa, merubah energi kecepatan menjadi tekanan. Setelah itu liquid keluar dari pompa melalui saluran discharge.

Pompa Sentrifugal juga bisa dibuat dengan dua volute. Pompa semacam ini biasa disebut double volute pumps, dimana discharge nya berbeda posisi 180°. Untuk aplikasinya bisa meminimaliskan gaya radial yang mengenai poros dan bantalan sehubungan dengan ketidakseimbangan tekanan di sekitar impeller. Perbandingan antara single dan double volute sentrifugal bisa dilihat di bawah ini :

Page 8: Pump Sentrifugal

Kavitasi pada Pompa

Kavitasi adalah fenomena perubahan phase uap dari zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya. Pada pompa bagian yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap pompa. Hal ini terjadi jika tekanan isap pompa terlalu rendah hingga dibawah tekanan uap jenuhnya, hal ini dapat menyebabkan :

Suara berisik, getaran atau kerusakan komponen pompa tatkala gelembung-gelembung fluida tersebut pecah ketika melalui daerah yang lebih tinggi tekanannya

Kapasitas pompa menjadi berkurang Pompa tidak mampu membangkitkan head (tekanan) Berkurangnya efisiensi pompa.

Secara umum, terjadinya kavitasi diklasifikasikan atas 5 alasan dasar :

1. Vaporisation – Penguapan.

Page 9: Pump Sentrifugal

Fluida menguap bila tekanannya menjadi sangat rendah atau temperaturnya menjadi sangat tinggi. Setiap pompa sentrifugal memerlukan head(tekanan) pada sisi isap untuk mencegah penguapan.Tekanan yang diperlukan ini, disiapkan oleh pabrik pembuat pompa dan dihitung berdasarkan asumsi bahwa air yang dipompakan adalah ‘fresh water’ pada suhu 68oF. Dan ini disebut Net Positive Suction Head Available (NPSHA)

Karena ada pengurangan tekanan (head losses) pada sisi suction( karena adanya valve, elbow, reduser, dll), maka kita harus menghitung head total pada sisi suction dan biasa disebut Net Positive Suction Head is Required (NPSHR).

Nah nilai keduanya mempengaruhi terjadinya penguapan, maka untuk mencegah penguapan, syaratnya adalah :

NPSHA – Vp ≥ NPSHR

Dimana Vp : Vapor pressure fluida yang dipompa.

Dengan kata lain untuk memelihara supaya vaporization tidak terjadi maka kita harus melakukan hal berikut :

1. Menambah Suction head, dengan :

Menambah level liquid di tangki. Meninggikan tangki. Memberi tekanan tangki. Menurunkan posisi pompa(untuk pompa portable). Mengurangi head losses pada suction piping system. Misalnya dengan

mengurangi jumlah fitting, membersihkan striner, cek mungkin venting tangki tertutup) atau bertambahnya speed pompa.

2. Mengurangi Tempertur fluida, dengan :

Mendinginkan suction dengan fluida pendingin Mengisolasi suction pompa Mencegah naiknya temperature dari bypass system dari pipa discharge.

3. Mengurangi NPSHR, dengan :

Gunakan double suction. Ini bias mengurangi NPSHR sekitar 25 % dan dalam beberapa kasus memungkinkan penambahan speed pompa sebesar 40 %.

Page 10: Pump Sentrifugal

Gunakan pompa dengan speed yang lebih rendah. Gunakan impeller pompa yang memiliki ‘eye’ impeller yang lebih besar. Install Induser, dapat mereduksi NPSHR sampai 50 %. Gunakan pompa yang lebih kecil. Menggunakan 3 buah pompa kecil

dengan ukuran kapasitas separuhnya, hitungannya lebih murah dari pada menggunakan pompa besar dan spare-nya. Lagi pula dapat menghemat energy.

Pada bagian pertama tulisan yang lalu, kita telah mengenal apa itu kavitasi, efek yang ditimbulkannya dan klasifikasi kavitasi,yaitu :

1. Vaporisation – Penguapan.

Selanjutnya kita kaji secara singkat klasifikasi yang kedua :

2. Air Ingestion – Masuknya Udara Luar ke Dalam System

Pompa sentrifugal hanya mampu meng’handle’ 0.5% udara dari total volume. Lebih dari 6% udara, akibatnya bisa sangat berbahaya, dapat merusak komponen pompa.

Udara dapat masuk ke dalam system melalui beberapa sebab, antara lain :

Dari packing stuffing box (Bagian A – Lihat Gambar). Ini terjadi, jika pompa dari kondensor, evaporator atau peralatan lainnya bekerja pada kondisi vakum.

Letak valve di atas garis permukaan air (water line). Flens (sambungan pipa) yang bocor. Tarikan udara melalui pusaran cairan (vortexing fluid).

Page 11: Pump Sentrifugal

Jika ‘bypass line’ letaknya terlalu dekat dengan sisi isap, hal ini akan menambah suhu udara pada sisi isap.

Berkurangnya fluida pada sisi isap, hal ini dapat terjadi jika level cairan terlalu rendah.

Vortexing Fluida

Keduanya, baik penguapan maupun masuknya udara ke dalam system berpengaruh besar terhadap kinerja pompa yaitu pada saat gelembung-gelembung udara itu pecah ketika melewati ‘eye impeller’(Bagian G – Lihat Gambar) sampai pada sisi keluar (Sisi dengan tekanan yang lebih tinggi). Terkadang, dalam beberapa kasus dapat merusak impeller atau casing. Pengaruh terbesar dari adanya jebakan udara ini adalah berkurangnya kapasitas pompa.

3. Internal Recirculation – Sirkulasi Balik di dalam System

Kondisi ini dapat terlihat pada sudut terluar (leading edge) impeller, dekat dengan diameter luar, berputar balik ke bagian tengah kipas. Ia dapat juga terjadi pada sisi awal isap pompa.

Efek putaran balik ini dapat menambah kecepatannya sampai ia menguap dan kemudian ‘pecah’ ketika melalui tempat yang tekanannya lebih tinggi. Ini selalu terjadi pada pompa dengan NPSHA yang rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, kita harus tahu nilai Suction Spesific Speed , yang dapat digunakan untuk mengontrol pompa saat beroperasi, berapa nilai terdekat yang teraman terhadap nilai BEP(Best Efficiency Point) pompa yang harus diambil untuk mencegah terjadinya masalah.

Page 12: Pump Sentrifugal

Nilai Suction Spesific Speed yang diijinkan adalah antara 3.000 sampai 20.000. Rumus yang dipakai adalah :

Dimana : rpm = Kecepatan Pompa

Capacity = Gallons per menit, atau liters per detik dari impeller terbesar pada nilai BEP(Best Efficiency Point) -nya.

Head = Net Positive Suction Head is Required (feet atau meter)pada nilai rpm-nya.

Catatan penting :

Untuk pompa double suction, kapasitas dibagi 2 karena ada 2 impeller eyes.

Ideal untuk ‘membeli’ pompa dengan nilai Suction Spesific Speed kurang dari 8500(5200 metrik) kecuali untuk kondisi yang ekstrim.

Mixed Hydrocarbon dan air panas idealnya pada 9000 ÷ 12000 (5500÷7300 metric) atau lebih tinggi, lebih bagus.

Nilai Suction Spesific Speed yang tinggi menandakan impeller eye-nya lebih besar dari biasanya dan biasanya nilai efisiensinya disesuaikan dengan nilai NPSHR yang rendah.

Lebih tinggi nilai Suction Spesific Speed memerlukan desain khusus, operasinya memungkinkan adanya kavitasi.

Biasanya, pompa yang beroperasi dibawah 50% dari nilai BEP-nya tidak reliable.

Page 13: Pump Sentrifugal

Jika kita memakai open impeller, kita dapat mengoreksi internal recirculation dengan mengatur suaian(clearance) impeller sesuai dengan spesifikasi pabrik pembuatnya.

Jenis impeller

Untuk jenis Closed Impeller lebih banyak masalahnya dan kebanyakan pada prakteknya dikembalikan ke pabrik pembuatnya untuk di evaluasi atau mungkin didesain ulang pada impellernya atau perubahan ukuran suaian(clearance) pada wearing ring.

Sistem Proteksi Pompa Sentrifugal Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi

standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari:

1. Proteksi terhadap aliran balik. Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah dengan arah aliran keluaran pompa.

2. Proteksi terhadap overload. Beberapa alat seperti pressure switch low, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload

3. Proteksi terhadap vibrasi. Vibrasi yang berlebihan akan menggangu kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk menghindari vibrasi berlebihan ialah vibration switch dan vibration monitor.

4. Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow.

5. Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki NPSHayang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluidaterakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan padasistem pompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL).

Page 14: Pump Sentrifugal

Penggunaan Pompa Sentrifugal Dalam kehidupan sehari-hari pompa sentrifugal banyak memberikan

berbagai manfaat besar bagi manusia, terutama pada bidang industri. Secara umum pompa sentrifugal digunakan untuk kepentingan pemindahan fluida dari satu tempat ke tempat yang lainnya Berikut ini beberapa contoh lain pemanfaatan pompa sentrifugal, diantaranya: a) Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam

fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal.

b) Pada industri perkapalan pompa sentrifugal banyak digunakan untuk memperlancar proses kerja di kapal.

c) Pompa sentrifugal WARMAN dirancang khusus untuk memompakan lumpur, bahan kimia, dan semua larutan cair yang bercampur dengan partikel padat.

d) Pompa sentrifugal dan reciprocating RUHRUMPEN untuk berbagai jenis aplikasi, seperti: industri proses, perkapalan, dock & lepas pantai, oil & gas dan aplikasi umum lainnya.

Keunggulan dan Kelemahan Pompa Sentrifugal Pada beberapa kasus pemanfaatan pompa sentrifugal, pompa ini

memberikan efisiensi yang lebih baik dibandingkan pompa jenis displacement. Hal ini dikarenakan pompa ini memiliki keunggulan dari pompa lainnya. Keunggulan-keunggulan tersebut diantaranya : a) Principe kerjanya sederhana b) Mempunyai banyak jenis c) Konstruksinya kuat d) Tersedia berbagai jenis pilihan kapasitas output debit air e) Poros motor penggerak dapat langsung disambung ke pompa f) Pada umumnya untuk volume yang sama dengan pompa displacement, harga

pembelian pompa sentrifugal lebih rendah. g) Tidak banyak bagian-bagian yang bergerak (tidak ada katup dan sebagainya),

sehingga pemeliharaannya mudah. h) Lebih sedikit memerlukan tempat. i) Jumlah putaran tinggi, sehingga memberi kemungkinan untuk pergerakan

langsung oleh sebuah electromotor atau turbin. j) Jalannya tenang, sehingga fondasi dapat di buat ringan. k) Bila konstruksinya disesuaikan, memberi kemungkinan untuk mengerjakan

zat cair yang mengandung kotoran. l) Aliran zat cair tidak terputus– putus. Namun disamping memiliki keunggulan

pompa sentrifugal ini juga tidak luput dari yang namanya kelemahan.

Adapun kelemahan dari pompa ini adalah: a) Dalam keadaan normal pompa sentrifugal tidak dapat menghisap sendiri (tidak

dapat memompakan udara). b) Kurang cocok untuk mengerjakan zat cair kental, terutama pada aliran volume

yang kecil.