teori, perhitungan & abnormal pompa sentrifugal

1

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

POMPA SENTRIFUGAL

Oleh : Sidiq Adhi Darmawan

1.1 Dasar Teori

Pompa merupakan alat yang sangat penting untuk membantu pekerjaan manusia.

Pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari satu tempat ke tempat yang lain.

Penggunaan pompa sangat luas seperti penggunaan pompa di rumah tangga, pada industri, dan

pertanian.

Pada rumah tangga pompa digunakan untuk menyalurkan air dari sumur ke bak

penampungan air. Penggunaan pompa di industri perminyakan, pompa digunakan untuk

mengangkat minyak mentah dari dalam bumi ketempat - tempat pemrosesan atau tempat-

tempat penampungan. Di dunia pertanian pompa digunakan untuk memindahkan air dari

sungai atau waduk ke sawah untuk memenuhi kebutuhan air tanaman

Pompa adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk memindahkan fluida

incompressible ( tak mampu mampat ) dari satu tempat ke tempat lain melalui suatu media

perpipaan dengan cara menaikkan tekanan atau membangkitkan beda tekanan.

Pompa Sentrifugal yaitu pompa untuk memindahkan cairan dengan memanfaatkan

gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh impeler. Pompa sentrifugal adalah termasuk kedalam

jenis pompa tekanan dinamis,dimana pompa jenis ini memiliki impeller yang berfungsi untuk

mengangkat fluida dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang

lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan keporos untuk memutar

impeller kedalam rumah pompa, maka fluida yang berada disekitar impeller juga akan ikut

berputar akibat dari dorongan sudu-sudu impeller. Karena timbulnya gaya sentrifugal maka

fluida mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu-sudu impeller. Head

fluida akan bertambah besar karena fluida tersebut mengalami percepatan. Fluida yang keluar

dari impeller ditampung oleh saluran yang berbentuk volute mengelilingi impeller dan

disalurkan keluar pompa melalui nosel,didalam nosel kecepatan aliran fluida diubah menjadi

head tekanan.

2


1.2 Dasar – dasar Pemilihan Pompa

Dalam menentukan suatu pompa untuk suatu tujuan tertentu, maka terlebih dahulu

harus diketahui kapasitas aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair yang

akan dipompa. Selain itu, agar pompa tidak mengalami kavitasi maka perlu ditaksir berapa

tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yang terpasang pada isntalasinya.

Atas dasar tekanan isap ini maka putaran pompa dapat ditentukan.

Data yang umumnya dipelukan untuk memilih pompa sebagai berikut :

1. Kapasitas

Kapasitas ini menunjukkan jumlah debit yang dapat dialirkan berapa m3/jam. Pada

pompa perlu diketahui juga mengenai berapa kapasitas maksimum dan minimum yang

dapat dialirkan oleh pompa tersebut.

2. Kondisi Isap

Pada kondisi isap ini perlu dipertimbangkan beberapa hal yaitu :

a. Level isap dari permukaan air isap ke level pompa

b. Tinggi fluktuasi permukaan isap

c. Tekanan yang bekerja pada permukaan air isap.

d. Kondisi pipa isap

3. Kondisi Keluar

Pada kondisi keluar ini perlu dipertimbangkan beberapa hal yaitu :

a. Level keluar dari permukaan air isap ke level pompa

b. Tinggi fluktuasi permukaan keluar

c. Tekanan yang bekerja pada permukaan air keluar.

d. Kondisi pipa keluar

4. Head Total Pompa

Head total pompa ditentukan berdasarkan kondisi – kondisi di atas ( no 1 – 3)

5. Jenis Zat Cair

Dalam pemilihan pompa harus diketahui jenis zat cair apa yang akan dialirkan dan

kharakteristik dari zat cair yang akan dialirkan oleh pompa tersebut, seperti air tawar, air

3


laut, minyak, zat kimia tertentu, temperatur, berat jeniz, viskositas, kandungan padatan

dan lain – lain.

6. Jumlah Pompa

Apabila suatu pekerjaan pemindahan fluida membutuhkan jumlah debit yang besar

maka bisa digunakan pompa lebih dari satu.

7. Kondisi Kerja

Kondisi kerja ini seperti apakah pompa tersebut akan digunakan secara terus menerus,

terputus – putus, atau jumlah jam kerja seluruhnya selama setahun.

8. Penggerak

Penggerak untuk menggerakkan poros pompa antara lain motor listrik, motor bakar torak

atau turbin uap.

9. Poros Tegak atau Mendatar

Hal ini kadang – kadang sudah ditentukan oleh pabrik pompa yang bersangkutan

berdasarkan instalasinya.

10. Tempat Instalasi

Pembatasan – pembatasan pada ruang instalasi, ketinggian diatas permukaan laut, di luar

atau di dalam gedung, dan fluktuasi temperatur.

1.3 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan berdasarkan :

1. Berdasar Kapasitas

- Kapasitas rendah : Sampai dengan 20 m3/jam

- Kapasitas menengah : 20 – 60 m3/jam

- Kapasitas tinggi : > 60 m3/jam

2. Berdasarkan Takanan Discharge

- Kapasitas rendah : Sampai dengan 5 Kg/cm3

- Kapasitas menengah : 5 – 50 Kg/cm3

- Kapasitas tinggi : > 50 Kg/cm3

4


3. Berdasar jumlah / susunan impeller dan tingkat

- Single Impeller : Terdiri dari satu impeller dan satu tingkat.

- Multi stage : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam

satu casing.

- Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel

dalam satu casing.

1.4 Sistem Kerja Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal digunakan untuk memberikan atau menambah kecepatan pada

cairan dan kemudian merubahnya menjadi energi tekan. Pompa sentrifugal, seperti yang

diperlihatkan dalam Gambar 1.1 dibawah ini.

Gambar 1.1 Arah Aliran Fluida Dalam Pompa Sentrifugal

Cairan dipaksa masuk ke sebuah impeller. Daya dari luar diberikan kepada poros

pompa untuk memutar impeller yang ada berada dalam cairan tadi. Apabila impeller berputar

maka zat cair yang ada dakam impeller akan ikut berputar akibat dorongan sudu – sudu pada

impeller. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeller menuju

keluar melalui saluran diantara sudu – sudu dengan kecepatan tinggi. Zat cair yang

5


meninggalkan impeller tersebut dikumpulkan di dalam rumah pompa (casing) yang berbentuk

spiral atau biasanya disebut volut yang tugasnya mengumpulkan cairan dari impeller dan

mengarahkan ke discharge nozzel. Discharge nozzel berbentuk seperti kerucut sehingga

kecepatan aliran yang tinggi dari impeller bertahap turun, kerucut ini disebut diffuser. Papa

waktu penurunan kecepatan di dalam diffuser energi kecepatan pada aliran cairan diubah

menjadi energi tekan.

Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang

dikandungnya akan menjadi lebih besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair

antara flens isap dan flens keluar pompa disebut head total pompa.

Gambar 1.2 Nomenklatur Impeller

1.5 Bagian - Bagian Pompa Sentrifugal

Pada pompa sentrifugal secara umum terdiri dari dua bagian yaitu

a. Bagian yang perputar, meliputi impeler, dan poros.

b. Bagian yang tetap, meliputi volute casing, stuffing box, bearing housing dan lain – lain.

Bagian – bagian pompa sentrifugal dan penampang bagian dalam pompa sentrifugal bisa

dilihat pada gambar berikut ini :

6


Gambar 1.3 Bagian Dalam Pompa Sentrifugal

Bagian – bagian utama pompa sentrifugal antara lain :

a. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi

kecepatan pada cairan yang dipompa secara kontinue, sehingga cairan pada sisi hisap

secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang

masuk sebelumnya. Ada tiga jenis impeller, yaitu open impeller, semi open impeller dan

closed impeller.

(a) Open mpeller (b) Semi open impeller (c) Closed impeller

Gambar 1.4 Berbagai Tipe Impeller

Pompa sentrifugal dapat menggunakan dua macam impeller, yaitu isapan tunggal dan

isapan ganda. Pada pompa sentrifugal di Waste Water Treatment menggunakan pompa

isapan tunggal.

7


b. Rumah Pompa (Volute Casing)

Rumah pompa merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai

pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan difusser, suction nozzel dan discharge

nozzel serta memberikan arah aliran dari impeller dan mengubah energi kecepatan menjadi

energi tekan.

Gambar 1.5 Rumah Pompa (Volute Casing)

c. Shaft

Shaft berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak (motor) selama

beroperasi ke impeller. Shaft juga berfungsi sebagai tempat kedudukan impeller dan

bagian – bagian lain yang berputar. Untuk menghubungkan antara shaft pompa dengan

shaft penggerak (motor) maka diperlukan kopling. Bagian luar shaft ini biasanya

dilindungi oleh shaft sleeve.

8


Gambar 1.6 Shaft

d. Shaft Sleeve

Shaft sleeve berbentuk silinder berlubang yang berfungsi untuk melindungi shaft

utama dari erosi, korosi, dan aus. Apabila shaft utama mengalami kerusakan maka shaft

utama tidak bisa diperbaiki tetapi harus dilakukan penggantian dengan yang baru.

Gambar 1.7 Shaft Sleeve

e. Glannd Packing

Gland packing ini berfungsi untuk mengurangi kebocoran cairan dalam casing

pompa dan mencegah udara dari luar masuk ke dalam pompa. Apabila ada udara luar

9


yang masuk ke dalam pompa maka akan mengakibatkan performa pompa akan menurun

dan menimbulkan kavitasi.

Gambar 1.8 Gland Packing

f. Stuffing Box

Stuffing box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa

menembus casing. Jika pompa bekerja dengan suction lift dan tekanan pada ujung

stuffing box lebih rendah dari tekanan atmosfer, maka stuffing box berfungsi untuk

mencegah kebocoran udara masuk kedalam pompa. Dan bila tekanan lebih besar daripada

tekanan atmosfer, maka berfungsi untuk mencegah kebocoran cairan keluar pompa.

Gambar 1.9 Stuffing Box

10


g. Bearing

Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar

dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban aksial. Bearing juga

memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya,

sehingga kerugian gesek juga akan kecil.

Gambar 1.10 Bearing

h. Oil Seal

Seal ini berfungsi untuk menjaga oli yang berada di dalam bearing housing agar tidak

bocor.

Gambar 1.11 Oil Seal

11


Pada sistem pompa untuk mentransferkan suatu fluida harus dilengkapi dengan motor

sebagai penggeraknya. Poros motor yang berputar akan dihubungkan dengan poros pompa

menggunakan coupling. Sehingga secara keseluruhan bagian – bagian sistem kerja pompa

terdiri dari tiga bagian yaitu impeller side, coupling side, dan driver side.

Gambar 1.12 Bagian Pompa Sentrifugal beserta Penggeraknya

Impeller Side

Pada bagian impeller side terdiri dari beberapa komponen, yaitu :

- Impeller

- Volute casing

- Diffuser

- Stuffing box

- Shaft sleeve

- Bearing housing

Coupling Side

Coupling side berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari shaft motor menuju

shaft pompa. Pada bagian coupling side terdiri dari dua komponen, antara lain :

- Coupling

- Shaft

- Rubber coupling

12


- Coupling housing

Driver Side

Driver side berfungsi sebagai sumber penggerak pada poros pompa yang nantinya

akan memutar impeller. Driver side terdiri dari tiga komponen penting, antara lain :

- Frame

- Stator

- Rotor

1.6 Performa Pompa

Bentuk pompa umumnya tergantung dari ns. Jadi dapat dimengerti bila

karakteristiknya tergantung pada ns. Karakteristik sebuah pompa dapat digambarkan dalam

kurva – kurva karakteristik, yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros dan

effisiensi pompa terhadap kapasitas. Kurva performasi tersebut biasanya digambarkan pada

kecepatan yang tetap.

Gambar 1.13(a),(b),(c) memperlihatkan contoh kurva performansi untuk pompa

dengan harga ns yang berbeda – beda. Di sini besarnya kurva karakteristik dinyatakan dalam

persen. Titik 100% untuk harga kapasitas, Head total pompa,dan daya pompa diambil pada

keadaan efisiensi maksimum.

Gb 1.13(a) Kurva karakteristik Pompa Volut Gb .13(b) Kurva karakteristik Pompa aliran

campur

13


Gb 1.13(c) Kurva karakteristik Pompa aliran aksial

Gambar 1.14 Kurva Head – Kapasitas untuk Kecepatan Spesifik yang Berbeda –beda

Dari gambar diatas terlihat bahwa kurva Head – Kapasitas menjadi semakin curam

pada pompa dengan harga ns semakin besar.

Kurva daya terhadap kapasitas mempunyai harga minimum bila kapasitas aliran

sama dengan nol pada pompa sentrifugal dengan ns kecil. Sebaliknya, pada pompa aliran

14


campur dan pompa aliran aksial dengan ns besar, harga daya mencapai maksimum pada

kapasitas aliran sama dengan nol.

Kurva efisiensi terhadap kapasitas dari pompa sentrifugal pada umumnya berbentuk

mendekati busur lingkaran. Harga efisisensinya hanya sedikit menurun bila kapasitas berubah

menjauhi harga optimumnya.

1.7 Dasar Perhitungan Pompa

Persamaan perhitungan pompa yang digunakan dalam perhitungan laporan ini antara

lain :

1. Kontinuitas

Laju aliran yang masuk ke dalam pompa adalah sama dengan laju aliran yang keluar dari

pompa, sehingga dapat dirumuskan :

Q1 = Q2

A1.V1 = A2.V2 ………………………………….……………………(1.1)

Dimana : Q1 = Kapasitas atau debit aliran yang masuk pompa (m3/s)

Q2 = Kapasitas atau debit aliran keluar pompa (m3/s)

A1 = Luas penampang bagian dalam pipa masuk pompa (m)

A2 = Luas penampang bagian dalam pipa keluar pompa (m)

V1 = Kecepatan aliran fluida pipa masuk pompa (m/s)

V2 = Kecepatan aliran fluida pipa keluar pompa (m/s)

2. Reynold Number

Reynold Number digunakan untuk mengetahui jenis aliran yang terjadi dalam sistem

aliran fluida di dalam pipa

Re =

𝜌 .𝑑 .𝑣

µ …………………………………………………………….(1.2)

Dimana : Re = Reynold number

15


𝜌 = Massa jenis fluida (kg/m3 )

v = Kecepatan aliran (m/s)

Pembagian jenis aliran berdasarkan Reynold Number yaitu :

- Jika Reynold Number < 2300 adalah jenis aliran laminer.

- Jika Reynold Number = 2300 adalah jenis aliran transisi.

- Jika Reynold Number > 2300 adalah jenis aliran turbulen.

(Ir. Sularso MMSE, Prof. Dr Haruno Tahara Pompa dan Kompresor 1983 hal 28-29)

2. Head Kerugian Gesek dalam Pipa ( Major Losses )

Untuk menghitung kerugian gesek yang terjadi di dalam pipa dipakai persamaaan Darcy –

Weisbach yaitu :

𝑕𝑓 = 𝑓.𝐿.𝑣2

2.𝑔.𝑑 ………………………………………………………….(1.3)

Dimana : hf = Kerugian akibat gesekan sepanjang pipa (m)

L = Panjang pipa (m)

D = Diameter pipa (m)

v = Kecepatan aliran (m)

g = Kecepatan gravitasi (m/s2)

f = Faktor gesek

Faktor gesek ini bisa dilihat pada diagram moody atau bisa juga dihitung dengan rumus :

𝑓 =64

𝑅𝑒 , dimana Re = Bilangan Reynold

Atau untuk jenis aliran turbulen dapat digunakan formula Darcy :

𝑓 = 0.02 +0.005

𝐷 .…………………………………………………(1.4)

Dimana : D = Diameter pipa

(Ir. Sularso MMSE, Prof. Dr Haruno Tahara Pompa dan Kompresor 1983 hal 28-29)

4. Kerugian Head dalam Jalur Pipa ( Minor Losses )

16


Dalam aliran melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi apabila ukuran pipa, bentuk

penampang, atau arah aliran berubah adanya elbow, valve, reducer dan lain - lain.

Kerugian head di tempat – tempat transisi yang demikian itu dapat dinyatakan secara

umum dengan rumus :

𝑕𝑓 = 𝑛. 𝑘𝑣2

2𝑔 ………………………………………...……….…..(1.5)

Dimana :

hf = Kerugian head (m)

n = Jumlah elbow, valve, reducer dan lain – lain.

k = koefisien kerugian

V = Kecepatan rata – rata dalam pipa (m/s)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

Harga k dapat dilihat ditabel sesuai dengan yang dibutuhkan.

(Ir. Sularso MMSE, Prof. Dr Haruno Tahara Pompa dan Kompresor 1983 hal 32)

5. Head Total (TDH)

Secara umum head total dapat dicari dengan :

Head Total (TDH) = hdis - hsuc

Dimana :

Head pada discharge (hdis) = 𝑍𝑜 +𝑉2

2𝑔+ 𝑕𝑜

Head pada suction (hsuc) = 𝑍𝑜 +𝑉2

2𝑔+ 𝑕𝑜

Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah fluida

seperti yang direncanakan, dapat ditentukan dari kondisiinstalasi yang akan dilayani oleh

pompa

17


Gambar 3.26 Head Pompa

Head total pompa dapat ditulis sebagai berikut :

𝐻 = 𝑕𝑎 + ∆𝑕𝑝 + 𝑕1 +𝑉2

2𝑔 ………………………………….(1.6)

Dimana :

H = Head total pompa (m)

ha = Head statis total (m)

∆hp = Perbedaan tekanan yang bekerja pada kedua permukaaan fluida (m)

∆hp = ∆hp2 - ∆hp1

h1 = Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan dll (m)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

𝑉2

2𝑔 = Head kecepatan keluar (m)

18


Apabila permukaan zat cair berubah – ubah dengan perbedaan besar, head

statis total harus ditentukan dengan mempertimbangkan karakteristik pompa, besarnya

selisih perubahan permukaan zat cair dan dasar yang dipakai untuk mennetukan jumlah

air yang harus dipompa.

Hubungan antaran tekanan dan head tekanan dapat diperoleh dari rumus :

𝑕𝑝 = 10 𝑥𝑝

𝛶 …………………………………………………………(1.7)

Dimana :

hp = Head tekan (m)

p = Tekanan (Kgf/cm2)

𝛶 = Berat per satuan volume zat cair yang dipompa (Kgf/l)

Apabila tekanan yang diberikan dalam satuan kPa, rumus yang dapat dipakai untuk head

tekanan adalah

𝑕𝑝 =1

9,81𝑥𝑝 ′

𝛶 ………………………………….………………………....(1.8)

Dimana :

hp = Head tekanan (m)

𝛶 = Berat per satuan volume zat cair yang dipompa (Kg/m3)

(Ir. Sularso MMSE, Prof. Dr Haruno Tahara Pompa dan Kompresor 1983 hal 26 - 27)

6. Daya Air

Merupakan energi yang secara efektif diterima oleh fluida dari pompa per satuan waktu,

dan dapat dirumuskan :

Pf = 𝛶 . Q . H …………………………………………………………..(1.9)

Dimana :

𝛶 = Berat fluida per satuan volume (kN/m3)

Q = Kapasitas (m3/s)

19


H = Head total pompa (m)

Pf = Daya fluida (kW)

(Ir. Sularso MMSE, Prof. Dr Haruno Tahara pompa dan kompresor 1983 hal 26 - 27)

7. Daya Poros dan Efisiensi Pompa

Daya poros yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa dapat dinyatakan sebagai

berikut :

𝑃 =𝑃𝑓

𝜂𝑝 ……………………………………………................ (1.10)

Dimana :

P = Daya poros sebuah pompa (kW)

𝜂p = Efesiensi pompa (pecahan)

Harga – harga standar efisiensi pompa 𝜂p diberikan dalam Gb. 3.27. Efisiensi

pompa untuk pompa – pompa jenis khusus harus diperoleh dari pabrik pembuatnya.

Gambar 3.27 Efisiensi Standar Pompa

20


Kecepatan spesifik pompa sentrifugal dapat dirumuskan :

𝑛𝑠 = 𝑛𝑄

12

𝐻34

………………………………………………………………….(1.11)

Dimana :

ns = Kecepatan spesifik pompa

n = Putaran pada efisiensi tertinggi pompa (rpm)

Q = Kapasitas pada efisiensi tertinggi pompa (m3/min)

H = Head pada efisiensi tertinggi pompa (m)

(Ir. Sularso MMSE, Prof. Dr Haruno Tahara pompa dan kompresor 1983 hal 53)

8. Daya Penggerak Mula

Daya penggerak mula yang dipakai untuk menggerakkan pompa harus ditetapkan dari

rumus :

𝑃𝑚 = 𝑃 . (1+𝛼)

𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖 ………………………………………………………..(1.12)

Dimana :

Pm = Daya penggerak (Hp)

𝜂transmisi = Effisiensi transmisi

α = Faktor cadangan (untuk motor induksi 0,2)

(Ir. Sularso MMSE, Prof. Dr Haruno Tahara pompa dan kompresor 1983 hal 58)

21


1.8 Segitiga Aliran Kecepatan Fluida di Impeler

Gambar 1.15 Impeler

Fluida masuk melalui saluran hisap Ds kemudian dalam arah aliran aksial mengalir

masuk kedalam impeller dengan kecepatan terbatas Cs. Sudu pompa dimulai dai D1, lebar

sudunya b1. kecepatan mutlak mengalirnya fluida C

1 dan luas penampang yang dilalui aliran

fluida = D1 x π x b1 ; maka menurut persamaan kontinuitas didapat

𝑏1 =𝑄

𝐷1 .𝜋.𝐶1

Dimana : b1 = lebar sudu (m)

Q = kapasitas aliran (m3

/det)

D1 = diameter masuk sudu pompa ( m )

C1= kecepatan mutlak aliran fluida masuk sudu impeller (m/det)

22


Dengan adanya sudu penampang yang dilewati fluida menjadi semakin sempit dan

dengan demikian kecepatan fluida mengalir masuk naik sekitar 10 %.

Gambar 1.16 Segitiga Aliran Kecepatan Fluida

Pada titik 1 dar gambar 2.7. diperoleh kecepatan aliran fluida masuk C1 yang arahnya tegak

lurus U1 di dapat dari :

𝑈1 =𝐷1 .𝜋.𝑛

60

Dimana : n = kecapatan putaran impeller dalam rpm

D1 = diameter masuk sudu pompa ( m )

Keterangan gambar :

W1 = kecepatan relative aliran fluida pada sisi masuk

Β1 = sudut masuk aliran fluida

23


Lihat gambar segitiga berikut :

Gambar 1.17 Segiitiga kecepatan aliran fluida masuk impeller

Dari titik 1 ( pada gambar 2.7 ) fluida mengalir ke bagian belakang dari sudu impeller yang

melengkung, supaya mendapatkan paenghantaran dan pengaliran yang baik maka jumlah sudu

impeller harus tertentu, karena adanya gaya sentrifugal pada sudu impeller. Jadi akibat dari

berputarnya impeller dengan kecepatan U dan bentuk sudu impeller yang sedemikian rupa

didapat kecepatan relative aliran fluida dibagian masuk sudu impeller W1

dan saluran kelar

W2. Besarnya kecepatan W didapat dari persamaan kontinuitas. Diameter impeller dibagian

keluar D2

dan pada bagian masuk D1.

Lebar sudu b2

hanya sedikit lebih kecil dari pada

dibagian masuk b1, sehingga pada umumnya W

2 lebih kecil dari W

1. Pada titik 2 dari gambar

2.7. fluida mempunyai kecepatan keluar mutlak C2. Kecepatan keliling impeller pada sisi

keluar U2

adalah :

𝑈2 =𝐷2 .𝜋.𝑛

60

Dimana : W2 = kecepatan relative aliran fluida pada sisi keluar impeller

β2 = sudut keluar aliran fluida

Untuk pompa sentrifugal sudut impeller yang berguna adalah 150

– 300

maksimum sampai 500

.

24


Gambar 1.18 Segitiga kecepatan aliran fluida keluar impeller

Jika pompa dibuat bertingkat, sesudah keluar dari sudu fluida melalui ruang 3 tanpa sudu dan

sampai didalam sudu pengarah dengan kecepatan aliran fluida C4. tapi bila konstruksi pompa

dibuat sederhana dimana fluida yang keluar dari impeller langsung masuk kedalam rumah

pompa, maka kecepatan mutlak aliran fluida keluar C2

harus diarahkan sedemikian rupa,

perpindahan fluida dari impeller kerumah pompa sedapat mungkin bisa bebas tanpa

tumbukan.

1.9 Perencanan Impeler

1. Diameter Hub Impeler (DH)

Besar diameter hub dapat dihitung dengan persamaan berikut :

DH = Dp (1,2 : 1,4)

Dimana : Dp = Diameter poros (mm)

2. Diameter Mata Impeler (Do)

Besar diameter mata impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut :

25


Dimana :

Q = Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraanadanya

kerugian yang disebabkan fluida dari sisi tekan yang mengalir ke sisi isap

melalui celah impeller, besarnya (1,02 : 1,05) dari kapasitas pompa.

3. Diameter Sisi Masuk Impeler (D1)

Diameter sisi masuk impeler yang memiliki kelengkungan dapat dicari dengan

mengambil diameter rata – rata dari diameter mata impeler (Do) dan diameter hub

(Dh) sebagai berikut :

Dimana : Do = Diameter mata impeler (mm)

Dh = Diameter hub (mm)

4. Diameter Sisi Keluar Impeler (D2)

Dapat diperoleh sebagai berikut :

Dimana : 𝜙 = Koefisien tinggi overall, besarnya 0,9

np = Putaran pompa

26


5. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk (b1)

Lebar impeller pada sisi masuk dpat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Dimana : Q = Kapasitas teoritis pada sisi isap

D1 = Diameter sisi masuk impeler

Vel = Keceptan radial sisi masuk

ɛ1 = Faktor kontraksi pada sisi masuk (0,8 – 0,9)

6. Lebar Impeler Pada Sisi Keluar

Lebar impeler pada sisi keluar dapat diperoleh dari persamaan

Dimana : Q = Kapasitas teoritis pada sisi isap

D1 = Diameter sisi masuk impeler

V2 = Keceptan radial sisi keluar

ɛ2 = Faktor kontraksi pada sisi keluar (0,8 – 0,9)

1.10 Contoh Pengaplikasian Riil Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal sangat diperlukan sekali dalam suatu perusahaan pulp and paper.

Baik untuk pompa transfer air bagi keperluan proses produksi maupun sebagai pompa transfer

untuk pengolahan limbah cair di bagian Waste Water Treatment. Adapun urutan proses

pengolahan limbah cair di Waste Water Treatment dapat dilihat melalui bagan berikut ini :

27


28


Sebagai contoh penggunaan pompa sentrifugal di waste water treatment yang

diperlukan untuk mentrasferkan limbah cair dari bagian buffer tank menuju reactor.

Untuk dapat mentransferkan limbah cair dari bagian buffer tank menuju reactor dengan baik

dan memperoleh efisiensi maksimum, maka diperlukan pemakaian pompa sentrifugal yang

sesuai dengan kondisi riil di lapangan, kondisi tersebut meliputi sifat limbah cair yang akan

dialirkan, kebutuhan kapasitas, head total yang dibutuhkan pada sistem itu, daya motor yang

diperlukan, dan lain - lain.

Gambar 1.20 Penggunaan Pompa Sentrifugal untuk Mentrasferkan Limbah Cair dari Bagian

Buffer Tank menuju Reactor.

Dari foto di atas penggunaan pompa sentrifugal untuk mentrasferkan limbah cair dari

bagian buffer tank menuju reactor menggunakan lebih dari satu pompa. Hal ini dikarenakan

kapasitas limbah yang ditransferkan sangat banyak sehingga dibutuhkan lebih dari satu

pompa. Adapun spesifikasi pompa yang dipakai dalam foto di atas sebagai berikut :

29


Contoh lain penggunaan pompa sentrifugal adalah :

a. Pada PDAM sumber air berasal dari sungai atau waduk. Proses pengambilan air dari

sungai atau waduk tersebut untuk disalurkan ke bak penampungan air sementara di

perusahaan PDAM diperlukan pompa sentrifugal.

b. Pompa sentrifugal digunakan untuk mentransferkan air dari sumur atau air dalam tanah

ke bak penampungan air sementara pada rumah tangga atau apartemen.

c. Pompa sentrifugal digunakan untuk mengambil air dari sungai atau waduk untuk

pengairan sawah atau ladang.

d. Pompa sentrifugal digunakan untuk mentransferkan minyak dari kilang satu ke kilang

minyak yang lainnya pada industri perminyakan.

e. Pompa sentrifugal digunakan untuk menyalurkan limbah cair pada bagian Waste Water

Treatment suatu perusahaan kertas.

1.11 Gangguan Operasi Pompa

1. Terjadi kavitasi

1.1 Pengertian Kavitasi

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir sehingga

membentuk gelembung – gelembung uap, hal ini disebabkan tekanan di dalam

pompa berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Misalnya air pada

tekanan 1 atm akan mendidih dan menjadi uap pada temperatur 100oC. Akan tetapi

jika tekanan direndahkan maka air akan mendidih pada temperatur yang lebih

rendah. Jika tekanan cukup rendah maka temperatur kamarpun akan mendidih.

Apabila zat cair mendidih maka akan timbul gelembung – gelembung uap

zat cair. Gelembung - gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya

berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap

30


jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan

menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba

ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga

mengakibatkan tumbukan.

Jika pompa mengalami kavitasi, maka akan timbul suara berisik dan getaran.

Selain itu performa pompa akan menurun secara tiba – tiba, sehingga pompa tidak

dapat bekerja dengan baik. Jika pompa dijalankan terus – menerus dalam jangka

lama, maka permukaan dinding saluran di sekitar aliran yang berkavitasi akan

mengalami kerusakan. Permukaaan dinding akan termakan sehingga menjadi

berlubang – lubang (bopeng). Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagi akibat dari

tumbukan antara gelembung – gelembung uap yang pecah secara terus menerus.

Berikut adalah foto erosi kavitasi yang terjadi pada bagian dalam volute

casing dan pada impeller pompa sentrifugal :

Gambar 1.19 Erosi kavitasi pada volute casing

1.2 Penyebab terjadinya kavitasi :

1. NPSHA > NPSHR

31


2. Head total pompa terlalu besar, sehingga pompa akan bekerja dengan kapsitas

aliran yang berlebihan, dan membuat kemungkinan kavitasi menjadi lebih

besar pula.

3. Pipa isap pada pompa terlalu panjang.

4. Suhu fluida yang ditransfer terlalu tinggi.

1.3 Menghindari Kavitasi

Kavitasi dapat dicegah atau diminimalisasi dengan cara :

1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap harus dibuat

serendah mungkin, dan pada pipa isap salah satunya dengan diameter lebih

besar untuk mengurangi agar head isap statis menjadi rendah pula.

2. Pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Apabila terpaksa dipakai pipa isap

panjang sebaiknya salah satu pipa isapnya menggunakan pipa dengan diameter

lebih besar untuk mengurangi kerugian gesek.

3. Tidak dibenarkan pencegahan kavitasi dengan memperkecil laju aliran dengan

cara menghambat aliran sisi isap.

4. Jika pompa mempunyai head total pompa yang berlebihan, maka pompa akan

bekerja dengan kapasitas aliran yang berlebihan pula, sehingga kemungkinan

terjadi kavitasi lebih besar. Oleh karena itu head total pompa harus ditentukan

sedemikian hingga sesuai dengan yang diperlukan pada operasi yang

sesungguhnya.

5. Bila head total pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head terendah

harus diadakan pengamanan penuh terhadap terjadinya kavitasi.

1.4 Dampak Kavitasi

1. Performa (efisiensi) pompa akan menurun.

2. Timbulnya vibrasi yang berlebih pada pompa dan vibrasi ini bila dibiarkan

terus - menerus maka dalam jangka panjang bisa menyebabkan kerusakan pada

komponen pompa lainnya.

3. Timbul suara berisik pada pompa.

32


2. Water Hammer

Aliran fluida yang berhenti mendadak menimbulkan kenaikan tekanan yang

sangat tajam sehingga menyerupai suatu pukulan dan dinamakan gejala pukulan air

(water hammer). Tekanan yang timbul dinamakan tekanan pukulan air (water hammer

pressure). Fenomena keadaan unsteady ini dapat dikatakan sebagai perubahan energi

kinetik dan energi tekanan yang bisa menjadi positif atau negatif. Efek negatif yang

dihasilkan oleh fenomena tersebut diantaranya adalah merusak valve, menimbulkan

getaran pada pipa, menggetarkan tumpuan pipa, menyebabkan kavitasi pada impeller

pompa, dan memperpendek umur pemakaian peralatan. Perubahan tekanan bangkitan

yang terlalu besar dapat menyebabkan pipa menjadi rusak atau pecah.

Water hammer adalah fenomena terjadinya fluktuasi tekanan yang diakibatkan

oleh penutupan valve secara tiba - tiba dan matinya pompa secara mendadak. Hal ini

akan berdampak buruk terhadap instalasi perpipaan, terutama pipa sebagai jalur utama

fluida dialirkan. Perubahan tekanan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terjadinya

dampak yang buruk bagi sistem perpipaan, diantaranya adalah rusaknya atau pecahnya

pipa sistem dengan konsekuensi seluruh sistem peralatan harus mati total.

Fenomena water hammer dipengaruhi oleh waktu penutupan valve. Penutupan

valve yang cepat mengakibatkan gelombang tekanan yang terjadi akan semakin besar.

Hal ini mengakibatkan perubahan deformasi pada dinding pipa akan semakin besar.

Adapun kerusakan yang ditimbulkan dari water hammer sebagai berikut :

1. Peralatan instalasi pompa seperti perpipaan, katub, dan pompa dapat pecah karena

lonjakan tekanan yang besar.

2. Pada waktu terjadi tekanan negatif pada aliran sisi keluar pompa, pipa dapat

mengempis dan pecah.

3. Tekanan negatif yang timbul dapat menyebabkan penguapan zat cair apabila

tekanan tersebut dibawah tekanan uap zat cair. Penguapan at cair tersebut akan

menghasilakan gelembung – gelembung uap air yang dapat pecah dan

menghantam pipa atau pompa, peristiwa ini disebut erosi kavitasi.

4. Apabila instalasi pompa tidak diberi pengaman seperti check valve maka dapat

terjadi aliran balik yang akan memutar impeler pompa, putaran ini berkebalikan

33


dari putaran normal pompa, sehingga kondisi ini mengakibatkan kerusakan pada

motor penggeraknya.

3. Gejala Surjing

Gejala surjing sering terjadi pada operasi pompa, laju aliran berubah – ubah secara

periodik dan pada aliran terjadi fluktuasi tekanan. Gejala ini timbul karena head pompa

tidak mampu mengatasi head dari sistem secara normal. Untuk mencegah surjing harus

dipilih pompa dengan head yang lebih tinggi daripada head dari sistem operasi yang

dibutuhkan.

4. Tekanan Berubah – ubah

Gejala tekanan yang berubah – ubah atau berfluktuasi sepanjang aliran banyak terjadi

pada pompa sentrifugal, khususnya pada pompa volut. Di dalam pompa ada daerah antara

sisi luar impeler dan ujung dari volut ( cut water ), yang apabila setiap kali impeler dan

melewati daerah ini maka tekanan zat cair akan berdenyut. Denyut terus – menerus akan

dirasakan sebagai fluktuasi tekanan yang merambat pada zat cair di dalam pipa keluar.

Apabila denyut tekanan zat cair beresonansi dengan kolom air menyebabkan getaran dan

bunyi berisik.

Gambar 1.20 Fluktuasi Tekanan Pada Pompa Volut

34


teori, perhitungan & abnormal pompa sentrifugal

Documents