Ilham Budi SantosoModerator KBK Rotating

Santoso_ilham@yahoo.comIlhambudi.santoso@se1.bp.com

DefinisiPompa : peralatan yang digunakan untukmemindahkan cairan dengan cara menaikkan tingkatenergi cairan. Cara menaikkan tingkat energi :

Menaikkan tekanan dengan mengoperasikan sejumlahtetap volume cairan di dalam suatu ruang terbatas –pompa positive displacement.Menaikkan tekanan dengan menggunakan sudu putaruntuk menaikkan kecepatan fluida – pompa dinamik.

Klasifikasi Pompa Positive Displacement

Klasifikasi Pompa Dinamik

Karakteristik Umum

Perbandingan Karakteristik

Kesamaan dalam PompaBerlaku bagi dynamic dan positive displacement pump.

ApplikasiApplikasi dandanKarakteristikKarakteristik UmumUmum

Aplikasi umum PompaDisplacement

Pompa ReciprocatingDouble acting

piston pump

Diaphragm pump

Pompa Reciprocating

Metering pump –diaphragm type.

Daya penggerak dari Motor Bakar

Pompa ReciprocatingPompa Diaphragm penggerak eksentrik cam

Pompa Diaphragma Ganda - PneumaticPompa Reciprocating

Karakteristik Aliran -Reciprocating

Single Acting

Pompa RotariAksi pompa rotari disebabkan oleh gerakan relatif antarakomponen rotari dengan komponen stationernya.Gerakan berputar komponen rotari dalam memberikan aksi pada cairan membedakan jenis pompa ini dengan pompa torak (reciprocating).Cocok untuk menangani kebutuhan dengan laju aliranrendah dengan tekanan atau head rendah hinggamenengah.

Pompa Rotari – Single RotorVane – Sliding

Vane

Flexible member – flexible liner

Progressive cavity

Pompa Rotari – Multiple RotorGear Pump –Internal Gear

Screw Pump

Lobe Pump – 3 lobes

Karakteristik Pompa RotariKapasitas aliranberbanding lurus dengankecepatan putar

Kapasitas aliranhampir konstan untukharga head bervariasi.

Karakteristik Pompa Rotari

Daya pompasebanding dengandifferential pressure(total head pompa).

Differential pressure merupakan selisihtekanan di sisi inlet dan di sisi outlet pompa.

Summary karakteristikConstanst speed constant flowVariable headNot Self PrimingNon-rotary Pulsating FlowTidak terpengaruh oleh SG.Pengaruh viskositas cairan:

Reciprocating: Viscosity naik leakage naik efisiensiturunRotary: Viscosity naik leakage turun efisiensi naik

Summary Performance Parameter

Pompa Dinamik

Aplikasi Umum Pompa Dinamik

Kelebihan dan Kekurangan

Komponen Utama

KomponenUtama

Tipe Rumah PompaPompa dengan rumah volute. Impeler membuang aliran fluida kesatu kanal spiral yang dihasilkanoleh rumah volute.Kanal spiral mengubah kecepatanfluida menjadi tekanan statis.

Pompa dengan rumah difuser.Sejumlah kanal spiral pada rumahdifuser untuk mengingkatkanefisiensi perubahan kecepat fluidamenjadi tekanan statis.

Impeler dan Jenis Sisi Hisap

Impeler menghisap fluida secaraseimbang dan sama dari sisi kanandan sisi kiri nya.Kecepatan pada sisi hisapnya tinggisehingga ekonomis untuk pompavolute horizontal dengan diameter hisap yang besar (di atas 200 mm)

Double Suction Single Suction

Banyak dipakai pada pompadengan kecepatan rendah pada sisihisapnya seperti pada pompadifuser vertikal yang impelernyaterendam.

Kecepatan Spesifik (ns) dan Tipe ImpelerMerupakan indeks jenis pompaHarganya dihitung dengan persamaan

di mana n adalah kecepatan putar poros (rpm), H adalahhead total (m), dan Q adalah kapasitas aliran. Ketiga harga pada persamaan di atas (n, H dan Q) diambilpada kondisi dimana pompa beroperasi di titik efisiensimaksimum.Pada kasus pompa double suction maka harga Q diambilsetengah dari harga Q total. Demikian pula untuk pompabertingkat banyak (multi stage) : harga H diambil pada hargaH satu tingkat saja.

43

H

Qnns =

Kecepatan Spesifik (ns) dan Tipe ImpelerContoh Perhitungan ns

Data Pompa : Q = 10 m3/min, H=95 m, n=1750 rpmTipe Pompa : Single-Suction, Single-Stage

Tipe Pompa : Double-Suction, Single-Stage

Tipe Pompa : Single-Suction, 2-Stage

1824.30

16.31750

95

1017504

3 =×

==sn

3061.18

16.31750

5.47

1017504

3 =×

==sn

1294.30

24.21750

95

517504

3 =×

==sn

Kecepatan Spesifik (ns) dan Tipe Impeler

Konversi ns untuk satuan yang berbeda

Q m3/min l/s m3/s ft3/min A gal/min

E gal/min

H m m m ft ft ftn rpm

1 4,083 0,129 2,438 6,68 6,10,245 1 0,0316 0,597 1,635 1,4927,746 31,6 1 18,82 51,5 47,20,410 1,673 0,053 1 2,73 2,50,4195 0,611 0,01935 0,365 1 0,915

ns

0,164 0,67 0,0212 0,4 1,092 1

Sarana Ahli Sejati – April 2004

ns dan DesainImpeler

Impeler untuk pompadengan Head tinggibiasanya ns nya kecilImpeler untuk pompadengan Head rendahbiasanya ns nya besar

Konstruksi ImpelerTertutup (Closed) Terbuka (Open) Non-Clog

Sesuai untukpompa sentrifugaldengan head tinggi.

Banyak digunakan padapompa jenis alirancampur dengan head menengahCocok untuk fluida yang sering membawa benda-benda asing seperti air hujan, air limbah rumahtangga, dll.

Sesuai untukmemompakanfluida yang banyakpengotornyaseperti serat danlain-lain

Kurva KarakteristikMenunjukkan performansi pompaMenampilkan plot :

Total Head (Total Head, TH), Brake HorsePower (BHP) atau daya poros (Shaft Power, SP) Efficiency (Eff)

terhadap rentang kapasitas pompa.Kapasitas aliran pada titik efisiensi maximum dikenalsebagai aliran desain (design flow).

Kurva Karakteristik

Head

Efisiensi

SP

100

20

40

60

80

0

50

100

150

10

70

30

40

50

60

20

80

0 0

Tot

alH

ead,

m

Shaf

tPo

wer

, kW

Effi

cien

cy, %

Putaran, rpm

100 4030 6050

Kapasitas Discharge, m3/min

A

B

Informasi karakateristik yang biasanya disediakan oleh pembuat pompa. Karakteristik pompa bila dioperasikan pada suatu putaran konstan denganberbagai ukuran diameter impeler dari minimum hingga maksimum.

Diameter luar impeler

Head konstan

NPSHkonstan

BHPkonstan

Putaranoperasi

Efisiensikonstan

DefinisiDefinisi, , PerhitunganPerhitungan dandanPemilihanPemilihan PompaPompa

h1

P1, V1

P2, V2

h2

fh2h222V2P

1h2

21V1P +++=++

ρρ gg gg

Persamaan Bernoulli

Pengertian Head

P = tekanan lingkungan pada titik 1 dan 2 [N/m2 atau Pa] V = kecepatan aliran fluida pada titik 1 da n 2 [m/s]h = ketinggian permukaan fluida terhadapap datum [m]hf = kerugian aliran akibat gesekan pada pipa yang

dinyatakan dalam tinggi permukaan air ekivalen [m]ρ = massa jenis fluida [kg/m3]g = percepatan gravitasi [m/ s2]

fh2h222V2P

1h2

21V1P +++=++

ρρ gg gg

Pengertian Head

P/ρg = Head tekanan di lingkungan pada titik 1 dan 2 [m]V2/2g = Head kecepatan pada titik 1 da n 2 [m/s]h = Head statik [m]hf = Head friksi [m]ρ = massa jenis fluida [kg/m3]g = percepatan gravitasi [m/ s2]

fh2h222V2P

1h2

21V1P +++=++

ρρ gg gg

Pengertian Head

HeadTekanan pada sembarang titik di cairan dapat dipandangsebagai akibat dari berat suatu kolom air denganketinggian tertentu. Ketinggian air tersebut dikenal sebagai head statik yang dinyatakan dalam satuan meter cairan (IS) atau feet cairan (USCS).Hubungan antara tekanan pada suatu titik di dalamcairan dengan head statik nya ditentukan oleh Specific Gravity (SG) cairan tersebut.Agar dapat dihasilkan head yang sama untuk dua cairanyang berbeda maka diperlukan tekanan yang berbeda.

Sarana Ahli Sejati – April 2004

Head StatikHead Buang (Discharge) Statik (A), Head Statik Total (B), Lift Hisap (Suction) Statik (C), Head Hisap Statik (D)

B = A + C B = A - D

Sarana Ahli Sejati – April 2004

Head StatikHead statik diukur relatif terhadap level referensipompa

Head Kecepatan (hv) dan Head Tekanan (hp)Head Kecepatan (velocity head, hv) adalah head yang sebanding dengan energi cairan sebagai akibat adanyaalirannya dengan kecepatan V. Atau ketinggian yang diperlukan sehingga cairan yang mengalir dariketinggian tersebut akan memiliki kecepatan sebesar V.Untuk cairan yang mengalir dengan kecepatan v makahv adalah :

g = gravity (32,2 ft/sec2 atau 9,8 m/sec2)v = kecepatan aliran (ft/sec atau m/sec)

gvhv 2

kecepatan Head2

==

Head Kecepatan (hv) dan Head Tekanan (hp)

Kondisi tekanan dalam tangki yang tidak sama dengantekanan atmosfir dikenal sebagai Head Tekanan(Pressure Head).

Tekanan vacum (di bawah tekanan) atmosfir padatangki hisap dan tekanan positif (relatif terhadapatmosfir) pada tangki buang ditambahkan ke head sistem pompa.Tekanan positif pada tangki hisap dan tekanan vacumpada tangki buang harus dikurangkan dari head sistempompa.

GravitySpesifikhp

31.2 (psi)Tekanan (ft)Tekanan Head ×==

Head Friksi, hf

Head Friksi (Friction Head, hf) adalah head yang dibutuhkan untuk mengatasi tahananaliran pada pipa dan sambungan.Besarnya hf tergantung pada:

diameter dan panjang pipakondisi dan tipe pipa, jumlah dan tipe sambungan, laju aliran (flow rate) dansifat cairan yang dialirkan.

Tersedia tabel untuk penentuan hf ini.

Head Friksi, hfContoh :

Tabel hf pada aliran cairan di pipa baja sched. 40Friction Loss for Water – Sched. 40 Steel Pipe

Head Friksi, hf

Head Friksi, hfContoh: head friksi dari pemasangan elbow dan fittings

gvKhf 2

2

=v = kecepatan aliran sedangkan (ft/sec) g =percepatan gravitasi (32.2 ft/sec2)

Head Dinamik Total, TDH (h)Lift Suction dinamik total (hs) adalah lift suction statik (h) dikurangi head kecepatan (hv) padaflange hisap pompa dan ditambah dengan total head friksi (hf) di sepanjang suction line.

hs = h – hv + hf

Head Suction dinamik total (hs) adalah head suction statik ditambah head kecepatan (hv) padaflange hisap pompa dan dikurangi dengan total head friksi (hf) di sepanjang suction line.

hs = h + hv - hf

Head Dinamik Total (h)Head buang (discharge) dinamik total (hd) is adalahhead buang statik ditambah head kecepatan (hv) padaflange discharge pompa dan ditambah dengan total head friksi (hf) di sepanjang discharge line. Head dinamik total (TDH) :

TDH = hd + hs → pada kasus lift suctionTDH = hd – hs→ pada kasus head suction

Head dan Operating PointKurva H-Q menyatakan kemampuan pompa dalammenghasilkan head H pada kapasitas Q yang ditentukan.Agar pompa dapat beroperasi, H harus dapat mengatasihead sistemHead sistem adalah head akibat hambatan aliran padasistem pipa (hambatan pemipaan, pipeline resistance) dan head statikHambatan pemipaan = headfriksi + headvelocityTitik potong antara Kurva H-Q dengan Kurva Sistemdikenal sebagai titik kerja (operating point) pompa.

Head dan Operating Point

Head friksi= Head Sistem

Sistem pompa tanpa pengangkatan

Head dan Operating PointSistem pompa pengangkatan – head positif

Head dan Operating Point

Sistem pompa head negatif

Daya dan EfisiensiDaya pompa (water horsepower, whp) merupakanfungsi dari head dinamik total (TDH) dan berat daricairan yang dipompakan per satu satuan waktu.Berat cairan yang dipompakan persatuan waktudihitung dari kapasitas pompa (Q) dan Spesifik Gravity cairan.

Konstanta 3960 diperoleh dari pembagian 33.000 ft pound per menit untuk satu hp dengan berat satu galonair ( 8.33 pound).Bila dinyatakan dalam satuan metric (Watt) maka 1 hp = 735.5 Watt

Daya dan EfisiensiBrake horse power (bhp) merupakan daya aktual yang diberikan ke poros pompa.Efisiensi pompa didefinisikan sebagai :

Net Positive Suction Head (NPSH)The Hydraulic Institute mendefinisikan NPSH sebagai besar relatif head suction total di sisihisap pada level referensi pompa terhadaptekanan uap cairan yang dipompakan dandinyatakan dalam feet absolut.Secara sederhana dapat dinyatakan sebagaianalisis kondisi energi pada sisi hisap (suction) pompa untuk menentukan titik tekanan terendahdimana cairan akan mulai menguap di dalampompa.

NPSH dan NPSH required (NPSHR)

NPSH adalah ukuran dari head suction terendahdari pompa yang masih memungkinkan bagicairan untuk tidak mendidih dan menguap.NPSH required adalah NPSH yang dimiliki olehpompa yang datanya disediakan oleh produsenpembuat pompa.NPSH required dihasilkan dari serangkaianpengujian yang dilakukan oleh produsen pompa

NPSH Available (NPSHA)NPSHA adalah NPSH dari sistem di mana pompa akandipasang dan dioperasikan.

Harganya ditentukan oleh head suction atau lift suction, head friksi, dan seterusnya.

NPSHA merupakan selisih antara head cairan saatberada di sisi hisap pompa dengan tekanan uapnya yang dinyatakan dalam satuan feet absolut.NPSHA = Tekanan atmosfir (dikonversikan ke head) + head suction statik(hs) + head pressure – tekanan uapcairan – head friksiPada prakteknya, persamaan di atas disesuaikan dengankondisi sistem di mana pompa akan dipasang dandioperasikan.

NPSHA

Head tekanan atmosfir (P) – hs– hf – head tekanan uapcairan

NPSHA =

hs

P

hf

Head tekanan atmosfir (P) + hs– hf – head tekanan uap cairan

NPSHA =

hs

P

hf

terbuka

NPSH Available (NPSHA)

NPSHA

hp – hs – hf – head tekanan uapcairan

NPSHA =

hs

hf

hp + hs – hf – head tekanan uapcairan

NPSHA =

hs

hf

NPSH Available (NPSHA)

NPSHA

Sifat air pada beberapatemperatur danketinggian permukaan

Fahrenheit Centigrade Vapor pressure lb/in2 A Vapor pressure (Bar) A

40 4,4 0,1217 0,00839100 37,8 0,9492 0,06546180 82,2 7,510 0,5179212 100 14,696 1,0135300 148,9 67,01 4,62

Kondisi yang mempengaruhi NPSHA :Temperatur zat cair :

Temperatur ↑ → NPSH A↓Sifat cairan → tekanan uap :

Tekanan uap ↑ → NPSH A↓Tekanan permukaan (hp) pada tangkihisap

hp ↑ → NPSH A↑

NPSHA

NPSH dan Pemilihan Pompa

Agar pompa dapat dioperasikan maka :NPSH Available sistem > NPSH Required pompaHydraulic Institute Standard (ANSI/HI 9.6.1) menyarankan NPSH Available 1,2 hingga 2,5 kali NPSH Required.NPSHA di hitung dari sistem tersediaNPSHR diperoleh dari produsen pompa

NPSH dan Pemilihan Pompa

Contoh :

NPSH padaputaran tertinggipompa

NPSH dan Kavitasi

Kejadian atau fenomenayang terjadi pada pompabila NPSH Available sistem tidak mencukupiatau lebih kecil dari NPSH required dari pompasehingga terjadigelembung-gelembung uapakibat penguapan cairanyang dipompakan.

Kerusakan impeler akibat cavitasi

NPSH dan KavitasiUntuk menghindari kavitasi :

NPSHA instalasi diperbesar :1. Mengurangi Head Suction Lift, bila

memungkinkan pompa dipasang submersible2. Memperpendek saluran pipa hisap3. Memperbesar diameter pipa hisap4. Memperkecil kapasitas atau menurunkan

kecepetan putarDipilih pompa yang NPSHR nya lebih kecil

Pengaruh Viskositas

Summary karakteristikConstanst speed Variable flowFixed head (differential pressure) at flow conditionTerpengaruh oleh SG.

Ilham B SantosoSantoso_ilham@yahoo.com

Ilhambudi.santoso@se1.bp.com