TUGAS MATA KULIAH POMPA, KOMPRESOR, DAN TURBIN

APLIKASI POMPA DAN KOMPRESOR

Disusun Oleh :

Eko Prasetyo

I8610008

D3 TEKNIK MESIN OTOMOTIF FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2013

POMPA

1. PENDAHULUAN

Pompa sebagai salah satu mesin aliran fluida hidrolik pada dasarnya

digunakan untuk memindahkan fluida tak mampat (incompressible fluids) dari suatu

tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan fluida yang dipindahkan

tersebut. Pompa akan memberikan energi mekanis pada fluida kerjanya, dan energi

yang diterima fluida digunakan untuk menaikkan tekanan dan melawan tahanan-

tahanan yang terdapat pada saluran-saluran instalasi pompa. Pompa sentrifugal

sebagai salah satu jenis pompa yang banyak dijumpai dalam industri bekerja dengan

prinsip putaran impeler sebagai elemen pemindah fluida yang digerakkan oleh suatu

penggerak mula. Zat cair yang berada di dalam akan berputar akibat dorongan sudu-

sudu dan menimbulkan gaya sentrifugal yang menyebabkan cairan mengalir dari

tengah impeler dan keluar melalui saluran di antara sudu-sudu dan meninggalkan

impeler dengan kecepatan tinggi. Cairan dengan kecepatan tinggi ini dilewatkan

saluran yang penampangnya makin membesar (diffuser) sehingga terjadi perubahan

head (tinggi tekan) kecepatan menjadi head tekanan. Setelah cairan dilemparkan oleh

impeler, ruang di antara sudu-sudu menjadi vacuum, menyebabkan cairan akan

terhisap masuk sehingga terjadi proses pengisapan. Mengingat luasnya aplikasi

penggunaan pompa sentrifugal di mana sebagian besar memerlukan stabilitas yang

tinggi dan performansi yang dapat diandalkan, maka perencanaan komponen

penyusun dan pemeriksaan instalasinya harus dilakukan dengan teliti dan dapat

diandalkan. Turunnya performansi pompa secara tiba-tiba dan ketidakstabilan dalam

operasi sering menjadi masalah yang serius dan mengganggu kinerja sistem secara

keseluruhan. Salah satu indikasi penyebab turunnya performansi pompa adalah apa

yang dikenal sebagai peristiwa kavitasi (cavitation), dan menjadi ancaman serius pada

pengoperasian pompa sentrifugal.

2. KLASIFIKASI POMPA SENTRIFUGAL

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

a. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam

impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.

b. Bentuk konstruksi dari impeller. Impeller yang digunakan dalam pompa

sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atauclose

impeller.

c. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa setrifugal

memiliki suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satusuction

inlet disebut single-suction pump sedangkan untuk pompa yang memiliki

dua suction inlet disebut double-suction pump.

d. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki

beberapaimpeller bersusun. Pompa yang memiliki

satu impeller disebut single-stage pump sedangkan pompa yang memiliki

lebih dari satu impellerdisebut multi-stage pump.

3. TERMINOLOGI

Beberapa terminologi dan istilah khusus yang sering berkaitan dengan pompa,

ialah:

a. TDH = Total Dynamic Head, yaitu besarnya head pompa. Merupakan selisih

antara head discharge dengan head suction; terkadang disebut head atau total

head.

b. BEP = Best Efficiency Point, yaitu kondisi operasi dimana pompa bekerja

paling optimum.

c. NPSHr = Net Positive Suction Head required, yaitu nilai head absolut dari

inlet pompa yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi.

d. NPSHa = Net Positive Suction Head available, yaitu nilai head absolut y ang

tersedia pada inlet pompa.

e. Kavitasi, yaitu kondisi dimana terjadinya bubble (gelembung udara) di dalam

pompa akibat kurangnya NPSHa (terjadi vaporisasi) dan pecah pada saat

bersentuhan dengan impeller atau casing. Agar tidak terjadi kavitasi, maka

NPSHa harus lebih besar dari NPSHr.

f. Minimum flow, yaitu flow rate yang terkecil yang dibutuhkan agar pompa

beroperasi dengan baik. Apabila laju alir lebih rendah dari minimum flow,

pompa dapat mengalami kerusakan.

g. Efficiency, yaitu besarnya perbandingan antara energi yang dipakai (input)

dengan energi output pompa.

h. BHP = brake horsepower, yaitu power (daya) yang dibutuhkan oleh pompa

untuk bisa bekerja sesuai dengan kurvanya; memiliki satuan hp.\

4. SISTEM PROTEKSI POMPA

Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar

yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak

terdiri dari:

a. 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.

b. 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.

c. Proteksi terhadap vibrasi. Vibrasi yang berlebihan akan menggangu kinerja

dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk

menghindari vibrasi berlebihan ialahvibration switch dan vibration monitor.

d. 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.

e. Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki

NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida

terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan pada

sistem pompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL).

5. FENOMENA KAVITASI : PROSES DAN EFEK YANG DITIMBULKAN

Kavitasi dikenal sebagai masalah terbesar dalam operasi pompa sentrifugal.

Oleh karena itu penting untuk diperhatikan proses terjadinya kavitasi, gejala-gejala

yang muncul, dan bagian-bagian pompa yang rentan terhadap kerusakan akibat

kavitasi ini. Kavitasi terjadi bila tekanan fluida pada saat memasuki pompa turun

hingga di bawah tekanan uap jenuhnya (pada temperatur lingkungan), gelembung-

gelembung uap kecil akan mulai terbentuk. Gelembung-gelembung uap ini akan

terbawa oleh aliran fluida dan masuk pada daerah yang bertekanan lebih tinggi,

sehingga gelembung akan pecah dan menimbulkan suara berisik dan getaran. Selain

itu performansi pompa akan turun secara tiba-tiba sehingga pompa tidak dapat

beroperasi dengan baik. Jika pompa dijalankan dalam keadaaan kavitasi secara

terusmenerus dalam jangka waktu lama, maka permukaan dinding saluran di sekitar

aliran akan termakan sehingga menjadi berlubang-lubang. Peristiwa ini yang

dinamakan erosi kavitasi, sebagai akibat tumbukan gelembung-gelembung uap yang

pecah pada dinding secara terus menerus.

Gambar 1. Penurunan Tekanan pada Pompa Sentrifugal

Bagian–bagian yang sering terkena kavitasi adalah sudu-sudu impeler dan

difuser dan juga bagian dalam dinding rumah pompa. Pada pompa diagonal dan

pompa aksial (propeller pumps), kavitasi terjadi pada sudu impeler dekat sisi masuk,

pada bagian dalam dari dinding rumah pompa, dan pada sisi masuk sudu difuser.

Penurunan tekanan pada umumnya disebabkan oleh beberapa hal, antara lain :

a. Kenaikan gaya angkat statis (static lift) dari pompa sentrifugal

b. Penurunan tekanan atmosfer seiring dengan bertambahnya ketinggian/elevasi

c. Penurunan tekanan absolut sistem, seperti dijumpai pada pemompaan fluida

dari tabung vakum.

d. Kenaikan temperatur fluida yang dipompa.

Secara umum dapat disimpulkan bahwa terjadinya kavitasi akan mengakibatkan

beberapa kerugian sebagai berikut :

a. Penurunan head dan kapasitas pemompaan

b. Penurunan efisiensi pompa

Pecahnya gelembung-gelembung uap saat melalui daerah yang bertekanan lebih

tinggi akan menyebabkan suara berisik, getaran dan kerusakan pada beberapa

komponen terutama impeler dan difuser.

6. PEMASANGAN POMPA

Yang di maksud dengan pemasangan pompa mencakup :

a. Pemasangan pompa secara horizontal/vertical/inclined

b. Pemasangan pompa secara kering/basah

c. Pemasangan pompa secara pararel/seri

Tetapi dalam tulisan berikut ini hanya akan membahas mengenai pemasangan

pompa secara pararel dan seri saja beserta dengan akibatnya.

a. Pemasangan pompa secara pararel

Pemasangan pararel sering dilakukan karena meninjau beberapa faktor yang

sangat penting antara lain penghematan energi pada penggerak mula, dan lainnya

sehingga tercapai pengoperasian yang optimum. Pada umumnya pada pemasangan

pompa secara pararel dipergunakan dua atau lebih pompa yang type, jenis ukuran dan

data teknis yang sama. Contoh yang sering di temukan adalah : Pemasangan pompa

pararel dengan kapasitas paruh, dan penambahan satu unit pompa untuk menambah

kapasitas karena peningkatan kebutuhan akan cairan. Pemasangan pompa pararel

dengan kapasitas paruh (pararel dengan dua unit pompa).

Dari perencanaan kita sudah menghitung dan mendapatkan kurva dari sistim (garis

sifat pipa).

Dari gambar di atas maka yang perlu diperhatikan dalam menentukan unit pompa

adalah sebagai berikut :

1. Pada saat hanya satu unit pompa yang bekerja maka titik kerja pompa akan

berubah kapasitasnya akan meningkat dan headnya akan menurun tidak sama

dengan pada saat dua unit pompa bekerja. Oleh sebab itu kita harus

menentukan pompa yang dapat di rekomendasikan dan di jamin oleh pabrik

pompa untuk bekerja pada titik -titik kerja sesuai dengan sistim kurva dan

kurva pompa.

2. Untuk penggunaan pompa yang mempunyai sifat kurva curam maka kapasitas

yang akan di capai untuk dua unit pompa beroperasi secara pararel lebij besar

dari pada pompa yang mempunyai sistim kura landai.

3. Untuk menentukan besar daya penggerak mula maka dasar perhitungan daya

yang akan di butuhkan oleh pompa adalah pada daya maksimumnya.

Penambahan satu unit pompa pada sistim karena adanya peningkatan kebutuhan

tanpa diadakan perubahan pada instalansi pipa.

Dari gambar diatas yang perlu kita perhatikan adalah sebagai berikut :

1. Bahwa dengan penambahan satu unit pompa yang sejenis dan mempunyai

data teknis yang sama maka hasil operasi pararel dari dua unit pompa tersebut

tidak akan mencapai dua kali kapasitas yang di capai oleh satu unit pompa

beroperasi terutama untuk pompa yang mempunyai sistim kurva landai.

Biasanya untuk pompa yang mempunyai sistim kurva landai tidak di

rekomendasikan untuk beroperasi pararel.

2. Untuk menambah satu unit pompa yang mempunyai data teknis yang berbeda

kita harus memperhatikan kembali kurva sistim, jangan sampai pompa yang

telah terpasang tidak dapat berfungsi dengan optimum. Lihat gambar di bawah

ini.

b. Pemasangan pompa secara seri

Dalam operasi pompa secara seri, pompa 1 dan pompa 2 akan menghasilkan

head H1+2 dengan penjumlahan headnya. Pompa dengan dipasang seri banyak

keuntungannya terutama untuk kurva sistim yang curam dan sistim kurva pompa

yang landai. Pda waktu menjalankan pompa pertama harus dijalankan lebih

dahulu sampai mencapai tekanan dan tekanan yang cukup, kalau tidak terjadi

masalah pada kavitasi. Sebaliknya pada waktu mematikan pompa, urutan

sebaliknya yang harus di lakukan. Sesungguhnya lebih baik dipakai pompa

dengan impeller jamak jika masih memungkinkan karena akan lebih murah dan

lebih efesien serta baik secara teknisnya.

KOMPRESOR

1. PENGERTIAN KOMPRESOR

Kompresor sentrifugal, (kadang-kadang dikenal sebagai kompresor radial)

adalah suatu kelas khusus aliran radial dari mesin turbo yang bekerja dengan

pengisapan yang meliputi pompa, fan, blower dan kompresor.

Bentuk awal dari mesin turbo dinamik ini adalah pompa, fan, dan blower. Apa

yang membedakan mesin turbo awal ini dari kompresor yaitu fluida yang bekerja

dapat dipertimbangkan untuk tidak dimampatkan dengan begitu memperbolehkan

analisa yang akurat melalui persamaan Bernoulli. Bedanya, kompresor sentrifugal

modern mempunyai kecepatan dan analisa yang tinggi dan harus berhadapan

dengan aliran termampatkan. Untuk tujuan-tujuan definisi, kompresor sentrifugal

sering mempunyai berat jenis yang meningkat lebih besar dari 5 persen. Juga,

sering mengalami percepatan fluida relatif di atas Mach 0.3 ketika fluida yang

bekerja adalah udara atau nitrogen. Perbedaannya, fan atau blower sering

dipertimbangkan untuk mempunyai berat jenis yang meningkat kurang dari 5

persen dan puncak kecepatan fluida relatif di bawah Mach 0.3. Pada pengertian

yang ideal, kompresor dinamik mencapai suatu kenaikan tekanan dengan

penambahan energi kinetik/percepatan untuk aliran kontinu yang melewati rotor

atau impeller. Energi kinetik ini kemudian dikonversi untuk pengingkatan tekanan

statis dengan memperlambat aliran yang melalui diffuser.

2. KEUNTUNGAN KOMPRESOR SENTRIFUGAL

Kompresor sentrifugal digunakan seluruh industri sebab mempunyai bagian

bergesekan yang lebih sedikit, secara relatif energi efisien, dan memberi aliran

udara yang lebih tinggi dibanding kompresor reciprocating dengan ukuran yang

sama (yaitu. positive-displacement). Kelemahan utamanya adalah bahwa mereka

tidak bisa mencapai perbandingan kompresi yang tinggi dari pada kompresor

reciprocating tanpa multi stage. Fan/Blower sentrifugal lebih sesuai untuk

pemakaian yang kontinu seperti fan ventilasi, penggerak udara, bagian pendingin,

dan penggunaan lain yang memerlukan volume tinggi dengan sedikit atau tanpa

peningkatan tekanan. Bedanya, kompresor sentrifugal multi-stage sering

mencapai pengeluaran tekanan 8,000 sampai 10,000 psi ( 59 MPA sampai

69MPa) penginjeksian kembali gas alam ke lahan minyak untuk meningkatkan

produksi minyak. Kompresor sentrifugal sering digunakan pada mesin turbin gas

kecil seperti APUS ( unit daya bantu) dan turbin gas pesawat terbang kecil.

Alasan penting untuk ini adalah bahwa dengan teknologi sekarang, aliran

kompresor yang sama akan sedikit lebih efisien kaitan utamanya dengan kerugian

jarak ujungnya. Terdapat beberapa kompresor sentrifugal langkah tunggal yang

memiliki rasio perbandingan di atas 10:1, dalam kaitan dengan pertimbangan

tegangan yang benar-benar membatasi keselamatan kompresor, ketahanan dan

waktu pakai.

Untuk turbin gas pesawat terbang; kompresor aliran sentrifugal menawarkan

beberapa keuntungan yang mencakup kesederhanaan pembuatan, biaya relatif

rendah, berat/beban rendah, peralatan penyalaan yang sedikit, dan efisiensi

pengoperasian yang luas cakupannya pada kecepatan putaran. Sebagai tambahan,

panjang pendeknya kompresor sentrifugal dan desain spoke-like

memperbolehkannya untuk mempercepat udara dengan cepat dan dengan seketika

mengirimkannya pada diffuser dengan jarak yang pendek. Kelemahan yang

paling penting adalah daerah aliran di bagian depan yang secara relatif lebih

besar. Untuk alasan ini dan yang lainnya, turbin gas pesawat terbang yang

menggunakan sentrifugal stage di dalam kompresor cenderung untuk menjadi

lebih kecil dan digunakan pada turboshaft atau aplikasi mesin turboprop (referansi

catatan mesin pesawat terbang). Kompresor yang lebih kecil ini bentuknya

bervariasi, tetapi biasanya terbagi menjadi dua kategori axi-centrifugal dan 2-

stage sentrifugal. Kecepatan Ujung kompresor sentrifugal sering dapat

menjangkau Mach-1.3. pada turbin gas 2-stage sekarang ini, tekanan tinggi yang

naik tiap stage mengijinkan kompresor modern ini untuk memperoleh

keseluruhan perbandingan kompresi 15:1.

3. APLIKASI KOMPRESOR SENTRIFUGAL

Daftar tiap bagian dari aplikasi kompresor sentrifugal meliputi:

a. Pada saluran pengangkutan gas-alam untuk memindahkan gas dari lokasi

produksi kepada konsumen. Pada penyulingan minyak, pabrik pemrosesan

gas alam, pabrik kimia dan petrokimia

b. Pada pabrik separasi udara untuk membuat hasil gas akhir yang bersih.

c. Pada refrigerasi dan peralatan bahan pendingin alat beredar pendingin.

d. Pada industri dan pabrikasi untuk menyediakan udara bertekanan untuk

semua jenis peralatan pneumatik.

e. Pada turbin gas dan unit daya bantu

f. Pada pesawat terbang bertekanan untuk menyediakan tekanan udara pada

ketinggian tertentu.

g. Pada mesin otomotif dan mesin diesel turbochargers.

h. Pada re-injection ladang minyak dari gas-alam tekanan tinggi untuk

meningkatkan pengolahan minyak.

4. BATAS-BATAS PENGOPERASIAN

Banyak kompresor sentrifugal mempunyai satu atau lebih batas-batas

beroperasi berikut ini:

a. Kecepatan Beroperasi Minimum - kecepatan minimum untuk operasi

yang bisa diterima, di bawah harga ini kompresor dapat dikendalikan

untuk berhenti atau bekerja pada kondisi ‘Idle’.

b. Kecepatan Maksimum yang diijinkan – kecepatan operasi maksimum

untuk kompresor. Di luar harga ini tegangan-tegangan dapat dinaikkan

di atas batas yang ditentukan dan getaran rotor boleh ditingkatkan

dengan cepat. Pada kecepatan di atas ini peralatan pengukuran akan

mungkin menjadi sangat berbahaya dan dikendalikan ke kecepatan

lebih lambat.

c. Dinding tembok atau choke- terjadi di bawah salah satu dari 2 kondisi-

kondisi berikut. Secara khas untuk peralatan kecepatan tinggi, ketika

aliran bertambah percepatan fluida dapat mendekati kecepatan sonik

gas/fluida di suatu tempat di antara stage kompresor. Penempatan ini

dapat terjadi di pintu masuk "kerongkongan" impeller atau di pintu

masuk "kerongkongan" diffuser vaned. Dalam banyak kasus, secara

umumnya tidak merugikan kompresor. Untuk peralatan kecepatan

rendah, ketika aliran bertambah, kerugian meningkat. seperti

perbandingan tekanan yang jatuh menjadi 1:1.