Ilham Budi Santoso Moderator KBK Rotating
[email protected] [email protected]
Definisi y Pompa : peralatan yang digunakan untuk memindahkan cairan dengan cara menaikkan tingkat energi cairan. y Cara menaikkan tingkat energi : y Menaikkan tekanan dengan mengoperasikan sejumlah tetap volume cairan di dalam suatu ruang terbatas – pompa positive displacement. y Menaikkan tekanan dengan menggunakan sudu putar untuk menaikkan kecepatan fluida – pompa dinamik.
Klasifikasi Pompa Positive Displacement
Klasifikasi Pompa Dinamik
Karakteristik Umum
Perbandingan Karakteristik
Kesamaan dalam Pompa y Berlaku bagi dynamic dan positive displacement pump.
Applikasi dan Karakteristik Umum
Aplikasi umum Pompa Displacement
Pompa Reciprocating y Double acting piston pump
y Diaphragm pump
Pompa Reciprocating y Metering pump – diaphragm type.
Pompa Reciprocating y Pompa Diaphragm penggerak eksentrik cam
Daya penggerak dari Motor Bakar
Pompa Reciprocating y Pompa Diaphragma Ganda - Pneumatic
Karakteristik Aliran Reciprocating y Single Acting
Pompa Rotari y Aksi pompa rotari disebabkan oleh gerakan relatif antara komponen rotari dengan komponen stationernya. y Gerakan berputar komponen rotari dalam memberikan aksi pada cairan membedakan jenis pompa ini dengan pompa torak (reciprocating). y Cocok untuk menangani kebutuhan dengan laju aliran rendah dengan tekanan atau head rendah hingga menengah.
Pompa Rotari – Single Rotor y Vane – Sliding Vane
y Flexible member – flexible liner y Progressive cavity
Pompa Rotari – Multiple Rotor y Gear Pump – Internal Gear
y Lobe Pump – 3 lobes y Screw Pump
Karakteristik Pompa Rotari y Kapasitas aliran berbanding lurus dengan kecepatan putar
Kapasitas aliran hampir konstan untuk harga head bervariasi.
Karakteristik Pompa Rotari Daya pompa sebanding dengan differential pressure (total head pompa).
Differential pressure merupakan selisih tekanan di sisi inlet dan di sisi outlet pompa.
Summary karakteristik y Constanst speed Æ constant flow y Variable head y Not Self Priming y Non-rotary Æ Pulsating Flow y Tidak terpengaruh oleh SG. y Pengaruh viskositas cairan: y Reciprocating: Viscosity naik Æ leakage naik Æ efisiensi turun y Rotary: Viscosity naik Æ leakage turun Æ efisiensi naik
Summary Performance Parameter
Pompa Dinamik
Aplikasi Umum Pompa Dinamik
Kelebihan dan Kekurangan
Komponen Utama
Komponen Utama
Tipe Rumah Pompa y Pompa dengan rumah volute. y Impeler membuang aliran fluida ke satu kanal spiral yang dihasilkan oleh rumah volute. y Kanal spiral mengubah kecepatan fluida menjadi tekanan statis.
Pompa dengan rumah difuser. Sejumlah kanal spiral pada rumah difuser untuk mengingkatkan efisiensi perubahan kecepat fluida menjadi tekanan statis.
Impeler dan Jenis Sisi Hisap Double Suction
Single Suction
Impeler menghisap fluida secara seimbang dan sama dari sisi kanan dan sisi kiri nya. Kecepatan pada sisi hisapnya tinggi sehingga ekonomis untuk pompa volute horizontal dengan diameter hisap yang besar (di atas 200 mm)
Banyak dipakai pada pompa dengan kecepatan rendah pada sisi hisapnya seperti pada pompa difuser vertikal yang impelernya terendam.
Kecepatan Spesifik (ns) dan Tipe Impeler Merupakan indeks jenis pompa Harganya dihitung dengan persamaan
ns = n
Q H
3
4
di mana n adalah kecepatan putar poros (rpm), H adalah head total (m), dan Q adalah kapasitas aliran. Ketiga harga pada persamaan di atas (n, H dan Q) diambil pada kondisi dimana pompa beroperasi di titik efisiensi maksimum. Pada kasus pompa double suction maka harga Q diambil setengah dari harga Q total. Demikian pula untuk pompa bertingkat banyak (multi stage) : harga H diambil pada harga H satu tingkat saja.
Kecepatan Spesifik (ns) dan Tipe Impeler Contoh Perhitungan ns Data Pompa : Q = 10 m3/min, H=95 m, n=1750 rpm Tipe Pompa : Single-Suction, Single-Stage ns = 1750
10 3
=
1750× 3.16 = 182 30.4
95 4 Tipe Pompa : Double-Suction, Single-Stage 1750× 2.24 ns = 1750 3 = = 129 30.4 95 4 Tipe Pompa : Single-Suction, 2-Stage 10 1750× 3.16 ns = 1750 = = 306 3 18.1 47.5 4 5
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
ft
n
ns
rpm 1
4,083
0,129
2,438
6,68
6,1
0,245
1
0,0316
0,597
1,635
1,492
7,746
31,6
1
18,82
51,5
47,2
0,410
1,673
0,053
1
2,73
2,5
0,4195
0,611
0,01935
0,365
1
0,915
0,164
0,67
0,0212
0,4
1,092
1
ns dan Desain Impeler Impeler untuk pompa dengan Head tinggi biasanya ns nya kecil Impeler untuk pompa dengan Head rendah biasanya ns nya besar
Sarana Ahli Sejati – April 2004
Konstruksi Impeler Tertutup (Closed)
Sesuai untuk pompa sentrifugal dengan head tinggi.
Terbuka (Open)
Non-Clog
Banyak digunakan pada pompa jenis aliran campur dengan head menengah Cocok untuk fluida yang sering membawa bendabenda asing seperti air hujan, air limbah rumah tangga, dll.
Sesuai untuk memompakan fluida yang banyak pengotornya seperti serat dan lain-lain
Kurva Karakteristik Menunjukkan performansi pompa Menampilkan 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 dikenal sebagai aliran desain (design flow).
Kurva Karakteristik 80
Putaran, rpm 70
A
60 100
50
80
40
40
100
20
20
50
10
0
0
0
Total Head, m
30
Shaft Power, kW
150
Efficiency, %
60
He ad
B
si n e i Efis
SP
0
10
30
40
50
Kapasitas Discharge, m3/min
60
Head konstan
Putaran operasi
NPSH konstan
BHP konstan Diameter luar impeler
Efisiensi konstan
Informasi karakateristik yang biasanya disediakan oleh pembuat pompa. Karakteristik pompa bila dioperasikan pada suatu putaran konstan dengan berbagai ukuran diameter impeler dari minimum hingga maksimum.
Definisi, Perhitungan dan Pemilihan Pompa
Pengertian Head P1, V1 P2, V2 h1 h2 Persamaan Bernoulli
2 2 V P1 P V + 1 + h1 = 2 + 2 + h 2 + h f ρg 2 g ρg 2g
Pengertian Head 2 2 V P1 P V + 1 + h1 = 2 + 2 + h 2 + h f ρg 2 g ρg 2g y y y y y y
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]
Pengertian Head 2 2 V P1 P V + 1 + h1 = 2 + 2 + h 2 + h f ρg 2 g ρg 2g y y y y y y
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]
Head y Tekanan pada sembarang titik di cairan dapat dipandang sebagai akibat dari berat suatu kolom air dengan ketinggian tertentu. y Ketinggian air tersebut dikenal sebagai head statik yang dinyatakan dalam satuan meter cairan (IS) atau feet cairan (USCS). y Hubungan antara tekanan pada suatu titik di dalam cairan dengan head statik nya ditentukan oleh Specific Gravity (SG) cairan tersebut. y Agar dapat dihasilkan head yang sama untuk dua cairan yang berbeda maka diperlukan tekanan yang berbeda.
Head Statik y Head Buang (Discharge) Statik (A), Head Statik Total (B), Lift Hisap (Suction) Statik (C), Head Hisap Statik (D)
B=A+C Sarana Ahli Sejati – April 2004
B=A-D
Head Statik y Head statik diukur relatif terhadap level referensi pompa
Sarana Ahli Sejati – April 2004
Head Kecepatan (hv) dan Head Tekanan (hp) y Head Kecepatan (velocity head, hv) adalah head yang sebanding dengan energi cairan sebagai akibat adanya alirannya dengan kecepatan V. Atau ketinggian yang diperlukan sehingga cairan yang mengalir dari ketinggian tersebut akan memiliki kecepatan sebesar V. y Untuk cairan yang mengalir dengan kecepatan v maka hv adalah : 2
v Headkecepatan= hv = 2g g = gravity (32,2 ft/sec2 atau 9,8 m/sec2) v = kecepatan aliran (ft/sec atau m/sec)
Head Kecepatan (hv) dan Head Tekanan (hp) y Kondisi tekanan dalam tangki yang tidak sama dengan tekanan atmosfir dikenal sebagai Head Tekanan (Pressure Head). Tekanan(psi)× 2.31 HeadTekanan(ft) = hp = SpesifikGravity y Tekanan vacum (di bawah tekanan) atmosfir pada tangki hisap dan tekanan positif (relatif terhadap atmosfir) pada tangki buang ditambahkan ke head sistem pompa. y Tekanan positif pada tangki hisap dan tekanan vacum pada tangki buang harus dikurangkan dari head sistem pompa.
Head Friksi, hf y Head Friksi (Friction Head, hf) adalah head yang dibutuhkan untuk mengatasi tahanan aliran pada pipa dan sambungan. y Besarnya hf tergantung pada: y y y y y
diameter dan panjang pipa kondisi dan tipe pipa, jumlah dan tipe sambungan, laju aliran (flow rate) dan sifat cairan yang dialirkan.
y Tersedia tabel untuk penentuan hf ini.
Head Friksi, hf
y Contoh : y Tabel hf pada aliran cairan di pipa baja sched. 40 Friction Loss for Water – Sched. 40 Steel Pipe
Head Friksi, hf
Head Friksi, hf
y Contoh: head friksi dari pemasangan elbow dan fittings
v2 hf = K 2g
v = kecepatan aliran sedangkan (ft/sec) g =percepatan gravitasi (32.2 ft/sec2)
Head Dinamik Total, TDH (h) y Lift Suction dinamik total (hs) adalah lift suction statik (h) dikurangi head kecepatan (hv) pada flange hisap pompa dan ditambah dengan total head friksi (hf) di sepanjang suction line. hs = h – hv + hf y Head Suction dinamik total (hs) adalah head suction statik ditambah head kecepatan (hv) pada flange hisap pompa dan dikurangi dengan total head friksi (hf) di sepanjang suction line. hs = h + hv - hf
Head Dinamik Total (h) y Head buang (discharge) dinamik total (hd) is adalah head buang statik ditambah head kecepatan (hv) pada flange discharge pompa dan ditambah dengan total head friksi (hf) di sepanjang discharge line. y Head dinamik total (TDH) :
TDH = hd + hs → pada kasus lift suction TDH = hd – hs → pada kasus head suction
Head dan Operating Point y Kurva H-Q menyatakan kemampuan pompa dalam menghasilkan head H pada kapasitas Q yang ditentukan. y Agar pompa dapat beroperasi, H harus dapat mengatasi head sistem y Head sistem adalah head akibat hambatan aliran pada sistem pipa (hambatan pemipaan, pipeline resistance) dan head statik y Hambatan pemipaan = headfriksi + headvelocity y Titik potong antara Kurva H-Q dengan Kurva Sistem dikenal sebagai titik kerja (operating point) pompa.
Head dan Operating Point Sistem pompa tanpa pengangkatan
Head friksi = Head Sistem
Head dan Operating Point Sistem pompa pengangkatan – head positif
Head dan Operating Point Sistem pompa head negatif
Daya dan Efisiensi y Daya pompa (water horsepower, whp) merupakan fungsi dari head dinamik total (TDH) dan berat dari cairan yang dipompakan per satu satuan waktu. y Berat cairan yang dipompakan persatuan waktu dihitung dari kapasitas pompa (Q) dan Spesifik Gravity cairan.
y Konstanta 3960 diperoleh dari pembagian 33.000 ft pound per menit untuk satu hp dengan berat satu galon air ( 8.33 pound). y Bila dinyatakan dalam satuan metric (Watt) maka 1 hp = 735.5 Watt
Daya dan Efisiensi y Brake horse power (bhp) merupakan daya aktual yang diberikan ke poros pompa. y Efisiensi pompa didefinisikan sebagai :
Net Positive Suction Head (NPSH) y The Hydraulic Institute mendefinisikan NPSH sebagai besar relatif head suction total di sisi hisap pada level referensi pompa terhadap tekanan uap cairan yang dipompakan dan dinyatakan dalam feet absolut. y Secara sederhana dapat dinyatakan sebagai analisis kondisi energi pada sisi hisap (suction) pompa untuk menentukan titik tekanan terendah dimana cairan akan mulai menguap di dalam pompa.
NPSH dan NPSH required (NPSHR) y NPSH adalah ukuran dari head suction terendah dari pompa yang masih memungkinkan bagi cairan untuk tidak mendidih dan menguap. y NPSH required adalah NPSH yang dimiliki oleh pompa yang datanya disediakan oleh produsen pembuat pompa. y NPSH required dihasilkan dari serangkaian pengujian yang dilakukan oleh produsen pompa
NPSH Available (NPSHA) y NPSHA adalah NPSH dari sistem di mana pompa akan dipasang dan dioperasikan. y Harganya ditentukan oleh head suction atau lift suction, head friksi,
dan seterusnya.
y NPSHA merupakan selisih antara head cairan saat berada di sisi hisap pompa dengan tekanan uapnya yang dinyatakan dalam satuan feet absolut. y NPSHA = Tekanan atmosfir (dikonversikan ke head) + head suction statik(hs) + head pressure – tekanan uap cairan – head friksi y Pada prakteknya, persamaan di atas disesuaikan dengan kondisi sistem di mana pompa akan dipasang dan dioperasikan.
NPSH Available (NPSHA) terbuka
NPSH A h f
hs
P
hs
P hf
NPSHA =
Head tekanan atmosfir (P) – hs – hf – head tekanan uap cairan
NPSHA =
Head tekanan atmosfir (P) + hs – hf – head tekanan uap cairan
NPSH Available (NPSHA) NPSHA hf
hs
hs hf
NPSHA =
hp – hs – hf – head tekanan uap cairan
NPSHA =
hp + hs – hf – head tekanan uap cairan
NPSHA Sifat air pada beberapa temperatur dan ketinggian permukaan
Fahrenheit Centigrade
Vapor pressure lb/in2 A Vapor pressure (Bar) A
40
4,4
0,1217
0,00839
100
37,8
0,9492
0,06546
180
82,2
7,510
0,5179
212
100
14,696
1,0135
300
148,9
67,01
4,62
NPSHA y Kondisi yang mempengaruhi NPSHA : y Temperatur zat cair :
Temperatur ↑ → NPSH A↓ y Sifat cairan → tekanan uap : y Tekanan uap ↑ → NPSH A↓ y Tekanan permukaan (hp) pada tangki hisap y hp ↑ → NPSH A↑ y
NPSH dan Pemilihan Pompa y Agar pompa dapat dioperasikan maka : NPSH Available sistem > NPSH Required pompa
y Hydraulic Institute Standard (ANSI/HI
9.6.1) menyarankan NPSH Available 1,2 hingga 2,5 kali NPSH Required. y NPSHA di hitung dari sistem tersedia y NPSHR diperoleh dari produsen pompa
NPSH dan Pemilihan Pompa y Contoh :
NPSH pada putaran tertinggi pompa
NPSH dan Kavitasi y Kejadian atau fenomena yang terjadi pada pompa bila NPSH Available sistem tidak mencukupi atau lebih kecil dari NPSH required dari pompa sehingga terjadi gelembung-gelembung uap akibat penguapan cairan yang dipompakan.
Kerusakan impeler akibat cavitasi
NPSH dan Kavitasi Untuk menghindari kavitasi : NPSHA instalasi diperbesar : 1. Mengurangi Head Suction Lift, bila memungkinkan pompa dipasang submersible 2. Memperpendek saluran pipa hisap 3. Memperbesar diameter pipa hisap 4. Memperkecil kapasitas atau menurunkan kecepetan putar Dipilih pompa yang NPSHR nya lebih kecil
Pengaruh Viskositas
Summary karakteristik y Constanst speed Æ Variable flow y Fixed head (differential pressure) at flow condition y Terpengaruh oleh SG.
Ilham B Santoso
[email protected] [email protected]
