Bab 3-pompa-sentrifugal1

Bahan Ajar Pompa & Kompresor Sri Utami Handayani, ST,MT

23

BAB 3 POMPA SENTRIFUGAL

3.1.Kerja Pompa Sentrifugal

Pompa digerakkan oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk

memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair yang ada dalam impeler akan

ikut berputar karena dorongan sudu‐sudu. Karena timbulnya gaya sentrifugal, maka zat cair

mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran diantara sudu dan meninggalkan impeler

dengan kecepatan yang tinggi. Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi ini

kemudian mengalir melalui saluran yang penampangnya makin membesar (volute/diffuser),

sehingga terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Maka zat cair yang

keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. Pengisapan terjadi karena

setelah zat cair dilemparkan oleh impeler, ruang diantara sudu‐sudu menjadi vakum sehingga

zat cair akan terisap masuk.

Selisih energi per satuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar (tekan) dan

flens masuk (isap) disebut head total pompa.

Gambar 3.1. Bagian‐bagian pompa sentrifugal


24

3.2.Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu :

A. Menurut jenis aliran dalam impeler

1. Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari

impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Gambar 3.2. Pompa sentrifugal aliran radial

1. Pompa aliran campur

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang

permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial

Gambar 3.2. Pompa sentrifugal aliran campur.

2. Pompa aliran aksial

Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder

(arah aksial)


25

Gambar 3.4. Pompa aliran aksial

B. Menurut jenis impeler

1. Impeler tertutup

Sudu‐sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan , digunakan

untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran.

2. Impeler setengah terbuka

Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah

belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya

: air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, slurry, dll

3. Impeler terbuka

Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang. Bagian belakang ada

sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk

pemompaan zat cair yang banyak mengandung kotoran.

C. Menurut bentuk rumah


26

1. Pompa volut

Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran

keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.

2. Pompa diffuser

Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong.

3. Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah volut.

D. Menurut jumlah tingkat

1. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal

dari satu impeler, jadi relatif rendah.

2. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri) pada

satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke impeler berikutnya


27

dan seterusnya hingga impeler terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari

head yang ditimbulkan oleh masing‐masing impeler sehingga relatif tinggi.

E. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal dan poros

vertikal seperti pada gambar berikut ini :

Poros vertikal Poros horisontal

3.3.Hukum Kesebangunan

Jika dua buah pompa sentrifugal yang geommetris sebangun satu dengan yang lain maka

untuk kondisi aliran yang sebangun pula berlaku hubungan sebagai berikut :

322

311

2

1

DnDn

QQ

=

22

22

21

21

2

1

DnDn

HH

= D = diameter impeler (m) Q = kapasitas aliran (m3/s) H = head total pompa (m) P = daya poros pompa (kW) N = putaran pompa (rpm)


28

51

32

51

31

2

1

DnDn

PP

=

Hubungan diatas dinamakan Hukum Kesebangunan Pompa. Hukum tersebut sangat penting

untuk menaksir perubahan performansi pompa bila putaran diubah dan juga untuk

memperkirakan performansi pompa yang direncanakan apabila pompa tersebut geometris

sebangun dengan pompa yang sudah diketahui performansinya.

3.4.Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik dinyatakan dalam persamaan :

75.0

5.0

HQnns =

Dimana n, Q dan H adalah harga‐harga pada titik efisiensi maksimum pompa. Harga ns dapat

dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jika ns sudah ditentukan maka

bentuk impeler pompa tersebut sudah tertentu pula. Gambar berikut menunjukkan harga ns

dalam hubungannya dengan bentuk impeler.

Dalam menghitung ns untuk pompa isapan ganda harga Q diganti dengn Q/2, sedangkan

untuk pompa bertingkat banyak, head H yang dipakai dalam perhitungan ns adalah head per

tingkat dari pompa tersebut.


29

Besarnya ns dapat berbeda‐beda tergantung dari satuan yang dipakai untuk menyatakan

n, Q dan H. Tabel berikut menunjukkan faktor konversi yang harus digunakan untuk mengubah

ns dari satuan yang satu ke satuan yang lain.

3.5.Karakteristik Sistem Pemompaan

Efisiensi Pompa

Pompa tidak dapat mengubah seluruh energi kinetik menjadi energi tekanan karena ada

sebagian energi kinetik yang hilang dalam bentuk losis. Efisiensi pompa adalah suatu faktor

yang dipergunakan untuk menghitung losis ini. Efisiensi pompa terdiri dari :

- Efisiensi hidrolis, memperhitungkan losis akibat gesekan antara cairan dengan impeler

dan losis akibat perubahan arah yang tiba‐tiba pada impeler.

- Efisiensi volumetris, memperhitungkan losis akibat resirkulasi pada ring, bush, dll.

- Efisiensi mekanis, memperhitungkan losis akibat gesekan pada seal, packing gland,

bantalan, dll.

Setiap pompa dirancang pada kapasitas dan head tertentu, meskipun dapat juga dioperasikan

pada kapasitas dan head yang lain. Efisiensi pompa akan mencapai maksimum pada designed

point tersebut, yang dinamakan dengan titik BEP.Untuk kapasitas yang lebih kecil atau lebih

besar efisiensinya akan lebih rendah.

Efisiensi pompa adalah perbandinga antara daya hidrolis pompa dengan daya poros pompa.

S

H

PP

=η

Daya Hidrolis

Daya hidrolis adalah daya yang diperlukan oleh pompa untuk mengangkat sejumlah zat cair

pada ketinggian tertentu. Daya hidrolis dapat dicari dengan persamaan berikut :

1000... QHgPH

ρ= kW

Kurva Karakteristik Pompa

ρ = massa jenis , kg/m3 g = gaya gravitasi H = head , m Q = kapasitas, m3/s


30

Untuk setiap pompa, biasanya pabrik pembuatnya memberikan kurva karakteristik yang

menunjukkan unjuk kerja pompa pada berbagai kondisi pemakaian. Karakteristik sebuah

pompa digambarkan dalam kurva karakteristik menyatakan besarnya head total, daya pompa

dan efisiensi pompa terhadap kapasitas. Berikut ini adalah contoh kurva karakteristik suatu

pompa :


31

3.6.Kavitasi

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya

turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Ketika zat cair terhisap pada sisi isap pompa,

tekanan pada permukaan zat cair akan turun, seperti pada gambar dibawah ini.

Bila tekanannya turun sampai pada tekanan uap jenuhnya, maka cairan akan menguap

dan membentuk gelembung uap. Selama bergerak sepanjang impeler, kenaikan tekanan akan

menyebabkan gelembung uap pecah dan menumbuk permukaan pompa. Fenomena ini

dinamakan kavitasi. Jika permukaan saluran/pipa terkena tumbukan gelembung uap tersebut

secara terus menerus dalam jangka lama akan mengakibatkan terbentuknya lubang‐lubang


32

pada dinding saluran atau sering disebut erosi kavitasi. Pengaruh lain dari kavitasi adalah

timbulnya suara berisik, getaran dan turunnya performansi pompa.

3.7. Net Positive Suction Head (NPSH) Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis zat cair turun sampai dibawah tekanan uap

jenuhnya. Agar dalam system pemompaan tidak terjadi kavitasi, harus diusahakan agar tidak

ada satu bagianpun dari aliran pada pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari

tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Berhubung dengan hal ini

didefinisikan sutu Head Isap Positif Netto atau NPSH yang dipakai sebagai ukuran keamanan

pompa terhadap kavitasi. Ada dua macam NPSH yaitu NPSHa dan NPSHr. Agar pompa dapat

bekerja tanpa mengalami kavitasi maka harus dipenuhi persyaratan berikut :

NPSHyang tersedia > NPSH yang diperlukan

3.7.1. NPSHa (NPSH yang tersedia)

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki zat cair pada sisi isap pompa dikurangi dengan

tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut. NPSH yang tersedia tergantung pada tekanan

atmosfer atau tekanan absolut pada permukaan zat cair dan kondisi instalasinya. Besarnya

dapat dihitung dengan persamaan berikut :

lssva

sv hhpp

h −−−=γγ

Contoh soal : Air bersih pada temperatur 25C akan dipompa pada tekanan atmosfer sebesar 1,0332 kgf/cm2.

Lubang isap pompa terletak 4m diatas permukaan air . Berapakah besarnya NPSH yang

tersedia jika kerugian pada sisi isap adalah 0.5 m.

hsv : NPSH yang tersedia, m pa : tekanan pd permukaan cairan, kgf/m2

pv : tekanan uap jenuh, kgf/m2

γ : berat jenis zat cair, kgf/m3

hs : head isap statis, m hls : kerugian head dalam pipa isap, m


33

3.7.2. NPSHr (NPSH yang diperlukan)

NPSH yang diperlukan adalah NPSH minimum yang dibutuhkan untuk membiarkan pompa

bekerja tanpa kavitasi. Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap pompa. Untuk

suatu pompa tertentu NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan putarannya.

NPSH yang diperlukan harus diperoleh dari pabrik pompa yang bersangkutan. Namn untuk

perkiraan secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dari konstanta kavitasi σ.

Jka head total pompa pada titik efisiensi maksimum dinyatakan sebagai HN dan NPSH yang

diperlukan untuk titik ini Hsvn, maka σ (koefisien kavitasi Thoma ) didefinisikan sebagai :

N

SVN

HH

=σ

Besarnya koefisien kavitasi Thoma dapat ditentukan dari grafik pada gambar, sedangkan NPSH

yang diperlukan ditaksir sebagai berikut :

NPSH yang diperlukan : HSVN = σ x HN

Rumus diatas berlaku untuk pompa pada efisiensi tertinggi ( dipergunakan pada titik BEP ), bila

pompa dipergunakan diluar titik BEP maka NPSH yang diperlukan dikoreksi menggunakan

grafik pada gambar.

Contoh soal :


34

Sebuah pompa jenis isapan tunggal satu tingkat mempunyai kapasitas pada titik efisiensi

terbaik sebesar Qn=0,7 m3/menit, head Hn=28m serta putaran n=2910 rpm. Tentukan NPSH

yang diperlukan untuk kapasitas 100% dan 120% kapasitas pada efisiensi terbaik

3.7.3.Cara Menghindari Kavitasi

Kavitasi pada dasarnya dapat dicegah dengan membuat NPSH yang tersedia lebih besar dari

pada NPSH yang diperlukan. Dalam perencanaan instalasi pompa, hal‐hal berikut harus

diperhitungkan untuk menghindari kavitasi.

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

mungkin agar head isap statis menjadi rendah pula.

2. Pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa dipakai pipa isap yang panjang,

sebaiknya diambil pipa yang berdiameter satu nomor lebih besar untuk mengurangi

kerugian gesek.

3. Hindari penggunaan katup yang tak perlu dan menekuk pipa pengisapan.

4. Hindari masuknya udara pada sisi isap pompa. 3.8. Pemilihan pompa

Setelah mengetahui kapasitas dan head yang diperlukan pada sistem instalasi,

selanjutnya dapat dilakukan pemilihan pompa dengan menggunakan digram pemilihan pompa.

Diagram ini berbeda‐beda untuk setiap merk dan jenis pompa dan biasanya telah disediakan

oleh pabrik pembuatnya. Berikut ini adalah contoh diagram pemilihan pompa standar .


35

Diagram Pemilihan Pompa Standar

3.9.Operasi Seri dan Paralel

3.9.1.Operasi Seri Paralel dengan Karakteristik Pompa Sama

Jika head atau kapasitas yang diperlukan tidak dapat dicapai dengan satu pompa saja,

maka dapat digunakan dua pompa atau lebih yang disusun secara seri atau paralel.

Susunan Seri


36

Pompa 1 Pompa 2

H

2H

Q Q

Pompa 1

H

Q

Pompa 2

H

Q

H, 2Q

Bila head yang diperlukan besar dan tidak dapat dilayani oleh satu pompa, maka dapat

digunakan lebih dari satu pompa yang disusun secara seri.

Penyusunan pompa secara seri dapat digambarkan sebagai berikut :

Susunan Paralel

Susunan paralel dapat digunakan bila diperlukan kapasitas yang besar yang tidak dapat

dihandle oleh satu pompa saja, atau bila diperlukan pompa cadangan yang akan

dipergunakan bila pompa utama rusak/diperbaiki.

Penyusunan pompa secara paralel dapat digambarkan sebagai berikut :

Agar unjuk kerja pompa yang disusun seri/parael optimal, maka sebaiknya digunakan

pompa dengan karakteristik yang sama. Karakteristik pompa yang disusun seri/paralel dapat

dilihat pada gambar berikut ini.


37

Gambar 2.13. Operasi Seri dan Paralel dari pompa‐pompa dengan karakteristik yang

sama

Gambar 2.13. menunjukan kurva head‐kapasitas dari pompa‐pompa yang mempunyai

karakteristik yang sama yang di pasang secara paralel atau seri. Dalam gambar ini kurva

untuk pompa tunggal diberi tanda (1) dan untuk susunan seri yang terdiri dari dua buah

pompa diberi tanda (2). Harga head kurva (2) diperoleh dari harga head kurva (1) dikalikan

(2) untuk kapasitas (Q) yang sama. Kurva untuk susunan paralel yang terdiri dari dua buah

pompa, diberi tanda (3). Haraga kapasitas (Q) kurva (3) ini diperoleh dari harga kapasitas

pada kurva (1) dikalikan (2) untuk head yang sama.

Dalam gambar ditunjukkan tiga buah kurva head‐kapasitas sistem, yaitu R1, R2, dan R3.

Kurva R3 menujukkan tahanan yang lebih tinggi dibanding dengan R2 dan R1.

Jika sistem mempunyai kurva head‐kapasitas R3, maka titik kerja pompa 1 akan terletak

di (D). Jika pompa ini disusun seri sehingga menghasilkan kurva (2) maka titik kerja akan

pindah ke (E). Disini terlihat bahwa head titik (E) tidak sama dengan dua kali lipat head (D),

karena ada perubahan (berupa kenaikan) kapasitas.

Sekarang jika sistem mempunyai kurva head‐kapasitas R1 maka titik kerja pompa (1)

akan terletak di (A). Jika pompa ini disusun paralel sehingga menghasilkan kurva (3) maka


38

titik kerjanya akan berpindah ke (B). Disini terlihat bahwa kapasitas dititik (B) tidak sama

dengan dua kali lipat kapasitas dititik (A), karena ada perubahan (kenaikan) head sistem.

Jika sistem mempunyai kurva karakteristik seperti R2 maka laju aliran akan sama untuk

susunan seri maupun paralel. Namun jika karakteristik sistem adalah seperti R1 dan R3 maka

akan diperlukan pompa dalam susunan paralel atau seri. Susunan paralel pada umumnya

untuk laju aliran besar, dan susunan seri untuk head yang tinggi pada operasi. Untuk susunan

seri, karena pompa kedua menghisap zat cair bertekanan dari pertama, maka perlu perhatian

khusus dalam hal kekuatan konstruksi dan kerapatan terhadap kebocoran dari rumah pompa.

3.9.2.Operasi Paralel dengan Karakteristik Pompa Berbeda

Pompa‐pompa yang berbeda karakteristiknya dapat pula bekerjasama secara paralel.

Hal ini ditunjukkan dalam gambar 2.14. dimana pompa (1) mempunyai kapasitas kecil dan

pompa (2) mempunyai kapasitas besar.

Gambar 2.14. Operasi Paralel dari pompa‐pompa dengan karakteristik yang Berbeda

Jika keduanya dipasang secara paralel maka akan menghasilkan kurva karakteristik (3).

Disini, untuk kurva head‐kapasitas sistem R1 akan dicapai titik operasi paralel di (C) dengan

laju aliran total sebesar Q. Dalam hal ini pompa (1) beroperasi dititik (D) dengan kapasitas Q1

dan pompa (2) beroperasi dititik (E) dengan kapasitas aliran Q2. Laju aliran total Q = Q1 + Q2.

Apabila kurva head‐kapasitas sistem naik lebih curam dari pada R2, maka pompa (1)

tidak dapat lagi menghasilkan aliran keluar karena head yang dimiliki tidak tinggi untuk


39

melawan head sistem. Bahkan jika head sistem lebih tinggi dari pada head ini pompa, aliran

akan membalik masuk kedalam pompa (1). Untuk mencegah aliran balik ini pompa perlu

dilengkapi dengan katup cegah (check valve) pada pipa keluarnya. Kondisi operasi seperti ini

pada umumnya tidak dikehendaki. Jadi untuk operasi paralel sebaiknya dipakai pompa‐

pompa dengan head tertutup (shut‐off head) yang tidak terlalu berbeda.

3.9.3. Operasi Seri dengan Karakteristik Pompa Berbeda

Pada gambar 2.15 memperlihatkan karakteristik susunan seri dari dua buah pompa

yang mempunyai karakteristik berbeda. Kurva (1) adalah dari pompa kapasitas kecil, kurva (2)

dari pompa kapasitas besar, dan kurva (3) merupakan karakteristik operasi kedua pompa

dalam susunan seri.

Gambar 2.15. Operasi Seri dari pompa‐pompa dengan

karakteristik yang Berbeda

Jika sistem pipa mempunyai kurva karakteristik R1 maka titik operasi dengan pompa

susunan seri akan terletak di (C). Dalam keadaan ini pompa (1) bekerja dititik (D) dan pompa


40

(2) dititik (E). Untuk sistem yang mempunyai kurva karakteristik R2, menjadi negatif sehingga

akan menurunkan head pompa (2). Jadi untuk kurva sistem yang lebih rendah dari R2 lebih

baik dipakai pompa (2) saja.

3.10. Pengaturan Kapasitas Pompa

Q yang di butuhkan dalam instalasi pompa tidak selalu tepat karena itu harus diatur sesuai

dengan kebutuhan, dengan cara :

Pengaturan katup

Pengaturan kecepatan atau putaran (ingat Q ∞ n)

Pengaturan sudu (untuk pompa aksial atau aliran campuran)

Pengaturan jumlah pompa yang bekerja (parallel)

Penggunaan reservoir


41

Bab 3-pompa-sentrifugal1

Documents

Transcript of Bab 3-pompa-sentrifugal1