Definisi dan Karakteristik Pompa Sentrifugal

1. Pengertian pompa

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek. Klasifikasi pompa secara umum dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non positive displacement pump).

Salah satu jenis pompa  kerja  dinamis  adalah  pompa  sentrifugal  yang  prinsip  kerjanya  mengubah energi kinetik (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Labuhan  Angin,   sebagian  besar  pompa   yang   digunakan  ialah  pompa   bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).

Pompa sentrifugal merupakan pompa kerja dinamis yang paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga yang relatif murah. Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa perpindahan positif adalah gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa ,keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan tidak adanya katup-katup,kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap ukuran kecil sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya instalasi ringan,harga murah dan biaya perawatan murah.

 

2. Prinsip -Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

a.   gaya  sentrifugal   bekerja  pada  impeller  untuk  mendorong   fluida  ke  sisi   luar sehingga kecepatan fluida meningkat

b.   kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head.

3. Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

a. Kapasitas :

1)    Kapasitas rendah    :  < 20 m3 / jam
2)    Kapasitas menengah   :  20-60 m3 / jam

3)    Kapasitas tinggi    :  > 60 m3 / jam

b. Tekanan Discharge :

1)    Tekanan Rendah    :  < 5 Kg / cm2

2)    Tekanan menengah    :  5 - 50 Kg / cm2

3)    Tekanan tinggi    :  > 50 Kg / cm2

c. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

1)  Single stage    : Terdiri dari satu impeller dan satu casing.

2)    Multi stage    : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu casing.

3)    Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing.

4)    Multi Impeller – Multi stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage.

d. Posisi Poros :

1)    Poros tegak

2)    Poros mendatar

e. Jumlah Suction :

1)    Single Suction

2)    Double Suction

f. Arah aliran keluar impeller :

1)    Radial flow

2)    Axial flow

3)    Mixed fllow

3.1 Klasifikasi menurut jumlah tingkat

1. Pompa satu tingkat : Pompa ini hanya mempunyai sebuah impeler. Pada umumnya head yang dihasilkan pompa ini relative rendah, namun konstruksinya sederhana.

2. Pompa bertingkat banyak : Pompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasanag berderet pada satu poros (gambar 2.7). Zat cair yang keluar dari impeler tingkat pertama akan diteruskan ke impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga tingkat terakhir. Head total pompa merupakan penjumlahan head yang dihasilkan oleh masing - masing impeler. Dengan demikian head total pompa ini relatif tinggi dibanding dengan pompa satu tingkat,  namun  konstruksinya  lebih  rumit  dan  besar.

3.4  Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal

Secara   umum   bagian-bagian   utama   pompa   sentrifugal   dapat   dilihat   seperti gambar berikut:

 

A.  Stuffing Box: Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.
B.  Packing: Digunakan  untuk  mencegah  dan  mengurangi  bocoran  cairan  dari  casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.

C.  Shaft: Shaft  (poros)  berfungsi  untuk  meneruskan  momen  puntir  dari  penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

D.  Shaft sleeve: Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.
E.  Vane: Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

F.  Casing: Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozzel  serta  tempat  memberikan  arah  aliran  dari  impeller  dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).
G.  Eye of Impeller: Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

H.  Impeller: Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
I. Wearing Ring: Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing  dengan impeller.
J. Bearing: Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.

 

3.5  Karakteristik  Pompa Sentrifugal

Karakteristik dari pompa sentrifugal merupakan sebuah cara dimana tinggi tekan tekanan diferensial bervariasi dengan keluaran (output) pada kecepatan konstan. Karakteristik dapat juga menyertakan kurva efisiensi dan harga brake horse power- nya. Kurva kapasitas tinggi tekan (Gambar 2.8) ditunjukkan sebagai kapasitas peningkatan total tinggi tekan, dimana tinggi tekan pompa mampu untuk dinaikkan atau dikurangi.Umumnya sebuah pompa sentrifugal akan menaikkan tinggi tekan terbesarnya pada suatu titik, dimana tidak ada aliran yang sering dianggap sebagai shut off  head. Jika  shut off  head kurang dari harga maksimum tinggi tekan, pompa menjadi tidak stabil dan dibawah beberapa kondisi dapat memperbesar daya dan kecepatan fluktuasi yang menyebabkan getaran mekanis yang besar pada sistem pemipaan.

3.6  Head Pompa

Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair,yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.Menurut persamaan Bernoulli yang berbunyi “bila fluida inkompresibel  mengalir  sepanjang  pipa  yang  penampangnya  mempunyai  beda ketinggian,perbedaan tekanan tidak hanya tergantung pada perbedaan ketinggian tetapi juga pada perbedaan antara kecepatan dimasing-masing titik tersebut”.Dalam persamaan Bernoulli,ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial.Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : (Bruce Munson, 2006)

H =  P/ γ + Z +  V ²/2.g

Dimana:
H       = Head total pompa (m)
P/ γ   = Head tekanan (m)

Z        = Head statis total (m)

V ²/2.g = Head kecepatan (m)

Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada penampang  yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi-rugi  energi  (losses).

Pada kondisi yang berbeda seperti pada gambar di atas maka persamaan Bernoulli adalah sebagai berikut :

 3.7  Kecepatan Spesifik Pompa Performansi pompa sentrifugal (kecuali turbin regeneratif) dihubungkan pada suatu parameter yang disebut kecepatan spesifik (specific speed). Seperti yang didefinisikan oleh The Hydraulic Institute hal ini merupakan hubungan antara kapasitas, tinggi tekan, dan kecepatan pada efisiensi optimum yang mengklasifikasikan impeller pompa dengan respek terhadap persamaan geometris. Kecepatan spesifik merupakan sebuah bilangan   aljabar   yang dinyatakan sebagai: (Sularso, 1978)

 3.8 Kavitasi

Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap 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. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa.

3.9 Net Positive Suction Head (NPSH)

Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis suatu aliran turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya.Untuk menghindati kavitasi diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran didalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan.Dalam hal ini perlu diperhatikan  dua  macam  tekanan  yang  memegang  peran  penting.Pertama,tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang,dan kedua,tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran didalam pompa.

Berhubungan dengan dua hal diatas maka didefinisikanlah suatu Net Positive Suction Head (NPSH) atau  Head Isap Positif Neto yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.Ada dua macam NPSH,yaitu NPSH yang tersedia pada sistem (instalasi),dan NPSH yang diperlukan oleh pompa. Pompa terhindar dari kavitasi jika NPSH yang tersedia lebih besar daripada NPSH yang dibutuhkan.

3.9.1 Net Positive Suction Head Available (NPSH yang tersedia)

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa dikurangi dengan  tekanan uap  jenuh zat  cair  ditempat  tersebut.Dalam  hal pompa  yang  mengisap  zat  cair  dari  tempat  terbuka,maka  besarnya  NPSH  yang tersedia dapat dituliskan sebagai berikut:

Jika zat cair diisap dari tangki tertutup,maka harga Pa menyatakan tekanan mutlak yang bekerja pada permukaan zat cair didalam tangki tertutup tersebut.Khususnya jika tekanan diatas permukaan zat cair sama dengan tekanan uap jenuhnya,maka  Pa   =  Pv.Dalam  hal  pompa  yang  mengisap  zat  cair  dari  tempat terbuka,maka besarnya NPSH yang tersedia dapat dituliskan sebagai berikut:

 hsv  = −hs − hls

Harga hs adalah negatif  (-) karena permukaan zat cair didalam tangki lebih tinggi dari pada sisi isap pompa.Pemasangan pompa semacam ini diperlukan untuk mendapatkan harga NPSHA positif.

3.9.2 Net Positive Suction Head Required (NPSH yang diperlukan)

Tekanan terendah didalam pompa biasanya terdapat disuatu titik dekat setelah sisi masuk sudu impeller.ditempat tersebut,tekanan adalah lebih rendah dari pada tekanan pada lubang isap pompa.Hal ini disebabkan oleh kerugian head dinosel isap,kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit,dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat.

Agar tidak terjadi pengupan zat cair,maka tekanan pada lubang masuk pompa dikurangi dengan penurunan tekanan didalam pompa harus lebih tinggi dari pada tekanan uap zat cair.Head tekanan yang besar sama dengan penurunan tekanan ini disebut NPSH yang diperlukan/net positive suction head required.Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap pompa.Untuk suatu pompa tertentu , NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan putarannya.Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi,maka harus dipenuhi syarat NPSH yang tersedia lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan.Harga NPSH yang diperlukan harus diperoleh dari pabrikan pompa yang bersangkut an.Namun untuk penaksiran secara kasar,NPSH yang diperlukan dapat dihitung dengan persamaan:

Kecepatan spesifik sisi isap (S) dapat juga digunakan sebagai pengganti Koefisien kavitasi Thoma dalam menghitung NPSH yang diperlukan.Hubungannya dapat dilihat dalam persamaan:

______________________________________________________________________________
Daftar Pustaka

• Asyari Daryus; Manajemen Pemeliharaan Mesin(2007) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Darma Persada Jakarta.
• Corder, Anthony (1992), Teknik Manajemen Pemeliharaan, Jakarta: Erlangga.
• Dhillon (2006) maintainability, maintenance, and reliability for engineers, CRC/Taylor & Francis
• Heizer, Jay and Render, Barry, (2001), Operation Management, Prentice Hall, sixt Edition
• Herujito, Yayat M. (2001), Dasar – Dasar Manajemen. PT. Grasindo, Jakarta.
• Jay dan Barry Render. (2004). Operations Management. New Jersey: Pearson.
• Keith. (2002) Organisational Behavior: Human Behavior At Work, 11th edition. New Delhi: Tata McGraw-Hill Book Company.
• Manahan P. Tampubolon, "Manajemen Operasional" 2004
• Mobley, R.Keith, 2002, An introduction to predictive maintenance, 2nd ed, Butterworth-Heinemann, USA
• Mulyadi(1999), Akuntansi Biaya; Yogyakarta; Aditya Media.
• Munson, Bruce R., 2006, "Mekanika fluida", Jakarta: Erlangga.
• Sularso, Ir and Tahara Haruo, 1987, “Pompa dan Kompresor”, Jakarta: Penerbit Pradnya Paramitha.