b. Penentuan NPSHR dengan Performansi
4. Operasi Pompa
Dalam bab ini akan dibicarakan hal-hal yang berhubungan dengan penggunaan pompa, masalah yang dihadapi serta cara-cara untuk menanganinya.
4.1. Penggabungan Pompa
Dalam kasus tertentu mungkin pompa yang digunakan sudah tidak dapat memenuhi kebutuhan akan tuntutan performansi, misalnya kita membutuhkan head dan/atau kapasitas yang lebih tinggi. Untuk itu di sini dibicarakan penggabungan beberapa pompa baik seri (keluaran pompa pertama diberikan kepada pompa kedua) maupun paralel (kedua pompa disatukan dalam masukan dan keluaran), baik yang sama karakteristiknya maupun yang berbeda. Berikut ini contoh dua pompa yang identik yang disusun secara seri dan paralel:
Gambar 4.1. Pompa Seri dan Paralel.
Dalam susunan seri, kita lihat bahwa kapasitas pada pompa-pompa tersebut sama. Untuk susunan seri dua pompa, kapasitas pada pompa pertama sama dengan kapasitas pada pompa kedua. Demikian seterusnya untuk susunan seri beberapa pompa yang lebih dari dua. Kemudian apa yang bertambah pada susunan seri dibanding pompa tunggal? Karena pompa menghasilkan (perbedaan) head antara sisi keluaran dengan sisi isap, maka susunan seri menyebabkan penggabungan head. Head total susunan seri adalah jumlah head tiap-tiap pompa. Jika pompa yang digunakan sama, maka head totalnya adalah kelipatan dari jumlah pompa:
stage total
iH
H .
(4.1)di sini i adalah jumlah pompa dan Hstage adalah head masing-masing pompa.
Pada susunan paralel (gambar sebelah kanan) kita lihat bahwa head keluaran kedua pompa itu sama (karena disatukan) begitu juga head masukan. Di sini tampak kapasitas total menjadi dua kali kapasitas masing-masing pompa. Jadi
Q i
di sini i adalah jumlah pompa yang disusun paralel dan Qi adalah kapasitas masing-masing pompa. Sedangkan head total sama dengan head pompa tunggal.
Jadi susunan seri adalah penjumlahan head dan susunan paralel adalah penjumlahan kapasitas aliran. Jika digambarkan akan diperoleh kurva penggabungan seperti pada gambar berikut:
Gambar 4.2. Karakteristik Seri dan Paralel
Grafik sebelah kiri pada gambar di atas adalah penggabungan dua pompa yang persis sama (identik) secara serial. Di sini head total merupakan penjumlahan (dua kali) head pompa secara sendiri-sendiri. Jadi di sini dilakukan penjumlahan secara vertikal. Sedangkan pada gambar di sebelah kanan adalah susunan paralel dua pompa identik. Di sini kapasitas total dua kali kapasitas masing-masing pompa. Penjumlahan dilakukan secara horisontal
4.1.1. Penggabungan Pompa yang Sama
Di sini akan diperlihatkan bagaimana penggabungan pompa tersebut (seri dan paralel) untuk berbagai sistem yang berbeda. Untuk itu kita lihat gambar berikut:
Gambar 4.3. Karakteristik Gabungan
Gambar di atas menunjukkan penggabungan dua buah pompa yang sama persis karakteristiknya dengan kurva k (hitam). Jika digabung secara seri, akan menghasilkan kurva s (merah) yang merupakan penjumlahan head (nilai vertikal) dari dua pompa tersebut. Sedangkan kurva p (biru) merupakan hasil penjumlahan kapasitas (nilai horisontal) hasil susunan paralel.
Jika kita memiliki sistem dengan kurva R1 dengan pompa tunggal, diperoleh titik kerja a, sedangkan dengan kurva seri s, terletak di titik b. Di sini jelas bahwa penggabungan seri tidak menghasilkan head yang dua kali lipat pompa tunggal, karena head di b hanya lebih tinggi sedikit dari a. Ini wajar karena ada kenaikan kapasitas. Adapun jika sistem tadi menggunakan susunan paralel, akan diperoleh titik c dan di sini pun tidak diperoleh kapasitas yang dua kali lipat pompa tunggal, tetapi memang cukup signifikan juga. Di sini juga ada kenaikan head. Jadi untuk sistem dengan head kerugian (dinamik) yang rendah seperti R1, penggunaan paralel lebih baik dari pada seri. Namun demikian, perlu dicatat bahwa kenaikan kapasitas dalam hubungan paralel masih belum sebanding dengan daya yang dua kali lipat. Jika kita hendak menghemat energi, maka penggunaan dua pompa yang terpisah (dengan dua sistem) lebih menguntungkan, hanya saja pemasangan dua sistem juga kadang terlalu mahal.
Berbeda dengan R1, kita lihat R2. Di sini penggabungan seri dan paralel sama saja dan hanya menambah head dan kapasitas sedikit saja (titik e dibanding d).
Terakhir kita lihat kurva sistem R3. Kurva ini dengan kurva paralel p hanya menambah head dan kapasitas sedikit sedangkan dengan kurva seri s, meskipun tidak menambah head dua kali lipat, kenaikannya cukup besar, juga ada kenaikan head. Jadi jika kita memiliki kurva sistem seperti R3, yang besar head dinamiknya, penggabungan seri lebih baik dari pada paralel. Jadi untuk sistem dengan head tinggi dan kapasitas rendah seperti R3, susunan seri lebih baik dari pada paralel dan untuk sistem dengan kapasitas besar dan head rendah seperti R1, susunan paralel lebih baik dari pada seri.
4.1.2. Penggabungan Paralel Pompa yang Berbeda.
Kedua pompa yang berbeda, seperti k dan j (gambar di bawah) dapat dipasang paralel. Kurva yang dihasilkan seperti kurva p (biru) yang berawal dari titik e, karena penjumlahan kapasitas. Sistem seperti R1 akan berpotongan di a dengan kurva k (jika sendirian), di b dengan kurva j (jika sendirian) dan di c dengan kurva p (paralel). Di titik c ini, kapasitas totalnya merupakan penjumlahan kapasitas pompa k dengan pompa j (perhatikan panjang z), yakni kapasitas dari k sebesar d (z) dan dari j sebesar b’. Ini berarti, dengan hubungan paralel, pompa j bekerja di titik b’ dan pompa k di titik d (agar menghasilkan titik c):
Tampak bahwa sistem R2 berpotongan dengan j maupun p di e. Bagi R2, sama saja pompa j sendirian atau paralel k dengan j. Terakhir, sistem R3 tidak berpotongan dengan kurva p, berarti sistem paralel tidak akan menghasilkan titik kerja yakni tidak ada aliran di dalam sistem. Yang terjadi sebenarnya adalah ada aliran terbalik di dalam pompa k dari pompa j karena pompa j memiliki head yang lebih tinggi. Jadi susunan paralel kedua pompa yang berbeda ini hanya bisa digunakan untuk sistem dengan head dinamik yang rendah seperti R1.
4.1.3. Penggabungan Seri Pompa yang Berbeda.
Selanjutnya kita tinjau penggabungan seri s (biru) dua pompa yang berbeda: k dan j seperti gambar di bawah:
Gambar 4.5. Susunan Seri Pompa yang Berbeda
Tampak bahwa dalam kasus seperti sistem R1, susunan seri bahkan menghasilkan head dan kapasitas yang lebih kecil dari pada pompa j secara sendirian. Kita bisa bandingkan titik c yang lebih tinggi dan lebih ke kanan dibanding titik b. Ini karena titik kerja yang dibentuk sudah melampaui kapasitas di mana head kurva k negatif. Jadi pompa k ini justru membebani pompa j. Susunan demikian hanya cocok untuk sistem dengan karakteristik yang sangat tinggi head dinamiknya seperti R4. Untuk sistem dengan kurva R3 pun, masih belum memuaskan.
4.2. Pengaturan Kapasitas
Seringkali kita membutuhkan kapasitas yang berbeda dari kapasitas pompa atau yang berubah-ubah. Untuk itu di sini perlu dibicarakan cara pengaturan kapasitas aliran.
a. Katup (kran)
Katup pengatur aliran (kran) yang dipasang di pipa keluaran sudah akrab dengan kehidupan kita sehari-hari. Dengan cara ini kita bisa mendapat aliran nol sampai maksimum. Hakikatnya katup ini memberi head tahanan (resistansi) yang besar. Jadi termasuk juga dalam head dinamik (kerugian). Secara grafis, pengaturan tersebut dapat digambarkan seperti di bawah:
Gambar 4.6. Pengaturan Katup
Tampak bahwa titik kerja normal atau katup terbuka penuh, terletak di T0 dengan kapasitas Q0. Jika tertutup sebagian seperti T1, diperoleh Q1 yang lebih kecil dari Q0, demikian seterusnya hingga tertutup penuh terjadi pada Q = 0.
Cara ini sangat sederhana tetapi ada beberapa kerugian. Pertama, pada kapasitas rendah, head kerugian bertambah besar. Di T2 misalnya kerugian bertambah sebesar T2-U2 karena untuk sistem tersebut seharusnya cukup dengan head sebesar U2 saja. Jadi untuk sistem tersebut, Q2 dapat dipenuhi dengan pompa yang lebih kecil dayanya seperti pompa a. Kedua, pada pompa otomatis (dengan motor listrik) yang menggunakan saklar tekanan (pressure switch), cara pengaturan katup di sisi keluaran ini dapat menyebabkan pompa mengalami siklus on-off yang pada gilirannya dapat menimbulkan benturan air di dalam sistem dan pemborosan energi listrik serta kerusakan.