Performansi untuk Zat Cair Kental

Contoh Soal 3.5

3.6. Performansi untuk Zat Cair Kental

Pompa yang sudah ditentukan performansinya untuk zat cair tertentu, biasanya air, dapat digunakan untuk zat cair lain yang memiliki kekentalan yang berbeda. Di sini akan disajikan penentuan performansi untuk zat cair yang lebih kental pada pompa yang sudah ditentukan performansinya untuk air. Kita maklum bahwa zat cair yang lebih kental (viskositas lebih besar) akan menurunkan performansi pompa karena besarnya gaya gesek internal zat cair tersebut serta antara zat cair dengan pompa.

Dari kenyataan ini Hydraulic Institute Amerika Serikat membuat suatu nomograf untuk menentukan koefisien koreksi performansi pompa untuk zat cair kental jika performansi untuk air dan kekentalan zat cair yang akan dipompa diketahui. Jadi, jika performansi untuk air H_w, Q_w dan _w, maka performansi untuk zat cair kental adalah

w c w Q c w H c C Q C Q H C H . . . (3.30)

Berikut ini nomograf untuk pompa skala menengah dan contoh penentuan koefisien untuk zat cair dengan viskositas 10 cSt, dengan performansi untuk air: H_w= 20 m, Q_w = 0,13 m3/mnt dan

untuk _w = 70%. Cara untuk menentukan koefisien-koefisien tadi adalah:

Pada garis skala kapasitas 0,13 m3/mnt, kita tarik garis tegak sampai garis head 20 m (garis miring ke kanan). Tandai dengan titik A.

Dari titik ini kita tarik garis mendatar ke kiri sampai pada garis viskositas 10 cStokes (titik B).

Tarik garis tegak sampai menyentuh kurva untuk C , CQ, dan C_H. Di sini diperoleh C = 0,85, C_Q = 0,95 dan C_H = 1,03.

Gambar 3.17. Koreksi Performansi Untuk Zat Cair Kental.

3.7. NPSH dan Kavitasi

NPSH (net positive suction head) merupakan konsep yang dibuat untuk menghubungkan head total di sisi isap (suction head) dengan titik tekanan uap jenuh zat cair yang positif terhadap tekanan isap pompa yang negatif. Selisihnya harus positif (net positive) karena jika negatif berarti zat cair yang ada di sisi isap bertekanan di bawah tekanan uap jenuh. Jika hal ini terjadi, maka zat cair mengalami penguapan dalam sisi isap. Adanya uap (gelembung) di dalam zat cair ini seperti gua (cave). Oleh karena itu gejala ini disebut kavitasi.

Jika terjadi kavitasi, maka zat cair yang bercampur uap itu akan masuk ke titik isap impeler dalam pompa. Tentulah hal ini akan mengakibatkan tumbukan-tumbukan antara cairan dan uap

sehingga uap tadi pecah (kembali menjadi cair, mengembun). Akibat lanjutnya adalah suara pompa makin berisik, performansi rendah dan kerusakan pada bagian dalam pompa. Karena itu semua, gejala kavitasi harus dihindari.

Nah di sinilah para ahli mendefinisikan NPSH. Ada dua NPSH: NPSH yang tersedia (available, NPSHA) dan yang diperlukan (required, NPSHR). NPSHA ini merupakan head di sisi isap pada sistem sedangkan NPSHR merupakan NPSH pompa. Syarat agar tidak terjadi kavitasi adalah bahwa NPSHA harus lebih besar dari NPSHR:

NPSHA > NPSHR

Jika tidak demikian, maka akan beresiko terjadi kavitasi. Untuk dapat lebih memahami konsep ini kita lihat head di sisi isap.

3.7.1. Head Isap

Untuk memahami NPSH, kita pandang lagi pompa torak sebagai tabung Toricelli berisi air. Pompa ini juga merupakan representasi pompa sentrifugal atau lainnya (lihat gambar di bawah).

Gambar 3.18. NPSH: Tekanan Sisa.

Kita maklum bahwa tekanan satu atmosfir ini mampu menahan air dalam tabung Toricelli setinggi sekitar 10,33 m. Anggap pompa dalam keadaan diam sesaat, maka tekanan di titik B, setinggi h (< 10,33m), merupakan tekanan sisa (neto) 1 atm (mutlak) dikurangi tekanan hidrostatik sebesar _air.g.h. Jika torak ditarik lagi ke atas dan h mendekati 10,33m, maka besarnya tekanan hidrostatik ini hampir sama dengan 1 atm. Namun sebelum mencapai titik 1 atm, jika tekanan sisa di titik B sudah melampaui tekanan uap jenuh(lebih rendah), mulai terjadi penguapan. Jika h terus bertambah, uap juga terus bertambah untuk mencapai tekanan uap jenuhnya. Dengan kata lain, pada ketinggian ini, di titik B bertekanan sebesar tekanan uap jenuhnya.

Sekarang kasus ini kita kembangkan ke dalam head isap pompa. Jika pompa diam, tekanan di titik B merupakan sisa 1 atm dikurangi head ketinggian saja. Tetapi jika pompa sedang bekerja, tekanan di titik B tentu berkurang lagi karena ada kerugian gesek yang berbanding dengan kuadrat kecepatannya dan ada juga head isap dari pompa (NPSHR). Jika salah satu head

pengurang ini terus bertambah, maka suatu saat tekanan bersih (net) di titik B bisa mencapai tekanan uap jenuh zat cair tersebut. Ketika berada di atas tekanan uap jenuh, zat cair berhenti menguap, namun jika penurunan tekanan ini melampaui tekanan uap jenuhnya, maka akan terjadi penguapan. Jadi di sinilah mulai terjadi kavitasi. Jika demikian, pada temperatur tertentu, ada titik maksimum yang tidak boleh terlampaui. Sebagai contoh: pada 25 C, berat jenis air sekitar 997 kgf/m3 dan bertekanan uap jenuh 323,6 kgf/m2 (Tabel 3.3). Jika tekanan ini dikonversi ke head, sekitar 323,6/997 = 0,33 m. Jika NPSHR pompa 0,8 m, kerugian total 0,4 m, maka ketinggian maksimum kolom dalam pompa adalah 9 meter

Sekarang kita hitung head sisa (lihat gambar di atas, sebelah kanan) yaitu: NPSHR

h h h

h_{ss a z l} (3.31)

di sini: ha head tekanan atmosfir h_z head ketinggian dan hl head kerugian (loss)

Jika head sisa (h_ss) ini harus lebih besar dari head tekanan uap jenuh h_v agar tidak terjadi kavitasi, maka hss > hv dan

v l z a ss h h h NPSHR h h (3.32) NPSHR h h h h_{z a l v}

Untuk kasus kita berlaku 10,6 – 0,33 - 0,4 - 0,8 = 9,1 m. Jadi head ketinggian pompa (diukur pada garis tengah sisi isap) terhadap permukaan air yang diisap tidak boleh lebih dari sekitar 9 m. Jika ini dilampaui, air tidak akan dapat diisap, hanya menguap saja.

3.7.2. NPSH yang Tersedia

Jika persamaan (3.32) di atas kita susun ulang, maka 0 NPSHR h h h h_{a z l v} (3.33) atau NPSHR h h h h_{a z l v} (3.34)

agar tidak terjadi kavitasi. Jika keempat suku pertama kita sebut NPSHA (NPSH yang tersedia), maka: v l z a h h h h NPSHA (3.35)

Jadi NPSHA ini merupakan head sisa antara head tekanan atmosfir dikurangi head ketinggian, kerugian dan tekanan uap jenuh. Persamaan ini sesuai dengan persamaan head sisa (neto) pada tabung Toricelli di atas. Karena harganya tidak boleh negatif dan ada di sisi isap, head neto disebut Net Positive Suction Head (NPSH).

Dari dua persamaan di atas diperoleh: NPSHR

Perlu dicatat di sini bahwa h_s bernilai negatif jika pompa terletak di bawah tadah isap, karena pada kasus ini, head tersebut meringankan beban pompa.