PENGUJIAN PERFORMANSI POMPA PEMADAM KEBAKARAN YANG
DIGUNAKAN DI TERMINAL SENIPAH TOTAL E&P INDONESIE
KALIMANTAN TIMUR BERDASARKAN STANDARD NFPA-20
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
HERDIN JONATHAN SIBARANI (100401083)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
ABSTRAK
Pompa adalah mesin fluida yang banyak digunakan untuk mengalirkan fluida incompressible dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ketekanan yang lebih tinggi. Bila ditinjau dari tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu Pompa Tekanan Statis dan Pompa Tekanan Dinamis.
Pompa sentrifugal termasuk kedalam jenis pompa tekanan dinamis,dimana pompa jenis ini memiliki impeller yang berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Dalam industri pengolahan hidrokarbon, kebakaran sangat rawan terjadi. Peran dan fungsi dari satuan pemadam kebakaran sangat diperlukan, terutama pompa utama yang berfungsi mengalirkan air. Terdapat tiga unit pompa sentrifugal yang stasioner yang disiagakan di terminal pengolahan hidrokarbon, di Senipah. Pompa-pompa inilah yang akan menjadi pilar utama didalam mendistribusikan air dari tangki penyimpanan air ke seluruh daerah terminal, manakala terjadi kebakaran. Oleh karena fungsinya yang sangat vital, maka performansi pompa ini harus diuji secara berkala dan akan dibandingkan dengan standard NFPA-20. Standard NFPA-20 sendiri adalah suatu standard dari asosiasi pemadam kebakaran di Amerika Serikat yang mengatur tentang standard dan instalasi untuk pompa pemadam kebakaran yang stasioner. Oleh karena itu, apabila ada pompa yang performansi nya tidak memenuhi standard, maka pompa tersebut akan langsung diganti.
ABSTRACT
Pump is a fluid mechanic that is widely used for flow incompressible fluid from a lower place to the higher place, or lower pressure to the higher one. Viewed from the pressure that raises the energy of the fluid, pump can be classified into two types Static Pressure Pump and Dynamic Pressure Pump.
Centrifugal pumps belong to the dynamic pressure pump, which this type of pump has an impeller which serves to raise fluid from the lower place to place higher place or from the lower pressure to the higher pressure.
Hydrocarbon processing industry is very prone to fire. The role and function of fire fighting unit is indispensable, especially the main pump that serves the water. There are three stationary centrifugal pump units that are alerted in the hydrocarbon processing terminal, in Senipah. Theses pumps will be the main pillar in the distribution of water from the water storage tank to the entire area of the terminal, when there is a fire. Because of the vital function, then the performance of these pumps should be tested periodically and must be compared with the NFPA-20 standard. NFPA-20 standard is a standard of association of firefighters in the United States that manage the standards and installation of a stationary fire fighting pumps. Therefore, if there is a pump that its performance does not meet the standards, then the pump will be immediately replaced.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan atas segala kasih karunia dan berkat-Nya serta penyertaan-Nya, yang senantiasa memberikan hikmat dan kesehatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik sesuai dengan waktu yang
direncanakan. Adapun judul skripsi ini adalah “PENGUJIAN PERFORMANSI POMPA PEMADAM KEBAKARAN YANG DIGUNAKAN DI TERMINAL SENIPAH TOTAL E&P INDONESIE KALIMANTAN TIMUR BERDASARKAN STANDARD NFPA-20 ” yang diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua Ayahanda MH Sibarani dan Ibunda GM Siregar, yang telah banyak memberikan materi dan moril serta dukungan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.
2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku dosen pembimbing penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
4. Bapak Ir. Abdul Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Dr.Eng Himsar Ambarita,ST, MT selaku dosen pembanding dan penguji yang telah memberi masukkan demi penyempurnaan skripsi ini.
5. Teman satu team penelitian (Raymond Sipayung) yang telah memberikan dukungan dan bantuan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas sarjana ini. 6. Teman-teman seperjuangan Teknik mesin yang banyak memberikan motivasi
terkhusus teman-teman angkatan 2010.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengemban ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.
Medan, Maret 2015
Penulis,
HERDIN JONATHAN SIBARANI
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR NOTASI ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Tujuan Penelitaan ... 2
1.3Manfaat Penelitian ... 2
1.4Batasan Masalah ... 3
1.5Metodologi Penelitian ... 3
1.6Sistematika Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Klasifikasi Pompa ... 5
2.2 Pompa Sentrifugal ... 11
2.2.1 Terciptanya Gaya Sentrifugal ... 11
2.2.2 Kerja Pompa Sentrifugal ... 12
2.2.3 Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Spesifik Suction Pompa ... 14
2.2.4 Klasifikasi Pompa Sentrifugal ... 15
2.2.5 Penyekat / Seal Pada Pompa Sentrifugal ... 19
2.3 Performansi Pompa ... 26
2.3.1 Hukum Kesebangunan (Afinity Law) ... 26
2.3.2 Efisiensi Pompa... 27
2.3.4 Kavitasi ... 32
2.3.5 Net Positive Suction Head (NPSH) ... 38
2.3.6 Perubahan Kurva Performansi ... 39
2.4 Standard NFPA-20 dan GS EP SAF-321 ... 41
2.4.1 Standar NFPA-20 ... 42
2.4.2 General Specification SAF-321 ... 44
2.5 Analisis Ketidakpastian Pengukuran ... 44
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian ... 50
3.2 Peralatan yang Digunakan ... 51
3.3 Spesifikasi Objek Penelitian ... 51
3.4 Proses Penelitian ... 54
BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Test Performansi Pompa... 57
4.2 Analisa Hasil Uji Performansi ... 62
4.2.1 Hasil Perhitungan Kerugian Head Pada Sisi Discharge ... 62
4.2.2 Hasil Analisa Performansi Test Berdasarkan Standard NFPA 20 ... 69
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN ... 72
5.2 SARAN ... 72
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Klasifikasi Pompa ... 5
Gambar 2.2 Pompa Reciprocating ... 6
Gambar 2.3 Prinsip GearPump ... 7
Gambar Prinsip ScrewPumps ... 7
Gambar 2.5 Prinsip Rotary Vane Pump ... 8
Gambar Pompa Sentrifugal ... 8
Gambar 2.7 Pompa Aksial ... 9
Gambar 2.8 Pompa Injektor ... 9
Gambar Pompa Hydraulic Ram ... 10
Gambar Prinsip Pompa Elektromagnetik ... 11
Gambar Lintasan Cairan di Dalam Pompa Sentrifugal ... 12
Gambar Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk dan Sisi Keluar Pompa ... 13
Gambar Hubungan Antara Harga ns dengan bentuk impeller ... 15
Gambar Pompa Sentrifugal Aliran Radial ... 15
Gambar Pompa Sentrifugal Aliran Campur ... 16
Gambar Pompa Aliran Aksial ... 16
Gambar Jenis Impeller Tertutup dan Impeller Terbuka ... 17
Gambar Pompa Volut ... 17
Gambar Pompa Diffuser ... 17
Gambar Pompa Bertingkat Banyak ... 18
Gambar Posisi Poros Pompa ... 18
Gambar Fluida Masuk ke Pompa Melalui Pusat (eye) Impeller yang Berputar . 20
Gambar Stuffing Box Packing ... 21
Gambar Kebocoran yang di Jaga Untuk Melumasi dan Mendinginkan Poros .. 21
Gambar Pelumas Diinjeksikan ke Dalam Stuffing Box Jika Tekanannya Turun 22
Gambar Pelumas Diinjeksikan dari Luar Melalui Latern Ring ... 22
Gambar Mechanical Seal ... 23
Gambar Bagian-Bagian dari Mechanical Seal ... 25
Gambar Ilustrasi Cara Kerja Mechanical Seal ... 26
Gambar Turunnya Tekanan Mengakibatkan Penguapan Zat Cair ... 33
Gambar 2.32 Perubahan Performansi Oleh Perbedaan Viskositas Cairan ... 39
Gambar 2.33 Viskositas Maksimum yang Diijinkan pada Pompa Sentrifugal ... 40
Gambar 2.34 Geometri Sederhana Meter Ultrasonik ... 45
Gambar 3.1 Area Offshore di Selat makasar ... 50
Gambar 3.2 Diagram Sederhana System Pemadam Kebakaran di Senipah ... 52
Gambar 3.3 Overview Area Proses Senipah ... 52
Gambar 3.4 Ilustrasi Pompa P98300C ... 53
Gambar 3.5 Pompa P8300C ... 54
Gambar Diagram Alir Uji Performansi Pompa ... 56
Gambar Grafik Hasil Uji Performansi ... 59
Gambar Grafik Hasil Uji Performansi pada Bulan April 2014 ... 61
Gambar Perbandingan Ke Tiga Kurva Performansi Pompa ... 61
Gambar Grafik Performansi Pompa P8300C yang Memenuhi (Mengiris)
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Koefisien Kerugian Belokan Pipa ... 31
Tabel 2.2 Koefisien Kerugian Pada Katup ... 32
Tabel 4.1 Data Sheet Pompa P8300C ... 57
Tabel 4.2 Hasil Performansi Test... 58
Tabel 4.3 Hasil Performansi Test yang Terakhir Dilakukan ... 59
Tabel 4.4 Nilai Kecepatan Rata-Rata Aliran Fluida di Dalam Pipa Untuk Setiap Nilai Kapasitas Pada Titik 4 ... 63
Tabel 4.5 Nilai Kecepatan Rata-Rata Aliran Fluida di Dalam Pipa Untuk Setiap Nilai Kapasitas Pada Titik 5 ... 63
Tabel 4.6 Nilai Re pada Titik 4 dan 5 ... 64
Tabel 4.7 Head Kerugian Gesek di Dalam Pipa 4 ... 65
Tabel 4.8 Head Kerugian Gesek di Dalam Pipa 5 ... 65
Tabel 4.9 Besar Nilai Kerugian Head Pada Belokan di Pipa 4 (hf2) ... 66
Tabel 4.10 Besar Nilai Kerugian Head Pada Belokan di Pipa 5 (hf2) ... 66
Tabel 4.11 Kerugian Head Pada Katup C ... 67
Tabel 4.12 Kerugian Head Pada Katup D ... 68
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
ns Kecepatan spesifik
n Kecepatan putaran pompa rpm
Q Kapasitas aliran gpm atau m3/s
H Total Head feet atau m
D Diameter impeller m
P Daya poros pompa kW
Efisiensi pompa
ρ Massa jenis kg/m3
g Gaya gravitasi m/s2
p1 Tekanan pada sisi masuk bar
p2 Tekanan pada sisi keluar bar
sgf Spesifik gravity
hsv NPSH yang tersedia m
ABSTRAK
Pompa adalah mesin fluida yang banyak digunakan untuk mengalirkan fluida incompressible dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ketekanan yang lebih tinggi. Bila ditinjau dari tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu Pompa Tekanan Statis dan Pompa Tekanan Dinamis.
Pompa sentrifugal termasuk kedalam jenis pompa tekanan dinamis,dimana pompa jenis ini memiliki impeller yang berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Dalam industri pengolahan hidrokarbon, kebakaran sangat rawan terjadi. Peran dan fungsi dari satuan pemadam kebakaran sangat diperlukan, terutama pompa utama yang berfungsi mengalirkan air. Terdapat tiga unit pompa sentrifugal yang stasioner yang disiagakan di terminal pengolahan hidrokarbon, di Senipah. Pompa-pompa inilah yang akan menjadi pilar utama didalam mendistribusikan air dari tangki penyimpanan air ke seluruh daerah terminal, manakala terjadi kebakaran. Oleh karena fungsinya yang sangat vital, maka performansi pompa ini harus diuji secara berkala dan akan dibandingkan dengan standard NFPA-20. Standard NFPA-20 sendiri adalah suatu standard dari asosiasi pemadam kebakaran di Amerika Serikat yang mengatur tentang standard dan instalasi untuk pompa pemadam kebakaran yang stasioner. Oleh karena itu, apabila ada pompa yang performansi nya tidak memenuhi standard, maka pompa tersebut akan langsung diganti.
ABSTRACT
Pump is a fluid mechanic that is widely used for flow incompressible fluid from a lower place to the higher place, or lower pressure to the higher one. Viewed from the pressure that raises the energy of the fluid, pump can be classified into two types Static Pressure Pump and Dynamic Pressure Pump.
Centrifugal pumps belong to the dynamic pressure pump, which this type of pump has an impeller which serves to raise fluid from the lower place to place higher place or from the lower pressure to the higher pressure.
Hydrocarbon processing industry is very prone to fire. The role and function of fire fighting unit is indispensable, especially the main pump that serves the water. There are three stationary centrifugal pump units that are alerted in the hydrocarbon processing terminal, in Senipah. Theses pumps will be the main pillar in the distribution of water from the water storage tank to the entire area of the terminal, when there is a fire. Because of the vital function, then the performance of these pumps should be tested periodically and must be compared with the NFPA-20 standard. NFPA-20 standard is a standard of association of firefighters in the United States that manage the standards and installation of a stationary fire fighting pumps. Therefore, if there is a pump that its performance does not meet the standards, then the pump will be immediately replaced.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Di dalam dunia industri, pompa memegang peranan yang sangat penting, dimana pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lainnya.Penggunaan dan pemilihan jenis pompa disesuaikan dengan kebutuhan yang diperlukan. Didalam industri pengolahan minyak dan gas terdapat banyak sekali jenis pompa yang digunakan. Berbagai jenis pompa digunakan untuk berbagai macam keperluan sesuai dengan fungsinya, salah satunya adalah pompa yang digunakan dalam system pemadam kebakaran (fire protection).
TOTAL E&P INDONESIE adalah salah satu perusahaan multinasional asal Perancis yang beroperasi di Indonesia dan bergerak di bidang produksi minyak dan gas. Total mempunyai banyak sumur-sumur gas di Indonesia. Kawasan yang paling terkenal adalah di daerah Kalimantan Timur, yang mana biasa disebut dengan Mahakam Field. Sumur-sumur gas milik Total tersebar di Kalimantan Timur sampai ke Selat Makasar. Gas dan minyak yang diperoleh dari sumur-sumur tersebut seterusnya di pindahkan ke terminal pemrosesan untuk seterusnya diolah disana. Salah satu terminal pemrosesan gas dan minyak yang dimiliki Total terletak di kawasan Senipah, sehingga terminal pemrosesan tersebut bernama Senipah Terminal.
Terminal pemrosesan Senipah berada di kelurahan Senipah, kecamatan Samboja, kabupaten Kutai Kartanegara, Kalimantan Timur. Karena aktivitasnya yang berhubungan langsung dengan hidrokarbon, maka tentunya akan sangat rawan terhadap kebakaran. Oleh sebab itu, dibutuhkan lah suatu system proteksi dini terhadap kebakaran di terminal pemrosesan tersebut. System pemadam kebakaran tersebut harus lah benar-benar terjaga dan terpelihara agar siap digunakan kapan saja.
main pump ini akan memompakan air dari tangki penyimpanan ke tempat terjadinya kebakaran yang jaraknya tidak dekat tentunya.
Karena keadaan nya yang vital dan menyangkut tingkat keselamatan asset dan pekerja tentunya, maka system pemadam kebakaran harus rutin di periksa agar selalu siap untuk digunakan kapan saja. Pompa utama adalah salah satu peralatan yang harus rutin diperiksa, di test, dan diperbaiki bila terjadi kerusakan. Karena keberadaan nya sebagai unit yang vital, maka semua system pemadam kebakaran di Total menggunakan standard Internasional NFPA-20. Standard ini lah yang menjadi acuan perencanaan system pemadam kebakaran, dan pemeliharaan nya.
Demikian juga dengan pompa utama pemadam kebakaran tidak luput dari standard NFPA-20. Oleh sebab itu, proses pemeliharaan (maintenance) juga harus bersandar pada standard tersebut. Untuk memenuhi persyaratan tersebut, maka secara rutin harus diadakan test performansi terhadap pompa-pompa yang beroperasi untuk system pemadam kebakaran. Dari hasil test tersebut lah, teknisi dapat menentukan apakah pompa tersebut masih layak untuk beroperasi, atau sudah seharusnya diganti dengan yang baru.
1.2Tujuan Penelitian
1. Menguji performa pompa P8300C dengan syarat NFPA-20, dan melihat kurva performansinya.
2. Menganalisa penurunan kurva performansinya berdasarkan teori yang ada.
1.3Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian skripsi ini adalah :
1. Untuk menambah wawasan tentang penerapan standard keselamatan Internasional dalam suatu perusahaan minyak dan gas.
2. Untuk memastikan bahwa pompa yang digunakan masih sesuai dengan standard keselamatan yang ada, walaupun usia pompa sudah tidak baru lagi.
1.4Batasan Masalah
Penulis membatasi masalah hanya pada satu unit pompa sentrifugal yang dioperasikan oleh Total E&P Indonesie, yang difungsikan sebagai unit pemadam kebakaran.Hasil analisa performansi pompa hanya akan dibandingkan dengan standard keselamatan NFPA-20, dan standard GS EP SAF-321 yang dianut oleh TOTAL.
1.5Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait, baik itu dalam bentuk buku atau e-book.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di lapangan.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6Sistematika Penulisan
Laporan tugas skripsi ini disusun atas lima bab, berikut akan dijelaskan: BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, serta metode pengumpulan data.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisikan hal-hal yang berhubungan dengan dasar teori analisis pompa sentrifugal beserta standard-standard yang belaku.
BAB III METODE PENELITIAN
BAB IV HASIL DAN ANALISA
Bab ini berisikan hasil performansi test, analisa hasil performansi test, dan perbandingan spesifikasi pompa dengan standard NFPA-20.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh setelah melakukan penelitian dan juga berisi saran yang berguna untuk perkembangan berikutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.
LAMPIRAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Klasifikasi Pompa
Pompa adalah suatu mesin / alat yang digunakan untuk menaikkan cairan dari permukaan yang rendah ke permukaan yang lebih tinggi atau memindahkan cairan dari tempat yang bertekanan yang rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi. Pompa di dalam kerjanya akan mentransfer energi mekanis dari suatu sumber energi luar ke cairan yang mengalir melaluinya. Jadi, pompa menaikkan energi cairan yang melaluinya. Sehingga cairan tersebut dapat mengalir dari permukaan rendah ke permukaan yang lebih tinggi, maupun dari tempat bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi dan bersamaan dengan itu bisa juga mengatasi tahanan hidrolis sepanjang pipa yang dipakai. [12]
Secara umum pompa dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Pompa perpindahan positif (positive displacement pump)
Pompa Positive Displacement bekerja dengan cara memberikan gaya tertentu pada volume fluida tetap dari sisi inlet menuju sisi outlet pompa. Kelebihan dari penggunaan pompa jenis ini adalah dapat menghasilkan power density (gaya per satuan berat) yang lebih berat. Dan juga memberikan perpindahan fluida yang tetap atau stabil di setiap putarannya. Macam-macam pompa Positive Displacement yaitu :
a. Pompa Reciprocating
Pada pompa jenis ini, sejumlah volume fluida masuk kedalam silinder melalui valve inlet pada saat langkah masuk dan selanjutnya dipompa keluar dibawah tekanan positif melalui
valve outlet pada langkah maju.
Gambar 2.2. Pompa Reciprocating
b. Pompa Rotary
Pompa rotary adalah pompa yang menggerakkan fluida dengan menggunakan prinsip rotasi. Vakum terbentuk oleh rotasi dari pompa dan selanjutnya menghisap fluida masuk. Pompa rotary dapat diklasifikasikan kembali menjadi beberapa tipe, yaitu :
- Gear Pumps
Gambar 2.3. Prinsip Gear Pump
- Screw Pumps
Pompa ini menggunakan dua ulir yang bertemu dan berputar untuk menghasilkan aliran
fluida sesuai dengan yang diinginkan. Pompa screw ini digunakan untuk menangani cairan
yang mempunyai viskositas tinggi, heterogen, sensitif terhadap geseran dan cairan yang mudah berbusa. Cara kerja screw pumps adalah zat cair masuk pada lubang isap, kemudian akan ditekan di ulir yang mempunyai bentuk khusus. Dengan bentuk ulir tersebut, zat cair akan masuk ke ruang antara ulir-ulir, ketika ulir berputar, zat cair terdorong ke arah lubang pengeluaran.
- Rotary Vane Pumps
[image:30.595.243.369.601.718.2]Memiliki prinsip yang sama dengan kompresor scroll, yang menggunakan rotor silindrik yang berputar secar harmonis menghasilkan tekanan fluida tertentu. Prinsip kerjanya baling-baling menekan lubang rumah pompa oleh gaya sentrifugal bila motor diputar. Fluida yang terjebak diantara dua bolang-baling dibawa berputar dan dipaksa keluar dari sisi buang pompa.
Gambar 2.5. Prinsip rotary vane pump
2. Dynamic Pump
a. Pompa Sentrifugal(pompa rotor-dinamik)
Pompa sentrifugal merupakan peralatan dengan komponen yang paling sederhana pada pembangkit. Tujuannya adalah mengubah energi penggerak utama (motor listrik atau turbin) menjadi kecepatan atau energi kinetik dan kemudian enegi tekan pada fluida yang sedang dipompakan. Perubahan energi terjadi karena dua bagian utama pompa, impeller dan volute atau difuser. Impeller adalah bagian berputar yang mengubah energi dari penggerak menjadi energi kinetik. Volute atau difuser adalah bagian tak bergerak yang mengubah energi kinetik menjadi energi tekan.
b. Pompa Aksial
Pompa aksial adalah salah satu pompa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi dengan menggunakan gerak putaran dari
blades dan mempunyai arah aliran yang sejajar dengan sumbu porosnya. Prinsip kerja pompa
aksial adalah energimekanik yang dihasilkan oleh sumber penggerak ditansmisikan melalui poros impeller untuk menggerakkan impeller pompa. Putaran impeller memberikan gaya aksial yang mendorong fluida sehingga menghasilkan energi kinetik pada fluida kerja tersebut.
Gambar 2.7. Pompa Aksial
c. Special-Effect Pump
- Pompa Jet-Eductor (injector)
Pompa Jet-Eductor (injector) adalah sebuah pompa yang menggunakan efek venturi dan
nozzle konvergen-divergen untuk mengkonversi energi tekanan dari fluida bergerak menjadi
energi gerak sehingga menciptakan area bertekanan rendah, dan dapat menghisap fluida di sisi suction. Prinsip kerja pompa Jet-Eductor menggunakan nozzel yang bekerja sesuai efek venturi sehingga mengkonversi energi tekan pada fluida menjadi energi gerak dan sisi suction (hisap) bertekanan rendah dan sehingga fluida dapat mengalir.
- Gas Lift Pump
Gas Lift Pump adalah salah satu bentuk sistem pengangkatan buatan yang lazim
digunakan untuk mengangkut fluida dari sumur-sumur minyak bumi. Sistem ini bekerja dengan cara menginjeksikan gas bertekanan tinggi kedalam anulus (ruang antara tubing dan
casing), dan kemudian kedalam tubing produksi sehingga terjadi proses aerasi (aeration)
yang mengakibatkan berkurangnya berat kolom fluida dan tubing. Sehingga tekanan
recervoir mampu mengalirkan fluida dari lubang sumur menuju fasilitas produksi
dipermukaan.
- Pompa Hydraulic Ram
Pompa Hydraulic Ram adalah pompa air siklik dengan menggunakan tenaga hidro
(hydropower). Prinsip kerja dari Hydraulic Ram adalah dengan menggunakan energi kinetik
dari cairan dan energi tersebut diubah menjadi energi tekan dengan memberikan tekanan dengan tiba-tiba.
Gambar 2.9. Pompa Hydraulic Ram
- Pompa Elektromagnetik
Gambar 2.10. Prinsip Pompa Elektromagnetik
2.2 Pompa Sentrifugal
Sebuah pompa sentrifugal tersusun atas sebuah impeller dan saluran inlet ditengah-tengahnya. Dengan desain ini maka pada saat impeller berputar, fluida mengalir menuju casing disekitar impeller sebagai akibat dari gaya sentrifugal. Casing ini berfungsi untuk menurunkan kecepatan aliran fluida sementara kecepatan putar impeller tetap tinggi. Kecepatan fluida dikonversikan menjadi tekanan oleh casing sehingga fluida dapat menuju titik outlet nya. Prinsip kerja pompa sentrifugal ada sebagai berikut, 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.
2.2.1 Terciptanya Gaya Sentrifugal
mengalir ke arah sisi masuk. Karena sirip impeller berbentuk kurva, cairan akan terdorong ke arah tangensial dan radial oleh gaya sentrifugal. Gaya ini terjadi di dalam pompa seperti halnya yang dialami air dalam ember yang diputar diujung seutas tali.
[image:34.595.228.392.290.459.2]Energi yang diciptakan oleh gaya sentrifugal adalah energi kinetik. Jumlah energi yang diberikan ke cairan sebanding dengan kecepatan pada piringan luar impeller. Semakin cepat impeller berputar atau semakin besar energi diberikan kepada cairan. Energi kinetik cairan yang keluar dari impeller tertahan dengan penciptaan terhadap aliran. Tahanan pertama diciptakan oleh rumah pompa (volute) yang menangkap cairan dan memperlambatnya. Pada nosel keluar, cairan makin diperlambat dan kecepatannya diubah menjadi tekanan sesuai dengan prinsip bernoulli. [4]
Gambar 2.11. Lintasan cairan di dalam pompa sentrifugal
2.2.2 Kerja Pompa Sentrifugal
Kerja yang dilakukan atau daya yang diperlukan oleh pompa, dapat diketahui dengan cara menggambar segitiga kecepatan pada sisi masuk dan pada sisi keluar sudu pompa. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.12. Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pompa [4]
Keterangan :
V = Kecepatan absolut/mutlak air masuk sudu D = Diameter sudu pada sisi masuk
v = Kecepatan tangensial sudu pada sisi masuk
Vr = Kecepatan relatif air terhadap roda sudu pada sisi masuk Vf = Kecepatan aliran pada sisi masuk
V1, D1, v1, Vr1, Vf1 = Besaran yang berlaku pada sisi keluar N = Kecepatan sudu dalam rpm
V1 Vf1 Vr1
v
O Vw1
v1
R1=
R= Vr V=Vf
β ψ
θ = Sudut sudu pada sisi masuk
= Sudut pada saat air meninggalkan sudu Ø = sudut sudu pada sisi keluar
2.2.3. Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Spesifik Suction Pompa Kecepatan spesifik dinyatakan dalam persamaan:
N
s=
n
………
(2.1)n = kecepatan putaran pompa (rpm)
Q = Kapasitas aliran pada saat BEP (gpm atau m3/s) H = Total head pada saat BEP (feet atau m)
Kecepatan spesifik dapat dihitung untuk nilai Q dan H pada saat titik efisiensi terbaik (BEP) dengan diameter impeller maksimum dan hanya untuk pompa satu langkah (single stage).
Kecepatan spesifik suction (suction specific speed, Nss) dapat dicari dengan menggunakan rumus yang sama dengan kecepatan spesifik pompa, tetapi memakai nilai NPSHR sebagai pengganti nilai Head pompa. Untuk menghitung kecepatan spesifik pompa (Ns), gunakan nilai kapasitas penuh baik untuk pompa isapan tunggal maupun pompa isapan ganda. Namun, untuk mencari nilai kecepatan spesifik suction (Nss), gunakan setengah dari nilai kapasitas untuk pompa isapan ganda (doublé suction pump).
N
ss=
n
...
(2.2)Gambar 2.13 .Hubungan antara harga ns dengan bentuk impeller [8]
2.2.4. 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 2.14. Pompa sentrifugal aliran radial
2. Pompa aliran campur
Gambar 2.15. Pompa sentrifugal aliran campur
3. Pompa aliran aksial
Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder
[image:38.595.274.360.82.186.2](arah aksial).
Gambar 2.16. 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
Gambar 2.17. Jenis impeller tertutup dan impeller terbuka
C. Menurut bentuk rumah 1. Pompa volut
Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.
Gambar 2.18. Pompa volut
2. Pompa diffuser
Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong.
Gambar 2.19. Pompa diffuser
3. Pompa aliran campur jenis volut
[image:39.595.274.383.573.686.2]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
[image:40.595.231.371.551.700.2]Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing‐masing impeler sehingga relatif tinggi.
Gambar 2.20. Pompa bertingkat banyak [14]
E. Menurut letak poros
Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal dan poros vertikal seperti pada gambar berikut ini. [11]
2.2.5. Penyekat / Seal Pada Pompa Sentrifugal
Pemilihan yang tepat pada sebuah seal sangat penting bagi keberhasilan pemakaian pompa. Untuk mendapatkan kehandalan pompa yang terbaik, pilihan penyekat harus tepat antara jenis seal dan lingkungan yang dipakai. Ada dua jenis seal, yaitu statis dan dinamis.
Seal statis dipakai di mana tidak ada gerakan yang terjadi pertemuan antara kedua permukaan yang akan disekat. Gasket dan O-ring merupakan contoh yang umum dari seal statis, sedangkan seal dinamis digunakan di mana ada permukaan yang bergerak relatif terhadap satu sama lain. Seal dinamis misalnya digunakan pada poros yang berputar dan menghantarkan power melalui dinding sebuah tangki, melalui casing dari pompa, atau melalui rumah peralatan berputar lainnya seperti filter atau layar.
Gambar 2.22 Daerah yang perlu di sekat agar pompa terlindungi dari kebocoran
Contoh umum dari pemakaian alat-alat penyekat adalah penyekat untuk poros yang berputar pada pompa. Untuk mengetahui lebih banyak tentang fungsi dari penyekat ini, kita harus tahu terlebih dahulu dasar-dasar pengetahuan pompa.
Gambar 2.23 Fluida masuk ke pompa melaui pusat (eye) impeller yang berputar.
Pada saat kipas impeller berputar, mereka menghantarkan gerakan untuk memasukan produk, yang kemudian meninggalkan impeller, dikumpulkan di dalam rumah pompa
(casing) dan meninggalkan pompa melalui tekanan pada sisi keluar (discharge) pompa.
Tekanan discharge akan menekan beberapa produk ke bawah di belakang impeller menuju poros, di mana ia akan mencoba keluar sepanjang poros yang berputar. Pabrik pembuat pompa menggunakan berbagai macam teknik untuk mengurangi adanya tekanan produk yang mencoba keluar. Beberapa cara yang umum dilakukan adalah:
1. Penambahan lobang penyeimbang (balance hole) melalui impeller untuk memberikan jalan bagi tekanan yang akan keluar melalui sisi isap impeller.
2. Penambahan kipas pada sisi belakang impeller (back pump-out vanes).
Bagaimanapun juga, sepanjang tidak ada jalan untuk mengurangi adanya tekanan ini seluruhnya, maka peralatan penyekat mutlak diperlukan untuk membatasi keluarnya produk. Seperti penyekat kompresi (packing )atau penyekat mekanis (mechanical seals).
- Stuffing Box Packing
Pengaturan penggunaaan „stuffing box‟ ditunjukan pada gambar di bawah, komponennya terdiri dari:
1. Lima ring packing.
2. Sebuah lantern ring yang digunakan untuk menginjeksi pelumas dan atau untuk membuang cairan
Gambar 2.24 Stuffing Box Packing
Fungsi dari packing adalah untuk mengontrol kebocoran, bukan untuk mencegah seluruh kebocoran. Karena packing harus selalu terlumasi dan kebocoran yang dianjurkan untuk menjaga adanya pelumasan adalah sekitar 40 sampai 60 tetes per menit.
Metode pelumasan pada packing tergantung pada kondisi cairan yang dipompa dan juga tekanan pada stuffing box. Ketika tekanan stuffing box di atas tekanan atmosfir dan cairan yang ditekan bersih dan tidak korosif, maka cairan pada pompa itulah yang berfungsi sebagai pelumas paking.
Gambar 2.25 Kebocoran yang di jaga untuk melumasi dan mendinginkan poros.
Gambar 2.26 Pelumas diinjeksikan ke dalam stuffing box jika tekanannya turun.
Manakala cairan yang dipompakan kotor atau berpartikel, perlu diinjeksikan cairan pelumas yang bersih dari luar melalui lantern ring. Aliran sebanyak 0.2 sampai 0.5 gpm diperlukan dan sebuah keran pengatur serta flowmeter perlu dipasang untuk mendapatkan aliran yang akurat. Lantern ring biasanya dipasang pada tengah stuffing box, tetapi untuk cairan yang sangat kental seperti bahan baku kertas disarankan dipasang di leher stuffing box untuk menghindari tersumbatnya lantern ring.
Gambar 2.27 Pelumas diinjeksikan dari luar melalui latern ring.
Rumah packing (gland) merupakan tipe „quench gland‟. Air, minyak atau cairan lainnya dapat diinjeksi ke dalam gland untuk mengurangi panas poros, ia dapat memperkecil perpindahan panas dari poros ke rumah bearing. Alasan inilah yang memperbolehkan temperatur kerja dari pompa lebih tinggi dari tempertur desain bearing dan pelumas. Tipe
„quench gland‟ yang sama dapat digunakan untuk mencegah keluarnya racun atau cairan
mengalirkan cairan dari luar dan membawa kebocoran yang tidak diinginkan ke parit atau tangki pengumpul cairan bekas.
- Mechanical Seal
[image:45.595.207.351.285.445.2]Mechanical Seal, apabila diterjemahkan secara bebas, adalah alat pengeblok mekanis. Namun penerjemahan tersebut menjadi lebih susah dimengerti dan dibayangkan bila dibandingkan pengertian teknisnya dikarenakan pengertian seal mekanis mengandung arti begitu luas. O-ring merupakan seal mekanikal, demikian juga Labyrinth Seal, namun keduanyajelas bukan Mechanical Seal.
Gambar 2.28 Mechanical Seal
Mechanical seal banyak dipakai pada pompa-pompa kelas industri, agitator, mixer, chiller dan semua rotating equipment (mesin-mesin yang berputar).
Berikut adalah beberapa bagian dari mechanical seal yang perlu untuk di pahami. a.Shaft
Shaft adalah as/bagian poros sebuah alat dan merupakan bagian utama dari
mesin-mesin yang berputar. Banyak buku yang lebih sering menggunakan kata shaft dibandingkan as.
b. Shaft Sleeve
Shaft Sleeve adalah sebuah bushing/adapter yang berbentuk selongsong yang
terpasang pada shaft dengan tujuan melindungi shaft akibat pengencangan baut/screw
c. Seal
Seal adalah suatu part/bagian dalam sebuah konstruksi alat/mesin yang berfungsi untuk sebagai penghalang/pengeblok keluar/masuknya cairan, baik itu fluida proses maupun pelumas. Pada sepeda motor atau mobil sering disebut dengan karet sil, sil-as kruk, oil-seal. Analogi lainnya adalah lem kaca pada aquarium yang akan mengeras. Bisa disepakati bahwa seal lebih merujuk pada pengertian suatu fungsi. Apapun bentuk dan materialnya, apabila berfungsi untuk mencegah kebocoran, maka dia disebut sebagai seal.
d. O-Ring
O-Ring awalnya adalah merujuk pada karet berbentuk bundar yang berfungsi sebagai Seal. Perkembangan teknologi o-ring sebagai alat pengeblok cairan sekunder (secondary
sealing device) menghasilkan berbagai tipe o-ring berdasarkan materialnya. Material o-ring,
ada dari karet alam, EPDM, Buna, Neoprene, Viton, Chemraz, Kalrez, Isolast hingga tipe Encapsulated O-Ring, dimana o-ring dibalut dengan PTFE. Ada pula yang murni dibuat dari PTFE dan disebut dengan Wedge.
e. Sealface
Sealface adalah bagian paling penting, paling utama dan paling kritis dari sebuah
Mechanical Seal dan merupakan titik pengeblok cairan utama (primary sealing device). Terbuat dari bahan Carbon atau Silicone Carbide atau Tungsten Carbide atau keramik atau Ni-resist, dengan serangkaian teknik pencampuran. Permukaan material yang saling bertemu
(contact) dibuat sedemikian halusnya hingga tingkat kehalusan / kerataan permukaan
mencapai 1 - 2 lightband.
Seringkali Sealface disebut juga dengan contact face. Seal faces berarti ada 2
sealface. Yang satu diam dan melekat pada dinding pompa, dan yang lainnya berputar,
melekat pada shaft.
Yang berputar biasanya terbuat dari bahan yang lebih lunak/soft. Kombinasinya bisa berupa carbon vs silicone carbide, carbon vs ceramic, carbon vs tungten carbide, silicone carbide vs silicone carbide, silicone carbide vs tungsten carbide.
Sealface yang ada pada shaft yang berputar seringkali disebut sebagai Rotary
Face/Primary Ring. Sedangkan Sealface yang diam atau dalam kondisi stasioner sering
disebut sebagai StationaryFace / Mating Ring / Seat.
Gambar 2.29 Bagian-bagian dari mechanical seal
Dengan demikian bisa diambil simpulan definisi Mechanical Seal adalah Sebuah alat pengeblok cairan/gas pada suatu rotating equipment, yang terdiri atas:
1. Dua buah sealface yang bisa aus, dimana salah satu diam dan satunya lagi berputar, membentuk titik pengeblokan primer (primary sealing).
2. Satu atau sekelompok o-ring/bellows/PTFE wedge yang merupakan titik pengeblokan sekunder (secondary sealing).
3. Alat pembeban mekanis untuk membuat sealface saling menekan.
4. Asesoris metal yang diperlukan untuk melengkapi rangkaian Mechanical Seal.
Cara Kerja Mechanical Seal
Titik utama pengeblokan dilakukan oleh dua sealfaces yang permukaannya sangat halus dan rata. Gesekan gerak berputar antara keduanya meminimalkan terjadinya kebocoran. Satu sealface berputar mengikuti putaran shaft, satu lagi diam menancap pada suatu dinding yang disebut dengan Glandplate.
Material kedua sealfaces itu biasanya berbeda. Yang satu biasanya bersifat lunak, biasanya carbon-graphite, yang lainnya terbuat dari material yang lebih keras seperti
silicone-carbide. Perbedaan antara material yang digunakan pada stationary sealface dan
Pada sealface yang lebih lunak biasanya terdapat ujung yang lebih kecil sehingga sering dikenal sebagai wear-nose (ujung yang bisa habis atau aus tergesek).
Gambar 2.30 Ilustrasi cara kerja Mechanical Seal
Ada 4 (empat) titik sealing/pengeblokan, yang juga merupakan jalur kebocoran jika titik pengeblokan tersebut gagal. Silakan lihat gambar di atas. Titik pengeblokan utama (primary sealing) adalah pada contactface, titik pertemuan 2 buah sealfaces, lihat Point A. Jalur kebocoran di Point B diblok oleh suatu O-Ring, atau V-Ring atau Wedge. Sedangkan jalur kebocoran di Point C dan Point D, diblok dengan gasket atau O-Ring. Point B, C & D disebut dengan secondary sealing. [7]
2.3 Performansi Pompa
2.3.1. Hukum Kesebangunan (Afinity Law)
Jika dua buah pompa sentrifugal yang geommetris sebangun satu dengan yang lain maka untuk kondisi aliran yang sebangun pula berlaku hubungan sebagai berikut :
=
=
………
(2.3)
D = diameter impeler (m) Q = kapasitas aliran (m3/s) H = head total pompa (m) P = daya poros pompa (kW) N = putaran pompa (rpm)
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. [12]
2.3.2. 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 loses akibat gesekan antara cairan dengan impeler dan loses akibat perubahan arah yang tiba‐tiba pada impeler.
- Efisiensi volumetris, memperhitungkan loses akibat resirkulasi pada ring, bush, dll. - Efisiensi mekanis, memperhitungkan loses 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.
Daya hidrolis adalah daya yang diperlukan oleh pompa untuk mengangkat sejumlah zat cair pada ketinggian tertentu. Daya hidrolis dapat dicari dengan persamaan berikut :
=
kW ……….. (2.5)
ρ = massa jenis , kg/m3 g = gaya gravitasi H = head , m Q = kapasitas, m3/s
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.
2.3.3. Menghitung Head Kerugian (hl)
Head kerugian (yaitu head yang mengatasi kerugian-kerugian) terdiri atas head kerugian gesek didalam pipa atau kerugian akibat pipa lurus, head kerugian di dalam belokan-belokan, dan head kerugian karena katup (valve).
- Kecepatan Rata-Rata Aliran (v)
Kecepatan aliran adalah jarak yang mampu ditempuh oleh partikel zat cair dalam satuan waktu tertentu. Untuk mencari nilai kecepatan rata-rata aliran dapat menggunakan persamaan berikut.
v =
⁄
……… (
2.6) v = kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s)- Bilangan Reynold
Bilangan Reynold adalah bilangan tidak berdimensi yang menyatakan perbandingan gaya-gaya inersia terhadap gaya-gaya kekentalan (viskos) pada pipa bulat dengan aliran penuh. Sedangkan Viskositas (kekentalan) sendiri adalah sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut. Viskositas dinyatakan dalam dua bentuk :
1. Viskositas Dinamik
Viskositas dinamik adalah perbandingan tegangan geser dengan laju perubahan, besarnya nilai viskositas dinamik dipengaruhi oleh temperatur, konsentrasi larutan, bentuk partikel dan sebagainya, untuk viskositas dinamik air pada temperatur standar lingkungan (27oC) adalah 8,6 x 10-4 kg/m.s
2. Viskositas Kinematik
Viskositas kinematik merupakan perbandingan viskositas dinamik terhadap kerapatan (densitas) massa jenis dari fluida tersebut. Viskositas kinematik ini terdapat dalam beberapa penerapan antara lain dalam bilangan Reynold yang merupakan bilangan tak berdimensi. Nilai viskositas kinematik air pada temperatur standar (27oC) adalah 8,7 x 10-7 m2/s.
Untuk menentukan jenis aliran, apakah turbulen atau laminar., dapat menggunakan perhitungan sebagai berikut:
Re =
………..
(2.7)Re = bilangan Reynolds (tak berdimensi) v = kecepatan rata-rata aliran dalam pipa (m/s) D = diameter dalam pipa (m)
ν = viskositas kinematik zat cair (m2/s)
Keterangan :
- Head Kerugian Gesek Dalam Pipa
Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat menggunakan rumus berikut ini :
h
f1= λ
………..
(2.8)hf = head kerugian gesek dalam pipa (m)
λ = koefisien kerugian gesek
g = percepatan gravitasi (m/s2)
v = kecepatan rata-rata aliran dalam pipa (m/s2) L = panjang pipa (m)
D = diameter dalam pipa (m)
Dalam hal aliran laminar, koefisien kerugian gesek untuk pipa (λ) di dalam persamaan (β.8)
dihitung dengan rumus :
λ =
………
(2.9)Untuk menghitung kerugian gesek dalam pipa pada aliran turbulen terdapat berbagai rumus empiris. Salah satu rumus yang dapat dipergunakan adalah dengan menggunakan rumus
Darcy. Dengan cara Darcy, koefisien kerugian gesek λ dari persamaan (β.8) dihitung menurut
rumus :
λ = 0,0β0 +
……….
(2.10)dimana D adalah diameter dalam pipa (m). Rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Jika pipa telah dipakai selama bertahun-tahun, harga λ akan menjadi 1,5 sampai β,0 kali harga barunya. [13]
- Kerugian Gesek Karena belokan 90˚ (hf2)
Kerugian gesek karena belokan 90˚ adalah kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi karena belokan 90˚ pada instalasi perpipaan. Untuk mencari nilai kerugian gesek karena belokan 90˚ dapat menggunakan persamaan berikut :
hf2 = kerugian head karena belokan (m) f = koefisien gesek pipa
g = percepatan gravitasi (m/s2)
v = kecepatan rata-rata di dalam pipa (m/s)
Tabel 2.1 Koefisien kerugian belokan pipa [13]
θ0
5 10 15 22,5 30 45 60 90
F Halus 0,016 0,034 0,043 0,066 0,130 0,236 0,471 1,129 Kasar 0,024 0,44 0,062 0,154 0,165 0,320 0,6684 1,265
- Head Kerugian Gesek Karena Katup (hf3)
Kerugian head pada katup dapat ditulis sebagai berikut :
h
f3= f
v ………. (β.1β)dimana
v = kecepatan rata-rata di penampang masuk katup (m/s) fv = koefisien kerugian katup
hf3 = kerugian head katup (m)
Tabel 2.2 Koefisien kerugian pada katup [13]
2.3.4. Kavitasi
Kavitasi adalah fenomena perubahan fase uap dari zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya. Pada pompa bagian yang sering mengalami kavitasi adalah sisi hisap pompa. Misalnya, air pada tekanan 1 atm akan mendidih dan menjadi uap pada suhu 100 derajat celcius.
Tetapi jika tekanan direndahkan maka air akan bisa mendidih pada temperatur yang lebih rendah bahkan jika tekanannya cukup rendah maka air bisa mendidih pada suhu kamar. Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair. Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam pompa maupun didalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan/atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran, maka akan sangat rawan mengalami kavitasi. Misalnya pada pompa maka bagian yang akan mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isapnya. Ketika zat cair terhisap pada sisi isap pompa, tekanan pada permukaan zat cair akan turun, seperti pada gambar dibawah ini.
D (mm)
100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1350 1500 1650 1800 2000 Jenis katup
Katup sorong 0,14 0,12 0,10 0,09 0,07 = 0
Katup kupu-kupu 0,6 - 0,16 (bervariasi menurut konstruksi dan diameternya)
Katup putar 0,09 - 0,026 (bervariasi menurut diameternya)
Katup cegah
1,2 1,15 1,1 1,0 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88
jenis ayun
Katup cegah tutup-
1,2 1,15 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4
cepat jenis tekanan
Katup cegah jenis
1,44 1,39 1,34 1,3 1,2
angkat bebas
Katup cegah tutup-
7,3 6,6 5,9 5,3 4,6
cepat jenis pegas
Katup kepak - - - 0,9 - 0,5
Katup isap
1,97 1,91 1,84 1,78 1,72
Gambar 2.31. Turunnya tekanan mengakibatkan penguapan zat cair.
Kavitasi pada bagian ini disebabkan karena tekanan isap terlalu rendah. 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.
Berikut ini pengaruh-pengaruh kavitasi yang terjadi pada pompa :
Berkurangnya kapasitas pompa
Berkurangnya head (pressure)
Terbentuknya gelembung-gelembung udara pada area bertekanan rendah di dalam selubung pompa (volute)
Suara bising saat pompa berjalan.
Kerusakan pada impeller atau selubung pompa (volute).
Kavitasi dinyatakan dengan cavities atau lubang di dalam fluida yang kita pompa. Lubang ini juga dapat dijelaskan sebagai gelembung-gelembung, maka kavitasi sebenarnya adalah pembentukan gelembung-gelembung dan pecahnya gelembung tersebut. Gelembung terbentuk tatkala cairan mendidih. Hati-hati untuk menyatakan mendidih itu sama dengan air yang panas untuk disentuh, karena oksigen cair juga akan mendidih dan tak seorang pun menyatakan itu panas. Mendidihnya cairan terjadi ketika ia terlalu panas atau tekananya terlalu rendah. Pada tekanan permukaan air laut 1 bar (14,7 psia) air akan mendidih pada suhu 212oF (100oC). Jika tekanannya turun air akan mendidih pada suhu yang lebih rendah. Ada tabel yang menyatakan titik didih air pada setiap suhu yang berbeda.
Satuan tekanan di sini yang digunakan adalah absolute bukan pressure gauge, ini jamak dipakai tatkala kita berbicara mengenai sisi isap pompa untuk menghindari tanda minus. Maka saat menyebut tekanan atmosfir nol, kita katakan 1 atm sama dengan 14,7 psia pada permukaan air laut dan pada sistim metrik kita biasa memakai 1 bar atau 100 kPa. [5]
- Kapasitas Pompa Berkurang
- Tekanan (Head) kadang berkurang
Gelembung-gelembung tidak seperti cairan, ia bisa dikompresi (compressible). Nah, hasil kompresi inilah yang menggantikan head, sehingga head pompa sebenarnya menjadi berkurang. Pembentukan gelembung pada tekanan rendah karena tidak bisa terbentuk pada tekanan tinggi.
Kita harus selalu ingat bahwa jika kecepatan fluida bertambah, maka tekanan fluida akan berkurang. Ini artinya kecepatan fluida yang tinggi pasti di daerah bertekanan rendah. Ini akan menjadi masalah setiap saat jika ada aliran fluida melalui pipa terbatas, volute atau perubahan arah yang mendadak. Keadaan ini sama dengan aliran fluida pada penampang kecil antara ujung impeller dengan volute cut water.
- Bagian-bagian Pompa Rusak
• Gelembung-gelembung itu pecah di dalam dirinya sendiri, ini dinamakan imploding kebalikan dari exploding. Gelembung-gelembung itu pecah dari segala sisi, tetapi bila ia jatuh menghantam bagian dari metal seperti impeller atau volute ia tidak bisa pecah dari sisi tersebut, maka cairan masuk dari sisi kebalikannya pada kecepatan yang tinggi dilanjutkan dengan gelombang kejutan yang mampu merusak part pompa. Ada bentuk yang unik yaitu bentuk lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal seperti dipukul dengan ball peen.
• Kerusakan ini kebanyakan terjadi membentuk sudut ke kanan pada metal, tetapi
pengalaman menunjukan bahwa kecepatan tinggi cairan kelihatannya datang dari segala sudut.
Semakin tinggi kapasitas pompa, kelihatannya semakin mungkin kavitasi terjadi. Nilai Specific speed pump yang tinggi mempunyai bentuk impeller yang memungkinkan untuk beroperasi pada kapasitas yang tinggi dengan power yang rendah dan kecil kemungkinan terjadi kavitasi. Hal ini biasanya dijumpai pada casing yang berbentuk pipa, dari pada casing yang berbentuk volute seperti yang sering kita lihat.
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.
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.
Berikut adalah cara menentukan apakah pompa mengalami kavitasi/tidak:
1. Hitung pressure static di suction pompa (tidak termasuk pressure akibat velocity fluida). Pakai software simulasi jika sistemnya kompleks. Pastikan anda memasukkan komponen2 yang berpengaruh (valve, orifice, elbow, panjang pipa, dll).
2. Cek NPSHR di curve dari manufacturer pompa (Pada umumnya pompa ditest menggunakan air pada temperature kamar, jadi berhati-hatilah jika fluida anda bukan air)
3. GPSA databook memberikan guide safety margin 2-3 ft NPSHA lebih tinggi dari NPSHR.
Menyambung dengan ekspander setidaknya akan membuat restriksi ke suction pompa anda berkurang (meninggikan NPSHA).Menggunakan expander juga akan memperkecil resiko udara terperangkap. Namun dibandingkan dengan menggunakan pipa yang sesuai, grafik sistem akan berubah (perubahan diameter dianggap restriksi).
Beberapa efek yang ditimbulkannya dan klasifikasi kavitasi,yaitu :
1. Vaporisation - Penguapan.
2. Air Ingestion - Masuknya Udara Luar ke Dalam System
Pompa sentrifugal hanya mampu meng'handle' 0.5% udara dari total volume. Lebih dari 6% udara, akibatnya bisa sangat berbahaya, dapat merusak komponen pompa. Udara dapat masuk ke dalam system melalui beberapa sebab, antara lain :
Dari packing stuffing box. Ini terjadi, jika pompa dari kondensor, evaporator atau peralatan lainnya bekerja pada kondisi vakum.
Letak valve di atas garis permukaan air (water line).
Flens (sambungan pipa) yang bocor.
Jika 'bypass line' letaknya terlalu dekat dengan sisi isap, hal ini akan menambah suhu udara pada sisi isap.
Berkurangnya fluida pada sisi isap, hal ini dapat terjadi jika level cairan terlalu rendah.
3. Internal Recirculation - Sirkulasi Balik di dalam System
Kondisi ini dapat terlihat pada sudut terluar (leading edge) impeller, dekat dengan diameter luar, berputar balik ke bagian tengah kipas. Ia dapat juga terjadi pada sisi awal isap pompa. Efek putaran balik ini dapat menambah kecepatannya sampai ia menguap dan kemudian 'pecah' ketika melalui tempat yang tekanannya lebih tinggi. Ini selalu terjadi pada pompa dengan NPSHA yang rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, kita harus tahu nilai Suction Spesific Speed, yang dapat digunakan untuk mengontrol pompa saat beroperasi, berapa nilai terdekat yang teraman terhadap nilai BEP(Best Efficiency Point) pompa yang harus diambil untuk mencegah terjadinya masalah.
Catatan penting :
Untuk pompa double suction, kapasitas dibagi 2 karena ada 2 impeller eyes.
Ideal untuk 'membeli' pompa dengan nilai Suction Spesific Speed kurang dari 8500(5200 metrik) kecuali untuk kondisi yang ekstrim.
Mixed Hydrocarbon dan air panas idealnya pada 9000 ÷ 12000 (5500÷7300 metric) atau lebih tinggi, lebih bagus.
Nilai Suction Spesific Speed yang tinggi menandakan impeller eye-nya lebih besar dari biasanya dan biasanya nilai efisiensinya disesuaikan dengan nilai NPSHR yang rendah.
Lebih tinggi nilai Suction Spesific Speed memerlukan desain khusus, operasinya memungkinkan adanya kavitasi.
Biasanya, pompa yang beroperasi dibawah 50% dari nilai BEP-nya tidak reliable.
2.3.5. 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 :
NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan
- 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 :
h
sv=
-
- h
s- h
ls……….
……… (β.1γ)hsv : NPSH yang tersedia, m
pa : tekanan pd permukaan cairan, kgf/m2 pv : tekanan uap jenuh, kgf/m2
: berat jenis zat cair, kgf/m3 hs : head isap statis, m
hls : kerugian head dalam pipa isap, m
- 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. Namun untuk perkiraan secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dari konstanta
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 :
σ =
…….………
……….. (β.14)Besarnya koefisien kavitasi Thoma dapat ditentukan dari grafik pada gambar, sedangkan NPSH
yang diperlukan ditaksir sebagai berikut :
NPSH yang diperlukan : HSVN = σ x HN ………. (β.15)
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. [12]
2.3.6. Perubahan Kurva Performansi.
[image:61.595.172.414.521.730.2]Pada saat fluida mengalir melalui pompa, kerugian-kerugian hidrodinamik dipengaruhi oleh viskositas fluida, dimana setiap kenaikan dari nilai viskositas akan mengurangi besarnya nilai head dan efisiensi suatu pompa, dan akan meningkatkan daya yang diperlukan pompa.
Kebanyakan pompa sentrifugal diaplikasikan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas dibawah 3.000 SSU, namun walaupun begitu, ada juga pompa sentrifugal yang diaplikasikan untuk fluida dengan viskositas 15.000 SSU. Penting untuk diperhatikan bahwa ukuran diameter dalam dari jalur dimana fluida mengalir memiliki efek yang besar terhadap kerugian, dengan kata lain, lebih kecil pompa tersebut maka akan lebih lebih besar efek kerugian oleh viskositas. Jadi, jika ukuran pompa semakin besar, maka viskositas maksimum yang diijinkan untuk pompa tersebut akan semakin besar. Pompa dengan ukuran diameter nozel pada sisi keluar sebesar 3 inchi, dapat menerima fluida dengan viskositas 500 SSU; dimana pompa dengan ukuran diameter nozel pada sisi keluar sebesar 6 inchi, dapat menerima fluida dengan viskositas 1.700 SSU. Pompa-pompa sentrifugal ini dapat menerima fluida dengan viskositas yang lebih besar, namun jika lewat batasannya, akan ada peningkatan kerugian (loss). Jika viskositas fluida yang akan dipompakan bernilai tinggi, maka pompa yang diperlukan akan lebih besar. Jangkauan operasi dari viskositas fluida versus ukuran pompa ditunjukkan pada gambar dibawah. Metode didalam memprediksi performansi pompa dan viskositas cairan dengan jelas dibahas pada Institusi Standard Hidrolik (Hydraulic Institute Standards).
2.4 Standard NFPA-20 dan GS EP SAF-321
Instalasi pemadam kebakaran adalah sesuatu hal yang sangat diperlukan dan dibutuhkan dalam suatu industri produksi terlebih untuk industri yang bersentuhan dengan hidrokarbon. Kegiatan industri eksplorasi dan produksi hidrokarbon, baik itu berupa minyak atau gas, memiliki risiko kebakaran yang sangat tinggi. Sebuah kecelakaan karena kebakaran dapat membahayakan seluruh pekerja, disamping kerugian finansial perusahaan yang sangat besar. Tak dapat di pungkiri, bahwa kebakaran adalah suatu hal yang paling ditakuti dalam sebuah perusahaan yang bergerak di bidang produksi minyak dan gas. Oleh karena itu, setiap industri hidrokarbon selalu memiliki suatu sistem keselamatan terhadap kebakaran, baik itu standard yang di keluarkan oleh perusahaan itu sendiri maupun mengikuti standard keselamatan yang lain. Standard internal perusahaan biasanya dikeluarkan oleh Tin Keselamatan (Safety) perusahaan itu sendiri, yang mana standard nya akan mengacu kepada kegiatan eksplorasi dan produksi perusahaan itu sendiri. Sehingga, standard internal suatu perusahaan industri, belum tentu dapat digunakan oleh perusahaan industri lainnya.
Selain standard internal perusahaan, ada juga standard-standard keselamatan lain yang universal yang dapat dipakai dalam suatu kegiatan industri minyak dan gas. Terkhusus untuk instalasi pompa pemadam kebakaran, ada suatu standard yang dikeluarkan oleh Komite Pompa Pemadam Kebakaran di Amerika Serikat, yaitu standard NFPA (National Fire Protection Association). Standard NFPA berbicara banyak mengenai pemadam kebakaran, baik itu untuk pompa, motor, kelistrikan, instalasi, dan lain sebagainya. Contohnya adalah : NFPA 10 yang membahas standard untuk alat pemadam kebakaran yang bergerak (portable), NFPA 20 yang membahas tentang standard untuk instalasi pompa pemadam kebakaran yang stasioner, NFPA 54 yang membahas tentang standard keselamatan instalasi berbahan bakar gas, NFPA 70 yang membahas kelistrikan instalasi pemadam kebakaran, NFPA 72 yang membahas tentang alarm dan signal-signal yang mengandung kode, NFPA 86 yang membahas tentang standard keselamatan pada dapur atau tungku peleburan, dan masih banyak standard yang lainnya yang di terbitkan oleh NFPA.
Selain NFPA, ada juga standard EN (European Standards), yang mana standard ini disusun oleh CEN (European Committee for Standardization), CENELEC (European
Committee for Electrotechnical Standardization) dan ETSI (European Telecommunications
Standards Institute). Standard EN ini tidak banyak mengatur tentang pompa pemadam
EN805 yang mambahas masalah suplai air ketika terjadi kebakaran, EN12845 standard yang mengatur tentang jalur pompa pemadam kebakaran, dan lain sebagainya.
Institusi standardisasi di Jerman, DIN, juga membuat suatu standard untuk satuan pemadam kebakaran, yaitu FNFW (Normenausschuss Feuerwehwesen). Walaupun tidak banyak membahas masalah pompa pemadam kebakaran, namun standard DIN ini membahas masalah standard-standard yang diperlukan oleh satuan unit pemadam kebakaran, dan masalah keselamatan kebakaran di gedung bangunan ataupun di rumah
![Gambar 2.12. Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pompa [4]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/207777.16735/35.595.190.398.150.559/gambar-segitiga-kecepatan-pada-sisi-masuk-keluar-pompa.webp)
![Gambar 2.20. Pompa bertingkat banyak [14]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/207777.16735/40.595.231.371.551.700/gambar-pompa-bertingkat-banyak.webp)
