Prinsip Kerja Pompa Dan Kompresor

(1)

PT PLN (PERSERO)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN _{POMPA DAN KOMPRESSOR}

2. POMPA DAN KOMPRESOR

2.1 Pompa

Pompa adalah alat yang dapat menambahkan energi kepada cairan sehingga dapat mengalir dan bersikulasi baik tertutup maupun terbuka . Pompa dibagi dalam dua kelompok (Gambar 2.1), yaitu:

– Positive displacement pump (pompa pergeseran positif) – Dynamic / momentum change pump (pompa dinamik)

D Y N AM IC / M OM E N T UM C H A N G E :

A .R o ta ry :

1 .C e n trifu g a l o r ra d ia l e xit flo w

2 .A xial flo w

3 .M ixe d flo w (ra d ia l

-a xia l)

B . S p ec ia l D e s ig n :

1 .J e t p u m p o r e je c to r

2 .E lec tro m a g n e tic pu m p fo r liqu id

m e tals

3 .F lu id-a c tu a te d g a s

-lift o r

h yd ra u lic ra m

P O S IT IV E D IS P L A C EM E N T :

A .R ec ip ro c a tin g :

1 .P is to n o r p lu ng e r

2 .D iap h rag m

B .R o ta ry :

1 .S in g le ro to r

a .S lid ing v a n e

b .F le xib le tu b e o r lin in g

c .S c re w

d .P e ris ta ltic (w av e co n tra c tio n )

2 .M u ltip le ro to rs

a .G e a r

b .L o b e

c .S c re w

d .C ircu fe re n tia l p is to n

P U M P

P O S IT IV E D IS P L A C EM E N T :

A .R ec ip ro c a tin g :

1 .P is to n o r p lu ng e r

2 .D iap h rag m

B .R o ta ry :

1 .S in g le ro to r

a .S lid ing v a n e

b .F le xib le tu b e o r lin in g

c .S c re w

d .P e ris ta ltic (w av e co n tra c tio n )

2 .M u ltip le ro to rs

a .G e a r

b .L o b e

c .S c re w

d .C ircu fe re n tia l p is to n

P U M P

[K a ra s s ik e t a l., 1 9 7 6 ]

(2)

Di bawah ini, Tabel 2.1 yang menunjukkan data yang diperlukan untuk pemilihan pompa. Data ini dapat dikemukakan kepada pabrik pembuatnya.

Tabel 2.1: Data yang diperlukan untuk pemilihan pompa.

No.Data yang diperlukan Keterangan

1 Kapasitas Diperlukan juga keterangan mengenai kapasitas_{maksimum dan minimum.}

2 Kondisi isap

Tinggi isap dari permukaan air isap ke level pompa.

Tinggi fluktuasi permukaan air isap.

Tekanan yang bekerja pada permukaan air isap. Kondisi pipa isap.

3 Kondisi keluar

Tinggi permukaan Fluiida kerja keluar ke level pompa. Tinggi fluktuasi permukaan fluida keluar.

Besarnya tekanan pada permukaan fluida keluar. Kondisi pipa keluar.

4 Head total pompa

Harus ditentukan berdasarkan kondisi-kondisi di

atas. Sesuai dengan tekanan yang dibutuhkan agar komponrn mesein dapat bekerja dengan baik

5 Jenis zat cair Air tawar, Bahan bakar minyak, pelumas (zat kimia), temperatur, berat jenis, viskositas, kandungan zat padat, dll.

6 Jumlah pompa Pomp yang dipasang paralel atau seri

7 Kondisi kerja Kerja terus-menerus, terputus-putus, jumlah jam_{kerja seluruhnya dalam setahun atau melelalui sensor}

8 Penggerak

Motor listrik, motor bakar torak, turbin uap Driving Gear ( dijalankan oleh mesin itu sendiri. .

9 Poros tegak atau_mendatar Hal ini kadang-kadang ditentukan oleh pabrik_{pompa yang bersangkutan berdasarkan instalasinya.}

10 Tempat instalasi

Pembatasan-pembatasan pada ruang instalasi,

ketinggian di atas permukaan laut, dipasang dengan mesinyang bersangkutandi luar atau

(3)

(4)

Gambar 2.3 : Pompa sentrifugal Mixed-flow Aksial

(5)

2.1.1 Jenis dan prinsip kerja pompa

Gambar 2.2 memperlihatkan sketsa konstruksi dalam dari berbagai pompa positive displacement yang sering dijumpai di industri. Gambar tersebut memperlihatkan :

a. Reciprocating piston or plunger, misalnya: pompa minyak diesel b. Gear pump

c. Double-screw pump d. Sliding vane

e. Three-lobe pump

f. Circumferential piston pump

g. Flexible-tube squeegee, misalnya: pompa darah

Gambar 2.3 memperlihatkan jenis-jenis pompa dinamik yang berputar dan desain khusus. Pompa dinamik berputar yang dikenal antara lain pompa sentrifugal atau radial exit flow, mixed flow (radial-axial) dan axial flow. Pompa dinamik desain khusus antara lain jet pump atau ejector, electromagnetic pump untuk liquid metals dan fluid-actuated gas-lift atau hydraulic ram.

Pompa sentrifugal:

Pompa sentrifugal bekerja dengan putaran yang mengalirkan cairan dari sisi masuk melewati sudu-sudu pada impeler dan melemparkannya menjauh impeler yang diarahkan oleh rumah keongnya menuju sisi keluar pompa (lihat Gambar 2.6). Parameter pompa yang penting adalah head, debit dan putaran.

(6)

Gambar 2.5 : Impeler dan cara kerja Impeler

(7)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN _{POMPA DAN KOMPRESSOR} Pompa sentrifugal dikelompokkan menjadi pompa tunggal atau gabungan. Pompa gabungan dapat berupa pompa bertingkat yang biasanya untuk menghasilkan head yang tinggi dan pompa isapan ganda (double suction) yang digunakan untuk menghasilkan debit yang tinggi. Pompa bertingkat mempunyai prinsip yang sama dengan pompa-pompa tunggal yang disusun secara seri.

Sedangkan pompa isapan ganda sebenarnya merupakan dua buah pompa yang bersusun parallel dan dibangun secara kompak pada satu poros.

Pada mesin diesel pompa untuk sisrkulasi sistem pendingin dipergunakan pompa sentrifugal

Susunan pompa sentrifugal yang sering digunakan di industri, dapat dilihat pada Gambar 2.6. Komponen utama sebuah pompa sentrifugal adalah impeler, rumah keong, sisi masuk, sisi keluar, paking, bantalan, poros dan kopling.

(8)

(9)

(10)

(11)

Gambar 2. 10 : Pompa sirkulasi sistem pendingin yang terpasanga pada mesin Yanmar type M 220 L – EN

(12)

Pompa Desain Khusus:

Jenis pompa di antaranya adalah jet pump dan ejector. Pompa jet sering digunakan apabila kedalaman air melebihi 10 meter. Pada kondisi ini, apabila menggunakan pompa biasa, maka pompa tidak dapat menaikkan air karena pada sisi isap pompa telah terjadi pendidihan pada temperatur kerja. Pompa jet atau ejektor ini dapat digunakan untuk menghindarkan cairan yang akan dialirkan tidak mengenai pompa untuk tujuan tertentu misalnya kebersihan atau sifat abrasif fluidanya. Pompa ini menggunaan prinsip venturi dimana pada lehernya kecepatan akan sangat tinggi sehingga tekanan statik disini akan sangat kecil sehingga cairan yang dipompa akan mengalir dengan sendirinya akibat perbedaan tekanan yang tinggi.

2.1.2 Susunan konstruksi pompa

Susunan pompa sekrup dapat dilihat pada Gambar 2.12. Komponen utama pompa jenis ini adalah rumah pompa, sekrup, poros, sisi masuk, sisi keluar, paking, bantalan, dan poros.

(13)

S c h m a c h te l

K G[1 9 9 2

]

(14)

Pompa pada seperti gambar 2.12 pada PLTD dipergunakan untuk pemompaan Slugde pada Lub oil Separatot dan Fuel separator.

Pompa roda gigi.

Susunan pompa roda gigi dapat dilihat pada Gambar 2.13. Komponen utama pompa jenis ini adalah rumah pompa, roda gigi pompa, poros, sisi masuk, sisi keluar, paking, bantalan, dan poros.

Pompa roda gigi paa mesin diesel secara umum digimnakan pada sistem pelumas dan sistem bahan bakar.

Gambar 2.13 : Pompa pada sistem pelumas dengan penggerak motor listrik.

(15)

(16)

c a p s c r e w

s c r e w

p u m p

lo c k

w a s h e r

lo c k

w a s h e r

g u a r d

c o u p lin g

in s e r t

c o u p lin g

c a p s c r e w

t im e

g e a r

c o v e r

g a s k e t

n u ts

t im e

g e a r

p u m p

c a p s c r e w

s c r e w

p u m p

lo c k

w a s h e r

lo c k

w a s h e r

g u a r d

c o u p lin g

in s e r t

c o u p lin g

c a p s c r e w

t im e

g e a r

c o v e r

g a s k e t

n u ts

t im e

g e a r

p u m p

Gambar 2.15 : Gambar pompa Roda gigi yang digeraknan oleh motor listrik dengan partsnya

(17)

Gambar 2.5: Susunan konstruksi pompa roda gigi untuk sistem pelimas yang digerakkan denga mesin itu sendiri

(18)

2.1.3 Unjuk kerja dan kondisi normal pompa

Gambar 2.15 Perbandingan unjuk kerja pompa dinamik dan pergeseran positifnpada kekentalan berbeda .

(19)

(20)

Gambar 2.15 menunjukkan perbandingan unjuk kerja pompa dinamik dan pergeseran positif pada kekentalan berbeda dan unjuk kerja pompa sentrifugal pada putaran konstan.

Sedangkan Gambar 2.16 mengilustrasikan unjuk kerja pompa sentrifugal tunggal pada putaran bervariasi dan unjuk kerja pompa sentrifugal pada berbagai diameter impeler pada putaran konstan (1170 rpm).

(21)

Gambar 2.16 : Unjuk kewrja pompa dengan berbagai diameter impeler dengan putaran konstan ( 1170 Rpm )

(22)

Kavitasi adalah problem yang dapat terjadi pada sebuah pompa air. Kavitasi adalah adanya peronggaan pada permukaan impeler/sudu pompa atau turbin yang disebabkan adanya tubrukan gelembung-gelembung uap air yang muncul akibat pendidihan air pada temperetur rendah akibat tekanan airnya di bawah tekanan jenuhnya. NPSH (net positif suction head) (Gambar 2.8) adalah head yang dibutuhkan di sisi inlet pompa agar kavitasi atau pendidihan dapat dicegah. Harganya diketahui dari persamaan:

dimana pi= tekanan inlet, pv=tekanan jenuh uap air dan Vi=kecepatan inlet. Oleh

sebab itu, secara kasar, posisi pompa air harus terletak kurang dari 10 meter dari atas permukaan air untuk mencegah kavitasi. Jika lebih dari itu, pompa harus diturunkan dekat permukaan atau direndam di dalam air atau menggunakan pompa jet.

(23)

Gambar 2.17: Unjuk kerja pompa sentrifugal gabungan seri dan paralel,

Gambar 2.9 memperlihatkan karakteristik pompa sentrifugal yang digabung dalam susunan seri dan paralel. Susunan paralel menghasilkan debit yang lebih besar,

(24)

2.1.4 Gangguan dan trouble shooting pompa

Trouble shooting merupakan proses pemikiran / pertimbangan yang didukung pengambilan kesimpulan dan mengatasi gangguan. Tujuan trouble shooting adalah usaha untuk mencari dan menentukan penyebab gangguan serta mencari cara mengatasi gangguan. Persiapan sebelum melakukan trouble shooting antara lain:

1. Tersedianya buku petunjuk / instruction manual dari peralatan / PLTA

2. Menguasai prinsip kerja sistem generator, sistem penguat, sistem battery / DC system, sistem kontrol dan pengaman, sistem hidrolik / minyak tekan, sistem pelumas, sistem udara tekan, sistem pendingin, sistem turbin, dan lain-lain. 3. Tersedianya laporan operasi, log book dan lainnya yang diperlukan

4. Mencari/menelusuri dengan sistematis terhadap objek yang mengalami penyimpangan dari standarnya

5. Mengusahakan supaya gangguan yang telah diperbaiki tersebut tidak terulang lagi.

Dalam melaksanakan trouble shooting perlu diketahui :

1. Sistem-sistem yang ada termasuk wiring / piping diagram-nya 2. Konstruksi dan bagian-bagiannya

3. Batasan-batasan ukuran (dimensi), penyetelan (setting) dan kelonggaran (clearance)

4. Indikasi yang muncul sewaktu gangguan.

Berikut ini adalah diagram yang memuat gangguan umum dan cara mengatasinya (trouble shooting) untuk berbagai pompa biasa dan pompa benam berdasarkan Sularso et al. [1987].

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

2.2 Kompresor

Kompresor adalah alat yang dapat menambahkan energi kepada uap atau gas sehingga dapat mengalir. Klasifikasi alat untuk mengalirkan uap atau gas menurut tekanan, yaitu:

(35)

Gambar 2.18: Blower sentrifugal

Fan : Tekanan keluar ≤ 1 psi Blower (Gambar 2.10) : Tekanan keluar ≤ 35 psi Kompresor : Tekanan keluar > 35 psi Kompresor torak : Tekanan keluar > 50 psi

(36)

Seperti pada pompa, kompresor juga diklasifikasikan pada berbagai kategori seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.11.

[Parker Hannifin Co, 1980]

Gambar 2.19: Klasifikasi kompresor

Hal-hal yang perlu diketahui tentang sebuah kompresor, misalnya untuk pemilihannya:

1. Maksud penggunaan kompresor. 2. Tekanan isap.

3. Tekanan keluar.

4. Jenis dan sifat-sifat gas yang ditangani. 5. Temperatur dan kelembaban gas.

(37)

PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN _{POMPA DAN KOMPRESSOR} 7. Peralatan untuk mengatur kapasitas (jenis, otomatik atau manual, bertingkat

banyak).

8. Cara pendinginan (dengan udara atau dengan air). Muka, temperatur, dan tekanan air pendingin, bila dipakai pendinginan air.

9. Sumber tenaga (frekuensi, tegangan, kapasitas daya dari sumber) 10. Kondisi dan lingkungan tempat instalasi.

11. Jenis penggerak mula (motor listrik atau motor bakar torak) 12. Putaran penggerak mula.

13. Jenis kompresor:

– Pelumasan minyak atau bebas minyak. – Kompresor torak atau putar.

– Jumlah tingkat kompresi. – Permanen atau portabel. 14. Jumlah kompresor

(38)

Prinsip kerja sebuah kompresor torak diilustrasikan pada Gambar 2.20. Komponen utama kompresor torak adalah sisi inlet, sisi outlet, torak, silinder dan katup. Udara masuk terisap oleh gerakan torak menjauhi sisi masuk. Pada saat ini katup inlet terbuka penuh dan katup outlet tertutup penuh. Ketika torak melakukan gerakan kompresi, maka katup inlet tertutup dan udara menjadi bertekanan tinggi karena terkompresi (volumenya berkurang). Ketika langkah kompresi hampir berakhir, maka katup outlet terbuka untuk mengeluarkan udara yang bertekanan tinggi tersebut yang diteruskan ke tabung/tangki pengumpul. Proses ini terjadi berulang terus pada kecepatan yang sangat tinggi.

Gambar 2.21: Kompresor torak (kiri) tunggal dan (kanan) duplex [Ingersoll-Rand]

Untuk menaikkan tekanan dari kompresor torak tunggal, maka kompresor tingkat kedua digunakan. Udara yang bertekanan yang keluar dari kompresor pertama akan masuk ke dalam kompresor kedua. Dua buah kompresor yang dipasang seri ini disebut dengan kompresor duplex (Gambar 2.13). Untuk mengurangi daya yang dibutuhkan kompresor, maka sebelum dimasukkan ke kompresor tingkat dua, udara dari kompresor tingkat pertama didinginkan terlebih dahulu dengan alat yang disebut dengan intercooler (pendingin antara) (lihat Gambar 2.14).

(39)

[Parker Ha nnifin C o, 1980] [Parker Ha nnifin C o, 1980]

(40)

2.2.2 Susunan konstruksi kompresor

Gambar 2.24 : memperlihatkan dua instalasi kompresor torak. Kompresor sebelah kiri digunakan secara berkala untuk kegiatan-kegiatan pemeliharaan di PLTD, sedangkan yang kedua dipakai terus menerus untuk mensuplai udara tekanan ke tangki accumulator (pressure tank) yang termasuk sistem kontrol yang menggerakkan regulating ring servomotor pengatur guide vane.

(41)

Gambar 2.25 : Kompresor untuk Pengisian tabung udara 2.2.3 Unjuk kerja dan kondisi normal kompresor

(42)

Karakeristik sebuah kompresor torak dapat dilihat pada diagram P-V yang diilustrasikan pada Gambar 2.16. Terlihat bahwa pada kondisi torak mencapai titik terjauh dari pusat putaran poros engkol, tekanan gas maksimal terjadi. Unjuk kerja sebuah kompresor satu tingkat berdaya 37 kW dapat dilihat pada Gambar 2.16. Pada gambar tersebut terlihat, bahwa efisiensi volumetris dan volume udara menurun dengan kenaikan tekanan keluaran kompresor, sedangkan efisiensi adiabatis meningkat. Kenaikan tekanan ini juga mengakibatkan daya yang dibutuhkan poros kompresor meningkat.

(43)

2.2.4 Gangguan dan trouble shooting kompresor

Berikut ini adalah daftar gangguan yang sering terjadi pada sebuah kompresor beserta gejala, penyebab dan prosedur tindakan perbaikannya.

(44)

(45)

(46)

(47)

2.3 Motor Penggerak

Untuk menggerakkan pompa atau kompresor diperlukan motor penggerak yang umumnya menghasilkan kerja mekanik dalam bentuk putaran. Putaran motor penggerak seperti ini akan ditransmisikan dengan sebuah poros ke pompa atau kompresor. Daya mekanis poros dapat dihitung dengan persamaan:

60 2 nT

T

P_m = ω= π

dimana:

Pm = daya mekanis, Watt T = torsi poros, N.m

ω = kecepatan sudut poros, 1/s N = jumlah putaran per menit, rpm

2.3.1 Jenis dan prinsip kerja motor penggerak

Penggerak utama (prime mover) untuk pompa dan kompresor dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Motor Listrik a. Motor AC

i. Motor induksi sangkar bajing ii. Motor induksi wound

iii. Motor sinkron b. Motor DC

2. Motor Bakar a. Diesel b. Bensin c. Gas

(48)

4. Turbin

a. Turbin uap b. Turbin air c. Turbin gas

(49)

(50)

Gambar 2.28, 2.29, 2.30 memperlihatkan beberapa penggerak mula untuk pompa atau kompresor. Motor listrik adalah alat yang mengkonversikan / merubah energi listrik menjadi energi gerak (mekanik), biasanya energi mekanik putaran. Motor bakar adalah mesin pembakaran dalam yang merubah energi termal untuk membangkitkan gerakan (energi mekanik) dengan cara membakar campuran bahan bakar dan oksigen yang ada di udara.

Motor bakar yang paling sering digunakan adalah motor bakar berbahan bakar petrol dan minyak diesel (solar).

Mesin uap menggunakan tekanan uap untuk menghidupkan mekanisme yang menggerakkan pompa atau kompresor.

(51)

Gambar 2.32 : Gambar Motor induksi Woud Rotor

Motor AC, motor induksi ( Gambar 2.31 ) adalah paling banyak digunakan untuk motor listrik pompa. Motor ini terdiri dari wound stator konvensional dengan sejumlah kutub dan phase dan rotor dengan batang cor atau kuningan yang ditanam pada rotor. Motor ini beroperasi pada putaran di bawah kecepatan putaran sinkron dengan slip atau rpm tertentu, yang dapat dihitung dengan:

Kecepatan sinkron = N = f x 60 x 2/p dimana:

p = jumlah kutub (pole)

f = frekuensi daya jaringan, Hz N = Kecepatan, rpm.

(52)

dimana s = rpm slip.

Power factor motor, PF dihitung dengan persamaan:

PF=100 cos θ

dimana θ = sudut antara tegangan dan arus pada terminal motor (leading atau lagging).

Efisiensi motor pada tegangan, frekuensi dan dayakuda diperoleh dengan persamaan berikut:

Efisiensi% = Daya keluaran poros/daya masukan listrik x 100 Waktu yang dibutuhkan untuk mempercepat pompa adalah:

t = WK2_{x ∆} _rpm/308T dimana:

∆ rpm = perubahan kecepatan [rpm]

t = waktu [s]

WK2_{= momen inersia total [lb-ft}2_]

(53)

(54)

Gambar 2.31. Memperlihatkan metode menstar motor sinkron dan jenis motor induksi dengan wound rotor. Gambar 2.20 menunjukkan beberapa tipe motor DC yang dapat digunakan untuk menggerakkan pompa atau kompresor.

Shunt motor Series motor Compound motor

Gambar 2.32 : Type – type motor DC

Turbin uap juga dapat digunakan sebagai penggerak utama pompa atau kompresor yang berdaya besar.

2.3.2 Susunan konstruksi motor penggerak

Gambar 2.33 memperlihatkan konstruksi dalam sebuah motor induksi dan gambar komponen-komponen sebuah motor induksi sampai kepada komponen kecilnya.

(55)

Gambar 2.3 3: Susunan konstruksi motor induksi 2.3.3 Unjuk kerja dan kondisi normal motor penggerak

(56)

[

(57)

Karakteristik umum sebuah motor induksi dapat dijelaskan dengan Gambar 2.34. Gambar 2.55a memperlihatkan karakteristik putaran terhadap torsi sebuah motor induksi sangkar bajing (squirrel cage) dan Gambar 2.36 memperlihatkan karakteristik pada motor induksi wound rotor.

2.3.4 Gangguan dan trouble shooting motor penggerak

Berikut ini adalah Tabel 2.5 daftar gejala gangguan yang sering terjadi pada motor listrik sebuah kompresor beserta penyebab dan prosedur tindakan perbaikannya. Tabel 2.5: Gejala dan penyebab gangguan serta prosedur tindakan perbaikan pada motor listrik kompresor [Sularso et al., 1987]

(58)

Gambar 2.37 berikut ini adalah diagram dari daftar gejala gangguan yang sering terjadi pada motor listrik 3-fasa sangkar bajing beserta penyebab dan prosedur tindakan perbaikannya.