Ilham Budi Santoso Moderator KBK Rotating.

Ilham Budi Santoso

Moderator KBK Rotating

Santoso_ilham@yahoo.com Ilhambudi.santoso@se1.bp.com

Definisi

y Pompa : peralatan yang digunakan untuk

memindahkan cairan dengan cara menaikkan tingkat energi cairan.

y Cara menaikkan tingkat energi :

y Menaikkan tekanan dengan mengoperasikan sejumlah tetap volume cairan di dalam suatu ruang terbatas – pompa positive displacement.

y Menaikkan tekanan dengan menggunakan sudu putar untuk menaikkan kecepatan fluida – pompa dinamik.

Kesamaan dalam Pompa

Applikasi

Applikasi

dan

_dan

Karakteristik

Aplikasi umum Pompa

Displacement

Pompa Reciprocating

y Double acting piston pump

y Diaphragm pump

Pompa Reciprocating

y Metering pump – diaphragm type.

Daya penggerak dari Motor Bakar

Pompa Reciprocating

y Pompa Diaphragma Ganda - Pneumatic

Karakteristik Aliran

-Reciprocating

Pompa Rotari

y Aksi pompa rotari disebabkan oleh gerakan relatif antara komponen rotari dengan komponen stationernya.

y Gerakan berputar komponen rotari dalam memberikan aksi pada cairan membedakan jenis pompa ini dengan pompa torak (reciprocating).

y Cocok untuk menangani kebutuhan dengan laju aliran rendah dengan tekanan atau head rendah hingga

Pompa Rotari – Single Rotor

y Vane – Sliding Vane y Flexible member – flexible liner y Progressive cavity

Pompa Rotari – Multiple Rotor

y Gear Pump – Internal Gear y Screw Pump y Lobe Pump – 3 lobes

Karakteristik Pompa Rotari

y Kapasitas aliran

berbanding lurus dengan kecepatan putar

Kapasitas aliran

hampir konstan untuk harga head bervariasi.

Karakteristik Pompa Rotari

Daya pompa

sebanding dengan differential pressure (total head pompa).

Differential pressure merupakan selisih

tekanan di sisi inlet dan di sisi outlet pompa.

Summary karakteristik

y Constanst speed Æ constant flow

y Variable head

y Not Self Priming

y Non-rotary Æ Pulsating Flow

y Tidak terpengaruh oleh SG.

y Pengaruh viskositas cairan:

y Reciprocating: Viscosity naik Æ leakage naik Æ efisiensi turun

Summary Performance

Parameter

Komponen

Utama

Tipe Rumah Pompa

y Pompa dengan rumah volute.

y Impeler membuang aliran fluida ke satu kanal spiral yang dihasilkan oleh rumah volute.

y Kanal spiral mengubah kecepatan fluida menjadi tekanan statis.

Pompa dengan rumah difuser.

Sejumlah kanal spiral pada rumah difuser untuk mengingkatkan

efisiensi perubahan kecepat fluida menjadi tekanan statis.

Impeler dan Jenis Sisi Hisap

Impeler menghisap fluida secara seimbang dan sama dari sisi kanan dan sisi kiri nya.

Kecepatan pada sisi hisapnya tinggi sehingga ekonomis untuk pompa volute horizontal dengan diameter hisap yang besar (di atas 200 mm)

Double Suction Single Suction

Banyak dipakai pada pompa

dengan kecepatan rendah pada sisi hisapnya seperti pada pompa

difuser vertikal yang impelernya terendam.

Kecepatan Spesifik (n

_s

) dan Tipe Impeler

Merupakan indeks jenis pompa

Harganya dihitung dengan persamaan

di mana n adalah kecepatan putar poros (rpm), H adalah head total (m), dan Q adalah kapasitas aliran.

Ketiga harga pada persamaan di atas (n, H dan Q) diambil pada kondisi dimana pompa beroperasi di titik efisiensi maksimum.

Pada kasus pompa double suction maka harga Q diambil setengah dari harga Q total. Demikian pula untuk pompa bertingkat banyak (multi stage) : harga H diambil pada harga

H satu tingkat saja.

4 3

H

Q

n

n

_s

=

Kecepatan Spesifik (n

_s

) dan Tipe Impeler

Contoh Perhitungan n_s

Data Pompa : Q = 10 m3_{/min, H=95 m, n=1750 rpm}

Tipe Pompa : Single-Suction, Single-Stage

Tipe Pompa : Double-Suction, Single-Stage

Tipe Pompa : Single-Suction, 2-Stage

182 4 . 30 16 . 3 1750 95 10 1750 4 3 = × = = s n 306 1 . 18 16 . 3 1750 5 . 47 10 1750 4 3 = × = = s n 129 4 . 30 24 . 2 1750 95 5 1750 4 3 = × = = s n

Kecepatan Spesifik (n

_s

) dan Tipe Impeler

Konversi n_s untuk satuan yang berbeda

Q m3_{/min l/s m}3_{/s ft}3_/min A gal/min E gal/min H m m m ft ft ft n rpm 1 4,083 0,129 2,438 6,68 6,1 0,245 1 0,0316 0,597 1,635 1,492 7,746 31,6 1 18,82 51,5 47,2 0,410 1,673 0,053 1 2,73 2,5 0,4195 0,611 0,01935 0,365 1 0,915 n_s 0,164 0,67 0,0212 0,4 1,092 1

Sarana Ahli Sejati – April 2004

n

_s

dan Desain

Impeler

Impeler untuk pompa dengan Head tinggi

biasanya n_s nya kecil

Impeler untuk pompa dengan Head rendah

Konstruksi Impeler

Tertutup (Closed) Terbuka (Open) Non-Clog

Sesuai untuk

pompa sentrifugal dengan head tinggi.

Banyak digunakan pada pompa jenis aliran

campur dengan head menengah

Cocok untuk fluida yang sering membawa benda-benda asing seperti air hujan, air limbah rumah tangga, dll. Sesuai untuk memompakan fluida yang banyak pengotornya seperti serat dan lain-lain

Kurva Karakteristik

Menunjukkan performansi pompa

Menampilkan plot :

Total Head (Total Head, TH),

Brake HorsePower (BHP) atau daya poros (Shaft Power, SP)

Efficiency (Eff)

terhadap rentang kapasitas pompa.

Kapasitas aliran pada titik efisiensi maximum dikenal sebagai aliran desain (design flow).

Kurva Karakteristik

Hea_d Efisien si SP 100 20 40 60 80 0 50 100 150 10 70 30 40 50 60 20 80 0 0 To ta l Head , m Sha ft Po w e r, kW Ef fi ci en cy , % Putaran, rpm 10 0 30 40 50 60

Kapasitas Discharge, m3/min

A

Informasi karakateristik yang biasanya disediakan oleh pembuat pompa. Karakteristik pompa bila dioperasikan pada suatu putaran konstan dengan berbagai ukuran diameter impeler dari minimum hingga maksimum.

Diameter luar impeler Head konstan NPSH konstan BHP konstan Putaran operasi Efisiensi konstan

Definisi

Definisi

,

_,

Perhitungan

_Perhitungan

dan

_dan

Pemilihan

h₁ P₁, V₁ P₂, V₂ h₂

f

h

2

h

2

2

2

V

2

P

1

h

2

2

1

V

1

P

₊

₊

₌

₊

₊

₊

ρ ρg

g

g

g

Persamaan Bernoulli

Pengertian Head

y P = tekanan lingkungan pada titik 1 dan 2 [N/m2 atau Pa]

y V = kecepatan aliran fluida pada titik 1 da n 2 [m/s]

y h = ketinggian permukaan fluida terhadapap datum [m]

y h_f = kerugian aliran akibat gesekan pada pipa yang

dinyatakan dalam tinggi permukaan air ekivalen [m]

y ρ = massa jenis fluida [kg/m3_]

y g = percepatan gravitasi [m/ s2]

f

h

2

h

2

2

2

V

2

P

1

h

2

2

1

V

1

P

₊

₊

₌

₊

₊

₊

ρ ρg

g

g

g

Pengertian Head

y P/ρg = Head tekanan di lingkungan pada titik 1 dan 2 [m] y V2/2g = Head kecepatan pada titik 1 da n 2 [m/s]

y h = Head statik [m]

y h_f = Head friksi [m]

y ρ = massa jenis fluida [kg/m3_]

y g = percepatan gravitasi [m/ s2_]

f

h

2

h

2

2

2

V

2

P

1

h

2

2

1

V

1

P

₊

₊

₌

₊

₊

₊

ρ ρg

g

g

g

Pengertian Head

Head

y Tekanan pada sembarang titik di cairan dapat dipandang sebagai akibat dari berat suatu kolom air dengan ketinggian tertentu.

y Ketinggian air tersebut dikenal sebagai head statik yang dinyatakan dalam satuan meter cairan (IS) atau feet cairan (USCS).

y Hubungan antara tekanan pada suatu titik di dalam cairan dengan head statik nya ditentukan oleh Specific Gravity (SG) cairan tersebut.

y Agar dapat dihasilkan head yang sama untuk dua cairan yang berbeda maka diperlukan tekanan yang berbeda.

Sarana Ahli Sejati – April 2004

Head Statik

y Head Buang (Discharge) Statik (A), Head Statik Total (B), Lift Hisap (Suction) Statik (C), Head Hisap Statik (D)

Sarana Ahli Sejati – April 2004

Head Statik

y Head statik diukur relatif terhadap level referensi pompa

Head Kecepatan (h

_v

) dan Head Tekanan (h

_p

)

y Head Kecepatan (velocity head, h_v) adalah head yang sebanding dengan energi cairan sebagai akibat adanya alirannya dengan kecepatan V. Atau ketinggian yang diperlukan sehingga cairan yang mengalir dari ketinggian tersebut akan memiliki kecepatan sebesar V.

y Untuk cairan yang mengalir dengan kecepatan v maka

h_v adalah :

g = gravity (32,2 ft/sec2 atau 9,8 m/sec2)

v = kecepatan aliran (ft/sec atau m/sec)

g

v

h

_v

2

kecepatan

Head

2

=

=

Head Kecepatan (h

_v

) dan Head Tekanan (h

_p

)

y Kondisi tekanan dalam tangki yang tidak sama dengan tekanan atmosfir dikenal sebagai Head Tekanan (Pressure Head).

y Tekanan vacum (di bawah tekanan) atmosfir pada

tangki hisap dan tekanan positif (relatif terhadap

atmosfir) pada tangki buang ditambahkan ke head

sistem pompa.

y Tekanan positif pada tangki hisap dan tekanan vacum

pada tangki buang harus dikurangkan dari head sistem pompa. Gravity Spesifik h_p Tekanan (psi) 2.31 (ft) Tekanan Head = = ×

Head Friksi, h

_f

y Head Friksi (Friction Head, h_f) adalah head yang dibutuhkan untuk mengatasi tahanan aliran pada pipa dan sambungan.

y Besarnya h_f tergantung pada: y diameter dan panjang pipa

y kondisi dan tipe pipa,

y jumlah dan tipe sambungan, y laju aliran (flow rate) dan y sifat cairan yang dialirkan.

Head Friksi, h

_f

y Contoh :

y Tabel h_f pada aliran cairan di pipa baja sched. 40

Head Friksi, h

_f

y Contoh: head friksi dari pemasangan elbow dan fittings

g v K h_f 2 2

Head Dinamik Total, TDH (h)

y Lift Suction dinamik total (h_s) adalah lift suction statik (h) dikurangi head kecepatan (h_v) pada

flange hisap pompa dan ditambah dengan total

head friksi (h_f) di sepanjang suction line.

h_s = h – h_v + h_f

y Head Suction dinamik total (h_s) adalah head suction statik ditambah head kecepatan (h_v) pada

flange hisap pompa dan dikurangi dengan total

head friksi (h_f) di sepanjang suction line.

Head Dinamik Total (h)

y Head buang (discharge) dinamik total (h_d) is adalah head buang statik ditambah head kecepatan (h_v) pada

flange discharge pompa dan ditambah dengan total

head friksi (h_f) di sepanjang discharge line.

y Head dinamik total (TDH) :

TDH = h_d + h_s → pada kasus lift suction TDH = h_d – h_s → pada kasus head suction

Head dan Operating Point

y Kurva H-Q menyatakan kemampuan pompa dalam menghasilkan head H pada kapasitas Q yang

ditentukan.

y Agar pompa dapat beroperasi, H harus dapat mengatasi head sistem

y Head sistem adalah head akibat hambatan aliran pada sistem pipa (hambatan pemipaan, pipeline resistance) dan head statik

y Hambatan pemipaan = head_friksi + head_velocity

y Titik potong antara Kurva H-Q dengan Kurva Sistem dikenal sebagai titik kerja (operating point) pompa.

Head dan Operating Point

Head friksi =

Head Sistem

Head dan

Operating

Point

Head dan Operating Point

Daya dan Efisiensi

y Daya pompa (water horsepower, whp) merupakan

fungsi dari head dinamik total (TDH) dan berat dari cairan yang dipompakan per satu satuan waktu.

y Berat cairan yang dipompakan persatuan waktu

dihitung dari kapasitas pompa (Q) dan Spesifik Gravity

cairan.

y Konstanta 3960 diperoleh dari pembagian 33.000 ft

pound per menit untuk satu hp dengan berat satu galon air ( 8.33 pound).

y Bila dinyatakan dalam satuan metric (Watt) maka 1 hp

Daya dan Efisiensi

y Brake horse power (bhp) merupakan daya aktual yang

diberikan ke poros pompa.

Net Positive Suction Head (NPSH)

y The Hydraulic Institute mendefinisikan NPSH

sebagai besar relatif head suction total di sisi

hisap pada level referensi pompa terhadap tekanan uap cairan yang dipompakan dan dinyatakan dalam feet absolut.

y Secara sederhana dapat dinyatakan sebagai

analisis kondisi energi pada sisi hisap (suction) pompa untuk menentukan titik tekanan terendah dimana cairan akan mulai menguap di dalam pompa.

NPSH dan NPSH required (NPSH

_R

)

y NPSH adalah ukuran dari head suction terendah dari pompa yang masih memungkinkan bagi cairan untuk tidak mendidih dan menguap.

y NPSH required adalah NPSH yang dimiliki oleh pompa yang datanya disediakan oleh produsen pembuat pompa.

y NPSH required dihasilkan dari serangkaian

NPSH Available (NPSH

_A

)

y NPSH_A adalah NPSH dari sistem di mana pompa akan

dipasang dan dioperasikan.

y Harganya ditentukan oleh head suction atau lift suction, head friksi, dan seterusnya.

y NPSH_A merupakan selisih antara head cairan saat berada di sisi hisap pompa dengan tekanan uapnya yang dinyatakan dalam satuan feet absolut.

y NPSH_A = Tekanan atmosfir (dikonversikan ke head) + head suction statik(h_s) + head pressure – tekanan uap cairan – head friksi

y Pada prakteknya, persamaan di atas disesuaikan dengan

kondisi sistem di mana pompa akan dipasang dan dioperasikan.

NPSH

_A

Head tekanan atmosfir (P) – h_s – h_f – head tekanan uap cairan

NPSH_A =

h_s

P

h_f

Head tekanan atmosfir (P) + h_s – h_f– head tekanan uap cairan NPSH_A = h_s P h_f terbuka

NPSH Available (NPSH

_A

)

NPSH

_A

h_p – h_s – h_f– head tekanan uap cairan

NPSH_A =

h_s

h_f

h_p + h_s – h_f– head tekanan uap cairan

NPSH_A =

h_s

h_f

NPSH

_A

Sifat air pada beberapa temperatur dan

ketinggian permukaan

Fahrenheit Centigrade Vapor pressure lb/in2 A Vapor pressure (Bar) A

40 4,4 0,1217 0,00839

100 37,8 0,9492 0,06546

180 82,2 7,510 0,5179

212 100 14,696 1,0135

y Kondisi yang mempengaruhi NPSH_A :

y Temperatur zat cair :

y Temperatur ↑ → NPSH _A↓

y Sifat cairan → tekanan uap :

y Tekanan uap ↑ → NPSH _A↓

y Tekanan permukaan (h_p) pada tangki hisap

y h_p ↑ → NPSH _A↑

NPSH dan Pemilihan Pompa

y

Agar pompa dapat dioperasikan maka :

NPSH Available sistem > NPSH Required pompa

y

Hydraulic Institute Standard (ANSI/HI

9.6.1) menyarankan NPSH Available 1,2

hingga 2,5 kali NPSH Required.

y

NPSH

_A

di hitung dari sistem tersedia

NPSH dan Pemilihan Pompa

y Contoh :

NPSH pada

putaran tertinggi pompa

NPSH dan Kavitasi

y Kejadian atau fenomena yang terjadi pada pompa bila NPSH Available sistem tidak mencukupi

atau lebih kecil dari NPSH required dari pompa

sehingga terjadi

gelembung-gelembung uap akibat penguapan cairan yang dipompakan.

NPSH dan Kavitasi

Untuk menghindari kavitasi :

NPSH_A instalasi diperbesar :

1. Mengurangi Head Suction Lift, bila

memungkinkan pompa dipasang submersible

2. Memperpendek saluran pipa hisap 3. Memperbesar diameter pipa hisap

4. Memperkecil kapasitas atau menurunkan

kecepetan putar

Summary karakteristik

y Constanst speed Æ Variable flow

y Fixed head (differential pressure) at flow condition

Ilham B Santoso

Santoso_ilham@yahoo.com Ilhambudi.santoso@se1.bp.com