ANALISA RANCANGAN POMPA SENTRIFUGAL DENGAN KAPASITAS TOTAL 850 M 3 /JAM UNTUK KEBUTUHAN PENGALIRAN CAIRAN ACID DI WET SULPHURIC ACID PLANT PURWAKARTA

(1)

Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014

₂₀

ANALISA RANCANGAN POMPA SENTRIFUGAL

DENGAN KAPASITAS TOTAL 850 M

3

/JAM UNTUK KEBUTUHAN

PENGALIRAN CAIRAN ACID DI WET SULPHURIC ACID PLANT

–

PURWAKARTA

Sorimuda Harahap1], Taufiqurrahman2] 1]

Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila 2]

Alumni Teknik Mesin-FTUP

ABSTRAK

Analisa terhadap 2 unit pompa instalasi pengaliran cairan acid yang tersusun secara pararel dengan tujuan untuk dapat mengetahui kinerja yang terjadi pada 2 unit pompa yang tersusun secara pararel. Penelitian ini penting di lakukan karena kinerja pompa tersebut akan dapat mempengaruhi pengaliran kebutuhan cairan acid di Wet Sulphuric Acid Plant itu sendiri. Penulis melakukan cara dengan menggunakan dua metode, yaitu tinjauan kepustakaan untuk membaca,dan menganalisa dilapangan untuk memperoleh data yang akan di analisis. Dengan diketahuinya diameter pipa primer dan diameter sekunder tiap pompa pada stasiun pompa, maka kecepatan aliran air sesungguhnya pada pipa-pipa dapat diketahui bahwa: Kecepatan Rata-rata Aliran Dalam Pipa Hisap dan Pipa Tekan Primer pada debit pipa primer Q = 850 m3/jam = 0,236 m3/detik dan diameter pipa primer Ds = 0,316 m adalah V = 3.01 m/s. Selanjutnya kecepatan Rata-rata Aliran Dalam Pipa Hisap dan Pipa Tekan Sekunder Pompa dimana debit pipa hisap dan pipa tekan sekunder pada pompa adalah QA1 = QA2 = 425 m

3

/jam = 0.118 m3/detik dan diameter dalam adalah Ds = 8.81 inch = 0.223 m adalah V = 3.02 m/s. Dari jenis pompa yang dipergunakan kesemuanya itu berjenis pompa sentrifugal yang sudah sesuai dengan putaran spesifik ( ns ) yaitu, masing-masing berkisar antara : 100 rpm sampai 700 rpm.

Kata kunci: Pompa sentrifugal, Cairan Acid I. PENDAHULUAN

Pada Wet Sulphuric Acid Plant di Purwakarta yang memiliki berbagai macam fungsi pompa untuk kebutuhan yang berbeda-beda. Pada plant ini merupakan auxillary plant yang di perbantukan untuk menampung limbah sisa hasil produksi dari plant utama yang berupa cairan molten sulpur yang mana akan di proses pencampuran cairan tersebut dengan bahan kimia lainnya serta gas alami di ikut sertakan pula dalam proses pencampuran ini. Untuk itu pengaliran yang bermula dari tempat yang terendah ke tempat paling tinggi dengan kecepatan putar pada pompa itu sendiri adalah 1450 rpm dan dengan daya keluar 41.86 kW. Dimana pengoperasian dalam bidang pengaliran fluida ini dibantu kekuatan tambahan dari blower yang tersedia, yang mana berfungsi untuk membantu mendorong gas yang akan di buang ke cerobong, sedangkan pompa mengalirkan zat cair ke penampungan sementara, di lain aspeknya juga mensirkulasikan kembali fluida tersebut yang mana masih bersifat belum netral (racun), dimana proses ini asalnya dari zat-zat yang telah terkondensasi oleh kondenser.

Untuk dapat mencakup kebutuhan sirkulasi cairan acid di Wet Sulphuric Acid Plant. Jumlah kebutuhan cairan acid maksimalnya sampai mencapai 425.0 m3/jam dimana kapasitas maksimumnya bisa mencapai hingga 759.0 m3/Jam, sampai tahun 2023 mendatang. Sementara tekanan yang harus dihasilkan 4.5 Bar. Untuk dapat memenuhi kebutuhan pengaliran cairan acid tersebut menggunakan 2 unit pompa sentrifugal. Dalam pengoperasian normal, pelayanan kebutuhan pengaliran cairan acid sehari-hari sudah mencukupi dilayani satu unit pompa saja. Dengan demikian penggunaan ke dua unit pompa tersebut diatur secara bergiliran.

Penulis melakukan analisa terhadap 2 unit pompa instalasi pengaliran cairan acid yang tersusun secara pararel dengan bermaksud untuk dapat mengetahui kinerja yang terjadi pada 2 unit pompa yang tersusun secara pararel. Penelitian ini penting di lakukan karena kinerja pompa tersebut akan dapat mempengaruhi pengaliran kebutuhan cairan acid di Wet Sulphuric Acid Plant itu sendiri.

(2)

₂₁

II. LANDASAN TEORI

2.1. Pengertian Dasar Pompa.

Pompa merupakan suatu jenis alat yang dapat berfungsi untuk memindahkan fluida cair dari suatu tempat ke tempat lain,dan fluida cair dapat di pindahkan dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi atau di pindahkan ke tempat yang jauh jaraknya,dengan cara menggunakan gaya tekan agar dapat mengatasi hambatan-hambatan yang di alami pada saat melakukan pemindahan zat cair .

2.2. Klasifikasi Pompa

Pompa banyak macamnya dan banyak jenisnya kita dapat menggolongkan berdasarkan kegunaannya menjadi beberapa macam kategori besar :

1. Pompa Tekanan Dinamik ( Dynamic Pump ).

Energi secara kontinu ditambah untuk dapat menaikkan kecepatan fluida di dalam pompa, yang berakibat terjadilah suatu penurunan kecepatan pada bagian keluar ( discharge ) pompa yang akan menyebabkan suatu kenaikan tekanan, salah satu jenis pompa yang termasuk dalam pompa dinamik adalah pompa sentrifugal

2. Pompa Perpindahan ( Displacement Pump).

Energi secara periodik ditambahkan dengan cara memberikan suatu gaya terhadap fluida dalam ruang pompa, maka akan dihasilkan penambahan tekanan secara langsung sampai nilai yang diinginkan untuk dapat memindahkan fluida melalui katup-katup dan saluran kedalam pipa keluar melalui lubang keluar dengan cara mengecilkan volume ruang.

2.3. Karakteristik Pompa

Disini semua besaran kurva karakteristik dinyatakan dalam persen. Titik 100% untuk harga kapasitas, head total pompa, dan daya pompa di ambil pada keadaan efesiensi maksimum.

Dari gambar terlihat bahwa kurva head kapasitas menjadi semakin curam pada pompa dengan harga ns yang semakin besar. Disini head pada kapasitas nol (shut-off head) semakin tinggi pada ns yang semakin besar, kurva karakteristik kondisi tak stabil pada head pompa skitar 140 sampai 160%.

Gambar 1 Kurva Karakteristik Pompa Volute [4]

III. METODE PENELITIAN

Penulis melakukan cara dengan menggunakan dua metode ,yaitu tinjauan kepustakaan untuk membaca,dan menganalisa dilapangan untuk memperoleh data yang akan di analisis. Adapun maksud dari tiap metode penulisan tersebut adalah sebagai tersebut :

1. Kepustakaan.

Membaca buku dan sumber referensi lainnya yang berkaitan dengan topik bahasan dengan demikian dapat di pergunakan memperkuat teori dalam pembahasan ini.

2. Analisa Lapangan.

Menganalisa dan peninjauan langsung ke tempat kejadian pengoperasian mesin tersebut. Analisa lapangan di lakukan untuk memperoleh data yang di lakukan dalam perhitungan yang akan di gunakan pada analisis dan pembahasannya.

IV. URAIAN DATA

4.1. Gambaran Secara Umum

Sumber cairan / liquid acid yang dihasilkan pada Wet Sulphuric Acid Plant di Purwakarta pada saat ini masih diperoleh dari distribusi pencampuran senyawa-senyawa kimia yang telah di proses ulang baik yang bersumber dari existing plant ataupun yang baru di proses. Sementara itu untuk pencampuran senyawa kimia lainnya seperti molten sulphur di dapat dari main line yang bersumber dari plant utama yang kemudian dialirkan melalui pendistribusian pipa hingga mencapai burner / tungku pembakaran.

(3)

₂₂

Didalam tungku pembakaran tersebut

terdapat senyawa-senyawa kimia lainnya seperti atomizing steam, diesel oil juga terdapat beragam aneka gas seperti Rich Gas dan Natural Gas. Dimana dapat kita lihat gambar dibawah ini yang lengkap beserta data temperature dan pressure yang terjadi.

Gambar 2 Proses Awal Pembakaran Senyawa Kimia

Pada saat ini total produksi cairan acid yang telah dihasilkan adalah sebesar 350 Metric Ton Per-Day (MTPD). Dimana setelah proses pembakaran yang telah terjadi pada burner tersebut dialirkan ke tabung konversi yang dikenal sebagai SO2 Converter, dimana cairan yang telah dibakar tersebut seperti di bawah ini :

SO2 + V2O5 SO3 + 2VO2 ..(1) 2VO2 + ½ O2 V2O5...(2)

Dari rangkaian senyawa kimia yang terjadi didalam tabung itu di karenakan adanya katalisator yang disebut dengan Senyawa Vanadium Pentoksida (V2O5) yang mana untuk mendapatkan gas yang benar-benar dipastikan tidak beracun lagi pada saat pelepasan oksigen disebut dengan exothermic oxidation seperti terlihat pada persamaan 1.

Setelah dari proses katalisator kemudian cairan dan gas tersebut di transfer melaui pipa yang berukuran besar untuk masuk terdahulu ke equipment kondenser, dimana pada proses disini terjadi kondensasi cairan yang masih bertemperatur tinggi tersebut melewati tubing di dalam kondenser yang bertemperatur rendah sehingga terjadi pemuaian gas. Cairan yang terjatuh karena adanya gravitasi akan masuk ke penampungan yang disebut Acid Vessel. Sedangkan senyawa gas akan di proses agar kadar gas beracunnya tidak melewati bats ambang yang ditetapkan dan akan diteruskan ke Chimney / Cerobong pembuangan. Proses ini dapat di lihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 3 Proses Menengah Pengaliran Senyawa Kimia Untuk itu cairan yang setelah di filterisasi dengan equipment yang namanya Wet Electrospitator ini membuat gas-gas yang tersaring tersebut di bantu dengan proses penyemprotan sehingga membuat cairan beracun tersebut jatuh secara gravitasi yang terjadi didalam vessel ini dan akan disirkulasikan apabila terjadi overflow atau cairan yang berlebihan. Sehingga fungsi pompa Quench Water ini benar-benar terealisasikan kinerjanya.

Distribusi dari dua jalur pipa yang berdiameter 400 mm ( 16 inch ), ditampung dalam 1 tangki air yang masing-masing memiliki diameter 5.20 m dan ketinggian tangki 15 m dengan level air maksimum 3.5 m tersebut dapat menampung cairan acid sebanyak 58 m3.

Pada ketinggian tangki cairan acid tersebut didistribusikan kepenampungan sementara yang mana akan di proses ulang karena cairan ini masih di kategorikan masih mengandung zat-zat kimia yang berbahaya bagi mahluk hidup. Maka pendistribusian cairan acid ini menggunakan sekitar 2 unit pompa sentifugal dan akan ada penambahan pompa 1 unit lagi untuk masa yang akan datang untuk peningkatan proses produksi yang tersusun secara paralel dimana digunakan untuk memenuhi debit cairan acid yang berubah-ubah tergantung waktu, walaupun kebutuhan head-nya relatif tetap, dan debit maksimal yang dibutuhkan mencapai 425 m3 per jam.

4.2. Stasiun Pompa Pengaliran Cairan Acid di Wet Sulphuric Acid Plant.

Stasiun Pompa Pengaliran Cairan Acid di Wet Sulphuric Acid Plant dapat berfungsi sebagai distribusi dan mensirkulasi ulang untuk kebutuhan proses pembersihan kadar zat kimia yang berbahya. Dimana terdapat dua stasiun pompa sentrifugal yang disusun secara paralel, dengan cara menyusun unit-unit pompa secara paralel maka kebutuhan debit yang berubah-ubah dapat terpenuhi, pada kapasitas maksimal 425 m3 per jam.

(4)

₂₃

Pada kapasitas unit-unit pompa

sentrifugal yang digunakan di Wet Sulphuric Acid Plant adalah sebagai berikut :

P 181 A : Pompa Sentrifugal dengan kapasitas 425 m3 per jam.

P 181 B : Pompa Sentrifugal dengan kapasitas 425 m3 per jam.

P 181 C : Pompa Sentrifugal (future) Dimana pompa sentrifugal yang terdapat di Wet Sulphuric Acid Plant dioperasikan secara otomatis dengan cara mengatur pompa mana saja yang akan beroperasi dan pompa mana saja yang harus dimatikan pada saat tertentu atau kapan saja. Didalam pengaturan sistem otomatis berdasarkan kapasitas minimal 6,5 m3 per jam, hingga mencapai kapasitas maksimal 759 m3 per jam. Maka sehubungan dengan analisa kinerja yang dilakukan pada 2 unit pompa sentrifugal secara paralel. Berikut ini adalah gambar stasiun Quench Water Pump di Wet Sulphuric Acid Plant :

Gambar 4 Detil Dua Dimensi Pompa Pengaliran Cairan Acid

Gambar 5 Detil Spesifikasi Pompa Pengaliran Cairan Acid

V. ANALISA DAN PEMBAHASAN 5.1. Kecepatan Aliran

Dengan diketahuinya diameter pipa primer dan diameter sekunder tiap pompa pada stasiun pompa, maka kecepatan aliran air sesungguhnya pada pipa-pipa dapat diketahui, dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

a. Kecepatan Rata-rata Aliran Dalam Pipa Hisap dan Pipa Tekan Primer :

Debit pipa primer Q = 850 m3/jam = 0,236 m3/detik dan diameter pipa primer Ds = 0,316 m

V =

V = 3.01 m/s

b. Kecepatan Rata-rata Aliran Dalam Pipa Hisap dan Pipa Tekan Sekunder Pompa : Debit pipa hisap dan pipa tekan sekunder pada pompa adalah QA1 = QA2 = 425 m3/jam = 0.118 m3/detik dan diameter dalam adalah Ds = 8.81 inch = 0.223 m.

V =

V = 3.02 m/s

5.2. Perhitungan Kerugian Head Pipa Hisap

5.2.1. Pipa Hisap Primer :

Jadi kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap primer :

Hf = λ .

Hf =0.021582 x Hf = 3.40613 m

1) Kerugian Head Pada Belokan ( hEL ) Kerugian head pada pipa hisap primer stasiun pompa ini menggunakan 5 unit belokan 900. f = 0.131 + 1.847 [4 Dengan D/R = 1 V = = = 3.01 m/s Θ = 900 Maka f = 0.131 + 1.847 = 0.294 m Hel = f = 0.294 X X 5 = 0.678 m

2) Kerugian Head Tee ( hTE )

Tee adalah sambungan cabang pipa berbentuk huruf T, sambungan ini digunakan untuk membuat cabang aliran pada pipa, kerugian head pada sambungan Tee merupakan kerugian

(5)

₂₄

kecil. Kerugian head akibat sambungan

ini menggunakan perhitungan persamaan sebagai berikut :

Hte = K X X banyaknya Tee, ( K= Tee = .,50 ) 6]

Pada pipa hisap primer ini terdapat 7 buah sambungan Tee yang digunakan untuk menghubungkan 8 unit pompa sentifugal yang ada menghubungkan dengan tangki reservoir. Jadi kerugian head pada sambungan Tee adalah : Hte = 1.50 X X 7

Hte = 4.849 m

3) Kerugian Head Pada Check Valve ( hCV )

Kerugian head pada Check valve merupakan kerugian kecil, kerugian head pada check valve dapat di hitung dengan menggunakan persamaan : Hcv = K X X Banyaknya Check Valve, ( K = Check Valve = 3 ) 6]

Hcv = 3 X X 3 Hcv = 4.156 m

a. Kerugian Head Pada Pipa Hisap Primer ( hiPRIMER )

Kerugian head pada pipa hisap primer merupakan jumlah kerugian head akibat gesekan dalam pipa, kerugian head pada belokan, kerugian head pada tee dan check valve pada pipa primer seperti : HiPRIMER = hf + hel + hte + hcv

HiPRIMER = 3.40613 m + 0.678 m + 4.849 m + 4.156 m

HiPRIMER = 13.08913 m

5.2.2. Pipa Hisap Sekunder :

Jadi kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap :

Hf = λ .

Hf = 0.02224 X

Hf = 4.4042 m

1) Kerugian Head Pada Belokan ( hEL )

Kerugian head pada pipa hisap sekunder stasiun pompa ini menggunakan 2 unit belokan 900. f = 0.131 + 1.847 [4 Dengan D/R = 1 V = = = 3.02 m/s Θ = 900 Maka f = 0.131 + 1.847 = 0.294 m Hel = f = 0.294 X X 2 = 0.273 m.

2) Kerugian Head Tee ( hTE )

Tee adalah sambungan cabang pipa berbentuk huruf T, sambungan ini digunakan untuk membuat cabang aliran pada pipa, kerugian head pada sambungan Tee merupakan kerugian kecil. Kerugian head akibat sambungan ini menggunakan perhitungan persamaan sebagai berikut :

Hte = K X X banyaknya Tee, ( K=

Tee = 1.50 ) 6]

Pada pipa hisap sekunder ini terdapat 6 buah sambungan Tee yang digunakan untuk menghubungkan 2 unit pompa sentifugal yang ada menghubungkan dengan tangki reservoir. Jadi kerugian head pada sambungan Tee adalah :

Hte = 1.50 X X 6 Hte = 4.183 m.

3) Kerugian Head Pada Check Valve (hCV)

Hcv = K x x Banyaknya Check

Valve,(K=Check Valve = 2)

Hcv = 2 X X 2

Hcv = 1.8594 m

Jadi kerugian pada pipa hisap sekunder pompa :

(6)

₂₅

Hisekunder= Hf + Hel + Hte + Hcv

Hisekunder = 4.4042 + 0.273 + 4.183 + 1.8594 = 10.5374 m

Dengan demikian jumlah kerugian head pipa hisap sekunder adalah :

hiSEKUNDER = HiA1 + HiA2

= 5.2687 + 5.2687 = 10.5374 m

VI. KESIMPULAN

Analisa kinerja pompa instalasi pengaliran cairan acid di Wet Sulphuric Acid Plant - Purwakarta, dapat disimpulksn bahwa:

1. Pada distribusi cairan acid di Wet Sulphuric Acid Plant dengan kapasitas Q = 850 m3/jam dan tekanan 4,5 Bar, maka dapat dilakukan sndiri atau ( dikerjakan sendiri ) tanpa tambahan unit pompa lagi karena kapasitas maksimum melebihi dari pada kapasitas produksi. 2. Pada pipa hisap primer dan pipa

tekanan primer yang digunakan dapat menampung beban maksimum, dan pipa hisap dan pipa tekan primer berdiameter Ds = 0,212 m. Maka pada pipa hisap tekan sekunder sudah sesuai dengan kapasitas tiap masing-masing pompa.

3. Dari jenis pompa yang dipergunakan kesemuanya itu berjenis pompa sentrifugal yang sudah sesuai dengan putaran spesifik ( ns ) yaitu, masing-masing berkisar antara : 100 rpm sampai 700 rpm.

4. Dari sistem instalasi stasiun pompa cairan acid yang digunakan adalah sistem pompa paralel, dan terdiri dari 2 unit pompa, yang sudah memenuhi syarat dan pada tiap pompa memiliki head yang sama ( H ) = 26 m, dan tidak terjadi kavitasi berdasarkan perhitungan NPSH yang tersedia dan NPSH yang diperlukan sudah ada.

VII. DAFTAR PUSTAKA

1. DIETZEL Fritz Dakso Sriyono, Turbin Pompa dan Kompresor, Erlangga, 1992. 2. Church H. Austin dan Harahap Zulkifli, Pompa dan blower sentrifugal, Erlangga, 1993.

3. Bianchi L. W. P. Ir. Bustaman. P, Pompa, Pradnya Paramita, Jakarta, 1983.

4. Sulasro dan Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, Pemilihan, pemakaian dan pemeliharaan, Pradnya Paramita, Jakarta, 1996.

5. Ir. Bambang Suryawan, Pompa dan Kompresor, Jakarta, 1985.

6. Giles V. Ranald dan Ir. Herman W.S, Mekanika Flurida dan Hidraulika, Erlangga, Jakarta, 1993.

7. Karasik I. Igor, Pump Hand Book, Mcgrawill Book Campany, 1985