PERENCANAAN ULANG INSTALASI HIGH PRESSURE BOILER FEED PUMP PADA BLOK III PLTGU PT. PJB UP GRESIK

TUGAS AKHIR – TM 145502

PERENCANAAN ULANG INSTALASI HIGH PRESSURE

BOILER FEED PUMP PADA BLOK III PLTGU PT. PJB UP

GRESIK

AHMAD BUDI SETIAWAN NRP. 10211500000061

Dosen Pembimbing

Dedy Zulhidayat Noor, ST, MT, PhD

NIP. 19751206 200501 1 002

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN INDUSTRI Fakultas Vokasi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2018

FINAL PROJECT – TM 145502

REDESIGN INSTALATION OF HIGH PRESSURE

BOILER FEED PUMP AT BLOCK III PLTGU

PT. PJB UP GRESIK

AHMAD BUDI SETIAWAN NRP. 10211500000061 Consellor Lecture

Dedy Zulhidayat Noor, ST, MT, PhD NIP. 19751206 200501 1 002

DIPLOMA III

INDUSTRIAL MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT Faculty of Vocation

Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2018

iv

PERENCANAAN ULANG INSTALASI HIGH PRESSURE BOILER FEED PUMP PADA BLOK III PLTGU

PT. PJB UP GRESIK

Nama Mahasiswa : Ahmad Budi Setiawan

NRP : 10211500000061

Jurusan : Dept. Teknik Mesin Industri FV-ITS

Dosen Pembimbing : Dedy Zulhidayat Noor, ST, MT, PhD

Abstrak

PLTGU adalah gabungan antara PLTG dengan PLTU, dimana panas dari gas buang yang berasal dari turbin gas pada PLTG dimanfaatkan untuk memanaskan air hingga menjadi uap dimana uap tersebut digunakan sebagai fluida kerja turbin uap pada PLTU. Bagian yang digunakan untuk menghasilkan uap tersebut adalah Heat Recovery Steam Generator (HRSG), yang mendapat pasokan air dari Feed Water System. Pada instalasi feed water system PLTGU PT. PJB UP Gresik dituntut untuk mendistribusikan demineralized water (𝐻2O murni) dari deaerator menuju HRSG tepatnya pada economizer sebelum nantinya akan menjadi gas uap (steam). Terdapat dua perbedaan tekanan yaitu low pressure dan high pressure.

Pada tugas akhir ini merencanakan ulang instalasi pompa yang sesuai untuk High Pressure Boiler Feed Pump. Perhitungan kecepatan dilakukan untuk menyesuaikan dengan kecepatan yang diizinkan, dengan melakukan perencanaan ulang perubahan diameter pipa yang ada dilapangan.

Pada analisis perhitungan ulang dan pemilihan pompa ini, didapatkan head effektif instalasi untuk High Pressure Boiler Feed Pump (Heff) sebesar 1071,013 m, kapasitas sebesar 0,05834 𝑚3_/s, dan daya pompa sebesar 763,751 kW. serta didapatkan efisiensi sebesar 78%, Sehingga dari hasil perhitungan-perhitungan tersebut dapat dipilih pompa sentrifugal multi stage (9 stage), merk Sulzer Weise Pump dengan type GSG 100-290/9.

Kata kunci : High Pressure Boiler Feed Pump, kecepatan yang

v

REDESIGN INSTALATION OF HIGH PRESSURE

BOILER FEED PUMP AT BLOCK III PLTGU

PT. PJB UP GRESIK

Student's Name : Ahmad Budi Setiawan

Student's Number : 10211500000061

Department : Dept. of Mechanical Industry FV-ITS

Academic Advisor : Dedy Zulhidayat Noor, ST, MT, PhD

Abstract

PLTGU is a combination of PLTG with PLTU, where the heat from the exhaust gas coming from gas turbines in PLTG is used to heat the water up to steam where the steam is used as a steam turbine working fluid in PLTU. The part used to produce the steam is the Heat Recovery Steam Generator (HRSG), which gets water supplies from the Feed Water System. On the installation of feed water system PLTGU PT. PJB UP Gresik is required to distribute demineralized water (𝐻2O) from deaerator to HRSG precisely to the economizer before it will become steam gas. There are two difference of pressure that is low pressure and high pressure.

In this final project re-plan the appropriate pump installation for High Pressure Boiler Feed Pump. Speed calculations are performed to adjust to permitted speeds, by re-planning the pipe diameter changes in the field.

In the recalculation analysis and selection of pumps, an effective installation head for High Pressure Boiler Feed Pump (Heff) was 1071,013 m, capacity of 0.05834 𝑚3/s, and pump power of 763,751 kW. and obtained the efficiency of 78%, so that the results of these calculations can be selected multi stage stage centrifugal pump (9 stage), Sulzer Weise Pump brand with type GSG 100-290 / 9

Keywords : High Pressure Boiler Feed Pump, permitted speed, installation head, capacity, and power.

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT, serta tak lupa sholawat dan salam saya ucapkan kepada Rasullullah Muhammad SAW, serta para sahabatnya. Berkat rahmat dan karunia Allah SWT sehingga, penulis buku ini dapat menyelesaikan seluruh pengerjaan tugas akhir dengan

judul:

“

PERENCANAAN ULANG INSTALASI HIGH PRESSURE

BOILER FEED PUMP PADA BLOK III PLTGU PT. PJB UP GRESIK”

Tersusunnya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan dan kerja sama yang baik dari semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung terlibat di dalam Tugas Akhir ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih kepada:

1.

Bapak Dedy Zulhidyat Noor, ST, MT, PhD. Selaku

dosen wali dan dosen pembimbing tugas akhir saya di jurusan Departemen Teknik Mesin Industri FV-ITS yang telah sabar dan telaten memberi bimbingan serta ilmu-ilmu yang bermanfaat sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.

2.

Bapak Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT. Selaku kepala

Departemen Teknik Mesin Industri FV-ITS.

3. Bapak Ir Suhariyanto MT. Selaku koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Mesin Industri FV-ITS 4. Bapak-/Ibu dosen dan Karyawan Departemen Teknik

Mesin Industri FV-ITS yang telah memberikan kritik dan saran dalam penyempurnaan dan pengembangan Tugas Akhir ini., yang telah memberikan ilmunya dan membantu selama duduk dibangku kuliah.

5. Bapak Mas’ud dan Ibu Mas’udah sebagai orang tua penulis serta seluruh keluarga lain penulis yang telah memberi dukungan moril dan materil serta do’a yang tak pernah putus selama ini.

6. Bapak Rudi Dwi Prasetio dan Mas Udin selaku pembimbing lapangan pada saat pengambilan data,

vii

beserta seluruh karyawan PT. PJB UP GRESIK atas bantuam dan kepercayaan yang telah diberikan.

7. Nuzulur Rohman, selaku partner dalam pengerjaan tugas akhir ini.

8. Teman-teman kontrakan Gebang Wetan Gg 3B yang senantiasa memberi dukungan seamangat serta masukan bagi penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini.

9. Teman-teman D3MITS khususnya angkatan 2015,terima kasih atas bantuan dan dukungannya. 10. Serta semua pihak yang belum tertulis yang telah

berperan dalam pengerjaan laporan ini.

Semoga segala keikhlasan dan beribu kebaikan yang telah diberikan mendapatkan balasan yang terbaik dari Allah SWT.

Saya sebagai makhluk Allah SWT, manusia biasa, saya menyadari bahwasannya penulisan ini masih terdapat beberapa kesalahan, keterbatasan serta kekurangan. Oleh karena itu , saya mengharapkan kritik dan saran sebagai masukan untuk penulis dan kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga dengan penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.

Surabaya, 9 Juli 2018

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN JUDUL ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

ABSTRAK INDONESIA ... iv

ABSTRAK INGGRIS ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL …... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Tujuan Penulisan ... 3 1.5 Manfaat Penulisan ... 3 1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1 Tinjauan Umum Pompa ... 5

2.2 Klasifikasi Pompa ... . 5

2.2.1 Pompa Positive Displacement ... 6

2.2.2 Pompa Non Positive Displacement ... 8

2.3 Pompa Sentrifugal ... 9

2.4 Komponen Pompa Sentrifugal ... 10

2.5 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal ... 13

2.6 Jenis Aliran Fluida ... 14

2.6.1 Aliran Viscous ... 15

2.6.2 Aliran Laminar dan Turbulen ... 15

2.6.3 Aliran Internal ... 16

2.6.4 Aliran Incompressible ... 18

2.7 Persamaan Kontinuitas ... 19

ix

2.9 Tinggi – Tekan (Head) ... 23

2.10 Persamaan Bernoulli ... 24

2.11 Head Effektif Instalasi Pompa ... 28

2.11.1 Head Statis ... 29

2.11.2 Head Ketinggian ... 30

2.11.3 Head Dinamis ... 31

2.12 Net Positive Suction Head (NPSH) ... 36

2.12.1 Net Positive Suction Head Available (NPSHA) ... 36

2.12.2 Net Positive Suction Head Required (NPSHR) ... 37

2.13 Kurva Karakteristik Pompa ... 37

2.13.1 Karakteristik Utama ... 37

2.13.2 Karakteristik Kerja ... 38

2.13.3 Karakteristik Universal ... 39

2.13.4 Titik Operasi Pompa ... 40

2.14 Penentuan Pemilihan Pompa ... 41

2.14.1 Penentuan Putaran Spesifik dan Bentuk Impeller ... 41

2.14.2 Penentuan Pemilihan Pompa Berdasarkan Perhitungan Head dan Kapasitas ... 43

2.15 Daya Penggerak ... 44

2.15.1 Daya Pompa / Daya Fluida (WHP) ... 44

2.15.2 Daya Poros (Pshaft) ... 45

2.15.3 Nominal Penggerak Mula ... 46

2.16 Sistem Perpipaan ... 47

2.16.1 Material Pipa ... 47

2.16.2 Kode dan Standar Pipa ... 48

2.17 Software Pipe Flow Expert ... 49

BAB III METODOLOGI ... 50

3.1 Persiapan Awal ... 50

3.2 Pengambilan Data ... 51

3.3 Data Hasil Survey ... 51

3.3.1 Data Fluida ... 51

3.3.2 Data Reservoir ... 51

3.3.3 Data Pompa ... 52

x

3.3.5 Data Fitting & Aksessoris ... 53

3.4 Perhitungan ... 53

3.5 Pemilihan Pompa ... 54

3.6 Urutan Pengerjaan menggunakan Flow Chart ... 53

3.6.1 Diagram Alir Perhitungan Manual ... 53

3.6.2 Diagram Alir Pemograman Perhitungan Numerik . ... 57

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 58

4.1 Pengertian Umum ... 58

4.2 Perencanaan Sistem Distribusi Demineralized Feed Water ... 58

4.2.1 Kebutuhan Demineralized Feed Water ... 58

4.2.2 Perhitungan Sistem Distribusi Demineralized Feed Water Sesuai Kondisi di Lapangan ... 60

4.2.2.1 Pengecekan Diameter Instalasi Perpipaan ... 61

4.2.2.1.1 Perhitungan Kecepatan Aliran pada Setiap Section 61 4.2.3 Perhitungan Head Effektif Instalasi ... 64

4.2.3.1 Perhitungn Head Statis ... 65

4.2.3.2 Perhitungan Head Dinamis ... 66

4.2.3.3 Perhitungan Head Loss Total Instalasi ... 67

4.2.3.3.1 Perhitungan Head Loss Mayor pada Pipa dari Section A-B ... 67

4.2.3.3.2 Perhitungan Head Loss Minor pada Pipa dari Section A-B ... 69

4.2.3.4 Head Effektif Instalasi Pompa ... 75

4.2.4 Checking Kondisi Perhitungan Menggunakan Software Pipe Flow Expert ... 75

4.2.4.1 Langkah-langkah permodelan dan simulasi dengan Software Pipe Flow Expert ... 75

4.2.4.2 Perhitungan Secara Permodelan Numerik ... 76

4.2.4.3 Perbandingan Head Efektif Teoritis (Heff) dengan Head Efektif Numerik (Heff PFE) ... 78

4.2.5 Net Positive Suction Head Available (NPSHA) ... 79

4.3 Daya Penggerak ... 80

4.3.1 Daya Fluida / Water Horse Power (WHP) ... 80

xi

4.3.3 Daya Nominal Penggerak ... 83

4.4 Pemilihan Pompa ... 85

4.4.1 Pemilihan Pompa Berdasarkan Perhitungan Head dan Kapasitas ... 85

4.4.2 Perhitungan Putaran Spesifik Pompa (ns) ... 86

4.5 Kurva Karakteristik Pompa ... 90

BAB V KESIMPULAN ... 92 5.1 Kesimpulan ... 92 5.2 Saran ... 93 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BIODATA PENULIS

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Klasifikasi pompa 6 Gambar 2.2 Klasifikasi pompa positive displacement 7 Gambar 2.3 Klasifikasi pompa non positive displacement 8 Gambar 2.4 Komponen Utama pompa sentrifugal 11 Gambar 2.5 Bagian aliran fluida di dalam pompa

sentrifugal ... 13 Gambar 2.6 Klasifikasi jenis fluida 15 Gambar 2.7 Profil kecepatan aliran memasuki pipa 17 Gambar 2.8 Persamaan kontinuitas dengan volume atur 21 Gambar 2.9 Metode mengukur head 24 Gambar 2.10 Kontrol volume dan koordinat untuk analisis aliran energy yang melewati elbow 900 ₂₅

Gambar 2.11 Head efektif instalasi 28 Gambar 2.12 Instalasi suction lift 30 Gambar 2.13 Instalasi suction head 31 Gambar 2.14 Moody Diagram 34 Gambar 2.15 Nilai koefisien (k) berbagai jenis fitting 36 Gambar 2.16 Karakteristik Utama 38 Gambar 2.17 Karakteristik Kerja 39 Gambar 2.18 Karakteristik Universal 40 Gambar 2.19 Titik operasi pompa 41 Gambar 2.20 Diagram jenis pompa berdasarkan putaran

Spesifik………. 42 Gambar 2.21 Putaran spesifik dan bentuk impeller 42 Gambar 2.22 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa 44 Gambar 2.23 Efisiensi standar pompa 41 Gambar 2.24 Penampang pipa software pipe flow expert……. 49 Gambar 3.1 High Perssure Boiler Feed Pump Blok III PLTGU

PT. PJB UP Gresik 52

Gambar 3.2 Diagram alir tugas akhir 54 Gambar 3.3 Diagram alir pemrograman pipe flow expert 57 Gambar 4.1 Skema suction head pompa 64 Gambar 4.2 Iterasi Colebrook pada Ms. Excel pipa pada

section A-B 69

xiii

Feed Pump 76

Gambar 4.4 Instalasi pompa setelah di calculate 77 Gambar 4.5 Hasil Setelah di calculate 78 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara kapasitas dan efisiensi... 82 Gambar 4.7 Grafik pemilihan pompa... 85 Gambar 4.8 Hubungan putaran spesifik dengan jenis impeller pompa …………... 87 Gambar 4.9 Harga putaran spesifik... 88 Gambar 4.10 Kurva karakteristik pompa tipe

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Faktor Cadangan 47 Tabel 2.2 Efisiensi Transmisi 47 Tabel 4.1 Data Diameter Pipa dan Kapasitas pada Setiap

Section 61

Tabel 4.2 Recommended Velocities of Fluids in Pipelines 61 Tabel 4.3 Perhitungan Kecepatan Setiap Section 64 Tabel 4.4 Perhitungan Head Loss Mayor 71 Tabel 4.5 Perhitungan Head Loss Minor pada Pipa

Section B-C 72

Tabel 4.6 Perhitungan Head Loss Minor pada Pipa

Section C-D 72

Tabel 4.7 Perhitungan Head Loss Minor pada Pipa

Section D-E 72

Tabel 4.8 Perhitungan Head Loss Minor pada Pipa

Section E-F 73

Tabel 4.9 Perhitungan Head Loss Minor pada Pipa

Section F-G 73

Tabel 4.10 Perhitungan Head Loss Total pada Setiap Section 74 Tabel 4.11 Faktor Cadangan 83 Tabel 4.12 Efisiensi Transmisi 84

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan di bidang industri, bidang teknologi dan bidang properti pada akhir-akhir periode ini sangat pesat. Hal ini sangat berimbas pada naiknya kebutuhan akan tenaga listrik. Dengan melihat perkembangan tersebut, maka perlu adanya suatu peningkatan dalam hal produksi tenaga listrik dalam suatu negara. Produksi ini tidak hanya semata-mata menitikberatkan pada kapasitas daya yang mampu dihasilkan, tetapi juga dalam hal perkembangan teknologi khususnya hal perekayasaan mesin, sistem operasi, serta hal pemeliharaan dalam memproduksi tenaga listrik tersebut. Salah satunya pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) PT. PJB UP Gresik.

PLTGU adalah gabungan antara PLTG dengan PLTU, dimana panas dari gas buang yang berasal dari turbin gas pada PLTG dimanfaatkan untuk memanaskan air hingga menjadi uap dimana uap tersebut digunakan sebagai fluida kerja turbin uap pada PLTU. Bagian yang digunakan untuk menghasilkan uap tersebut adalah Heat Recovery Steam Generator (HRSG), yang mendapat pasokan air dari Feed Water System. Pada instalasi feed water system Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) PT. PJB UP Gresik dituntut untuk mendistribusikan demineralized water (H2O murni)

dari deaerator menuju HRSG (Heat Recovery Steam Generator) tepatnya pada economizer sebelum nantinya akan menjadi gas uap (steam). Terdapat dua perbedaan tekanan yaitu low pressure dan high pressure. Sehingga diperlukan pemilihan pompa yang sesuai dengan kondisi untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Sesuai dengan kondisi di atas, maka diperlukan perencanaan ulang instalasi pompa yang mampu mengatasi kerugian-kerugian hidrolis selama proses pendistribusian demineralized water (H2O murni),

2

1.2 Perumusan Masalah

Selama proses Feed Water System beroperasi, maka H2O

murni harus terus dialirkan secara kontinyu agar tidak terjadi kekurangan suplai air pada Feed Water System. Pada instalasi perpipaan pompa sentrifugal, kecepatan aliran di dalam pipa harus sesuai dengan kecepatan aliran yang diizinkan berdasarkan fluida kerjanya. Kecepatan aliran baik di sisi suction maupun discharge harus sesuai dengan range yang ada. Apabila tidak diperhatikan maka dapat merusak komponen yang ada dalam Feed Water System sehingga pada akhirnya dapat menyebabkan penurunan produksi listrik yang dihasilkan. Maka dari itu dibutuhkan pompa yang dapat menyuplai H2O murni dengan temperatur, tekanan, dan

kapasitas secara kontinyu sesuai dengan kondisi yang ada di lapangan.

Mengingat pentingnya Boiler Feed Pump, penulis ingin mempelajari salah satu pompa yaitu High Pressure Boiler Feed Pump. Bagaimana cara merancang ulang instalasi High Pressure Boiler Feed Pump dengan kecepatan yang diizinkan, kapasitas dan head yang diinginkan untuk mengalirkan H2O murni sehingga pada

akhirnya dapat menentukan jenis pompa yang tepat untuk digunakan dalam proses pemompaan Feed Water System.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah yang digunakan untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

a. Pompa yang dianalisa adalah pompa High Pressure Boiler Feed Pump pada instalasi Feed Water System di Blok III PLTGU PT. PJB UP Gresik.

b. Perhitungan head efektif instalasi pada pompa High Pressure Boiler Feed Pump dimulai dari deaerator sampai menuju header sebelum masuk HRSG pada Blok III PLTGU PT. PJB UP Gresik.

c. Diasumsikan instalasi terisolasi dengan baik sehingga tidak ada perpindahan panas yang terjadi.

3

d. Fluida kerja yang digunakan adalah Demineralized Water yang bersuhu konstan.

e. Fluida kerja bersifat incompressible flow dengan aliran steady state, steady flow, dan fully develope.

f. Pembahsan membandingkan antara perhitungan manual dan perhitungan numerik menggunakan software Pipe Flow Expert

1.4 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah:

a. Perencanaan ulang instalasi pompa yang di dalamnya menyangkut pemilihan diameter pipa dan jenis pipa yang sesuai dengan kecepatan aliran yang diizinkan.

b. Menghitung head efektif instalasi pompa. c. Pemilihan pompa beserta daya yang dibutuhkan.

d. Analisis perhitungan menggunakan perhitungan manual dan dibandingkan dengan perhitungan numerik menggunakan software Pipe Flow Expert.

1.5 Manfaat Penulisan

Dengan dilakukannya perencanaan ulang instalasi High Pressure Boiler Feed Pump ini:

a. Diharapkan adanya suatu hasil yang dapat menjadi masukan bagi perusahaan sebagai informasi dalam kepentingan operasional.

b. Diharapkan dapat berguna dan memberi masukan untuk menambah pengalaman dan pengetahuan bagi penulis dan pembaca tugas akhir ini tentang pompa sentrifugal.

c. Dapat dijadikan masukan dan informasi bagi pihak lain.

1.6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

4

1. BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan dan sistematika penulisan.

2. BAB II :TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi teori-teori yang menunjang pelaksanaan penelitian, perhitungan, dan pemecahan masalah yang berguna untuk menganalisis data yang diperoleh. 3. BAB III : METODOLOGI

Bab ini menjelaskan data-data yang diperoleh dari survei di lapangan dan diagram alir proses penulisan tugas akhir secara umum.

4. BAB IV : PEMBAHASAN

Bab ini memuat perhitungan kapasitas, kecepatan aliran yang diizinkan, head loss, head efektif instalasi, daya yang dibutuhkan, efisiensi dan pemilihan pompa.

5. BAB V : PENUTUP

Bab ini membahas kesimpulan dan saran dari hasil perhitungan. Kesimpulan memuat pernyataan singkat dan tepat dari hasil perhitungan dan pembahasan. Saran memuat masukan-masukan yang bermanfaat dan sebagai tinjauan untuk perancangan atau perhitungan

berikutnya. 6. LAMPIRAN

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Umum Pompa

Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek.

Prinsip kerja pompa yaitu memberikan perbedaan tekanan antara bagian suction (hisap) dan bagian discharge (tekan) dengan cara mentransfer energi mekanis dari suatu sumber energi dari luar (motor listrik, motor bakar, turbin, dan lain-lain) untuk dipindahkan ke fluida kerja yang dilayani. Adapun fluida cair yang dapat dilayani oleh pompa berupa air, minyak, maupun bahan kimia. Macam-macam jenis fluida ini akan mempengaruhi kinerja dan jenis pompa yang digunakan karena setiap fluida memiliki properti yang berbeda.

Pada umumnya pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat rendah ke tempat lain yang lebih tinggi tempatnya dan lebih tinggi tekanannya ataupun untuk sirkulasi. Dalam suatu industri, penggunaan pompa sebagai sarana penunjang dari industri proses. Contoh aplikasi pompa dalam dunia industri yaitu sebagai sikulasi cairan pendingin, mentransfer bahan mentah, bahan setengah jadi, injeksi bahan kimia, serta untuk keperluan lainnya.

2.2

Klasifikasi Pompa

Berdasarkan prinsip kerja dalam memindahkan cairan yang dipompakan, pompa dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu

referensi [1]

:

6

Gambar 2.1 Klasifikasi Pompa[1]

2.2.1 Positive Displacement Pump

Positif Displacement Pump adalah suatu jenis pompa dimana pemindahan cairan pada saat proses kerjanya disertai dengan perubahan volume ruang kerja pompa yang ditempati oleh cairan yang berakibat adanya gesekan antara elemen yang bergerak. Saat elemen bergerak baik dengan berputar maupun dorongan, maka volume ruang kerja pompa akan berubah menjadi semakin kecil dan tekanan menjadi lebih besar, sehingga terjadi perpindahan zat cair dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.

Adapun ciri-ciri dari pompa positive displacement adalah sebagai berikut:

1. Head yang dihasilkan relative tinggi 2. Kapasitas yang dihasilkan relative rendah 3. Alirannya tidak continue

4. Mampu beroperasi pada saluran hisap yang kering tanpa perlu dilakukan priming terlebih dahulu.

Berikut ini adalah klasifikasi atau jenis pompa positive displacement dan masing-masing contoh pompanya referensi [1].

7

Gambar 2.2 Klasifikasi Pompa Positive Displacement[1]

Reciprocating POMPA Positive Displacement Pump Dynamic Piston, Plunger Diaphragm

Steam-Double Acting - Simplex - Duplex Power Single Acting Double Acting - Simplex - Duplex - Triplex - Multiplex - Simplex - Multiplex - Fluid Operated - Mechanically Operated Rotary Single Rotor Multiple Rotor - Vane - Piston - Flexible - Member - Screw - Peristaltic - Gear - Lobe - Piston - Circumferential piston - Screw

8

2.2.2 Pompa Non Positive Displacement

Non Positive Displacement Pump disebut juga pompa dinamik yang mana dalam operasinya, volume ruang kerja di dalam pompa tidak berubah. Berikut ini adalah klasifikasi atau jenis pompa Non positive displacement dan masing-masing contoh pompanya referensi [1].

Gambar 2.3 Klasifikasi Pompa Non Positive Displacement[1]

Centrifugal

POMPA

Positive Displacement Pump Dynamic Mixed Flow, Radial Flow Single Suction Double Suction Peripheral Special Effect - Jet (Ejector) - Gas Lift - Hydraulic Ram - Electromagnetic Fixed Pitch Variable Pitch Axial Flow Single Stage Multistage Closed Impeller Open Impeller Self Priming Non Priming Single Stage Multistage Open Impeller Semi Open Impeller Closed Impeller

Single Stage Multistage

Self Priming Non Priming

9

Prinsip kerja pompa jenis ini yaitu dengan mengubah sebagian energi kinetik menjadi energi potensial. Menurut cara kerjanya, Non Positive Displacement Pump dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Special Effect Pump dan Pompa Sentrifugal.

Adapun

ciri-ciri

dari

pompa

Non

positive

displacement adalah sebagai berikut:

1) Head yang dihasilkan relative rendah 2) Kapasitas yang dihasilkan relatif tinggi 3) Alirannya kontinyu

4) Tidak mampu beroperasi pada saluran hisap yang kering sehingga perlu dilakukan primming terlebih dahulu.

2.3 Pompa Sentrifugal

Pompa Sentrifugal adalah suatu pompa dengan piringan bersudu yang berputar untuk menaikkan momentum fluidanya. Prinsip kerjanya adalah dengan adanya putaran impeller, partikel-partikel fluida yang berada dalam impeller digerakkan dari inlet suction yang bertekanan vacuum ke discharge dengan tekanan atmosfer (atm). Gerakan ini menyebabkan tekanan yang ada dalam inlet terus menuju casing pompa selama fluida mengalir di dalam impeller. Partikel dipercepat dengan menaikkan tenaga kinetisnya. Energi kinetis ini dirubah menjadi energi potensial pada casing.

Pompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan, berdasarkan referensi [1] : 1. Kapasitas : - Kapasitas rendah (Q 20 /h) - Kapasitas menengah (20 > Q 60 /h) - Kapasitas tinggi (Q > 60 /h) 2. Tekanan Discharge : - Tekanan Rendah (P < 5 Kg/ ) - Tekanan menengah (5 > Q 50Kg / )

10

- Tekanan tinggi (P > 50 Kg / ) 3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

- Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing

- Multi stage : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu casing.

- Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing.

- Multi Impeller Multi stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage.

4. Posisi Sumbu Impeller : - Sumbu vertikal - Sumbu horizontal

5. Cara masuknya cairan ke dalam impeller : - Pemasukan tunggal (Single Admission) - Pemasukan ganda (Double Admission) 6. Arah aliran keluar impeller :

- Radial flow - Axial flow - Mixed flow

2.4 Komponen Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeller atau lebih dan dilengkapi dengan sudu-sudu yang dipasang pada satu poros yang berputar. Impeller tersebut diselubungi atau ditutupi dengan sebuah rumah (casing).

11

Gambar 2.4 Komponen Utama Pompa Sentrifugal[1]

Gambar 2.4 menunjukkan komponen utama pompa

sentrifugal yang terdiri dari :

a. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.

b. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.

c. Shaft (poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

d. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi

12

stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.

e. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

f. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

g. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller. h. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

i. Wearing Ring

Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.

j. Bearing

Beraing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.

k. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat

13

memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

2.5 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Pada Gambar 2.5, impeller digunakan untuk mengangkat atau melemparkan fluida atau zat cair dari suction menuju discharge. Daya dari motor diberikan kepada poros untuk memutar impeller yang ada di dalam casing. Fluida yang ada di dalam impeller akan terlempar ke atas akibat dari sudu yang berputar. Karena timbul gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah impeller ke luar melalui saluran diantara sudu-sudu. Disini head tekanan fluida akan menjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena fluida mengalami percepatan. Fluida yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran berbentuk volute di keliling impeller dan disalurkan ke luar pompa melalui nozel. Di dalam nozel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan. Berikut ini adalah gambar yang menunjukkan aliran fluida yang melewati impeller dari pompa sentrifugal :

14

Keuntungan Pompa Sentrifugal dibandingkan pompa Reciprocating diantaranya adalah :

1. Karena tidak menggunakan mekanisme katup, pompa ini dapat digunakan untuk memompa fluida yang mengandung pasir atau Lumpur.

2. Aliran yang dihasilkan lebih kontinyu (continue) bila dibandingkan dengan pompa reciprocating yang alirannya tersendat-sendat (intermittent).

3. Harga pembelian murah dan mudah perawatannya.

4. Karena tidak terjadi gesekan antara impeller dan casingnya sehingga keausannya lebih kecil.

5. Pengoperasiannya, pada putaran tinggi dapat dihubngkan langsung dengan motor penggeraknya.

6. Karena ukurannya relatif kecil, maka bobotnya ringan dan pondasinya kecil.

Kerugian Pompa Centrifugal dibandingkan Pompa Reciprocating adalah sebagai berikut.

1. Untuk kapasitas kecil dan head yang besar, efisiensinya lebih kecil.

2. Agar pompa dapat bekerja lebih efisien, maka pompa harus bekerja pada titik kerjanya saja.

3. Untuk pompa dengan head yang tinggi dan kapasitas rendah sulit dibuat, terkecuali dibuat dengan tingkat yang lebih banyak (multistage pump)

4. memerlukan priming untuk menggerakkannya.

2.6 Jenis Aliran Fluida

Karena sulitnya menganalisa partikel cairan secara mikroskopis, maka dilakukan pendekatan secara makroskopis dengan anggapan sudah cukup memadahi, ini berarti kita harus mengansumsikan fluida yang “continum”, sebagai konsekuensinya bahwa seluruh properties fluida merupakan suatu fungsi dari kedudukan dan waktu.

15

Dengan adanya properties fluida ini, maka unjuk kerja pompa juga akan berpengaruh. Karena ada variasi dari bentuk aliran yang dihasilkan. Keberadaan bentuk aliran ini sangat menentukan di dalam perencanaan instalasi pompa. Berikut klasifikasi jenis fluida referensi [2]:

Gambar 2.6 Klasifikasi jenis fluida[2]

2.6.1 Aliran Viscous

Aliran viscous adalah jenis aliran fluida yang memiliki kekentalan atau viscous (µ > 0). Viskositas fluida sangat berpengaruh saat fluida mengalir di suatu plat datar ataupun pipa yang dapat menghasilkan tegangan geser di dinding saluran tersebut.

2.6.2 Aliran Laminar dan Turbulen

Aliran suatu fluida dibedakan menjadi dua tipe, yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran dikatakan laminar bila partikel-partikel fluida yang bergerak secara teratur mengikuti

CONTINUM FLUID MECHANICS

INVISCID VISCOUS TURBULENT LAMINAR INCOMPRESSIBLE COMPRESSIBLE EXTERNAL INTERNAL INCOMPRESSIBLE COMPRESSIBLE

16

lintasan yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan yang sama. Aliran ini terjadi bila kecepatan kecil dan kekentalan yang besar. Sedangkan aliran disebut turbulen bila tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-rata saja yang mengikuti sumbu pipa. Aliran ini terjadi apabila kecepatan besar dan kekentalan fluida yang kecil.

Kekentalan (viskositas) berpengaruh besar sehingga dapat meredam gangguan yang mengakibatkan aliran menjadi turbulen. Dengan berkurangnya kekentalan dan bertambahnya kecepatan aliran maka daya redam terhadap gangguan akan berkurang yang sampai pada batas tertentu akan menyebabkan terjadinya perubahan aliran dari Laminar menjadi Turbulen.

Koefisien gesekan untuk suatu pipa silindris merupakan Bilangan Reynold (Re). Untuk menentukan tipe aliran apakah laminar atau turbulen dapat digunakan rumus referensi [2] :



D V . Re (2.1) Dimana : Re = bilangan Reynold

V

= kecepatan aliran fluida (m/s) D = diameter dalam pipa (m)



= viskositas kinematik zat cair (m2_/s)

Bila : Re ≤ 2300, aliran bersifat laminar 2300 ≤ Re ≤ 4000, aliran bersifat transisi Re ≥ 4000, aliran bersifat turbulen

Aliran transisi merupakan dimana aliran dapat bersifat laminar atau turbulen tergantung dari kondisi pipa dan aliran.

17

2.6.3 Aliran Internal

Aliran internal adalah aliran dimana fluida yang mengalir yang dibatasi oleh suatu batasan atau boundary berupa benda solid, seperti aliran yang berada di dalam pipa.

Aliran external adalah aliran yang tidak dibatasi oleh suatu permukaan zat lainnya atau aliran yang melintasi suatu permukaan benda seperti plat. Batasan kontrol volume yang biasanya digunakan adalah hingga fluida yang melewati suatu benda solid (padat).

Gambar 2.7 Profil kecepatan aliran memasuki pipa[2]

Aliran yang masuk pada pipa adalah aliran uniform dengan kecepatan U0 . Karena aliran merupakan aliran viscous, maka

pada dindingnya terjadi lapisan batas (boundary layer). Aliran viscous yang ada di dalam boundary layer tersebut pengaruh viskositasnya relatif besar, sehingga profil kecepatannya tidak uniform lagi seperti pada gambar 2.7.

Perubahan profil kecepatan dalam aliran ini memiliki batas tertentu. Apabila boundary layer tersebut bertemu pada satu titik, maka profil kecepatannya akan tetap. Aliran yang telah berkembang penuh ini dinamakan aliran fully developed. Jarak dari saat mula-mula aliran masuk sampai menjadi fully developed disebut dengan Extrance Length. Kecepatan aliran rata-rata yang terjadi adalah :

18

V

ini tentunya harus bernilai sama dengan U0. Jadi, nilai

V

= U0

= konstan. Panjang extrance length (L) untuk aliran laminar merupakan fungsi bilangan reynold :

 VD D L . . 06 , 0  Dimana : A Q

V  adalah kecepatan rata-rata.

 Karena laju aliran (flow rate) Q =A.V  A.U₀ , dimana V U₀

Untuk aliran laminar dalam pipa Re < 2300, maka extrance length (L) didapat referensi [2]:

D

D

D

L



0

,

06

Re

.



(

0

,

06

)(

2300

)



138

Sedangkan untuk aliran turbulen, karena boundary layer muncul lebih cepat maka panjang extrance length akan menjadi lebih pendek yaitu ± 25 sampai 40 kali diameter pipa.

2.6.4 Aliran Incompressible

Aliran Inkompressibel adalah aliran yang melewati sutau benda padat dan apabila terjadi perubahan temperatur yang dapat berpengaruh pada density/ massa jenis (P), hal ini dpaat diabaikan karena perubahan density tidak berpengaruh secara signifikan contoh adalah fluida cair (



₁





₂)

Untuk dapat membedakan jenis aliran compressible atau incomprsessible tersebut, dapat dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan bilang Mach (M) referensi [2]:

19

M =

c



Dimana : M = bilangan Mach

v

= Kecepatan rata-rata aliran

c = Kecepatan rambat bunyi lokal

Sehingga untuk mach number < 0.3 adalah aliran Incompressible. Sedangkan untuk mach number > 0,3 adalah aliran compressible.

2.7 Persamaan Kontinuitas

Suatu sistem dapat didefinisikan sebagai kumpulan yang massanya tidak berubah, sehingga prinsip kekekalan massa dapat ditulis secara sederhana, sebagai berikut referensi [2] :

0     system dt dM

Dimana laju perubahan massa terhadap waktu adalah 0. Umumnya massa system (Msys) dapat dinyatakan sebagai berikut

dengan pengintegralan meliputi seluruh volume system referensi [2] :





    ) ( ) ( . sys sys M sys dm d M 

Hubungan persamaan antara sistem dan control volume dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut referensi [2] :





       CS CV system dA V d t dt dN . . . . .   Dimana,





    ) ( ) ( . . system system M system dm N  

20

Untuk sebuah persamaan control volume dari konservasi, maka dapat ditulis dengan N=M dan . Sehingga bila disubtitusikan akan menjadi persamaan referensi [2]:





         CS CV system dA V d t t M . . .  

Sehingga persamaan kontinuitas atau konversi massa, dapat ditulis sebagai berikutreferensi [2] :





    CS CV dA V d t . . . 0   Dengan asumsi :

 Aliran fluida adalah inkompresibel

 Aliran fluida kerjanya adalah steady state Sehingga persamaan di atas menjadi :





    CS CV dA V d t . . . 0   Menjadi,



 CS dA V . . 0 

Dengan mengintegralkan persamaan di atas, maka di dapat persamaan kontinuitas sebagai berikut referensi [2] :



1. 1. 1

 

2. 2. 2



0 V A   V A Atau 2 1  



m

m

_(2.2)

21

Gambar 2.8 Persamaan kontinuitas dengan volume atur[2] Dimana :

 = density (kg/m3₎

V = Kecepatan aliran fluida (m/s) A = Luas penampang (m2₎

2.8 Hukum Pertama Termodinamika

Hukum pertama termodinamika menyatakan tentang kekekalan energi (conservation of energy). Persamaannya sebagai berikut referensi [3] :

system

dt

dE

W

Q













 

)

(

_(2.3)

Dimana energi total :













) ( ) (

.

.

.

system system M system

e

dm

e

d

E



Dengan nilai dari energi dalam adalah :

1

2

 1

m

 2

m

22

z

g

V

u

e

.

2

2







Dengan 

Q

bernilai positif bila panas yang diberikan ke sistem dan sekelilingnya, sedangkan



W bernilai positif bila kerja diberikan dari sistem ke sekelilingnya. Hubungan antara sistem dan kontrol volume adalah :





        CS CV system dA V d t dt dN . . . . .   (2.4) Dimana :





    ) ( ) ( . . . system system m system dm d N  

Untuk menurunkan perumusan volume dari hukum pertama termodinamika N = E dan n = e sehingga diperoleh persamaan :

A d V e d e t dt dN CS CV system





         . . . . . 

Pada saat

t

₀ sistem berhimpit dengan kontrol volume sehingga, CV CS Q W W Q ) ( ) (       

Dari persamaan 2.3 Dan 2.4 Didapat :





       CS CV dA V e d e t W Q ) . . . . . (   _(2.5)

Besarnya kerja pada volume atur dibagi menjadi empat kelompok, yaitu :

23

other shear norm al s W W W W W         

Maka hukum pertama termodinamika menjadi :





              CS CV other shear normal s e d e VdA t W W W W Q ) . . . . . (   (2.6) Dimana:

shaft

W



= kerja persatuan waktu yang diakibatkan oleh tegangan poros

normal W



= kerja persatuan waktu yang ditimbulkan oleh tegangan normal

shear W



= kerja persatuan waktu yang diakibatkan oleh tegangan geser

other W



= kerja persatuan waktu yang diakibatkan oleh kelistrikan

2.9 Tinggi - Tekan (Head)

Head / tinggi tekan adalah ketinggian kolom fluida yang harus dicapai fluida untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung oleh satu satuan bobot fluida yang sama. head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu :

2.1 Head Potensial

Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang datar. Jadi suatu kolom fluida setinggi 1 meter mengandung jumlah energi yang disebabkan oleh posisinya dan dikatakan fluida tersebut memiliki head sebesar 2 meter kolom air (Z).

2.2 Head Kecepatan / Kinetik

Suatu ukuran energi kinetik yang dikandung satu satuan bobot fluida yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan dengan persamaan

g

V

.

2

2 .

24

2.3 Head Tekanan

Energi yang dikandung fluida akibat tekanannya yang dinyatakan dengan persamaan



P .

Energi mekanik total adalah energi fluida yang memiliki kemampuan untuk melakukan kerja. Ketinggian (Z) yang dimiliki aliran diukur dari bidang datar yang sudah ditentukan. Berikut ini adalah gambar yang memperjelas untuk tinggi tekan (Head) yang dimiliki aliran :

Gambar 2.9 Metode Mengukur Head[1]

2.10 Persamaan Bernoulli

Persamaan ini didapat dari penurunan persamaan Hukum Termodinamika I (Persamaan 2.6)

25

Gambar 2.10 Kontrol Volume dan koordinat untuk analisis aliran energi yang melewati elbow 900[2]

Untuk mengkaji energi yang hilang atau kerugian tinggi tekan yang terjadi pada aliran yang melalui pipa, digunakan persamaan energi, yaitu referensi [2] :





              CS CV other shear norm al s e d e Pv VdA t W W W W Q ) . . ( ). . . (   _(2.7) Dimana :

z

g

V

u

e

.

2

2







Dengan asumsi : 1. 0  s W , 0  other W 2. 0  shear

W ( meskipun terdapat tegangan geser pada dinding-dinding belokan, tetapi kecepatan pada dinding-dinding adalah nol ) 3. Steady Flow (= 0)

4. Incompressible

26

Dengan asumsi di atas, maka persamaan 2.7 menjadi referensi[2] :                        

_

_

 1 2 1 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 . . . 2 . . . 2 ) .( . ) .( A A dA V V dA V V z z g m P P m u u m Q    

Karena aliran bersifat viscous, terlihat pada gambar bahwa kecepatan aliran pada penampang 1 dan 2 tidak uniform. Untuk menyelesaikannya, digunakan kecepatan rata-rata ke dalam persamaan energi. Untuk mengeliminasi tanda integral digunakan koefisien energi kinetik (α).

                  _           2 2 ) .( . ) .( 2 1 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 V V m z z g m P P m u u m W Q shaft     (2.8) Dimana                   _      2 2 ) . . ( ) ( 2 1 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 V V z g z g P P u u t Q _{ }   dan, uhP.v loss

H

m

Q

u

u











)

(

_{2 1}

Maka persamaan 2.8 Menjadi referensi [2] :

m Q u u z g V P z g V P g m W Q                             _  ) ( . 2 . 2 . 1 2 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2    

(2.9) Dimana :

27

m

Q

u

u









)

(

_{2 1} = kerugian energi dalam karena energi panas yang timbul disebabkan oleh gesekan fluida cair dengan dinding saluran (Hloss).

Bila persamaan 2.9 dikalikan dengan g 1 maka persamaan menjadi referensi [2] : Head z g V P z g V P _                      ₁ 2 1 1 1 2 2 2 2 2 . 2 . 2     (2.10)

Dengan asumsi aliran uniform pada tiap penampang, maka :

0

1

2









Sehingga persamaan menjadi referensi [2]:



2 1



2 1 2 2 1 2 . 2g z z V V P P Head           _           (2.11)

Untuk laluan yang aktual, tinggi - tekan tidak selalu bernilai konstan. Hal ini dikarenakan oleh rugi-rugi turbulensi yang dapat ditulis sebagai berikut referensi [2]:



                       z H_LT g V P z g V P Head ₂ 2 2 2 1 2 1 1 . 2 . 2   (2.12) Dimana :



1

P

tekanan pada kondisi awal (suction)



2

P

tekanan pada kondisi akhir (discharge)



1

V

kecepatan pada kondisi awal (suction)



2

28





HLT jumlah Head loss total

Energi total yang diberi tanda H sama dengan ketinggian tinggi tekan referensi [2] :

H

z

g

V

P























.

2

2



Karena energi tidak dapat muncul atau hilang begitu saja, H adalah konstan (dengan mengabaikan rugi-rugi). Persamaan ini disebut dengan persamaan Bernoulli.

2.11 Head Effektif Instalasi Pompa

Merupakan besarnya head yang harus diatasi oleh pompa dari seluruh komponen yang ada, diantaranya adalah karena perbedaan tekanan, perbedaan kecepatan, perbedaan kerugian (kerugian mekanis, volumetris, dinamis dan kerugian listrik). Persamaan head instalasi sebagai berikut referensi [2] :







 _{st din} eff H H H                                  d s



_LT s d eff H g V V H H P P H . 2 ) ( 2 2 1 2  (2.13)

29

Gambar 2.11 Head efektif instalasi[2]

2.11.1 Head Statis

Adalah perbedaan tinggi permukaan fluida pada bagian hisap dengan bagian tekan. Head statis tidak dipengaruhi oleh debit, hanya pada perbedaan tekanan dan ketinggian. referensi [2]:

)

(

1 2 s d st

H

H

P

P

H

_





















_

(2.14) Dimana : st

H

= Head Statis total (m)

1

P

= tekanan pada kondisi suction (Pa)

2

P

= tekanan pada kondisi discharge (Pa)  = berat jenis fluida 

     3 m N d

H

= jarak / ketinggian sisi discharge (m)

s

H

= jarak / ketinggian sisi suction (m)

Hs

Hz

30

 Head statis terdiri dari :

1. Head tekanan (Pressure Head)

Merupakan energi yang terdapat di dalam fluida akibat perbedaan tekanan antara discharge reservoar dan suction reservoar. referensi [2]:



1 2

P

P

H

_P





(2.15) Dimana :

Hp = Head statis total (m)

P1 = tekanan pada kondisi suction (Pa)

P2 = tekanan pada kondisi discharge (Pa)

 = berat jenis fluida       3 m N

2.11.2 Head ketinggian (Elevation Head)

Merupakan perbedaan ketinggian dari permukaan fluida pada sisi discharge reservoar dan suction reservoar dengan acuan garis sumbu tengah pompa. referensi [2]:

s d z

H

H

H





(2.16) Dimana : z

H

= Head elevasi (m) d

H

= jarak / ketinggian sisi discharge (m)

s

H

= jarak / ketinggian sisi suction (m) Terdapat dua macam ketinggian head instalasi , yaitu:

a. Suction Lift

Suction lift adalah jarak vertikal dalam satuan feet atau meter dari permukaan fluida yang harus dipompakan terhadap garis sumbu tengah pompa. Suction Lift diperoleh mulai dari garis

31

tengah sumbu pompa sampai permukaan sumber suplai (suction tank). Gambar 2.10 merupakan contoh instalasi suction Lift. Nilai

(

H

_d



H

_s

)

bernilai positif (+), karena permukaan zat cair pada sisi hisap lebih rendah dari sumbu tengah pompa.

Gambar 2.12Instalasi suction lift[2]

b. Suction Head

Suction head adalah jarak vertikal dalam satuan feet atau meter dari garis sumbu tengah pompa hingga ketinggian fluida yang dipompakan. Suction head diperoleh mulai dari permukaan sumber suplai (suction tank) yang berada di atas garis tengah sumbu pompa. Gambar 2.10 merupakan contoh instalasi suction head. Nilai

(

H

_d



H

_s

)

bernilai negatif (-) , karena permukaan zat cair pada sisi hisap lebih tinggi dari sumbu tengah pompa.

32

2.11.3 Head Dinamis

Head dinamis adalah head yang terdiri dari velocity head dan head loss. Untuk penjelasannya dapat dilihat pada persamaan referensi [2] :





_

















d s _LT din

H

g

V

V

H

.

2

2 2 (2.17 ) Dimana :



Hdin = Head dinamis (m)



HLT = kerugian tinggi tekan (m)

d

V

= kecepatan aliran discharge (m/s)

s

V

= kecepatan aliran suction (m/s) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s2₎

 Head dinamis terdiri dari : 1) Velocity Head

adalah head yang disebabkan karena adanya perbedaan kecepatan yang keluar dari suction reservoar dan masuk ke dalam discharge reservoar. Velocity head ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan referensi [2] :

g

V

V

H

_v d s

.

2

2 2

_



(2.18) Dimana : d

V

= kecepatan aliran discharge (m/s)

s

V

= kecepatan aliran suction (m/s) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s2₎

33

2) Total Kerugian Tinggi-Tekan (Head Loss Total)

Head Loss Total (total kerugian tinggi tekan) merupakan jumlah suatu kerugian yang dialami aliran fluida selama bersirkulasi dimana kerugian itu tergantung pada geometri penampang saluran dan parameter-parameter fluida serta aliran itu sendiri. Kerugian tinggi tekan (Head loss) dapat dibedakan atas, kerugian dalam pipa (major losses) dan kerugian pada perubahan geometri (minor losses). Untuk persamaan total kerugian tinggi tekan adalah referensi [2]:

(2.19 ) 1













_















_

_





V

_g

K

g

V

D

L

f

H

_LT

2

2

2 2

2.a) Head Loss Mayor

Kerugian aliran fluida yang disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida ( kerugian kecil ).

Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari rumus referensi [2] :

Persamaan Darcy – Weisbach

g

V

D

L

f

H

l

₂

2







(2.20) Dimana :

H

l= kerugian head karena gesekan (m)

f

= faktor gesekan D = diameter pipa (m)

V

= kecepatan aliran dalam pipa (m/s) g = gravitasi bumi (9,81 m/s2₎





H

_LT



_H

_l



H

_lm

34

Untuk aliran laminar, faktor gesekan dapat diyatakan dengan rumus referensi [2] :

Re

64



f

_(2.21)

Untuk aliran turbulen, faktor gesekan dibedakan menjadi : a. Untuk pipa halus, hubungan antara bilangan reynold

dengan faktor gesekan referensi [2] : Blasius : _0,25

Re

316

,

0



f

(2.22) untuk 3000 ≤ Re ≤ 100000

b. Untuk pipa kasar dan halus , hubungan antara bilangan reynold dengan faktor gesekan referensi [2] :

Colebbrook-White:























f

D

e

f

Re

.

51

,

2

7

,

3

/

log

0

.

2

1

(2.23)

Untuk menggunakan persamaan ini dilakukan dengan menggunakan iterasi yang membuat harga f dapat lebih akurat. Adapun cara lain untuk mempermudah mencari harga friction factor (f), dapat menggunakan moody diagram dengan fungsi reynold number (Re) dan e/d terhadap friction factor (

f

). Persamaan Colebrook-White berlaku untuk seluruh kisaran aliran non laminar dalam diagram moody.

35

Gambar 2.14 Moody Diagram[2]

2.b) Head Loss Minor

Selain kerugian head loss mayor, juga terdapat kerugian yang disebabkan karena kelengkungan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (Head Loss Minor). Besarnya kerugian minor, yaitu referensi [2] :

g

V

K

H

_lm

2

2







(2.24) Dimana :

V

= kecepatan aliran dalam pipa (m/s) g = gravitasi bumi (9,81 m/s2₎

36

Dimana harga K dapat dicari dengan menggunakan persamaan referensi [2]:

D

L

f

K



_.

e _(2.25)

Dimana harga K dapat dicari dengan menggunakan persamaan:

g

V

K

H

_lm

2

2







Gambar 2.15 Nilai koefisien (k) berbagai jenis fitting[6]

2.12 Net Positive Suction Head (NPSH)

Net Positive Suction Head (NPSH) merupakan ukuran dari head suction terendah yang memungkinkan bagi cairan untuk tidak mengalami kavitasi. NPSH ini dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap terjadinya kavitasi.

2.12.1 Net Positive Suction Head Available (NPSHA)

37

NPSHA merupakan NPSH yang tersedia pada instalasi

pompa yang besarnya dapat ditulis referensi [2] :



    Pa Pv h H s NPSHA

_

_

s l dimana :

NPSHA = yang tersedia pada instalasi (m kolom minyak)



Pa

= tekanan absolut diatas permukaan cairan pada suction reservoar (m kolom minyak)



Pv

= tekanan uap cairan yang dipompa pada temperature pemompaan (m kolom minyak)

hs = Head hisap statis (m kolom minyak)

∑ Hl s = Head loss pada pipa hisap (m kolom minyak)

2.12.2 Net Positive Suction Head Required (NPSH

R

)

NPSHR adalah NPSH yang diisyaratkan pompa yang

bersangkutan supaya bisa bekerja. NPSHR ini ditentukan oleh

pabrik pembuat pompa tersebut yang besarnya tergantung dari banyak faktor, antara lain : desain impellernya, kecepatan putaran, sifat fluida yang dipompa. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi persyaratan sebagai berikut referensi [2]:

NPSHA >NPSHR

2.13 Kurva Karakteristik Pompa

Karakteristik pompa adalah kurva yang menghubungkan suatu performa dengan performa yang lainnya saat beroperasi. Performa pompa yaitu head (H), kapasitas(Q), daya pompa dan efisiensi (η). Secara umum karakteristik pompa sentrifugal terbagi menjadi 3, yaitu referensi [1] :

38

2.13.1 Karakteristik Utama

Merupakan kurva karakteristik yang menunjukkan hubungan head dan kapasitas dengan perubahan putaran-putaran pompa yang dapat menyebabkan perubahan kecepatan impeller. Di bawah ini adalah grafik karakteristik utama :

Gambar 2.16 Karakteristik Utama[1]

2.13.2 Karakteristik Kerja

Adalah kurva karakteristik yang diplot berdasarkan kecepatan impeler (putaran pompa) yang konstan. Kurva ini divariasikan harga kapasitasnya dengan membuka/menutup valve-valve yang ada agar bisa mendapatkan titik kerja yang optimal dengan kurva kapasitas (Q) fungsi head.

39

Gambar 2.17 Karakteristik Kerja[1]

2.13.3 Karakteristik Universal

Adalah kurva yang merupakan gabungan dari karakteristik utama dan karakteristik kerja. Kurva ini digunakan untuk menentukan parameter-parameter pompa untuk berbagai kondisi operasi.

40

Gambar 2.18 Karakteristik Universal[]

2.13.4 Titik Operasi Pompa

Titik operasi pompa adalah titik dimana menunjukkan kapasitas aliran pada head tertentu yang bekerja dengan performa yang baik. Titik operasi pompa ini ditentukan oleh perpotongan kurva sistem dengan kurva pompa yang ditunjukkan seperti pada gambar 2.18 .

41

Gambar 2.19 Titik operasi pompa[1]

Titik operasional pompa harus sedapat mungkin dijaga agar selalu berada pada area efisiensi pompa tertinggi. Terutama bila pengoperasian pompa digunakan pada sistem yang memerlukan variasi head dan besar aliran fluida yang akan menggeser kurva sistem.

2.14 Penentuan Pemilihan Pompa

2.14.1 Penentuan Putaran Spesifik dan Bentuk Impeller

Dengan putaran pompa yang sudah diketahui dari penggerak motornya, sehingga dapat ditentukan putaran spesifiknya dengan menggunakan persamaan referensi [4]:

Dalam beberapa hal, untuk kapasitas, head total pompa, dan putaran spesifik yang diperlukan, terdapat lebih dari satu jenis pompa yang dapat dipilih. Dengan mengetahui putaran spesifik ini, dapat diketahui jenis pompa seperti pada gambar di bawah ini :

42

Gambar 2.20 Diagram Jenis Pompa Berdasarkan Putaran Spesifik[5]

Dengan mengetahui jenis pompa ini, dapat diketahui bentuk impeller seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.21 Putaran spesifik dan bentuk impeller[4]

Untuk mendapatkan pemilihan dengan head dan kapasitas yang sesuai, maka dapat dipilih dengan menggunakan pompa multi impeller in series(multistage) ataupun dengan pompa multi impeller in paralel. Berikut perhitungan yang dapat dilakukan: