Agus Studio 2005 | Reference Alternative Blog

Pada tulisan yang terdahulu, kita telah mengetahui terminologi pada pompa dan pengertian dasar tentang head, pada kesempatan ini kita menyambung atau mengulang kembali beberapa kaidah dasar pada pompa sentrifugal. Mohon maaf bagi yang sudah ‘ahli’, karena kita berusaha untuk memberi kesempatan kepada rekan-rekan yang baru mengenal pompa untuk mengetahui prinsip-prinsip dasarnya.


Static Discharge Head : jarak vertikal antar garis datar pompa (centerline) dengan garis permukaan fluida pada sisi discharge.

Total Static Head : Jarak vertikal antara garis permukaan fluida pada sisi isap (source) dan titik terluar pada sisi discharge atau garis permukaan fluida pada sisi discharge.

Friction Head (hf) : head yang diperlukan untuk mengatasi hambatan aliran pada pipa dan fitting. Hal ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa,jumlah dan tipe fitting, kecepatan aliran, dan sifat dasar dari fluida yang mengalir. Tabel lengkap Water Friction dapat di download di sini.(ukuran pipa 1/8” sampai 60 “ dengan schedule 40).


Velocity Head (hv) : energi dari cairan sebagai hasil dari pergerakannya pada beberapa kecepatan V. Ini sama dengan head ekuivalen (ft) melalui air yang jatuh pada kecepatan yang konstan, dengan kata lain, head yang diperlukan untuk mempercepat air mengalir. Dapat dihitung dengan rumus :

Pada head system yang tinggi, Velocity head dapat diabaikan karena nilainya tidak seberapa, tetapi pada head system yang rendah biasanya akan berpengaruh. Pressure Head harus dipertimbangkan pada sistem pemompaan. Tekanan pada tangki harus dikonversikan dahulu ke feet liquid (meter kolom air). Pada kondisi tangki isap yang vakum atau tekanan positif pada tangki discharge, harus dimasukan ke dalam Head system, dimana tekanan positif pada tangki isap atau vakum pada tangki tekan harus dikurangi. Berikut rumus mudah untuk mengkonversi inchi pada vacum mercury ke feet liquid :

TOTAL DYNAMIC SUCTION LIFT (hs) adalah besarnya Static suction lift dikurangi dengan head kecepatan pada flens sisi isap ditambah dengan total friction head pada sisi isap. Total Dynamic Suction Lift ditentukan pada pengetesan pompa yaitu nilai yang terbaca pada gauge sisi isap, dikonversikan ke feet kolom air dengan dikoreksikan ke centerline pompa ditambah dengan head kecepatan pada titik di tempat gauge terpasang.

TOTAL DYNAMIC SUCTION HEAD (hs) adalah besarnya Static suction lift ditambah dengan head kecepatan pada flens sisi isap ditambah dengan total friction head pada sisi isap. Total Dynamic Suction Lift ditentukan pada pengetesan pompa yaitu nilai yang terbaca pada gauge sisi isap, dikonversikan ke feet kolom air dengan dikoreksikan ke centerline pompa ditambah dengan head kecepatan pada titik di tempat gauge terpasang.

TOTAL DYNAMIC DISCHARGE HEAD (hd) adalah besarnya Static discharge head ditambah dengan head kecepatan pada flens sisi tekan ditambah dengan total friction head pada sisi tekan. Total Dynamic Discharge head ditentukan pada pengetesan pompa yaitu nilai yang terbaca pada gauge sisi tekan, dikonversikan ke feet kolom air dengan dikoreksikan ke centerline pompa ditambah dengan head kecepatan pada titik di tempat gauge terpasang.

TOTAL HEAD (H) atau TOTAL Dynamic HEAD (TDH) adalah besarnya total dynamic discharge head dikurangi dengan total dynamic suction head

TDH = hd + hs (pada suction lift)
TDH = hd - hs (pada suction head)

Tanggapan Pertanyaan

Menanggapi pertanyaan sdr. Mahasiswa Trisakti tentang posisi penampungan air yang berada di atas pompa (suction head) apakah dapat mencegah kavitasi? Kemudian saya jawab ya. Secara ringkas saya tanggapi sebagai berikut :

Bahwa syarat beroperasinya pompa sentrifugal supaya dapat bekerja dengan baik adalah :

NPSHa – Pv > NPSHr

Dimana :

NPSHa merupakan NSPH yang didapat berdasarkan perhitungan instalasi dan operasi yang ada di lapangan.

NPSHr merupakan NSPH yang diperlukan atau NPSH yang dipunyai pompa berdasarkan rancang bangun dan test yang dikehendaki pabrik pembuat.

Pv merupakan tekanan penguapan cairan

Secara umum NPSHa diformulasikan sebagai berikut :

Nah,… kavitasi dimulai jika nila Ps = Pv, untuk itu didalam system perpompaan hal tersebut harus selalu dihindari dan diharuskan Ps > Pv. Jika head loss (hls) pada sisi isap terlalu besar maka nilai PS < Pv atau nilai NPSHa menjadi kecil yang berakibat NPSHa<NPSHr, maka timbul kavitasi.

Untuk menanggulanginya kita buat sisi isap menjadi suction head (bernilai positip) atau posisi tangki di atas pompa. Jika hs (+) maka otomatis NPSHa menjadi besar sehingga kavitasi dapat dihindari.

Demikian penjelasan singkat saya, semoga menjadi jelas.

Selengkapnya....

Pada tiga tulisan sebelumnya kita telah mengenal pengaruh kavitasi dan klasifikasi kavitasi berdasarkan penyebab utamanya. Kali ini kita kembali memperdalam pengaruh kavitasi ini secara lebih detil. Sebelumnya kita telah tahu pengaruh kavitasi secara umum adalah sebagai berikut :

• Berkurangnya kapasitas pompa
• Berkurangnya head (pressure)
• Terbentuknya gelembung-gelembung udara pada area bertekanan rendah di dalam selubung pompa (volute)
• Suara bising saat pompa berjalan.
• Kerusakan pada impeller atau selubung pompa (volute).
  

Pada tulisan ini akan kita bahas kenapa semua itu bisa terjadi.

Kavitasi dinyatakan dengan cavities atau lubang di dalam fluida yang kita pompa. Lubang ini juga dapat dijelaskan sebagai gelembung-gelembung, maka kavitasi sebenarnya adalah pembentukan gelembung-gelembung dan pecahnya gelembung tersebut. Gelembung terbentuk tatkala cairan mendidih. Hati-hati untuk menyatakan mendidih itu sama dengan air yang panas untuk disentuh, karena oksigen cair juga akan mendidih dan tak seorang pun menyatakan itu panas.

Mendidihnya cairan terjadi ketika ia terlalu panas atau tekananya terlalu rendah. Pada tekanan permukaan air laut 1 bar (14,7 psia) air akan mendidih pada suhu 212^oF (100^oC). Jika tekanannya turun air akan mendidih pada suhu yang lebih rendah. Ada tabel yang menyatakan titik didih air pada setiap suhu yang berbeda. Sebagai contoh dapat dilihat tabel berikut :

Satuan tekanan di sini yang digunakan adalah absolute bukan pressure gauge, ini jamak dipakai tatkala kita berbicara mengenai sisi isap pompa untuk menghindari tanda minus. Maka saat menyebut tekanan atmosfir nol, kita katakan 1 atm sama dengan 14,7 psia pada permukaan air laut dan pada sistim metrik kita biasa memakai 1 bar atau 100 kPa.

Kita balik ke paragraf pertama untuk menjelaskan akibat dari kavitasi, sehingga kita lebih tahu apa sesungguhnya yang terjadi.

Kapasitas Pompa Berkurang

Ini terjadi karena gelembung-gelembung udara banyak mengambil tempat (space), dan kita tidak bisa memompa cairan dan udara pada tempat dan waktu yang sama. Otomatis cairan yang kita perlukan menjadi berkurang. Jika gelembung itu besar pada eye impeller, pompa akan kehilangan pemasukan dan akhirnya perlu priming (tambahan cairan pada sisi isap untuk menghilangkan udara).

Tekanan (Head) kadang berkurang

Gelembung-gelembung tidak seperti cairan, ia bisa dikompresi (compressible). Nah, hasil kompresi inilah yang menggantikan head, sehingga head pompa sebenarnya menjadi berkurang.
Pembentukan gelembung pada tekanan rendah karena mereka tidak bisa terbentuk pada tekanan tinggi.

Kita harus selalu ingat bahwa jika kecepatan fluida bertambah, maka tekanan fluida akan berkurang. Ini artinya kecepatan fluida yang tinggi pasti di daerah bertekanan rendah.
Ini akan menjadi masalah setiap saat jika ada aliran fluida melalui pipa terbatas, volute atau perubahan arah yang mendadak. Keadaan ini sama dengan aliran fluida pada penampang kecil antara ujung impeller dengan volute cut water.

Bagian-bagian Pompa Rusak

• Gelembung-gelembung itu pecah di dalam dirinya sendiri, ini dinamakan imploding kebalikan dari exploding. Gelembung-gelembung itu pecah dari segala sisi, tetapi bila ia jatuh menghantam bagian dari metal seperti impeller atau volute ia tidak bisa pecah dari sisi tersebut, maka cairan masuk dari sisi kebalikannya pada kecepatan yang tinggi dilanjutkan dengan gelombang kejutan yang mampu merusak part pompa. Ada bentuk yang unik yaitu bentuk lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal seperti dipukul dengan ‘ball peen hammer’.

• Kerusakan ini kebanyakan terjadi membentuk sudut ke kanan pada metal, tetapi pengalaman menunjukan bahwa kecepatan tinggi cairan kelihatannya datang dari segala sudut.

Semakin tinggi kapasitas pompa, kelihatannya semakin mungkin kavitasi terjadi. Nilai Specific speed pump yang tinggi mempunyai bentuk impeller yang memungkinkan untuk beroperasi pada kapasitas yang tinggi dengan power yang rendah dan kecil kemungkinan terjadi kavitasi. Hal ini biasanya dijumpai pada casing yang berbentuk pipa, dari pada casing yang berbentuk volute seperti yang sering kita lihat.

Semoga bermanfaat.

Bibliography : Kavitasi I - IV

• Petroleum Engineering Handbook, Howard B. Bradley, 1987 edition.
• Mcnally Institute
• Pompa Sentrifugal, Bambang Soetrisno, Akamigas - Cepu
  

Selengkapnya....

Pada dua tulisan yang lalu : di sini dan di sini, kita telah mengenal apa itu kavitasi, efek yang ditimbulkannya dan klasifikasi kavitasi,yaitu :

1. Vaporisation – Penguapan.
2. Air Ingestion – Masuknya Udara Luar ke Dalam System
3. Internal Recirculation – Sirkulasi Balik di dalam System

Selanjutnya kita kaji secara singkat klasifikasi yang keempat :

4. Turbulence – Pergolakan Aliran
Kita selalu menginginkan aliran fluida pada kecepatan yang konstan.Korosi dan hambatan yang ada pada system perpipaan dapat merubah kecepatan fluida dan setiap ada perubahan kecepatan, tekanannya juga berubah. Untuk menghambat hal tersebut, perlu dilakukan perancangan system perpipaan yang baik. Antara lain memenuhi kondisi berikut :
Jarak minimum antara suction pompa dengan elbow yang pertama minimal 10 X diameter pipa.

Suction Bell

Pada pengaturan banyak pompa, pasang suction bells pada bays yang terpisah, sehingga satu sisi isap pompa tidak akan mengganggu yang lainnya. Jika ini tidak memungkinkan, beberapa buah pompa bisa dipasang pada satu bak isap (sump) yang besar, dengan syarat :

• Posisi pompa tegak lurus dengan arah aliran.
• Jarak antara dua ‘center line’ pompa minimum dua kali suction diameter.
• Semua pompa dalam keadaan ‘runing’.
• Bagian piping upstream paling tidak memiliki pipa yang lurus dengan panjang minimal 10 x diameter pipa.
• Setiap pompa harus memiliki kapasitas kurang dari 15.000 gpm.
• Suaian dasar pompa seharusnya sekitar 30% diameter pipa isap.
• Hubungan kedalaman pemasangan pompa dengan kapasitas disesuaikan dengan table berikut :
  

5. Vane Passing Syndrome

Kerusakan akibat kavitasi jenis ini terjadi ketika diameter luar impeller lewat terlalu dekat dengan ‘cutwater’ pompa. Kecepatan aliran fluida ini bertambah tatkala alirannya melalui lintasan kecil tersebut, tekanan berkurang dan menyebabkan penguapan lokal. Gelembung udara yang terbentuk kemudian pecah pada tempat yang memiliki tekanan yang lebih tinggi, sedikit diluar alur cutwater. Hal inilah yang menyebabkan kerusakan pada volute(rumah keong) pompa.

Untuk mencegah pergerakan poros yang berlebihan, beberapa pabrik pembuat memasang bulkhead rings pada suction eye. Pada sisi keluar (discharge), ring dapat dibuat untuk memperpanjang sisi keluar dari dinding discharge sampai selubung impeller.
Selengkapnya....

Selengkapnya....

Selengkapnya....

1. Kapasitas

Kapasitas (Q) biasanya dinyatakan dalam gallon per menit (gpm). Karena cairan tidak dapat dimampatkan, ada hubungan langsung antara kapasitas di pompa dan kecepatan aliran. Hubungan tersebut terlihat sebagai berikut:

Dimana
A = area pipa atau conduit feet persegi.
V = kecepatan aliran dalam feet per detik.
Q = Kapasitas dalam gallon per menit
NOTE: On vertical pumps the correction should be made to the eye of the suction or lowest impeller.

Atau secara umum dituliskan :

2. Head

· Total Suction Head

Total suction head merupakan hasil pembacaan hgs dari gauge yang berada pada bagian suction pompa, ditambah dengan velocity head pada gauge tersebut : hs = hgs + atm +hvs (3)

Sebelum instalasi, total suction head dapat diestimasi sebagai berikut :

hs = hss - hfs (4)

dimana hss = static suction head dan hfs= suction friction head

· Static Suction Head

Static suction head, hss, merupakan jarak vertikal yang diukur dari permukaan sumber cairan hingga garis pusat pompa, ditambah dengan tekanan absolut pada permukaan pompa.

· Total Discharge Head

Total discharge head, hd, merupakan hasil pembacaan hgd dari gauge yang berada pada bagian discharge pompa, ditambah dengan velocity head pada gauge tersebut :
hd = hgd + atm +hvd (5)

Sebelum instalasi, total suction head dapat diestimasi sebagai berikut :
hds = hsd - hfd (6)

dimana hsd = static discharge head dan hfd = discharge friction head.

· Static Discharge Head

Static discharge head, hsd, merupakan jarak vertikal yang diukur dari permukaan penerima cairan hingga garis pusat pompa, ditambah dengan tekanan absolut pada permukaan cairan.

· Total Static Head

Total static head, hts , merupakan selisih antara discharge dan suction static heads.

· Total Dynamic Head

Total dynamic head, H , merupakan selisih antara total discharge head dan total suction heads.

· Velocity

Karena cairan umumnya bersifat incompressible, hubungan antara laju alir dengan kecepatan linear pada suatu titik dan suatu waktu dinyatakan sebagai berikut :

Q = A . v (7)

Dimana, v = kecepatan linear rata-rata, Q = debit alir fluida, dan A = luas penampang aliran.

· Velocity Head

Velocity head merupakan jarak vertikal yang harus dilewati massa fluida untuk mendapatkan kecepatan linier sebesar v.

hv = v2 / 2g (8)

· Viscosity

Dalam fluida yang mengalir, adanya friksi atau tahanan internal terhadap pergerakan fluida harus diperhitungkan. Tahanan tersebut dikenal dengan viskositas, yang pada cairan umumnya akan berkurang seiring dengan bertambahnya temperatur. Semakin besar viskositas, friksi dalam aliran pipa dan jumlah daya yang diperlukan oleh pompa akan meningkat, sedangkan head, kapasitas, dan efisiensi pompa akan berkurang.

· Friction Head

Friction head merupakan jumlah tekanan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan alir dalam pipa maupun fittings. Perbedaan tinggi sambungan masuk dan sambungan keluar pada pompa biasanya dapat diabaikan, sehingga Za dan Zb dapat dikeluarkan. Jika Ha adalah tekanan total hisap, dan Hb adalah tekanan total buang, dan ›H=Hb-Ha, maka berlaku persamaan:

Daya yang diberikan kepada penggerak pompa dari sumbu luar ditandai dengan lambang Pb. Nilainya dihitung dari Wp dengan:

Daya yang diberikan pada fluida dihitung dari laju alir massa dan tinggi-tekan yang dibangkitkan pompa. Daya ini ditandap dengan lambang Pf dan didefinisikan sebagai:

Sehingga dapt didefinisikan faktor efisiensi:

Kerja yang dihasilkan oleh pompa

Dalam menentukan performa pompa, salah satu variabel yang perlu dihitung adalah output daya, yang merupakan fungsi dari total dynamic head dan massa cairan yang dipompa pada rentang waktu tertentu. Daya tersebut dinyatakan dalam kilowatt (kW) untuk satuan SI, dan horsepower (hp) untuk satuan US.

Dalam satuan SI,

kW = HQÁ / 3.670 × 105 (13)

dimana kW adalah daya keluaran pompa (kW); H = total dynamic head; m (kolom cairan); Q = kapasitas, m3/ h; dan Á = densitas cairan, kg/m3.
Dalam satuan US, KW = HQs / 3.960 × 105 (14)

dimana kW adalah daya keluaran pompa (kW); H = total dynamic head; ft (kolom cairan); Q = kapasitas, gal/mnt ; dan s = specific gravity, kg/m3.

Friksi atau kebocoran menyebabkan adanya daya yang hilang di dalam pompa, akibatnya
input daya ke dalam pompa lebih besar dari daya keluarannya. Efisiensi kerja pompa dinyatakan sebagai berikut :

Efisiensi pompa = (daya output) / (daya input) (15)

Salah satu fenomena yang harus dihindari dalam pengoperasian pompa adalah kavitasi. Jika fluida berada dalam fasa cair, dari segi energi tidak menjadi soal apakah tekanan pompa berada jauh di atas maupun di bawah tekanan atmosfer. Namun, jika tekanan isap hanya sedikit lebih tinggi dari tekanan uap, sebagian zat cair mungkin berubah menjadi uap (flash) di dalam pompa. Fenomena ini terjadi apabila terdapat fraksi uap yang masuk ke dalam pompa, membentuk gelembung yang terbawa ke daerah bertekanan lebih tinggi, lalu tiba-tiba pecah. Kavitasi menyebabkan pelepasan logam, getaran, kebisingan, melemahnya aliran, dan berkurangnya efisiensi. Untuk menghindari fenomena ini, maka Required Net Positive Suction Head (NPSH)R harus dipenuhi. (NPSH)R sama dengan total head cairan pada garis pusat pompa dikurangi tekanan uap p. Nilai NPSH yang diperlukan adalah 5 sampai 10 feet untuk pompa sentrifugal kecil, tetapi meningkat dengan kapasitas pompa, kecepatan impeller, dan tekanan buang.

Untuk pompa yang sangat besar nilai NPSH sebaiknya 50 ft. Nilai NPSH dapat dihitung dengan persamaan:

dimana pv adalah tekanan uap dan hfs adalah gesekan dalam pompa hisap.

Tiap pompa yang diproduksi telah dilengkapi dengan kurva hubungan (NPSH)R dengan kapasitas. Dalam instalasi pompa, Available Net Positive Suction Head (NPSH)A harus lebih besar atau sama dengan (NPSH)R untuk kapasitas yang diinginkan. Nilai (NPSH)A dapat dihitung sebagai berikut :

(NPSH)A = hss - hfs - p (17)

Jika (NPSH)A akan ditentukan pada pompa yang sudah diinstalasi, maka persamaan yang dipakai adalah sebagai berikut :

(NPSH)A = atm + hgs + hvs - p (18)

Pada prakteknya, NPSH yang dibutuhkan untuk operasi lebih besar dari pada nilai teoritiknya. (NPSH)R aktual bergantung pada karakteristik cairan, total head, kecepatanpompa, kapasitas, dan desain impeler.

Selengkapnya....