Pompa Sentrifugal

Sekilas Tentang Pompa Sentrifugal

1. Kerja Pompa Sentrifugal 

Pompa  digerakkan  oleh  motor,  daya  dari  motor  diberikan  kepada  poros  pompa  untuk  memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair yang ada dalam impeler akan  ikut  berputar  karena  dorongan  sudu‐sudu.  Karena  timbulnya  gaya  sentrifugal,  maka  zat  cair  mengalir  dari  tengah  impeler  keluar  melalui  saluran  diantara  sudu  dan  meninggalkan  impeler  dengan  kecepatan  yang  tinggi.  Zat  cair  yang  keluar  dari  impeler  dengan  kecepatan  tinggi  ini  kemudian  mengalir  melalui  saluran  yang  penampangnya  makin  membesar  (volute/diffuser),  sehingga  terjadi  perubahan  dari  head  kecepatan  menjadi  head  tekanan.  Maka  zat  cair  yang  keluar  dari  flens  keluar  pompa  head  totalnya  bertambah  besar.  Pengisapan  terjadi   karena  setelah  zat  cair  dilemparkan  oleh  impeler,  ruang  diantara  sudu‐sudu  menjadi  vakum  sehingga  zat cair akan terisap masuk. 

Selisih  energi  per  satuan  berat  atau  head  total  dari  zat  cair  pada  flens  keluar  (tekan)  dan  flens masuk (isap)  disebut head total pompa. 

Bagian‐bagian pompa sentrifugal 

2. Klasifikasi Pompa Sentrifugal  

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu : 

A. Menurut jenis aliran dalam impeler 

- Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Pompa sentrifugal aliran radial 

- Pompa aliran campur

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang  permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial   

Pompa sentrifugal aliran campur

- Pompa aliran aksial

Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder  (arah aksial) 

Pompa aliran aksial 

B. Menurut jenis impeler 

- Impeler tertutup 

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan , digunakan  untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. 

- Impeler setengah terbuka

impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah  belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya  : air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, slurry, dll  

- Impeler terbuka

impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun  di belakang. Bagian belakang ada  sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk  pemompaan zat cair yang banyak mengandung kotoran.  

C. Menurut bentuk rumah 

- Pompa volut

Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran  keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan. 

- Pompa diffuser

Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong. 

- Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah volut.

D. Menurut jumlah tingkat

- Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal  dari satu impeler, jadi relatif rendah.

-  Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan  beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri) pada  satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari  head yang ditimbulkan oleh masing‐masing impeler sehingga relatif tinggi. 

E. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal dan poros  vertikal seperti pada gambar berikut ini :

3. Hukum Kesebangunan 

Jika dua buah pompa sentrifugal yang geommetris sebangun satu dengan yang lain maka  untuk kondisi aliran yang sebangun pula berlaku hubungan sebagai berikut : 

Di mana :

D = diameter impeler (m)

Q = kapasitas aliran (m^3/s)

H = head total pompa (m)

P = daya poros pompa (kW)

N = putaran pompa (rpm)

Hubungan  diatas  dinamakan  Hukum  Kesebangunan  Pompa.  Hukum  tersebut  sangat  penting  untuk  menaksir  perubahan  performansi  pompa  bila  putaran  diubah  dan  juga  untuk  memperkirakan  performansi  pompa  yang  direncanakan  apabila  pompa  tersebut  geometris  sebangun dengan pompa yang sudah diketahui performansinya. 

4. Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik dinyatakan dalam persamaan :  

Dimana n, Q dan H adalah harga‐harga pada titik efisiensi maksimum pompa. Harga ns dapat  dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jika ns sudah ditentukan maka  bentuk impeler pompa tersebut sudah tertentu pula. Gambar berikut menunjukkan harga ns  dalam hubungannya dengan bentuk impeler.  

Dalam menghitung ns untuk pompa isapan ganda harga Q diganti dengn Q/2, sedangkan untuk pompa bertingkat banyak, head H yang dipakai dalam perhitungan ns adalah head per  tingkat dari pompa tersebut.
Besarnya ns dapat berbeda‐beda tergantung dari satuan yang dipakai untuk menyatakan  n, Q dan H. Tabel berikut menunjukkan faktor konversi yang harus digunakan untuk mengubah  ns dari satuan yang satu ke satuan yang lain.

5. Karakteristik Sistem Pemompaan 

Efisiensi Pompa

Pompa tidak dapat mengubah seluruh energi kinetik menjadi energi  tekanan karena ada  sebagian energi kinetik yang hilang dalam bentuk losis. Efisiensi pompa adalah suatu faktor  yang dipergunakan untuk menghitung losis ini. Efisiensi pompa terdiri dari : 

• Efisiensi hidrolis, memperhitungkan losis akibat gesekan antara cairan dengan impeler dan losis akibat perubahan arah yang tiba‐tiba pada impeler. 
• Efisiensi volumetris,  memperhitungkan losis akibat resirkulasi pada ring, bush, dll.
• Efisiensi mekanis, memperhitungkan losis akibat gesekan pada seal, packing gland, bantalan, dll.

Setiap pompa dirancang pada kapasitas dan head tertentu, meskipun dapat juga dioperasikan  pada kapasitas dan head yang lain. Efisiensi pompa akan mencapai maksimum pada designed  point tersebut, yang dinamakan  dengan titik BEP.Untuk kapasitas yang lebih kecil atau lebih  besar efisiensinya akan lebih rendah. Efisiensi pompa adalah perbandinga antara daya hidrolis pompa dengan daya poros pompa.

Daya Hidrolis

Daya hidrolis adalah daya yang diperlukan oleh pompa untuk mengangkat sejumlah zat cair  pada ketinggian tertentu. Daya hidrolis dapat dicari dengan persamaan berikut : 

Di mana :

ρ = massa jenis , kg/m^3
g = gaya gravitasi 

H = head , m 

Q = kapasitas, m^3/s

Kurva Karakteristik Pompa 

Untuk setiap pompa, biasanya pabrik pembuatnya memberikan kurva karakteristik yang  menunjukkan unjuk kerja pompa pada berbagai kondisi pemakaian. Karakteristik sebuah  pompa digambarkan dalam kurva karakteristik menyatakan besarnya head total, daya pompa  dan efisiensi pompa terhadap kapasitas. Berikut ini adalah contoh kurva karakteristik suatu  pompa :  

6. Kavitasi 
Kavitasi  adalah  gejala  menguapnya  zat  cair  yang  sedang  mengalir,  karena  tekanannya  turun  sampai  dibawah  tekanan  uap  jenuhnya.  Ketika  zat  cair  terhisap  pada  sisi  isap  pompa,  tekanan pada permukaan zat cair akan turun, seperti pada gambar dibawah ini.  

Bila tekanannya turun sampai pada tekanan uap jenuhnya, maka cairan akan menguap dan membentuk gelembung uap. Selama bergerak sepanjang impeler, kenaikan tekanan akan  menyebabkan gelembung uap pecah dan menumbuk permukaan pompa. Fenomena ini  dinamakan kavitasi. Jika permukaan saluran/pipa terkena tumbukan gelembung uap tersebut  secara terus menerus dalam jangka lama akan  mengakibatkan terbentuknya lubang‐lubang pada dinding saluran atau sering disebut erosi kavitasi. Pengaruh lain dari kavitasi adalah  timbulnya suara berisik, getaran dan turunnya performansi pompa. 

7. Net Positive Suction Head (NPSH)  

Kavitasi  akan  terjadi  bila  tekanan  statis  zat  cair  turun  sampai  dibawah  tekanan  uap  jenuhnya.  Agar  dalam  system  pemompaan  tidak  terjadi  kavitasi,  harus  diusahakan  agar  tidak  ada  satu  bagianpun  dari  aliran  pada  pompa  yang  mempunyai  tekanan  statis  lebih  rendah  dari  tekanan  uap  jenuh  cairan  pada  temperatur  yang  bersangkutan.  Berhubung  dengan  hal  ini  didefinisikan  sutu  Head  Isap  Positif  Netto  atau  NPSH  yang  dipakai  sebagai  ukuran  keamanan  pompa  terhadap  kavitasi.  Ada  dua  macam  NPSH  yaitu  NPSHa  dan   NPSHr.  Agar  pompa  dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi maka harus dipenuhi persyaratan berikut : 

"NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan"

a. NPSHa (NPSH yang tersedia)

NPSH  yang  tersedia  adalah  head  yang  dimiliki  zat  cair  pada  sisi  isap  pompa  dikurangi  dengan  tekanan  uap  jenuh  zat  cair  ditempat  tersebut.  NPSH  yang  tersedia  tergantung  pada  tekanan  atmosfer  atau  tekanan  absolut  pada  permukaan  zat  cair  dan  kondisi  instalasinya.  Besarnya  dapat dihitung dengan persamaan berikut : 

hsv   : NPSH yang tersedia, m 

pa   : tekanan pd permukaan cairan, kgf/m^2
pv   : tekanan uap jenuh, kgf/m^2
γ      : berat jenis zat cair, kgf/m^3
hs   : head isap statis, m  

hls  : kerugian head dalam pipa isap, m

b. NPSHr (NPSH yang diperlukan)  

NPSH yang diperlukan adalah NPSH minimum yang dibutuhkan untuk membiarkan pompa bekerja  tanpa  kavitasi.  Besarnya  NPSH  yang  diperlukan  berbeda  untuk  setiap  pompa.  Untuk  suatu  pompa  tertentu  NPSH  yang  diperlukan  berubah  menurut  kapasitas  dan  putarannya.  NPSH  yang  diperlukan  harus  diperoleh  dari  pabrik  pompa  yang  bersangkutan.  Namn  untuk   perkiraan secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dari konstanta kavitasi σ.
Jka  head  total  pompa  pada  titik  efisiensi  maksimum  dinyatakan  sebagai  HN dan  NPSH  yang  diperlukan untuk titik  ini Hsvn, maka σ (koefisien kavitasi Thoma ) didefinisikan sebagai :

Besarnya  koefisien  kavitasi  Thoma  dapat  ditentukan  dari  grafik  pada  gambar,  sedangkan  NPSH  yang diperlukan ditaksir sebagai berikut :

"NPSH yang diperlukan :    HSVN = σ x HN" 

Rumus diatas berlaku untuk pompa pada efisiensi tertinggi ( dipergunakan pada titik BEP ), bila  pompa  dipergunakan  diluar  titik  BEP  maka  NPSH  yang  diperlukan  dikoreksi  menggunakan  grafik pada gambar. 

c. Cara Menghindari Kavitasi 

Kavitasi  pada  dasarnya  dapat  dicegah  dengan  membuat  NPSH  yang  tersedia  lebih  besar  dari  pada  NPSH  yang  diperlukan.  Dalam  perencanaan  instalasi  pompa,  hal‐hal  berikut  harus  diperhitungkan untuk menghindari kavitasi. 

1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang  dihisap harus dibuat serendah mungkin agar head isap statis menjadi rendah pula. 
2. Pipa  isap  harus  dibuat  sependek  mungkin.  Jika  terpaksa  dipakai  pipa  isap  yang   panjang, sebaiknya  diambil  pipa  yang  berdiameter  satu  nomor  lebih  besar  untuk  mengurangi  kerugian gesek. 
3. Hindari penggunaan katup yang tak perlu dan menekuk pipa pengisapan. 
4. Hindari masuknya udara pada sisi isap pompa. 

8. Pemilihan pompa 

Setelah  mengetahui  kapasitas  dan  head  yang  diperlukan  pada  sistem  instalasi,  selanjutnya dapat dilakukan pemilihan  pompa dengan menggunakan digram pemilihan pompa.  Diagram  ini  berbeda‐beda  untuk  setiap  merk  dan  jenis  pompa  dan  biasanya  telah  disediakan  oleh pabrik pembuatnya. Berikut ini adalah contoh diagram pemilihan pompa standar. 

9.Operasi Seri dan Paralel

a. Operasi Seri Paralel dengan Karakteristik Pompa Sama 

Jika  head  atau  kapasitas  yang  diperlukan  tidak  dapat  dicapai  dengan  satu  pompa  saja, maka dapat digunakan dua pompa atau lebih yang disusun secara seri atau paralel.   Susunan Seri  Bila  head  yang  diperlukan  besar  dan  tidak  dapat  dilayani  oleh  satu  pompa,  maka  dapat  digunakan lebih dari satu pompa yang disusun secara seri.   Penyusunan pompa secara seri dapat digambarkan sebagai berikut : 

Susunan Paralel 

Susunan  paralel  dapat  digunakan  bila  diperlukan  kapasitas  yang  besar  yang  tidak  dapat  dihandle  oleh  satu  pompa  saja,  atau  bila  diperlukan  pompa  cadangan  yang  akan  dipergunakan bila pompa utama rusak/diperbaiki.  Penyusunan pompa secara paralel dapat digambarkan sebagai berikut : 

 Agar  unjuk  kerja  pompa  yang  disusun  seri/parael  optimal,  maka  sebaiknya  digunakan pompa  dengan  karakteristik  yang  sama.  Karakteristik  pompa  yang  disusun  seri/paralel  dapat  dilihat pada gambar berikut ini.  

Gambar  di atas  menunjukan  kurva  head‐kapasitas  dari  pompa‐pompa  yang  mempunyai  karakteristik  yang  sama  yang  di  pasang  secara  paralel  atau  seri.  Dalam  gambar  ini  kurva  untuk  pompa  tunggal  diberi  tanda  (1)  dan  untuk  susunan  seri  yang  terdiri   dari  dua  buah  pompa  diberi  tanda  (2).  Harga  head  kurva  (2)  diperoleh  dari  harga  head  kurva  (1)  dikalikan  (2)  untuk  kapasitas  (Q)  yang  sama.  Kurva  untuk  susunan  paralel  yang  terdiri  dari  dua  buah  pompa,  diberi  tanda  (3).  Haraga  kapasitas  (Q)  kurva  (3)  ini  diperoleh  dari  harga  kapasitas  pada kurva (1)  dikalikan (2) untuk head yang sama. 

Dalam  gambar  ditunjukkan  tiga  buah  kurva  head‐kapasitas  sistem,  yaitu R1, R2, dan R3. Kurva R3 menujukkan tahanan yang lebih tinggi dibanding dengan R1 dan R2.

Jika  sistem  mempunyai  kurva  head‐kapasitas  R3,  maka  titik  kerja  pompa  1  akan  terletak  di  (D).  Jika  pompa  ini  disusun  seri  sehingga  menghasilkan  kurva  (2)  maka  titik  kerja  akan  pindah  ke  (E).  Disini  terlihat  bahwa  head  titik  (E)  tidak  sama  dengan  dua  kali  lipat  head  (D),  karena ada perubahan (berupa kenaikan) kapasitas.

Sekarang  jika  sistem  mempunyai  kurva   head‐kapasitas  R1 maka  titik  kerja  pompa  (1)  akan  terletak  di  (A).  Jika  pompa  ini  disusun  paralel  sehingga  menghasilkan  kurva  (3)  maka titik  kerjanya  akan  berpindah  ke  (B).  Disini  terlihat  bahwa  kapasitas  dititik  (B)  tidak  sama  dengan dua kali lipat kapasitas dititik (A), karena ada perubahan (kenaikan) head sistem.
Jika  sistem  mempunyai  kurva  karakteristik  seperti  R2 maka  laju  aliran  akan  sama  untuk  susunan  seri  maupun  paralel.  Namun  jika  karakteristik  sistem  adalah  seperti  R1 dan R3 maka  akan  diperlukan  pompa  dalam  susunan  paralel  atau  seri.  Susunan  paralel  pada  umumnya  untuk laju aliran besar, dan susunan seri untuk head yang tinggi pada operasi. Untuk susunan  seri, karena pompa kedua menghisap zat cair bertekanan dari pertama, maka perlu perhatian  khusus dalam hal kekuatan konstruksi dan kerapatan terhadap kebocoran  dari rumah pompa.

b. Operasi Paralel dengan Karakteristik Pompa Berbeda 

Pompa‐pompa  yang  berbeda  karakteristiknya  dapat  pula  bekerjasama  secara  paralel.  Hal  ini  ditunjukkan  dalam  gambar  di bawah dimana  pompa  (1)  mempunyai  kapasitas  kecil  dan  pompa (2) mempunyai kapasitas besar. 

 Jika  keduanya  dipasang  secara  paralel  maka  akan  menghasilkan  kurva  karakteristik  (3).  Disini,  untuk  kurva  head‐kapasitas  sistem  R1  akan  dicapai  titik  operasi  paralel  di  (C)  dengan  laju  aliran  total  sebesar  Q.  Dalam  hal  ini  pompa  (1)  beroperasi  dititik  (D)  dengan  kapasitas  Q1 dan pompa (2) beroperasi dititik (E) dengan kapasitas aliran Q2. Laju aliran total Q = Q1 + Q2.

Apabila  kurva  head‐kapasitas  sistem  naik  lebih  curam  dari  pada  R2,  maka  pompa  (1)  tidak  dapat  lagi  menghasilkan  aliran  keluar  karena  head  yang  dimiliki  tidak  tinggi  untuk melawan  head  sistem.  Bahkan  jika  head  sistem  lebih  tinggi  dari  pada  head  ini  pompa,  aliran  akan  membalik  masuk  kedalam  pompa  (1).  Untuk  mencegah  aliran  balik  ini  pompa  perlu  dilengkapi  dengan  katup  cegah  (check  valve)  pada  pipa  keluarnya.  Kondisi  operasi  seperti  ini  pada  umumnya  tidak  dikehendaki.  Jadi  untuk  operasi  paralel  sebaiknya   dipakai  pompa‐ pompa dengan head tertutup (shut‐off head) yang tidak terlalu berbeda.

c. Operasi Seri dengan Karakteristik Pompa Berbeda  

Pada  gambar  di bawah  memperlihatkan  karakteristik  susunan  seri  dari  dua  buah  pompa  yang mempunyai karakteristik berbeda. Kurva (1) adalah dari pompa kapasitas kecil, kurva (2)  dari  pompa  kapasitas  besar,  dan  kurva  (3)  merupakan  karakteristik  operasi  kedua  pompa  dalam susunan seri.

Jika  sistem  pipa  mempunyai  kurva  karakteristik  R1 maka  titik  operasi  dengan  pompa  susunan  seri  akan  terletak  di  (C).  Dalam  keadaan  ini  pompa  (1)  bekerja  dititik  (D)  dan  pompa (2)  dititik  (E).  Untuk  sistem  yang  mempunyai  kurva  karakteristik  R2 menjadi  negatif  sehingga  akan  menurunkan  head  pompa  (2).  Jadi  untuk  kurva  sistem  yang  lebih  rendah  dari  R2 lebih  baik dipakai pompa (2) saja. 

10. Pengaturan Kapasitas Pompa

Q yang di butuhkan dalam instalasi pompa tidak selalu tepat karena itu harus diatur sesuai  dengan kebutuhan, dengan cara : 

• Pengaturan katup 
• Pengaturan kecepatan  atau putaran (ingat Q ∞ n)
• Pengaturan sudu (untuk pompa aksial atau aliran campuran)
• Pengaturan jumlah pompa yang bekerja (parallel)
• Penggunaan reservoir