1. Teori Dasar Pompa Sentrifugal
07 Mei
Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu
tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi
pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus.
Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction)
dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis
dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini
berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran.
Pompa Sentrifugal
Salah satu jenis pompa pemindah non positip adalah pompa sentrifugal yang prinsip kerjanya
mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu
impeller yang berputar dalam casing.
Sesuai dengan data-data yang didapat, pompa reboiler debutanizer di Hidrokracking Unibon
menggunakan pompa sentrifugal single – stage double suction.
Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan, berdasarkan :
1. Kapasitas :
• Kapasitas rendah < 20 m3 / jam
• Kapasitas menengah 20 -:- 60 m3 / jam
• Kapasitas tinggi > 60 m3 / jam
2. Tekanan Discharge :
• Tekanan Rendah < 5 Kg / cm2
• Tekanan menengah 5 -:- 50 Kg / cm2
• Tekanan tinggi > 50 Kg / cm2
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 Poros :
2. • Poros tegak
• Poros mendatar
5. Jumlah Suction :
• Single Suction
• Double Suction
6. Arah aliran keluar impeller :
• Radial flow
• Axial flow
• Mixed fllow
Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat sepert gambar berikut :
Rumah Pompa Sentrifugal
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.
3. Pada pompa multi 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
memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi
energi dinamis (single stage).
Kapasitas Pompa
Kapasitas pompa adalah banyaknya cairan yang dapat dipindahkan oleh pompa setiap satuan
waktu . Dinyatakan dalam satuan volume per satuan waktu, seperti :
• Barel per day (BPD)
• Galon per menit (GPM)
• Cubic meter per hour (m3/hr)
Head Pompa
4. Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah
zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk
mengalirkan sejumlah zat cair,yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.
Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran,
yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial
Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada penampang yang
berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi energi (losses).
Pada kondsi yang berbeda seperti pada gambar di atas maka persamaan Bernoulli adalah sebagai
berikut :
5. 1. Head Tekanan
Head tekanan adalah perbedaan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi
tekan dengan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi isap.
Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus : (Pd-Ps) / γ
2. Head Kecepatan
Head kecepatan adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada saluran tekan dengan head
kecepatan zat cair pada saluran isap.
Head kecepatan dapat dinyatakan dengan rumus :
6. 3. Head Statis Total
Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan
permukaan zat cair pada sisi isap.
Head statis total dapat dinyatakan dengan rumus :
Z = Zd – Zs(5)
Dimana :
Z : Head statis total
Zd : Head statis pada sisi tekan
Zs : Head statis pada sisi isap
Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa (Suction lift).
Tanda – : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa (Suction head).
4. Kerugian head (head loss)
Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengaliran cairan dalam sistem perpipaan disebut
sebagai kerugian head (head loss).
Head loss terdiri dari :
a. Mayor head loss (mayor losses)
Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa yang dinyatakan dengan rumus :
7. Harga f (faktor gesekan) didapat dari diagram Moody (lampiran – 6) sebagai fungsi dari Angka
Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relatif (Relative Roughness - ε/D ), yang nilainya
dapat dilihat pada grafik (lampiran) sebagai fungsi dari nominal diameter pipa dan kekasaran
permukaan dalam pipa (e) yang tergantung dari jenis material pipa.
Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus :
8. b. Minor head loss (minor losses)
Merupakan kerugian head pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan.
Dapat dicari dengan menggunakan Rumus :
Dalam menghitung kerugian pada fitting dan valve dapat menggunakan tabel pada lampiran 4.
Besaran ini menyatakan kerugian pada fitting dan valve dalam ukuran panjang ekivalen dari pipa
lurus.
c. Total Losses
Total losses merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :
Daya Pompa
9. Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan melakukan kerja.
Ada beberapa pengertian daya, yaitu :
1.Daya hidrolik (hydraulic horse power)
Daya hidrolik (daya pompa teoritis) adalah daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah
zat cair. Daya ini dapat dihitung dengan rumus :
2. Daya Poros Pompa (Break Horse Power)Untuk mengatasi kerugian daya yang dibutuhkan
oleh poros yang sesungguhnya adalah lebih besar dari pada daya hidrolik.
Besarnya daya poros sesungguhnya adalah sama dengan effisiensi pompa atau dapat dirumuskan
sebagai berikut :
3. Daya Penggerak (Driver)Daya penggerak (driver) adalah daya poros dibagi dengan effisiensi
mekanis (effisiensi transmisi). Dapat dihitung dengan rumus :
10. Effisiensi Pompa
Effisiensi pada dasarnya didefinisikan sebagai perbandingan antara output dan input atau
perbandingan antara HHP Pompa dengan BHP pompa.
Harga effisiensi yang tertinggi sama dengan satu harga effisiensi pompa yang didapat dari
pabrik pembuatnya.
Effisiensi pompa merupakan perkalian dari beberapa effiaiensi, yaitu:
Referensi utama : Ir. Sularso, MSME dan Prof. Dr. Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, PT
Pradnya Paramita, Jakarta, 1983.
Lampiran :
11.
12. (Sumber :http://www.agussuwasono.com)
POMPA SENTRIFUGAL
Pompa dan Sistem Pemompaan
Sistem pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia dan
penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 25-50% (US DOE, 2004).
Pompa adalah suatu alat yang fungsi untuk memindahkan zat cair dari satu tempat ke tempat
yang lain atau dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi.
Pompa memiliki dua kegunaan utama:
• Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (ex : air dari aquifer bawah tanah ke
tangki penyimpan air)
• Mensirkulasikan cairan sekitar sistem (misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati
mesin-mesin dan peralatan)
Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan paling sederhana dalam berbagai proses
pabrik.
• Rumah pompa.
• Sudu-sudu atau impeller.
• Poros sudu-sudu atau poros impeller.
• Poros penghubung impeller dengan motor penggerak.
• Ruang antara keliling impeller bagian luar dengan rumah pompa.
13. • Saluran isap.
• Saluran tekan
Cara Kerja Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal yaitu bahwa benda yang bergerak
secara melengkung akan mengalami gaya yang arahnya keluar dari titik pusat lintasan yang
melengkung tersebut. Besarnya gaya sentrifugal yang timbul tergantung dari masa benda,
kecepatan gerak benda, dan jari-jari lengkung lintasannya.
Cara Kerja Pompa Sentrifugal
Impeller adalah semacam piringan berongga dengan sudu-sudu melengkung di dalamnya dan
dipasang pada poros yang digerakkan oleh motor listrik, mesin uap atau turbin uap. Pada bagian
samping dari impeller dekat dengan poros, dihubungkan dengan saluran isap, dan cairan (air,
minyak, dll) masuk ke dalam impeller yang berputar melalui saluran tersebut. Dan karena
gerakan berputar dari impeller maka cairan yang terdapat pada bagian tersebut ikut berputar
akibat gaya sentrifugal yang terjadi, air didesak keluar menjauhi pusat, dan masuk dalam
ruangan antara keliling impeller bagian luar dan rumah pompa, dan menuju ke saluran keluar.
Bagaimana Pompa Sentrifugal Bekerja?
• Cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal ini jet pump oleh
tekanan buatan.
• Baling-baling impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan
berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi.
• Impeler dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan cincin diffuser
stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan.
Komponen Pompa Sentrifugal :
Komponen statis:
• casing,
• penutup casing,
• bearings
Impeler
Impeler merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah
terpasang. Impeler biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi tuang atau stainless steel,
namun bahan-bahan lain juga digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis
impelernya, maka penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan impeler dalam
kondisi yang baik. Jumlah impeler menentukan jumlah tahapan pompa. Pompa satu tahap
memiliki satu impeler dan sangat cocok untuk layanan head (=tekanan) rendah. Pompa dua tahap
memiliki dua impeler yang terpasang secara seri untuk layanan head sedang. Pompa multi-tahap
memiliki tiga impeler atau lebih terpasang seri untuk layanan head yang tinggi.
Impeler dapat digolongkan atas dasar:
1. Arah utama aliran dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial, aliran campuran
2. Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda
14. 3. Bentuk atau konstruksi mekanis: impeler yang tertutup, impeler terbuka dan semi terbuka,
impeler pompa berpusar/vortex.
Bentuk atau konstruksi mekanis:
• Impeler yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi oleh mantel (= penutup) pada kedua
sisinya. Biasanya digunakan untuk pompa air, di mana baling-baling seluruhnya mengurung air.
Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan, yang akan
mengurangi efisiensi pompa. Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang
penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeler dan wadah pompa.
Penyambungan ini dilakukan oleh cincin yang dipasang diatas bagian penutup impeler atau di
bagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari impeler tertutup ini adalah resiko
yang tinggi terhadap rintangan.
• Impeler terbuka dan semi terbuka. kemungkinan tersumbatnya kecil. Akan tetapi untuk
menghindari terjadinya penyumbatan melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate pompa
harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeler yang benar.
Rumah Pompa
• Fungsi utama rumah pompa adalah menutup impeler pada penghisapan dan pengiriman pada
ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada ujung penghisapan dapat sekecil
sepersepuluh tekanan atmosfir dan pada ujung pengiriman dapat 20x tekanan atmosfir pada
pompa satu tahap. Untuk pompa multitahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah
dirancang untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang
cukup.
• Fungsi rumah pompa yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan poros
untuk batang torak dan impeler.
Wadah
• Wadah volute memiliki impeler yang dipasang dibagian dalam wadah. Salah satu tujuan
utamanya adalah membantu kesetimbangan tekanan hidrolik pada batang torak pompa. Walau
begitu, mengoperasikan pompa dengan wadah volute pada kapasitas yang lebih rendah dari yang
direkomendasikan pabrik pembuatnya dapat mengakibatkan tekanan lateral pada batang torak
pompa. Hal ini dapat meningkatkan pemakaian sil, bantalan poros, dan batang torak itu sendiri.
Wadah volute ganda digunakan bilamana gaya radial menjadi cukup berarti pada kapasitas yang
berkurang.
• Wadah bulatmemiliki baling-baling penyebaran stasioner disekeliling impeler yang mengubah
kecepatan menjadi energi tekanan. Wadah tersebut banyak digunakan untuk pompa multi-tahap.
Wadah dapat dirancang sebagai:
– Wadah padat : seluruh wadah dan nosel dimuat dalam satu cetakan atau potongan yang sudah
dibuat pabrik pembuatnya.
– Wadah terbelah :dua bagian atau lebih disambungkan bersama. Bilamana bagian wadah dibagi
oleh bidang horisontal, wadahnya disebut terbelah secara horisontal atau wadah yang terbelah
secara aksial.
Jenis Pompa Sentrifugal:
• Pompa jenis Rumah Keong (Volut)
Impeller membuang fluida ke dalam rumah spiral yang secara berangsurangsur berkembang. Hal
15. ini dibuat sedemikian rupa untuk mengurangi kecepatan fluida yang diubah menjadi tekanan
statis.
• Pompa jenis Rumah Keong Rumah keong ganda (kembar)
menghasilkan kesimetrisan yang hampir radial pada pompa bertekanan tinggi dan pada pompa
yang dirancang untuk operasi aliran yang sedikit. Rumah keong akan menyeimbangkan beban-
beban radial pada poros pompa sehingga beban akan saling meniadakan, dengan demikian akan
mengurangi pembebanan poros dan resultan lenturan.
• Pompa jenis Diffuser
Baling-baling pengarah yang tetap mengelilingi runner atau impeller pada jenis pompa diffuser.
Laluan-laluan yang berangsur-angsur mengembang ini akan mengubah arah aliran fluida dan
mengkonversikannya menjadi tinggi-tekan tekanan (pressure head).
• Pompa jenis Turbin
Juga disebut pompa Vorteks (Vortex), periperi (Periphery), dan regeneratif. Cairan dipusar oleh
baling-baling impeller dengan kecepatan tinggi selama hampir satu putaran di dalam saluran
yang berbentuk cincin (annular), tempat impeller tadi berputar. Energi ditambahkan ke cairan
dalam sejumlah impuls.
• Pompa jenis Aliran Campur (Mixed Flow)
Pompa aliran campur menghasilkan sebagian tinggi tekan (head) oleh adanya gaya angkat (lift)
baling-baling pada cairan. Diameter sisi buang baling-baling ini lebih besar daripada diameter
sisi masuknya.
• Pompa jenis Aliran Aksial
Pompa aliran aksial menghasilkan tinggi tekan (head) oleh propeller atau oleh gaya angkat (lift)
baling-baling pada cairan. Diameter baling-baling pada sisi hisap sama dengan pada sisi buang.
Hukum Kesebangunan Pompa:
• Jika ada dua buah pompa (misal pompa 1 dan pompa 2) yang secara geometris sebangun satu
sama lain, maka untuk kondisi aliran yang sebangun pula.
Kecepatan Spesifik
Kecepatan spesifik (specific velocity) merupakan indeks jenis pompa, yang menggunakan
kapasitas dan tinggi tekan yang diperoleh pada titik efisiensi maksimum. Kecepatan spesifik
menentukan profil atau bentuk umum impeller. Dalam bentuk angka, kecepatan spesifik
merupakan kecepatan dalam putaran per menit yang impellernya akan berputar bila ukurannya
diperkecil untuk dapat mengalirkan 1 gpm cairan terhadap tinggi tekan sebesar 1 ft. Impeller
untuk tinggi tekan yang besar biasanya mempunyai kecepatan spesifik yang rendah, dan
sebaliknya.
Karakteristik Pompa Sentrifugal:
• Pompa sentrifugal yang dioperasikan pada kecepatan konstan akan mengalirkan kapasitas
mulai dari nol hingga maksimum, yang tergantung pada head, desain, dan kondisi hisapan.
• Kurva menunjukkan hubungan head, kapasitas, daya, dan efisiensi pompa untuk diameter
impeller dan ukuran rumah pompa tertentu.
• Kurva head – kapasitas (H-Q) menunjukkan hubungan antara kapasitas dan head total.
• Kurva H-Q menunjukkan kinerja pompa dengan berbagai ukuran diameter impeller yang
divariasikan di dalam satu rumah pompa (gambar atas).
16. • Bila terdapat sederetan pompa dengan desain yang sama, maka kita bisa memilih pompa yang
akan kita gunakan melalui angka maupun modelnya (gambar bawah).
Head Gesekan dan Head Statis
• Kurva diperoleh dengan mengabungkan kurva head gesekan sistem dengan head statis sistem
dan setiap perbedaan tekanan yang ada.
• Kurva head gesekan merupakan hubungan antara aliran dan gesekan dalam pemipaan, katup,
dan fitting pada bagian hisap dan buang. Oleh karena itu, head gesekan bervariasi terhadap
kuadrat aliran (biasanya berbentuk parabolis).
• Head statis merupakan perbedaan ketinggian antara level cairan pada sisi hisap dan pada sisi
buang.
Efisiensi dan Kerugian pada Pompa
• Kerugian pompa terdiri dari kerugian hidrolis (karena gesekan aliran di dalam pompa),
kerugian kapasitas (karena kebocorankebocoran dalam dan packing).
• Adanya kerugian hidrolis akan menambah energi pada aliran fluida yang sesungguhnya, yang
biasanya lebih kecil daripada yang diperoleh secara teoritis.
• Sebagai akibat adanya aliran yang kembali melalui celah-celah ke bagian isap (Qcelah), maka
terjadilah kerugian kapasitas. Inilah yang disebut dengan efisiensi volumetris (0,85 – 0,98).
• Adanya gesekan mekanis pada bantalan-bantalan akan menimbulkan kerugian mekanis. Maka
efisiensi mekanis pompa didefinisikan sebagai: di mana Pteoritis adalah daya yang diterima
pompa untuk mengalirkan fluida dan Pe adalah daya motor penggerak. Harga ηm sebesar 0,96 –
0,99.
• Jadi, efisiensi total pompa (ηpompa) merupakan hasil kali seluruh efisiensi
Tinggi Hisap Pompa
Tinggi isap merupakan kedudukan sumbu pompa di atas permukaan fluida yang diisap. Agar
tidak terjadi penguapan (kavitasi) pada fluida di dalam pompa atau di dalam pipa isap, maka
tinggi isap tersebut tidak dapat dibuat terlalu besar.
Sumber : bodaesmunti.wordpress.com/2009/05/09/pompa/
