MAKALAH MESIN FLUIDA POMPA SENTRIFUGAL
Disusun oleh : Adi Prasetyo
1210020001
Atma Yudha Prawira
1210020029
Ayu Suandari Larasati
1210020008
Bimaji Catur Widiasmoro
1210020002
Candra Setiawan
1210020009
Dosen pembimbing : Adi Syuriadi, MT
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2012 KATA PENGANTAR
Puji dan syukur syukur kami panjatka panjatkann ke Hadirat Hadirat Allah SWT, karena karena berkat berkat rahmat-Nya rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan makalah mesin fluida yang berjudul “ Pompa Sentrifugal ” dengan tepat waktu dan tanpa hambatan yang berarti. Penulisan makalah ini untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Mesin Fluida pada semester IV Program Studi Teknik Konversi Energi Tahun Akademik 2012. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan mengucapkan terima kasih kepada Adi Syuriadi, MT selaku dosen mata kuliah Mesin Fluida. Teman Teman-te -teman man seperj seperjuan uangan gan dan juga juga semua semua pihak pihak yang yang terlib terlibat at dalam dalam penuli penulisan san makalah ini yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu. Menyadari akan keterbatasan kemampuan, penulis bersedia menerima kritik dan saran konstruktif. Semoga makalah ini bermanfaat.
Jakarta, Februari 2012
Penulis
2
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang Pompa 1.2.Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, maka beberapa masalah yang dirumuskan dan akan dibahas dalam makalah ini adalah : 1. Apakah sebenarnya pompa sentrifugal itu ? 2. Apakah komponen-komponen utama yang ada pada pompa sentrifugal? 3. Bagaimana prisip kerja dari pompa sentifugal? 4. Bagaimana rumus penghitungannya ? 5. Apakah kegunaan pompa sentrifugal dalam kehidupan sehari-hari? 6. Bagaimana cara pemeliharaan pompa sentrifugal agar tidak cepat rusak? 1.1.Tujuan Penulisan Penulisan makalah ini dimaksudkan untuk mencapai beberapa tujuan, diantaranya : 1. Memahami secara detail tentang pompa sentrifugal. 2. Memahami komponen-komponen utama pompa sentrifugal. 3. Memahami prinsip kerja pompa sentrifugal. 4. Mengetahui rumus penghitungan yang digunakan untuk pompa sentrifugal. 5. Mengetahui kegunaan pompa sentrifugal dalam kehidupan sehari-hari. 6. Mengetahui cara pemeliharaan pompa sentrifugal agar tidak cepat rusak. 1.1.Manfaat Penulisan Harapan penulis makalah ini dapat membantu mahasiswa teknik konversi energi meningkatkan pemahaman pompa sentrifugal, serta dapat mengaplikasikannya di industri dan kehidupan sehari-hari. 1.2.Metode Penulisan Makalah ini ditulis dengan metode kepustakaan dan internet untuk mendapatkan data dan data yang diperlukan. Penulis juga menggunakan teknik studi pustaka dalam metode ini. Penulis membaca buku-buku, artikel-artikel yang ada di internet, dan literatur yang berhubungan dengan makalah ini. 1.3.Sistematika Penulisan 3
Makalah ini terdiri dari tiga bab, yakni Bab I Pendahuluan yang menghantarkan pembaca pada pemahaman isi makalah. Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, metode penulisan dan sistematika penulisan. Bab II Pembahasan yaitu isi atau tubuh utama makalah yang memuat seluruh hasil pengolahan data, permasalahan dan prosedur pengambilan kesimpulan. Bab ini membahas pokok pokok bahasan yang terdiri dari penjelasan mendetail tentang pompa sentrifugal, komponen-komponen utama yang ada pada pompa sentrifugal, prinsip kerja pompa sentifugal, kegunaan pompa sentrifugal dalam kehidupan sehari-hari, cara pemeliharaan pompa sentrifugal, dan rumus penghitungan yang digunakan untuk pompa sentrifugal. Dan yang terakhir Bab III Penutup berisi kesimpulan.
4
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pompa Sentrifugal
Pompa Sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi mekanik ke dalam energi hidrolik melalui aktivitas sentrifugal, yaitu tekanan fluida yang sedang di pompa. Pompa Sentrifugal merupakan salah satu alat industri yang simpel, tapi sangat diperlukan. Pompa sentrifugal terdiri dari beberapa klasifikasi, yaitu : 1. Kapasitas :
Kapasitas rendah
< 20 m 3 / jam
Kapasitas menengah 20 - 60 m 3 / jam
Kapasitas tinggi
> 60 m 3 / jam
2. Tekanan Discharge :
Tekanan Rendah
Tekanan menengah
Tekanan tinggi
< 5 Kg / cm 2 5 - 50 Kg / cm 2 > 50 Kg / cm 2
3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat : 1. Single stage
: Terdiri dari satu impeller dan satu casing
2. Multi stage
: Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu
casing. 3. Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang
tersusun paralel dalam satu
casing. 4. Multi Impeller Multi stage
: Kombinasi multi impeller dan multi stage.
4. Posisi Poros :
Poros tegak
Poros mendatar
5. Jumlah Suction :
Single Suction 5
Double Suction
6. Arah aliran keluar impeller :
Aliran Radial
Aliran Aksial
Aliran Campuran
Dalam sumber lain kami mendapatkan bahwa pompa sentrifugal terklasifikasi menjadi : A. Menurut jenis aliran dalam impeler 1.
Pompa aliran radial
Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).
Gambar 1.1 Pompa sentrifugal aliran radial 2.
Pompa aliran campur
Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial.
Gambar 1.2. Pompa sentrifugal aliran campur.
6
3.
Pompa aliran aksial
Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial).
Gambar 1.3. Pompa aliran aksial B. Menurut jenis impeler 1. Impeler tertutup
Sudu‐sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan , digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran.
Gambar 1.4 Impeler tertutup 2.
Impeler setengah terbuka
Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung 7
kotoran misalnya : air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, slurry, dll 3. 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 1.
Pompa volut
Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.
Gambar 1.5 Pompa Volut 2.
Pompa Diffuser
Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong.
Gambar 1.6 Pompa Diffuser 3.
Pompa Aliran Campur Jenis Volut
Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah volut. 8
D. Menurut jumlah tingkat 1.
Pompa satu tingkat
Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah. 2.
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.
Gambar 1.7 Pompa Bertingkat Banyak E. Menurut letak poros
Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horizontal dan poros vertikal seperti pada gambar berikut ini : 1. 2. Poros vertical 3. Poros horizontal
9
Gambar 1.8 Pompa Poros Vertikal dan Horizontal
Pompa sentrifugal adalah pompa yang paling banyak digunakan di pabrik kimia. Pompa sentrifugal biasa digunakan untuk memindahkan berbagai macam fluida, mulai dari air, asam sampai slurry atau campuran cairan dengan katalis padat (solid). Dengan desain yang cukup sederhana, pompa sentrifugal bisa disebut sebagai pompa yang paling populer di industri kimia. Tingkat kepopuleran pompa sentrifugal dimulai sejak adanya pengembangan motor elektrik kecepatan tinggi (high speed electric motors) , turbin uap, dan mesin pembakaran ruangan ( internal combustion engines ). Pompa sentrifugal merupakan mesin berkecepatan tinggi dan dengan adanya pengembangan penggerak kecepatan tinggi telah memungkinkan pengembangan pompa menjadi lebih efisien. Sejak tahun 1940-an, pompa sentrifugal menjadi pompa pilihan untuk berbagai aplikasi. Riset dan pengembangan menghasilkan peningkatkan kemampuan dan dengan ditemukannya material konstruksi yang baru membuat pompa memiliki cakupan bidang yang sangat luas dalam penggunaannya. Sehingga tidak mengherankan jika hari ini ditemukan efisiensi 93% lebih untuk pompa besar dan 50% lebih untuk pompa kecil. 2.1. Komponen-komponen utama pompa sentrifugal
Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat seperti gambar berikut :
10
Keterangan :
A. Stuffing Box B. Packing C. Shaft D. Shaft Sleeve E. Vane F. Casing G. Eye of Impeller H. Impeller I.
Casing wear ring
J.
Impeller
K. Discharge nozzle
Gambar 1.9 Pompa Sentrifugal
11
A.
Stuffing Box
berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing. Stuffing Box
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
berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint , internal bearing dan interstage atau distance sleever . Shaft sleeve
E.
Vane / Sudu-sudu
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
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
Impeller
akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya. I.
Casing Wear 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 / Bantalan 12
Bearing (bantalan)
berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros
agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban aksial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil. K.
Discharge Nozzle
adalah saluran cairan dari pompa dan berfungsi juga untuk meningkatkan energi tekanan keluar pompa.
Discharge Nozzle
2.1. Prinsip kerja pompa sentrifugal
Prinsip kerja pompa sentrifugal adalah mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Dengan cara 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 impeller keluar melalui saluran diantara sudu dan meninggalkan impeller 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. 2.2. Penghitungan yang digunakan untuk pompa sentrifugal
Banyak hal yang harus diperhitungkan dalam pompa sentrifugal diantaranya adalah 1. 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)
1. Head Pompa
Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi 13
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 kondisi yang berbeda seperti pada gambar di atas maka persamaan Bernoulli adalah sebagai berikut :
14
2.1. 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. 2.2.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 :
15
2.3. 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). 3. 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 : 3.1. Mayor head loss (mayor losses)
Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa yang dinyatakan dengan rumus :
16
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 :
3.2. Minor head loss (minor losses)
Merupakan kerugian head pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan Rumus : 17
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. 3.3.Total Losses
Total losses merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :
4. Daya Pompa
Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan melakukan kerja. Ada beberapa pengertian daya, yaitu : 4.1.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 : 18
4.2.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 :
4.3.Daya Penggerak (Driver)
Daya penggerak (driver) adalah daya poros dibagi dengan effisiensi mekanis (effisiensi transmisi). Dapat dihitung dengan rumus :
19
5. 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:
2.1. Kegunaan pompa sentrifugal dalam kehidupan sehari-hari
Dalam kehidupan sehari-hari pompa sentrifugal banyak memberikan berbagai manfaat besar bagi manusia, terutama pada bidang industri. Secara umum pompa sentrifugal digunakan untuk kepentingan pemindahan fluida dari satu tempat ke tempat yang lainnya. Berikut ini beberapa contoh lain pemanfaatan pompa sentrifugal, diantaranya: 2.1.1. Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal.
20
2.1.2. Pada industri perkapalan pompa sentrifugal banyak digunakan untuk memeperlancar proses kerja di kapal. 2.1.3. Pompa sentrifugal “WARMAN” dirancang khusus untuk memompakan lumpur, bahan kimia, dan semua larutan cair yang bercampur dengan partikel padat. 2.1.4. Pompa sentrifugal dan reciprocating RUHRUMPEN untuk berbagai jenis aplikasi, seperti industri proses, perkapalan, dock dan lepas pantai, minyak dan gas, dan aplikasi umum lainnya.
2.2. Cara pemeliharaan pompa sentrifugal
Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari: 2.2.1. Proteksi terhadap aliran balik.
2.2.2.
Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah dengan arah aliran keluaran pompa. Proteksi terhadap overload . Beberapa alat seperti pressure switch low, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload .
2.2.3. Proteksi terhadap vibrasi.
Vibrasi yang berlebihan akan menggangu kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk menghindari vibrasi berlebihan ialah vibration switch dan vibration monitor . 2.2.4. Proteksi terhadap minimum flow .
Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow . 2.2.5. Proteksi terhadap low NPSH available.
Apabila pompa tidak memiliki NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan pada sistem pompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL). 21
BAB III PENUTUP DAFTAR PUSTAKA
Referensi utama : Ir. Sularso, MSME dan Prof. Dr. Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1983. Bahan Ajar Pompa & Kompresor Sri Utami Handayani, ST,MT
22
