Makalah Karakter & Performa Pompa [PDF]

Citation preview

KARAKTERISTIK & PERFORMA POMPA



TUGAS MATA KULIAH ROTODINAMIK



Disusun oleh KELOMPOK 7 1 2 3 4



Khairul Vandihantoro Delio Pradana Samuel Lau Senuan Moh. Arif Budianto



(5212412059) (5212412061) (5212412062) (5212412063)



TEKNIK MESIN UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG TAHUN 2015



Karakteristik & Performa Pompa Setiap pompa yang dibuat oleh produsen memiliki karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan fungsi dan desain pembuatannya. Hal ini dipengaruhi oleh ukuran besar dan desain pompa, ukuran dari diameter impeler, serta besar putaran operasionalnya. Karakteristik sebuah pompa ditunjukkan melalui sebuah kurva Head vs. Debit pompa.



Kurva Head-Kapasitas Pompa Sentrifugal Kurva karakteristik pompa di atas juga biasa dikenal di dunia engineering dan industri sebagai Kurva Performa Pompa. Jika pada sebuah pompa tertentu dijaga konstan putaran porosnya, maka kita dapat menggeser kurva performansinya dengan cara memvariasikan besar diameter impellernya.



Begitu pula jika kita menjaga diameter impeller pompa pada kondisi konstan, lalu kita memvariasikan besar putaran porosnya, maka kita juga dapat menggeser kurva performansi pompa ke kanan maupun ke kiri.



Pemvariasian kondisi pompa di atas memang tampak kurang lazim. Namun di dunia industri hal tersebut menjadi hal yang lumrah. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap misalnya, pompa utama yang mensupply air menuju boiler harus dapat memvariasikan besar debit air yang dikeluarkan sesuai dengan kebutuhan uap air yang akan diproduksi boiler. Perubahan beban listrik maka kebutuhan uap airnya juga berbeda-beda. Pemvariasian putaran pompa menjadi solusi yang masuk akal untuk digunakan pada industri ini.



Komponen Tambahan Kurva Karakteristik Pompa Ada hal-hal lain yang perlu diketahui oleh kita semua mengenai beberapa parameter yang biasanya juga dicantumkan di dalam kurva karakteristik pompa. Yang pertama adalah informasi Brake HorsePower (BHP) yang diperlukan untuk mengoperasikan pompa. BHP juga dikenal dengan daya mesin murni adalah sebuah satuan penunjukan daya sebuah mesin sebelum dikurangi oleh losses akibat desain sistem atau losses lainnya.



Informasi BHP Pada Kurva Karakteristik Pompa Perlu diingat bahwa informasi BHP pada kurva karakteristik pompa adalah untuk fluida air yang memiliki nilai spesific gravity = 1. Jika pompa akan digunakan untuk fluida lain, maka nilai BHP harus dihitung terlebih dahulu. Misal fluida yang akan digunakan adalah bensin dengan nilai spesific grafity0,72, maka nilai BHP yang diperlukan adalah 5 bhp x 0,72 = 3,6 bhp Informasi lain yang diberikan bersama kurva karakteristik pompa biasanya adalah titik efisiensi hidrolik-nya. Best Efficiency Point (BEP) / efisiensi hidrolik adalah efisiensi pompa yang sudah dikurangi dengan losses akibat efek hidrolik.



Efisiensi Hidrolik Terbaik Ditunjukkan Pada Kurva



Parameter yang ketiga adalah Net Positive Suction Head Required (NPSHR). NPSHR adalah sebuah parameter pompa yang nilainya didapatkan dari uji lab. NPSHR merupakan besaran yang menujukkan losses dari internal pompa yang besarnya ditentukan oleh desain pompa, ukurannya, dan operasional putarannya.



Kurva NPSHR Sebuah Pompa Besar NPSHR dipengaruhi oleh besar putaran pompa saat digunakan pada sistem. Sedangkan putaran pompa tergantung dari desain sistem itu sendiri. Lain halnya dengan NPSH yang nilainya dipengaruhi langsung oleh desain sistem. Nilai NPSH (Net Positive Suction Head) harus selalu lebih tinggi daripada nilai NPSHR ini. NPSH dan NPSHR akan dibahas lebih lanjut pada artikel selanjutnya. Informasi terakhir pada kurva karakteristik pompa yang perlu kita perhatikan adalah kemampuan pompa dalam mengangkat air pada sisi inletnya (priming lift). Perhatikan pada gambar berikut ini.



Pada kurva di atas ditunjukkan informasi kemampuan pompa dalam mengangkat air dari kedalaman tertentu pada setiap diameter impeller. Informasi ini sangat penting terutama pada saat nanti kita melakukan pemilihan pompa untuk digunakan pada sebuah sistem.



Parameter Unjuk Kerja Performa Pompa Parameter unjuk kerja pompa berdasarkan sistem perpompaan terdiri dari Kapasitas, Head sistem, Daya, Efisiensi dan NPSHa. Sistem perpompaan dapat ditunjukan seperti pada gambar :



Gambar Instalasi Sistem Perpompaan



Pa/Po



Md Zs (+)



Zs (-)



Keterangan gambar : Zs (-) : Tinggi hisap statis / statis suction lift (m) Zs (+) : Tinggi hisap dinamis / statis suction head (m) Zd



: Tinggi tekan statis / statis discharge head (m)



Zt



: Tinggi total statis / statis total head (m)



Pa



: Tekanan udara luar, 1 Atm = 1,033



Md



kg ¿ : Manometer discharge / discharge pressure gauge ( c m2



Ms



kg ¿ : Manometer suction / suction pressure gauge ( c m2



Y



: Beda tinggi antara Md dan Ms (m)



Po



kg ¿ : Bila tekanan dalam bejana tertutup ( c m2



kg c m2



= 10.330



kg m2



1. Kapasitas Kapasitas pompa adalah sejumlah volume cairan yang dihasilkan pompa secara continue dalam tiap satuan waktu. Kapasitas yang dihasilkan pompa ditentukan berdasarkan kebutuhan proses dengan mempertimbangkan operasi jangka panjang. Berdasarkan kapasitas dapat dihitung kecepatan pada pipa sisi hisap / suction dan pipa sisi tekan menggunakan persamaan berikut : a. Kecepatan cairan pipa suction (νs) D π .( ¿¿ s) 2 νs = 4. Q ¿ Dimana :



νs



m : Kecepatan cairan pada pipa suction ( s



Q



m3 : Kapasitas ( s



Ds



: Diameter bagian dalam pipa suction (m)



)



)



b. Kecepatan cairan pipa discharge (νd) D π .( ¿¿ d) 2 νd = 4. Q ¿ Dimana :



νd



m : Kecepatan cairan pada pipa suction ( s



)



Ds : Diameter bagian dalam pipa suction (m) 2. Head Sistem Head adalah energi setiap satuan berat dengan unit satuan panjang. Sedang yang dimaksud head pompa adalah head total yaitu head pada sisi discharge dengan sisi suction yang terdiri dari: 



Head tekanan =



P γ



(m) V2 2g







Head kecepatan =







Head potensial= Z (m)







Head rugi-rugi akibat gesekan cairan dengan media sepanjang pengaliran



(m)



Head total pompa dinyatakan dengan satuan panjang / tinggi kolom cairan. Berdasarkan sistem perpompaan terdapat beberapa head dan dihitung berdasarkan instalasi, sebagai berikut : a. Head suction (Hs)



Hs =



Dimana : Ps Zs(-) Zs(+)



Ps γ =



Pa γ



2



± Zs – hls -



Vs 2g



kg : Tekanan suction ( c m2



)



: Tinggi hisap statis / statis suction lift (m) : Tinggi hisap dinamis / statis suction head (m)



Hls



: Kerugian head sepanjang pipa suction (m) m : Kecepatan cairan pada pipa suction ( s )



νs g



: Percepatan gravitasi = 9,81



γ



N : Berat jenis cairan ( m3 )



m 2 s



bila bejana tertutup Pa diganti Po b. Head discharge (Hd)



Hd =



Pd γ =



Dimana :



Pa γ



+ Zd – hld -



V d2 2g



kg : Tekanan discharge ( c m2



Pd



)



Zd : Tinggi tekan statis / statis discharge head (m) Hld



: Kerugian head sepanjang pipa suction (m) m : Kecepatan cairan pada pipa discharge ( s )



νd g



: Percepatan gravitasi = 9,81



γ



N : Berat jenis cairan ( m3 )



m 2 s



bila bejana tertutup Pa diganti Po c. Head Total (H) H = (Hd – Hs) , atau



Hd =



( Pd−Ps) γ



d. Kerugian Head (Head Loss) Kerugian head pada sistem perpipaan (hl) terdiri dari :



hl = hlp + hlf Keterangan : hlp hlf



: Kerugian head akibat gesekan pada pipa (m) : Kerugian head pada fitting dan valve (m)



1. Kerugian head akibat gesekan pada pipa (hlp) Kerugian head pada pipa dapat dihitung dengan rumus : L. ν 2 hlp = f D . 2 g Keterangan : L D







ν



: Panjang pipa (m) : Diameter bagian dalam pipa (m) m : Kecepatan cairan ( s )



g



: Percepatan gravitasi = 9,81



f



: Faktor gesekan pipa



m s2



Menentukan Faktor Gesekan Pipa (f) Faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan angka Reynold (Re). angka reynold dapat dicari menggunakan rumus :



Re =



ρ. ν . D μ



Keterangan :



ρ



kg ¿ : Massa jenis cairan ( m3



ν



m : Kecepatan cairan ( s )



D



: Diameter pipa bagian dalam (m)



μ



kg : Viskositas absolut ( cm. s )/(poise)



Apabila aliran laminer (Re < 2000), faktor gesekan (f) dapat dicari dengan pendekatan rumus :



f=



64 ℜ



Apabila aliran turbulen (Re > 2000), faktor gesekan λ dapat dicari dengan menggunakan formula Darcy sebagai berikut : 0,0005 D



λ = 0,020 +



2. Kerugian Head Pada Fitting dan Valve (hlf) Kerugian head pada fitting dan valve (hlf) dapat dihitung dengan rumus : 2



ν 2g



hlf = n. k Keterangan : n



: Jumlah fitting valve sejenis



k



: Faktor kerugian pada fitting, valve untuk ukuran yang sama



ν



m : Kecepatan cairan ( s )



g



: Percepatan gravitasi = 9,81



m 2 s



3. Total Head Loss (hl) Total Head Loss (hl) merupakan kerugian head total sistem perpipaan, yaitu : hl = hlp + hlf Total Head Loss (hl) juga dapat dicari dengan menggunakan panjang ekivalen dengan rumus :



Hl = f.



¿ D



.



ν2 2g



Keterangan : hl hlp



: Total Head Loss : Jumlah mayor losses (kerugian gesekan dalam pipa)



hlf Le



: Jumlah minor losses (kerugian head pada fitting dan valve) : Panjang ekivalen dari fitting dan valve ditambah panjang pipa



3. Daya Pompa Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan melakukan kerja. Pada instalasi pompa ada beberapa pengertian daya, yaitu : a. Daya Fluida / Water Horse Power (Nh) Daya fluida / daya hidrolik adalah daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah zat cair. Daya fluida dapat dihitung dengan rumus :



Nh= Q . H . γ Keterangan : Nh : Daya fluida (Watt) m3 Q : Kapasitas ( s



)



H : Head total (m) N : Berat jenis cairan ( m3 )



γ



b. Daya Poros Pompa/ Brake Horse Power (Np) Daya poros pompa adalah daya diberikan kepada impeler. Besarnya daya poros dapat dihitung dengan rumus :



Np =



Nh ηp =



np =



ηtransmisi x N (1+α )



Q.H.γ ηp



Atau d



Keterangan : Np



: Daya poros (Watt)



ηp



: Efisiensi pompa



ηtransmisi



:



Efisisensi transmisi (tabel)



Nd



: Daya penggerak (Watt)



α



: Faktor cadangan (tabel) Tabel Faktor cadangan daya dari motor penggerak Motor induksi Motor bakar kecil Motor bakar besar



α 0,1 – 0,2 0,25 – 0,25 0,1 – 0,25



Tabel Efisiensi berbagai jenis transmisi Jenis Transmisi Sabuk rata Sabuk V Roda gigi Kopling hidrolik



η 0,9 – 0,93 0,95 0,92 – 0,98 0,95 – 0,97



c. Daya Penggerak (Nd) Daya penggerak adalah daya yang dikeluarkan oleh penggerak. Dapat dihitung dengan menggunakan rumus :



Nd =



N p (1+ α ) ηtransmisi



Untuk motor listrik tiga phase dapat dihitung menggunakan rumus :



Nd = √ 3 . V . I . cos φ . ηmotor penggerak Dimana : Nd



= Daya penggerak (Watt)



V



= Tegangan (volt)



I



= Arus (ampere)



cos φ



= Faktor daya



ηmotor penggerak



= Efisisensi motor penggerak



4. Efisiensi Pompa



Efisiensi pompa sentrifugal adalah perbandingan antara Water Horse Power (WHP) dengan Brake Horse Power (BHP) atau perbandingan antara daya fluida dengan daya poros. Sehingga dapat dihitung dengan rumus :



ηpompa =



WHP BHP



ηpompa =



Nh Np



atau



x 100 %



Gambar berikut akan membantu memahami proses perubahan dari kerja pompa.



Pompa dan Penggerak Motor Listrik Apabila semua satuan daya dikonversikan ke Horse power sehingga ada istilah-istilah sebagi berikut: 



Untuk daya fluida dapat disebut Water Horse Power (WHP)







Untuk daya poros dapat disebut Brake Horse Power (BHP)







Untuk daya penggerak dapat disebut Horse Power



5. Net Positive Suction Head (NPSH) Merupakan head netto pada suction flange suatu pompa setelah head positif yang menyebabkan cairan masuk ke dalam pompa dikurangi semua head negatif yang menghalangi masuknya cairan tersebut. Pengaruh terbesar adalah tekanan penguapan cairan (Pv), yang dapat ditentukan dari grafik.



NPSH ada 2 jenis yaitu : 1. NPSHr atau NPSH required, adalah NPSH yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat pompa atas dasar design dan test. 2. NPSHa atau NPSH available, adalh NPSH yang didapat dari perhitungan instalasi yang terdapat di lapangan. NPSHa dapat dihitung menggunakan rumus :



NPSHa =



( Ps−Pv ) ( Pa−Pv) = ( γ γ



– Zsl –hls -



νs 2g



)



Keterangan : kg Pv = Tekanan penguapan cairan ( c m2



)



Satuan NPSH adalah meter (m). agar pompa dapat beroperasi dengan baik, maka dalam pemilihan pompa dipersyaratkan NPSHr < NPSHa atau NPSHa > NPSHr.