DESAIN DAN PERHITUNGAN TEORITIS POMPA SENTRIFUGAL DENGAN STUDI KASUS DI PT. CHAROEN POKPHAND INDONESIA Briyan Oktama 1, Tulus Burhanudin Sitorus 2 1,2 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155,Indonesia Email : bryan.oktama@cp.co.id ABSTRAK Dalam pelaksanaan ekspansi di PT. Charoen Pokphand Indonesia, baik itu perluasan pabrik, penambahan mesin atau penambahan instalasi tidak ditemukan data yang akurat secara perhitungan teoritis sebelum melakukan eksekusi dilapangan, hal ini akan menghasilkan kerja yang sia-sia dan itu sering terjadi. Hal ini dikarenakan kurangnya sumber data yang berasal dari pabrik ketika pertama dibangun dan hal ini akan menyulitkan saat akan melakukan ekspansi. Oleh karena itu disini mencoba untuk membuat suatu perhitungan dalam bentuk simulasi yang nantinya akan berguna untuk pabrik tersebut. Pompa merupakan salah satu dari perencanaan ekspansi di PT.Charoen Pokphand Indonesia yang sangat vital fungsinya karena akan berhubungan dengan proses produksi. Adapun jenis pompa yang banyak digunakan adalah pompa sentrifugal dengan tipe dan spesifikasi yang berbeda. Permasalahan yang akan dilakukan dalam penelitian ini adalah mendesain & menganalisa karakteristik pompa sentrifugal yang bertujuan untuk membandingkan desain dan karakteristik pompa secara teoritis dengan aktual diharapkan dapat merekomendasikan data dari hasil penelitian sehingga dapat memberikan informasi tentang pompa sentrifugal. Kata kunci: Desain, Perhitungan Teoritis, Pompa Sentrifugal 1. Pendahuluan Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan zat cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifat hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan fluida sehingga dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dipindahkan adalah fluida inkompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan. Prinsip kerja pompa adalah menghisap dan melakukan penekanan terhadap fluida. Pada sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa dengan permukaan fluida yang dihisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi. Pompa yang dipergunakan sebelumnya harus diketahui karakteristik pada kondisi kerja yang berbeda, dengan demikian dapat ditentukan batas-batas kondisi kerja dimana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini perlu dilakukan karena pada kenyataannya sangat sulit memastikan performansi pompa pada kondisi kerja yang sebenarnya. 2. Tinjauan Pustaka Sistem kerja Pompa sentrifugal adalah pompa digerakkan oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair yang ada dalam impeller akan ikut berputar karena dorongan sudu sudu. 149
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 impeller 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 impeller, ruang diantara sudu sudu menjadi vakum sehingga zat cair akan terisap masuk. Gambar 1.Diagram alir kerja pompa [2] katup yang dipasang didalam sistem pipa saluran dengan meningkatkan besarnya kerugian arus aliran fluida maka akan mengakibatkan perubahan dari karakteristik instalasi sehingga didapatkan titik potong yang baru dengan karakteristik pompa, gambar diatas pengaturan atau pencekikan (dengan cara memperbesar atau memperkecil pembukaan katup ) ini mudah dilaksanakan, tetapi karena caranya dengan memperbesar kerugian arus aliran fluida akibatnya biaya bekerjanya adalah tinggi. 3. Metode Penelitian Langkah yang dilakukan pertama adalah Menginput data pompa sentrifugal yang terdapat dilapangan, diperoleh ; - Size : 65-26 - Serial no : 96 - Impeller diameter : 108 mm - Daya : 22 Kw - putaran : 1450 rpm Pompa tidak terlepas dari pembahasan pipa isap (suction pipe) dan pipa tekan (discharge) yang secara keseluruhan juga tentang pemompaan (pumping system).hal ini dapat dijelaskan seperti gambar berikut : Gambar 3. Pompa sentrifugal 4. Hasil Analisa dan Pembahasan Karakteristis pompa hasil uji lapangan Gambar 2. Keterangan Pompa sentrifugal [3] Perubahan karakteristik instalasi melalui pengaturan pembukaan katup) karakteristik diubah dengan melalui atau menggunakan 150
Jurnal e-dinamis, Volume.10, No.2 September 2014 ISSN 2338-1035 perancangan pompa ; Perencanaan perhitungann Poros pompa Gambar 4. Layout instalasi pompa Dari gambar layout diatas merupakan data yang sebenarnya terdapat di lapangan. Dimana,diperoleh kapasitas actual nya adalah sebesar 111 gpm dan Setelah melakukan uji dilapangan maka untuk head pada pompa tersebut diperoleh 130 ft. Dari hasil pengujian dilapangan tersebut dapat ditampilkan grafik seperti berikut : Gambar 6. Simulasi Poros pompa Pemeriksaan Terhadap Tegangan Torsi dan Aksial Gambar 7. Simulasi Pemeriksaan Tegangan Torsi Gambar 5. Grafik pengaruh kapasitas terhadap head Karakteristik pompa hasil rancangan Untuk memudahkan rancangan ini, maka sebaiknya menggunakan beberapa program yang salah satunya adalah program excel. Berikut ini tahapan yang dilakukan dalam Gambar 8. Simulasi Pemeriksaan Tegangan Aksial 151
Perencanaan Impeller Gambar 9. Simulasi perhitungan Impeller Perencanaan Rumah pompa Dari data yang diperoleh di PT. Charoen Pokphand Indonesia, bahwa pompa yang akan di simulasi adalah pompa yang bentuk rumahnya berjenis rumah keong/siput (volute), sehingga dapat menggunakan tipe single volute. Hal ini dikarenakan mengingat dari data dilapangan bahwa pompa tersebut memiliki putaran sebesar 1450 rpm dimana, rumah pompa tipe single volute dapat digunakan untuk pompa besar atau pompa kecil dengan putaran spesifik tak terbatas. Gambar 10. Simulasi perhitungan Impeller Setelah diketahui diameter impeller dan menentukan jumlah sudu maka untuk Selanjutnya menggambarkan impeller, hal ini dapat dilakukan di program Auto Cad. Kemudian gambarkan diameter impeller pada gambar kerja dan selanjutnya memberikan garis dengan sudut 25 sebanyak 8 garis. Hal ini dapat dilihat seperti berikut ; Gambar 11. Layout Impeller Gambar 12. Simulasi perhitungan Rumah pompa Dari hasil simulasi diatas maka nilai nilai yang diperoleh dapat di gambarkan pada sebuah gambar kerja dengan menggunakan Auto Cad. Dimana untuk memulainya terlebih dahulu mengetahui diameter impeller pada pompa. Data yang diperoleh dari lapangan dan data yang didapat secara teoritis, maka dapat tentukan diameter impeller sebesar 107mm. Adapun tahap tahap dalam melakukan pembentukan volute pada Auto Cad adalah sebagai berikut : 1. konversikan diameter impeller dari (mm) ke (in). 2. Gambarkan diameter impeller yang telah dikonversi pada layout. 3. Buat garis dengan sudut 45 sebanyak 8 garis dengan titik center pada diameter impeller dengan tujuan agar mudah untuk 152
mendapatkan titik disetiap sudut pada impeller. 4. Bagilah hasil pada volute area sebanyak 8 kali sesuai dengan jumlah garis yang telah ditentukan, dan dapat dibuat seperti tabel dibawah ini. Masukkan nilai-nilai tersebut sesuai dengan section yang telah ditentukan Tabel 1. Throat area Nilai Head pompa (H) adalah 10 ft Diameter poros adalah 47,5 mm Daya pompa adalah 4,13 bhp Lebar impeller adalah 8,6 mm Lebar volute 15,1 mm Dengan hasil yang didapat dari hasil perancangan diatas, dapat disimpulkan bahwa perbandingan Gambar 13. Layout single volute Section 8 7 6 5 4 3 2 1 Area (sq in) 0.97 0.84 0.72 0.6 0.48 0.36 0.24 0.12 antara karakteristik pompa dilapangan dengan karakteristik pompa hasil rancangan sangat berbeda. Pada perhitungan teoritis dengan diameter impeller 108 mm diperoleh Head sebesar 10 ft dan Q sebesar 30 gpm. Sedangkan dilapangan ternyata pompa dapat melebihi dari hasil perhitungan. Hal ini dapat dilihat pada gambar berikut ; Gambar 14. Grafik pengaruh kapasitas terhadap head hasil rancangan 5. Kesimpulan Setelah dilakukan analisa dengan menggunakan simulasi hitungan teoritis dan didapat : Nilai kapasitas pompa (Q) adalah 30 gpm Daftar Pustaka [1] Lobanoff, Val S., Centrifugal pumps: design & application, 1910. [2] Michael Volk, Volk and Associates, Pump Characteristic and Applications,Second Edition, Inc. Oakland, California, U.S.A. [3] Sri Utami Handayani, ST, MT, Pompa dan Kompresor, 2012. 153