BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Dasar-dasar Pompa Sentrifugal Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar). Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut : Gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat. 5 UNIVERSITAS MERCU BUANA
Kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa menjadi tekanan atau head Selain pompa sentrifugal, industri juga menggunakan pompa tipe positive displacement. Perbedaan dasar antara pompa sentrifugal dan pompa positive displacement terletak pada laju alir discharge yang dihasilkan oleh pompa. Laju alir discharge sebuah pompa sentrifugal bervariasi bergantung pada besarnya head atau tekanan sedangkan laju alir discharge pompa positive displacement adalah tetap dan tidak bergantung pada headnya. 2.2. Pompa Sentrifugal Jenis pompa ini mempunyai 2 komponen utama : sebuah impeller yang terpasang pada poros berputar, selubung diam, rumah, atau rumah keong yang menutupi impeller. Impeller terdiri dari beberapa pisau (blade) biasanya melengkung, dan kadangkadang disebut sudu (vanes), dipasang dengan pola yang teratur disekililing poros. Sebuah sketsa yang memperlihatkan cirri-ciri utama sebuah pompa sentrifugal ditunjukkan pada gambar. 6 UNIVERSITAS MERCU BUANA
Gambar. Elemen dasar pompa sentrifugal Pada saat impeller berputar, fluida dihisap memlalui mata (eye) pada selubung dan mengalir keluar secara radial. Energi ditambahkan kepada fluida oleh sudu yang berputar dan baik tekanan maupun kecepatan absolute akan naik pada saat fluida mengalir dari mata ke keliling luar sudu. Untuk jenis pompa sentrifugal yang paling sederhana, fluida disalurkan secara langsung ke dalam selunung yang berbentuk keong. Bentuk selubung yang dirancang untuk menurunkan kecepatan pada saat fluida meninggalkan impeller., dan penurunan energy kinetiknya dirubah menjadi keneikan tekanan. Bentuk rumah keongnya semakin meningkat luasnya searah dengan alirannya, pada dasarnya digunakan untuk menghasilkan distribusi kecepatan yang seragam pada saat fluida bergerak di sepanjang selubung kearah sisi keluarnya. 7 UNIVERSITAS MERCU BUANA
Untuk pompa sentrifugal yang besar, seringkali digunakan rancangan yang berbeda dimana dipasang diffuser memandu sudu arah(vanes) di sekeliling impeller. Difuser dipasdang untuk memperlambat aliran saat fluida diarahkan kerumah pompa. Jenis pompa ini dikenal sebagai pompa diffuser. 2.3. Klasifikasi Pompa Sentrifugal antara lain : Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow. Bentuk konstruksi dari impeller. Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa setrifugal memiliki suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satu suction inlet disebut single-suction pump sedangkan untuk pompa yang memiliki dua suction inlet disebut double-suction pump. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single- 8 UNIVERSITAS MERCU BUANA
stage pump sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi-stage pump. 2.3. Terminologi pompa, ialah : Beberapa terminologi dan istilah khusus yang sering berkaitan dengan TDH = Total Dynamic Head, yaitu besarnya head pompa. Merupakan selisih antara head discharge dengan head suction; terkadang disebut head atau total head. BEP = Best Efficiency Point, yaitu kondisi operasi dimana pompa bekerja paling optimum. NPSHr = Net Positive Suction Head required, yaitu nilai head absolut dari inlet pompa yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi. NPSHa = Net Positive Suction Head available, yaitu nilai head absolut yang tersedia pada inlet pompa. Kavitasi, yaitu kondisi dimana terjadinya bubble (gelembung udara) di dalam pompa akibat kurangnya NPSHa (terjadi vaporisasi) dan pecah pada saat bersentuhan dengan impeller atau casing. Agar tidak terjadi kavitasi, maka NPSHa harus lebih besar dari NPSHr. Minimum flow, yaitu flow rate yang terkecil yang dibutuhkan agar pompa beroperasi dengan baik. Apabila laju alir lebih rendah dari minimum flow, pompa dapat mengalami kerusakan. 9 UNIVERSITAS MERCU BUANA
Efficiency, yaitu besarnya perbandingan antara energi yang dipakai (input) dengan energi output pompa. BHP = brake horsepower, yaitu power (daya) yang dibutuhkan oleh pompa untuk bisa bekerja sesuai dengan kurvanya; memiliki satuan hp. 2.4. Kurva Kinerja Pompa Sentrifugal Untuk mempertahankan pompa beroperasi pada kecepatan konstan, jumlah aliran yang melalui pompa tergantung pada perbedaan tekanan atau head yang dihasilkan oleh pompa. Head terendah, maka jumlah aliran tertinggi. Buku manual untuk spesifikasi pompa dinamakan kurva karakteristik pompa. Setelah pompa dipasang di sistem biasanya dicoba untuk memastikan bahwa jumlah aliran dan head pompa sesaui dengan spesifikasi yang dibutuhkan. Tipe kurva karakteristik sebuah pompa sentrifugal ditunjukan pada gambar 1. Ada beberapa hal yang terkait dengan kurva karakteristik pompa yang harus ditentukan. Shut off head adalah maksimum head yang dapat dihasilkan oleh pengoperasian pompa sentrifugal pada kecepatan tertentu. Pompa run out adalah aliran maksimum yang dapat dihasilkan oleh pompa sentrifugal tanpa merusak pompa. Pompa sentrifugal dirancang dan dioperasikan terhindar dari kondisi pompa runout atau pengoperasian shut off head. Tambahan informasi mungkin ditemukan didalam handbook pada bab thermodinamika, 10 UNIVERSITAS MERCU BUANA
transfer panas dan aliran fluida. Gambar 1 : Kurva Kinerja Pompa Sentrifugal 2.5. Titik Operasi Pompa Debit aliran pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa terbuat dari banyak titik-titik tugas. Titik operasi pompa ditentukan oleh perpotongan kurva system dengan kurva pompa sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 2. 11 UNIVERSITAS MERCU BUANA
2.6. Sistem Proteksi Pompa Gambar 2 : Titik Operasi Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal kehilangan head ketika pompa itu dioperasikan tanpa ada aliran yang melewatinya, sebagai contoh dengan katup buang yang tertutup, atau dilawan dengan check valve. Jika katup buang tertutup dan tidak ada saluran kecil aliranpun yang disediakan pada pompa, impeler akan mengaduk volume air yang sama ketika berputar didalam rumah pompa. Ini akan meningkatkan temperatur zat cair (akibat gesekan) didalam rumah pompa pada titik dimana akan timbul uap air. Uap air dapat menimbulkan terhentinya aliran pendingin paking pompa, bearing, penyebab keausan dan panas. Jika pompa beroperasi pada jumlah yang kurang dengan waktu yang lama, pompa akan rusak. Ketika pompa dipasang dalam sebuah sistem seperti yang mungkin mengalami shut off head secara 12 UNIVERSITAS MERCU BUANA
berkala, pompa ini memerlukan beberapa hal untuk perlindungan pompa. Salah satu cara untuk melindungi pompa beroperasi tanpa ada head adalah menyediakan jalur ulang dari saluran buang pompa yang mengalir dari katup buang, yang kembali untuk mensuplai pompa. Saluran sirkulasi ulang ini harus diukur untuk memberikan jumlah aliran yang cukup pada pompa untuk mencegah kelebihan panas dan kerusakan pompa. Proteksi mungkin juga dilakukan dengan menggunakan sebuah kontrol aliran otomatis. Pompa sentrifugal harus juga diproteksi dari aliran maksimal. Aliran maksimal dapat menyebabkan kavitasi dan juga kelebihan panas pada motor pompa akibat kelebihan arus. Salah satu cara untuk memastikannya adalah selalu ada hambatan aliran pada saluran buang pompa untuk mencegah kelebihan aliran yang melalui pompa, dengan memasang katup throttle atau orifice pada setelah saluran buang. Rancangan sistem pemipaan yang baik sangat penting untuk mencegah pompa mengalir secara maksimal. Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari : Proteksi terhadap aliran balik. 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. 13 UNIVERSITAS MERCU BUANA
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. 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. 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). 14 UNIVERSITAS MERCU BUANA