Rancangan Kompresor dan Pompa Sentrifugal

BAB I

PENDAHULUAN

1. Deskripsi Pompa

Gaya gravitasi menyebabkan fluida cair mengalir dari satu tempat yang relative tinggi menuju tempat yang lebih rendah. Energi potensial merupakan bentuk energi yang dikandung oleh suatu zat. Fluida cair pada tekanan tinggi memiliki energi potensial yang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan fluida cair pada tekanan yang rendah. Oleh karenanya, fluida cair akan mengalir dari tempat bertekanan tinggi menuju tempat bertekanan rendah. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini. (modul PT. Candra Asri)

Gambar 1.1 Sifat fluida mengalir

Banyak pegertian tentang pompa namun pengertian yang terbaik tentang pompa adalah mesin yang digunakan untuk tujuan memindahkan sejumlah fluida atau gas ke tempat yang lain. [Alfa laval Hand book, page 5]. Pompa merupakan sebuah mesin yang mampu menambahkan tekanan ataupun energi kepada fluida cair. Dengan memasang pompa, fluida cair akan mampu dialirkan dari tempat berdataran rendah menuju tempat yang relative lebih tinggi (modul PT. Candra Asri)

Gambar 1.2 Pompa dapat memindahkan fluida cair

Gambar 1.3. Pump Classifications

1. Klasifikasi Pompa

Tipe pompa memliki dua katagori yaitu dinamik (rotodynamic) dan positive displacment (perpindahan positive). Perputaran impeler pompa dinamik merubah energi kinetik menjadi kecepatan (velocity) dan tekanan untuk memompa fluida. Terdapat dua jenis pompa dinamik :

• Pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan air dalam berbagai penggunaan industri. Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. Untuk alasan ini, pompa ini dijelaskan dibawah lebih lanjut.
• Pompa dengan efek khusus terutama digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri. Pompa yang memindahkan sejumlah volume cairan secara konstan disebut pompa positive displacement. Pompa positive displacement pertama kali akan menarik sejumlah volume cairan kedalam silinder dan kemudian memindahkan volume cairan tersebut keluar dari silinder . Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya:
• Pompa Reciprocating jika perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya jarum piston. Pompa reciprocating hanya digunakan untuk pemompaan cairan kental dan sumur minyak.
• Pompa Rotary jika perpindahan dilakukan oleh gaya putaran sebuah gir, cam atau baling- baling dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan sebagai gir dalam, gir luar, lobe, dan baling-baling dorong dll. Pompa- pompa tersebut digunakan untuk layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri.

  

  Gambar 1.4. Pompa sentrifugal dan pompa positif displacement

  Tidak seperti halnya pompa sentrifugal, pompa positif displacement merupakan :

  • Pompa tekanan
  • Mampu mempriming sendiri
  • Beroperasi pada suction lift yang berkisar 6.70 meter

1. Karakteristik Sistim Pemompaan

A. Tahanan Sistim : Head

Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada satuan luas unit sementara Head merupakan ketinggan fluida. Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu. Tekanan ini harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistim, yang juga disebut “head”. Head total merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan/ friksi:

Head statik

Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang dipompakan. Head statik merupakan aliran yang independen. Head statik pada tekanan tertentu tergantung pada berat cairan dan dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Head statik terdiri dari:

• Head hisapan statis (hS): dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat pompa. hS nilainya positif jika ketinggian cairan diatas garis pusat pompa, dan negatif jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa (juga disebut “pengangkat hisapan”)
• Head pembuangan statis (hd): jarak vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.
• Head gesekan/ friksi (hf)

  Ini merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa dan sambungan-sambungan. Head ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa, jumlah dan jenis sambungan, debit aliran, dan sifat dari cairan. Head gesekan/ friksi sebanding dengan kwadrat debit aliran seperti diperlihatkan dalam gambar 3. Loop tertutup sistim sirkulasi hanya menampilkan head gesekan/ friksi (bukan head statik).

• Net Positive Suction Head (NPSH)

NPSH mendefinisikan nilai Suction head (absolute) dikurangi dengan nilai head akibat vapor pressure sebuah fluida cair. NPSH mendefinisikan nilai head minimum yang dibutuhkan pada suction pompa yang memungkinkan fluida cair masuk ke dalam pompa tanpa mengalami penguapan. NPSH yang diperlukan (NPSHR) adalah hisapan pompa yang diperlukan untuk menghindari kavitasi, dan merupakan karakteristik rancangan pompa.

(NPSH diformulasikan sebagai berikut):

• Vapor Pressure

Ketika fluida cair menyerap panas yang cukup, gelembung uap akan terbentuk dan terlepas dari permukaan fluida cair, phenomena ini disebut proses penguapan. Uap akan mengeluarkan energi sebelum terlepas dari permukaan fluida cair. Vapour pressure adalah tekanan yang dihasilkan uap, yang terjebak didalam atau diatas fluida cair tersebut.

Besar nilai vapor pressure subuah fluida cair didapat dengan cara mengukur tekanan yang dhasilkan oleh uap didalam container tertutup. Pada suhu kamar, gasoline memiliki nilai vapor pressure yang lebih tinggi dibandingkan air. Oleh karenanya, gasoline akan menguap terlebih dahulu sebelum air. Jika tekanan diterapkan diatas permukaan fluida cair baik oleh sebuah gas ataupun uap, maka tekanan pada permukaan fluida cair tersebut akan mampu mencegah terlepasnya/terbentuknya uap dari fluida tersebut.

Gambar 1.5. Liquid (Vapour Pressure)

Untuk menjaga agar fluida cair pada pompa tidak mengalami proses penguapan, maka suction pressure absolute harus jauh lebih besar dibandingkan dengan nilai vapor pressure dari fluida cair tersebut pada suhu itu.

• Cavitations

Kavitasi adalah phenomena terbentuknya dan pecahnya gelembung –gelembuang uap pada fluida cair. Kavitasi terjadi ketika pompa beroperasi mendekati nilai minimum NPSH nya. Ketika kavitasi terjadi, beberapa bagian dari fluida cair akan berubah phasa menjadi uap. Jika ini terjadi pada suction line, gelembung uap tersebut akan terbawa masuk kedalam impeller. Didaerah yang bertekanan tinggi disekitar rumah pompa, gelembung-gelembung tersebut akan pecah kembali karena tekanan didaerah tersebut jauh lebih tinggi dari nilai vapor pressurenya. Pecahnya gelembung uap ini akan menhasilkan ketidakberaturan pada pergerakan fluida cair sehingga menghasilkan gaya yang mampu melepaskan partikel-partikel metal pada permukaan yang dilaluinya. Pecahnya gelembung uap dengan gaya yang begitu besar ini menghasilkan suara keras didalam pompa, yang bisa menjadi indicator terjadinya kavitasi. Untuk memperbaiki terjadinya kavitasi, NPSH yang tersedia harus ditingkatkan.

1.4. Deskripsi Kompresor

Ketika sejumlah gas dikompresi/dipadatkan kedalam volume yang lebih kecil, tekanan gas tersebut akan bertambah. Gas terkompresi yang berada dalam kondisi statis/diam akan menampakkan energinya dalam bentuk tekanan kesegala arah. Ketika gas tersebut mengalir, sebagian energi dalam bentuk tekanan dikonversikan menjadi energi dalam bentuk kecepatan. Total energi dari gas yang mengalir merupakan fungsi dari kecepatan dan tekanannya. Ketika total energi tetap sama dan energi dalam bentuk kecepatan bertambah, maka energi dalam bentuk tekanan akan berkurang. Dengan melakukan kerja terhadap sesuatu objek, ini berarti bahwa kerja yang dilakukan telah menambah total energi dari objek tersebut. Kompressor yang melakukan kerja terhadap gas selanjutnya akan menambahkan atau menaikkan total energi gas tersebut.

Terdapat dua jenis dasar kompresor : positive-displacement dan dinamik. Pada jenis positive-displacement, sejumlah udara atau gas di- trap dalam ruang kompresi dan volumnya secara mekanik menurun, menyebabkan peningkatan tekanan tertentu kemudian dialirkan keluar. Pada kecepatan konstan, aliran udara tetap konstan dengan variasi pada tekanan pengeluaran. Kompresor ini tersedia dalam dua jenis: reciprocating dan putar/ rotary.

• Kompresor reciprocating

  Di dalam industri, kompresor reciprocating paling banyak digunakan untuk mengkompresi baik udara maupun refrigerant. Prinsip kerjanya seperti pompa sepeda dengan karakteristik dimana aliran keluar tetap hampir konstan pada kisaran tekanan pengeluaran tertentu. Juga, kapasitas kompresor proporsional langsung terhadap kecepatan. Keluarannya, seperti denyutan.. Kompresor reciprocating tersedia dalam berbagai konfigurasi; terdapat empat jenis yang paling banyak digunakan yaitu horizontal, vertical, horizontal balance-opposed, dan tandem. Jenis kompresor reciprocating vertical digunakan untuk kapasitas antara 50 – 150 cfm.

  

  Gambar 1.6. Penampang melintang kompresor recriprocating

• Kompresor Putar/ Rotary

  Kompresor rotary mempunyai rotor dalam satu tempat dengan piston dan memberikan pengeluaran kontinyu bebas denyutan. Kompresor beroperasi pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan hasil keluaran yang lebih tinggi dibandingkan kompresor reciprocating. Biaya investasinya rendah, bentuknya kompak, ringan dan mudah perawatannya, sehingga kompresor ini sangat popular di industri. Biasanya digunakan dengan ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW. Jenis dari kompresor putar adalah:

  • Kompresor lobe (roots blower)
  • Kompresor ulir (ulir putar helical-lobe, dimana rotor putar jantan dan betina bergerak berlawanan arah dan menangkap udara sambil mengkompresi dan bergerak kedepan
  • Jenis baling-baling putar/ baling-baling luncur, ring cairan dan jenis gulungan.

  

  Gambar 1.7. Kompresor ulir

  Kompresor dinamik memberikan enegi kecepatan untuk aliran udara atau gas yang kontinyu menggunakan impeller yang berputar pada kecepatan yang sangat tinggi. Energi kecepatan berubah menjadi energi tekanan karena pengaruh impeller dan volute pengeluaran atau diffusers. Pada kompresor jenis dinamik sentrifugal, bentuk dari sudu-sudu impeller menentukan hubungan antara aliran udara dan tekanan (atau head) yang dibangkitkan.

  1.5. Karakteristik Kompresor

  A. Ratio Of Compression

  • Umumnya, gas memasuki kompresor pada suatu nilai tekanan dan meninggalkan kompresor pada nilai tekanan yang lebih besar
  • Perbedaan antara tekanan suction dan discharge mewakili kerja yang dilakukan terhadap gas, setelah dikurangi kerugian akibat panas dan gesekan)
  • Perbandingan nilai kompresi, R merupakan hubungan antara tekanan discharge dan suction, dalam nilai absolut, P_d/P_s
  • R menunjukkan berapa kali tekanan suction dilipat gandakan menjadi tekanan discharge. R merupakan indicator sejumlah tekanan yang kompresor tambahkan kepada gas

  B. Capacity Of Compressor

  • Kapasitas kompresor diukur dengan jumlah volume gas yang dipindahkan dalam satuan waktu
  • Laju kapasitas gas dalam m³/min tergantung kepada kecepatan gas dan diameter pipa yang dilalui oleh gas
  • Oleh karena kompresor mengkompresi gas, volume gas yang memasuki kompresor akan lebih besar dibandingkan dengan volume gas yang meninggalkan kompresor
  • Nilai CMM atau m³/min mewakili volume gas sebelum proses kompresi, diukur pada sisi suction kompresor

  C. Joule (meter-newton) and Horsepower

  Satu meter Newton adalah jumlah kerja yang dibutuhkan untuk mengangkat berat sebesar satu Newton, pada g = 10 m/s² sejauh satu meter

  

  Gambar 1.8. Joule (meter-newton)

  Tenaga merupakan kerja yang dilakukan per satuan waktu

  1     horse power (hp) = 746 W

  D. Head Of Compression

  • Kerja kompresi dapat dibayangkan sebagai jarak angkat yang mampu dilakukan terhadap berat sesuatu gas. Untuk setiap satu kilogram berat gas yang diangkat sejauh satu meter, maka dibutuhkan satu Newton meter kerja
  • Ketinggian gas yang mampu diangkat oleh kompresor tergantung kepada kecepatan gas. Ketika kecepatan gas bertambah maka head yang mampu dibangun oleh kompresor akan bertambah pula
  • Ketika kompresi dibayangkan sebagai kemampuan mengangkat berat gas, “head” dalam satuan meter mewakili hasil kompresi dalam Newton-meter(kerja) per Newton (berat) gas
  • Jika head bertambah, maka jumlah kerja persatuan berat akan bertambah pula

    

  Gambar 1.9. Head of compression

  E. RPM and Horsepower

  • Massa jenis/density berbagai gas akan berbeda. Untuk dua buah gas yang memiliki volume yang sama, gas dengan massa jenis yang besar akan lebih berat dibandingkan dengan gas yang memiliki massa jenis yang lebih kecil. Gas dengan massa jenis yang lebih besardisebut dengan denser

    = mass density (kg/m³)

    m = mass (kg)

    V = volume (m³)

  • Meskipun demikian, untuk setiap rpm/kecepatan compressor, jumlah kerja persatuan berat gas akan tetap
  • Tanpa memperhatikan berat gas, baik untuk gas yang berat maupun ringan, jumlah kerja persatuan berat gas akan tetap sama
  • Dengan demikian, disetiap rpm, jumlah laju aliran gas akan tetap sama. Tetapi untuk gas yang lebih berat, jumlah kilogram gas yang dipindahkan akan jauh lebih banyak
  • (Meskipun kerja per satuan berat (head) sama, jumlah kilogram gas yang dikerjakan/dikompresi dalam rentang waktu tertentu akan bertambah untuk gas yang m Dengan bertambahnya berat gas dalam rentang waktu yang diberikan, laju kerja kompresor akan bertambah. Dengan demikian tenaga yang dibutuhkan oleh kompresor akan bertambah pula emiliki massa jenis yang besar atau denser

  F. RPM, R, and BHP

  • Pada kecepatan dan laju aliran yang tetap, kompresor akan menghasilkan head yang sama, terlepas dari seberapa besar berat gas tersebut. Head dalam satuan meter dapat dikonversikan kedalam tekanan, berdasarkan formula berikut:

    

  where     P = pressure (kg/m²)        H = head (m)

  = weight density (kg /m³)

  • Massa jenis gas tidak akan mempengaruhi head yang akan dihasilkan tetapi hanya akan mempengaruhi tekanan discharge
  • BHP merupakan tenaga yang dibutuhkan oleh shaft kompresor
  • Karena rentang variasi massa jenis gas sangat lebar, BHP yang dibutuhkan oleh kompresor cenderung berubah pada saat kompresor dioperasikan

  G. Surging

  • Anggap, sebuah kompresor tengah dihubungkan dengan sistem yang membutuhkan supply udara cukup besar. Ketika kompressor mulai dijalankan hanya akan ada sedikit tahanan pada discharge kompresor
  • Dengan sedikit tahanan pada discharge, kapasitas kompresor akan cukup besar untuk pertama kalinya. Ketika supply udara yang hasilkan kompresor sudah cukup memadai maka kebutuhan udara yang digunakan sistem akan berkurang. Jika kemudian sistem tidak juga menggunakan udara tersebut sesegera mungkin maka tekanan pada sistem akan meningkat
  • Dengan meningkatnya tekanan pada sistem, tahanan terhadap discharge kompresor akan bertambah dan menyebabkan kapasitas yang mampu dihasilkan kompresor akan berkurang
  • Jika secara menerus sistem hanya menggunakan sedikit udara yang telah dihasilkan oleh kompresor maka tekanan pada sistem akan terus meningkat, sementara head yang dibutuhkan oleh kompresor untuk menjaga aliran udara yang konstan, akan juga semakin bertambah. Ketika head yang dibutuhkan untuk menjaga supply udara tersebut bertambah diatas batas maksimum head yang diizinkan, supply udara akan terhenti
  • Ketika aliran udara terhenti, tekanan didalam kompresor akan menjadi lebih rendah dibandingkan tekanan pada sistem. Hal ini akan mengakibatkan udara pada sistem akan mengalir kembali kedalam kompresor
  • Setelah udara mengalir kembali kedalam kompresor atau kemudian sistem mengkonsumsi udara yang tersedia, tekanan pada sistem akan kembali menurun. Pada saat tekanan sistem berada dibawah batas maksimum head kompresor, kompresor akan kembali mengirimkan udara menuju sistem
  • Pada saat kompresor kembali mulai mengirimkan udara, kompresor akan beroperasi pada kapasitas yang teramat sangat rendah dan pada tekanan atau head yang teramat tinggi
  • Jika sistem masih hanya menggunakan sedikit udara, kembali kompresor akan mencapai batas maksimum head dan supply udara yang dihasilkan kompresor akan kembali terhenti pula
  • Proses yang berlangsung secara cepat terhadap gejala aliran udara yang terhenti dan mengakibatkan udara kembali masuk kedalam kompresor dan kemudian kembali kompresor mengirimkan udara, disebut dengan phenomena “surging”
  • Phenomena surging akan menghasilkan getaran yang sangat kuat pada kompresor dan juga sistem pemipaan yang pada akhirnya dapat mengakibatkan kerusakan yang cukup parah pada kompresor
  • Cukup sulit untuk memisahkan antara kompresor dengan blower. Tetapi secara umum dapat dikatakan bahwa jika tekanan yang dihasilkan melebihi 1 kg/cm², maka mesin tersebut dapat diklasifikasikan sebagai kompresor
  • Kompresor dapat diklasifikasikan kedalam dua kelompok besar, yakni kompresor turbo dan kompresor displacement. Tabel dibawah memperlihatkan karakteristik dan penggunaan dari masing-masing jenis kompresor

  

  Gambar 1.10. Kompresor (tampak samping)

  BAB II

  PEMBAHASAN

  2.1. Pompa Sentrifugal

  Ketika sebuah objek benda diputar dalam gerak melingkar, benda tersebut akan cenderung terlempar keluar dari pusat lingkaran.

  

  Gambar 2.1. Benda Melingkar

  Satu cara untuk menambah energi kepada fluida cair adalah dengan memutar fluida tersebut dalam arah melingkar. Gaya yang mengakibatkan sebuah objek terlempar keluar dalam gerak melingkar disebut gaya sentrifugal.

  Bagian pompa yang memutar flluida cair disebut impeller. Fluida cair mengalir melelui inlet pompa dan masuk kedalam titik pusat impeller. Selanjutnya impeller akan menggerakkan fluida tersebut dalam gerak melingkar, Fluida cair akan didorong dari titik pusat menuju bagian terluar dari bibir impeller. Semakin cepat impeller berputar, akan semakin cepat fluida cair bergerak. Impeller disusun dari rangkaian vanes atau blade, yang berpungsi untuk mengarahkan aliran fluida).

  

  Gambar 2.2. Impeller

  Gaya centrifugal mendorong fluida cair menjauhi titik pusat impeller. Selanjutnya fluida cair memasuki rumah pompa ketika terlempar keluar dari bagian terluar impeller tersebut. Ketika fluida cair memasuki rumah pompa, kecepatannya akan berkurang. Berkurangnya kecepatan fluida cair akan menaikkan tekanan fluida cair.

  Pada saat gaya centrifugal menggerakkan fluida cair menjauhi pusat impeller, daerah bertekanan rendah akan terbentuk pada pusat impeller. Terbentuknya daerah bertekanan rendah pada pusat impeller selanjutnya akan mampu mengalirkan fluida cair dari system masuk kedalam impeller. Pada pompa centrifugal, fluida cair digerakkan oleh gaya centrifugal dari daerah bertekanan rendah di pusat impeller menuju daerah bertekanan tinggi di discharge pompa. Komponen utama dari pompa sentrifugal terlihat pada Gambar 2.1.4 dan diterangkan dibawah ini:

  • Komponen berputar: impeller yang disambungkan ke sebuan poros
  • Komponen satis: casing, penutup casing, dan bearings

    

  Gambar 2.3. Komponen utama pompa sentrifugal

  2.2. Komponen Pompa Sentrifugal

1. Impeller

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:

• Arah utama aliran dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial, aliran campuran
• Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda
• Bentuk atau konstruksi mekanis

Macam-macam jenis impeller adalah sebagai berikut:

• Impeler yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi oleh mantel (= penutup) pada kedua sisinya. Biasanya digunakan untuk pompa air, dimana 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 dibagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari impeler tertutup ini adalah resiko yang tinggi terhadap rintangan.
• Impeler terbuka dan semi terbuka. Memudahkan dalam pemeriksaan impeller. kemungkinan tersumbatnya kecil. Akan tetapi utnuk menghindari terjadinya penyumbatan melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate pompa harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeler yang benar.
• Impeler pompa berpusar/vortex cocok untuk bahan-bahan padat dan “berserabut” akan tetapi pompa ini 50% kuran efisien dari rancangan yang konvensional.

  

  

Gb. 2.4. Semi-open impeler    Gb. 2.5. Impeller jenis tertutup dan terbuka

1. Kasing pompa

Fungsi utama kasing 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 dua puluh kali tekanan atmosfir pada pompa satu tahap. Untuk pompa multi- tahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. kasing dirancang untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang cukup. Fungsi kasing yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan impeler. Oleh karena itu kasing pompa harus dirancang untuk:

1. Memberikan kemudahan mengakses ke seluruh bagian pompa untuk pemeriksaan, perawatan dan perbaikan.
2. Membuat wadah anti bocor dengan memberikan kotak penjejal
3. Menghubungkan pipa-pipa hisapan dan pengiriman ke flens secara langsung
4. Mudah dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor listrik) tanpa kehilangan daya.

   

   

Gb. 2.6. Kasing pompa          Gb. 2.7. Flexibility 360⁰

1. Back Plate

Back plate terbuat dari logam dimana dengan kasing pompa membentuk kamar cairan untuk fluida untuk dijadikan tekanan.

Gambar 2.8. Back plate

1. Mechanical Seal

Koneksi antara batang motor shaft/pompa dan selubung pompa dilindungi oleh suatu segel mekanik

1. Shroud and Legs

Kebanyakan jenis pompa di coba dengan shourd dan legs yang dapat disetel. Shroud dibatasi untuk meredam suara gaduh dan melindungi motor dari kerusakan

Gambar 2.9. Shroud and legs pompa

1. Pump Shaft

Kebanyakan pompa mempunyai batang potongan yang ditempatkan dibatang motor untuk menggabungkan tekanan, menghapuskan penggunaan keyways. Perakitan batang potongan dapat didesain secara sederhana, sekalipun begitu masih menjamin pengarahan metode untuk mengurangi suara gaduh dan getaran. Untuk pompa sentrifugal multi-stage panjang batang pompa akan berbeda tergantung dari banyaknya pendorong yang digunakan.

Gambar 2.10. Pump shaft

1. Adaptor

Kebanyakan pompa dengan suatu standar IEC motor elektrik. Koneksi antara motor dan backplate dihubungkan oleh suatu adaptor dimana sesusai dengan standar IEC atau C-frame motor elektronik.

Gambar 2.11. Adaptor

Pompa sentrifugal di desain multi-stage digunakan agar tekanan tinggi masuk. Pompa sentrifugal merupakan solusi efektif dalam masalah biaya. Pertama cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet pump oleh tekanan buatan. Lalu 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. Prinsip kerja untuk pompa sentrifugal multi stage sama dengan pompa sentrifugal konvesional. Pompa sentrifugal multi-stage konstan, walapun beberapa impeler menaikan tekanan dari satu stage ke stage yang lainya. Operasi pompa sentrifugal sama dengan operasi pompa sentrifugal konvesional disusun seri

2.3. Kompresor Sentrifugal

Sesuai dengan namanya, kompresor ini memanfaatkan gaya centrifugal untuk menaikkan atau mengkompresi gas refrigeran. Secara cepat rotor kompresor yang dirancang khusus dengan impeller blade menangkap gas refrigeran yang bertekanan sangat rendah dari evaporator (sisi suction) dan kemudian melemparkan molekul- molekul gas yang berada di lengan-lengan impeller blade dengan memanfaatkan putaran rotor yang sangat tinggi (4000 rpm sampai 8000 rpm), sehingga kecepatan tangensialnya akan memproduksi tekanan pada sisi discharge-nya.

Kompresor udara sentrifugal merupakan kompresor dinamis, yang tergantung pada transfer energi dari impeller berputar ke udara. Rotor melakukan pekerjaan ini dengan mengubah momen dan tekanan udara. Momen ini dirubah menjadi tekanan tertentu dengan penurunan udara secara perlahan dalam difuser statis. Kompresor udara sentrifugal adalah kompresor yang dirancang bebas minyak pelumas. Gir yang dilumasi minyak pelumas terletak terpisah dari udara dengan pemisah yang menggunakan sil pada poros dan ventilasi atmosferis. Sentrifugal merupakan kompresor yang bekerja kontinyu, dengan sedikit bagian yang bergerak; lebih sesuai digunakan pada volum yang besar dimana dibutuhkan bebas minyak pada udaranya. Kompresor udara sentrifugal menggunakan pendingin air dan dapat berbentuk paket.; khususnya paket yang termasuk after-cooler dan semua control. Kompresor ini dikenal berbeda karakteristiknya jika dibandingkan dengan mesin reciprocating. Perubahan kecil pada rasio kompresi menghasilkan perubahan besar pada hasil kompresi dan efisiensinya. Mesin sentrifugal lebih sesuai diterapkan untuk kapasitas besar diatas 12,000 cfm.

2.4. Prinsip Kerja Kompresor Sentrifugal

Impeller terbuat dari dua buah pelat yang dipisahkan oleh rangkaian sudu. Pada saat impeller berputar, sudu akan mendorong udara didalam impeller untuk bergerak

Gambar 2.12. Blades and Plates

Karena tidak ada gaya sentripetal yang bekerja, putaran akan mendorong molekul udara untuk terlempar keluar dari titik pusat impeller. Kecenderungan udara atau gas untuk bergerak keluar dari pusat impeller merupakan kecenderungan dari gaya sentrifugal. Pada saat impeller berputar, ia akan menggerakkan gas menuju bagian terluar dari impeller dan mengakibatkan kecepatan gas tersebut bertambah.

Gambar 2.13. Perputaran impeller

Bertambahnya kecepatan untuk menjauhi titik pusat impeller akan menciptakan daerah yang bertekanan rendah pada pusat impeller tersebut, yang pada akhirnya akan mengizinkan lebih banyak gas untuk memasuki impeller. Impeller melakukan kerja terhadap gas. Kerja akan dikonversikan kedalam energi yang gas akan dapatkan dalam bentuk tekanan dan kecepatan. Pada saat meninggalkan impeller, gas akan diarahkan melalui jalur yang disebut diffuser. Radius/jari-jari diffuser lebih besar daripada radius impeller dimana pola aliran gas yang melalui diffuser akan berbentuk spiral yang besar.

Gambar 2.14. Diffuser

Karena pola aliran menjadi lebih besar dan tidak ada pengaruh langsung yang dilakukan oleh sudu impeller, kecepatan gas akan berkurang sementara tekanan gas menjadi bertambah. Diffuser mengkonversi kecepatan menjadi tekanan yang bertambah besar. Gas yang telah melewati diffuser selanjutnya akan memasuki volute. Didalam volute, pengkonversian kecepatan menjadi tekanan terus berlanjut.

Gambar 2.15. Kerja impeller dan diffuser (sederhana)

• Dengan melakukan kerja terhadap gas, kompresor sentrifugal telah memberikan tekanan dan kecepatan terhadap gas

Gambar 2.16. Kerja impellers dan diffusers (lengkap)

Gambar diatas memperlihatkan sentrifugal kompresor multistage, yang terdiri dari 4 buah impeller. Pada saat gas meninggalkan impeller pertama, gas akan mendapatkan kecepatan dan tekanan. Pertambahan kecepatan akan dikonversikan sebagian menjadi tekanan didalam diffuser.

Pada saat gas meninggalkan diffuser, gas selanjutnya diarahkan untuk memasuki impeller berikutnya. Pada saat gas memeasuki impeller kedua, gas memiliki pressure yang lebih besar dibandingkan ketika gas tersebut memasuki impeller pertama. Pertambahan tekanan yang sangat besar hanya mungkin diperoleh melalui kompresor sentrifugal multistage. Gas yang meninggalkan kompresor mendapatkan penambahan energy yang biasanya dalam bentuk pertamambahan tekanan dan suhu.

Kecepatan kompresor centrifugal berkisar antara 4000 rpm sampai 8000 rpm. untuk mesin berskala besar 1000 ton sampai 2000 ton biasanya dirancang dengan kecepatan 4000 rpm sedang untuk mesin dengan kapasitas 50 ton sampai 100 ton dirancang dengan kecepatan 8000 rpm. Biasanya rotor blade dan motor penggeraknya dikopel melalui roda gigi untuk meningkatkan putaran rotor bladenya. Berikut ini diberikan contoh sutau unit mesin berkapasitas 500 ton yang digerakkan oleh motor listrik 3 phasa, 500 HP, 2300 volt, 60 Hz, 1770 rpm. Melalui roda gigi kecepatan rotor ditingkatkan hingga mencapai 4860 rpm.

Keuntungan lain dari unit dengan kompresor centrifugal adalah kemampuan adaptasi yang sangat tinggi sehingga mesin ini dapat diadaptasikan ke suatu sistem yang berkapasitas 250 ton hingga 5000 ton. Mesin ini cocok untuk operasi suhu yang lebar, dari + 50o F sampai – 100o F. Mesin ini sangat fleksibel di berbagai variasi beban dan dapat beroperasi dengan efisiensi yang tinggi bahkan bila kebutuhan beban kurang dari 40% dari kapasitas terpasang. Mesin ini juga mempunyai bagian bergerak yang lebih sedikit bila dibandingkan dengan multi silinder pada kompresor torak sehingga sistem pelumasannya pun menjadi lebih sederhana.

Fungsi dari sebuah kompresor adalah untuk menaikkan tekanan suatu gas, tekanan gas dapat dinaikkan dengan memaksakan untuk mengurangi volumenya. Ketika volumenya dikurangi, tekanannya naik. Sebuah kompresor “positive displacement”, memaksa gas dengan cara ini. Tetapi sebuah kompresor sentrifugal mencapai kenaikkan tekanan dengan dua tahap. Kompresor ini menambah energi pada gas dalam bentuk kecepatan (energi kinetik) dan kemudian merubah bentuk ini menjadi energi tekanan. Sebuah kompresor sentrifugal menggunakan konsep kecepatan-tekanan untuk menaikkan tekanan gas. Gas masuk ke sebuah impeler yang berputar melalui “mata” (eye). Vanes (daun impeler) mendorong gas ke sisi luar, melemparkan gas melalui jalur tertentu pada kecepatan tinggi. Gasnya dilemparkan ke jalur “diffuser” dan “volute” yang berada disekitar impeler, yang relatif memiliki volume besar, jadi kecepatannya terhambat dengan cepat. Energi kecepatan diubah menjadi energi tekanan, dengan demikian tekanannya meningkat.

Seperti pada pompa sentrifugal, kompresor sentrifugal juga menunjukkan daya jelajah operasinya yang dirangkum dalam suatu kurva kinerja. Lalu apa gunanya kurva kinerja tersebut? Salah satu kegunaannya adalah untuk mengevaluasi kinerja kompresor terpasang, atau mengoptimalkan kinerja kompresor terpasang.

BAB III

PERHITUNGAN

1. Perhitungan Kompresor

Fungsi    : Menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 7.6696 atm

Jenis    : Centrifugal Compressor

Komponen	Kg/Jam	mi	Kmol/Jam	yi	BM	yi.BM
Oksigen	1364.5064	1	42.6422	1	31.999	31.999

• P in = 1 atm = 14.7 psia
• P out = 7.669 atm = 112.74 psia
• T in = 35^oC = 308.15 K
• BM = 31.9990 g/mol
• Komponen C pi
• Yi x C pi
• O₂ = 29.526 J/mol K
• R = 8.3144 J/mol K
• 
• Suhu gas keluaran
• Rasio Kompresi
• T out = 273.90 ^oC = 546.9040 K
• T gas rata-rata = 427.5270 K
• P gas rata-rata = 4.3348 atm
• Ρ gas rata-rata =
• Laju Alir Q = 0.0959 m³/detik

Dari tabel 4.9 Ulrich dipakai Centrifugal Compressor

Kerja Kompresor :

Diambil Efisiensi Adiabatik 80 %, maka W= 104.38 KW

1. Perhitungan Pompa

Fungsi    : Memompakan air dari T-03 ke Absorber A-01

Tipe     : Single Stage Centrifugal Pump

Densitas Campuran : 1023.0130 Kg/m³ = 63.8653 Lb/ft³

• Titik Pompa

  Z₁ = 0 ft

  P₁ = 1 atn

  Z₂ = 75.4584 ft

  P₂ = 1.32 atm

• Pemilihan Pipa

  D_opt = 3.9 Q^0.45 ρ^0.13

  Q = 2.0848 m³/hr = 0.0205 ft³/s

  ρ_camp = 1023.0130 Kg/m³

  Jadi. D_opt =

  Dipilih pompa fengan spesifikasi :

  D nominal = 1.25 in

  Schedule Number = 40

  OD (diameter luar) = 1.66 in

  ID (diameter dalam) = 1.38 in = 0.0351 m

  A = 0.0104 ft²

  Komponen	A	S	C	D	mi	Flow Kg/hr	Xi	Xi/mi
  AIR	-10.2158	1792.5	0.01773	-1.26E-05	0.8177	1777.288	1	12.23

  μ_avg = 0.8177 cp

  μ_camp = 0.0005 lb/ft.s

  Kecepatan Linier dalam pipa

  

  =

  = 1.9699 ft/detik

  N_Re=

  Panjang Ekuivalen ( ∑Le )

  tipe	jumlah	ID,ft	Le/D	Le,ft
  pipa lurus	-	0.115	-	120
  elbow 90	3	0.115	35	12.075
  gate valve	1	0.115	9	1
  total				133.11

  e = 4.6000 10^-5 m

  e/D = 1.3123 10^-3

  Re = 26330.7774

  Besar f = 0.012

  Menghitung Power Pompa

  

  Karena diameter pipa yang digunakan sama maka kecepatan fluidanya sama. Maka, ,

• z₁ = 0 ft

  z₂ = 74.4584 ft

  

• P₁ = 1 atm = 2116.8000 lbf/ft²

  P₂ = 1.32 atm = 2794.176 lbf/ft²

  

• Friction Loss

  

  • Friction Loss untuk pipa, elbow, dan valve

    

    • Constraction Loss

    

    

    A₁ = Luas pipa

    A₂ = Luas adsorber

    

    kc = 0.5344

    hc = 0.0322 ft.lbf/lbm

    • Enlargement Loss, h ex

      

    Total Friction Loss ( ∑ F ) = F_pevt + hc + hex = 3.4429 ft.lbf/lbm

  Maka,

  

  = 75.4584 + 0 + 10.6063 + 3.4429

  = 89.5077 ft.lbf/lbm

  Head Pompa = 89.5077 ft = 27.2823 in

  • Break Horse Power

  Debit cairan, Q = 2.0848m³/Hr = 0.0205ft³/s

  Efisiensi pompa sentrifugal = 18%

  Daya pompa(P) = -Ws x Q x r/550η = 1.1808HP

  Dipakai pompa dengan daya sebesar 2HP

  Efisiensi motor = 30%

  HP motor = P/ η Motor = 3.930761 HP

  Dipakai motor dengan daya 4HP

  • Menghitung NPSH available

  NPSH Available = absolut pressure – vapor preassure – line loss ± elevation difference

  • Absolute pressure, ft

    Pabs = Psis x 2.31/Sg

    Psis = 1 atm = 14.7psia

    Ρ x L = 63.8653 Lb/ ft³

    Sg = 1.0235

    Pabs = 33.1779 ft

  • Vapor preassure = P⁰ x 2.31/Sg

    Menghitung tekanan uap campuran

    P = 1.3 atm, T=30⁰ = 303 K

  Komponen Air	A	B	C		D		E	P0mmHG		P0psi
  	29.8605	-3152.2	-7.3037		2.4241 x 10-9		1.81E-06	31.591508		0.6110
  Komponen Air	Kg/hr			Kmol/hr		X1% mol			X1P0
  	1777.2884			98.7382		0.9874			0.6033

  Vapor pressure = 1.7348 ft

  • Line Loss Panjang Pipa = 4ft

    Z panjang pipa dari tangki ke suction pompa

  • Difference in eleration

    Merupakan beda ketinggian antara tinggi cairan di tinggi dengan pompa beda tinggi = 36.7825ft

  NPSH available = 64.8256 ft

  Dari Carl R. Branan P.83 diperoleh persamaan

  n Q0.5/NPSH0.75 = C

  n = kecepatan putar, rpm = 5150 (kecepatan motor yang umum digunakan)

  Q = Kapasitas, gpm = 9.1792

  C = Konstanta = 9000

  Diperoleh NPSH reguired = 0.4939ft

  NPSH available > NPSH required

  Jadi pompa tidak akan mengalami kativasi.

  BAB IV

  KESIMPULAN

  Berdasarkan analisa, pembahasan, serta hasil perhitungan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Pompa adalah mesin yang digunakan untuk tujuan memindahkan sejumlah fluida atau gas ke tempat yang lain.
2. Pada pompa centrifugal, fluida cair digerakkan oleh gaya centrifugal dari daerah bertekanan rendah di pusat impeller menuju daerah bertekanan tinggi di discharge pompa.
3. Kompresor adalah mesin yang melakukan kerja terhadap gas yang selanjutnya akan menambahkan atau menaikkan total energi gas tersebut.
4. Kompresor sentrifugal memanfaatkan gaya centrifugal untuk menaikkan atau mengkompresi gas refrigeran. Kompresor udara sentrifugal merupakan kompresor dinamis, yang tergantung pada transfer energi dari impeller berputar ke udara.
5. Kerja Kompresor

Diambil Efisiensi Adiabatik 80 %, maka W= 104.38 KW

1. NPSH available = 64.8256 ft

NPSH required = 0.4939ft

NPSH available > NPSH required

Jadi, pompa tidak akan mengalami kativasi.

DAFTAR PUSTAKA

Alfa Laval. “Alfa Laval Pump Handbook”. United States of America. 2001.

Eva Nurialita Syari, dkk. 2008. “Perancangan Pabrik Asam Benzoat dengan Proses Oksidasi Toluen Kapasitas 10ribu ton/tahun”. Cilegon : F.T. Untirta.

Fanny Gunawan Taufik, dkk. 2008. “Perancangan Pabrik Formaldehid Kapasitas 35rb ton/tahun”. Cilegon : FT. Untirta.

McGraw-Hill. “Engineering Companion”. United States of America. 2003.

PT Chandra Asri. 2008. “Modul PT. Chandra Asri”. Cilegon : PT. Chandra Asri.

United Nations Environment Programme. “Peralatan Energi Listrik : Pompa dan Sistim Pemompaan : Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia”. India. 2006.

United Nations Environment Programme. “Peralatan Energi Thermis : Kompresor dan Sistim Udara Tekan : Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia”. India. 2006.

Download PDF File :

rancangan-kompresor-dan-pompa-sentrifugal

---

Possibly related posts: (automatically generated)

• Windows 7 (seven)
• Pengolahan Limbah Radioaktif Bentuk Gas
• Desulfurisasi Batubara