POMPA DAN SISTEM PEMOMPAAN

Teknik Fisika ITS

[DIONISIUS ANDY KRISTANTO] POMPA DAN SISTEM PEMOMPAAN

6.1 TIPE POMPA Pompa memiliki berbagai ukuran untuk berbagai macam aplikasi. Pompa dapat diklasifikasikan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau perpindahan (displacement). Pompa dinamis dapat disub-klasifikasikan sebagai pompa sentrifugal dan pompa efek khusus. Pompa perpindahan dapat di sub-klasifikasikan sebagai pompa rotary atau reciprocating. Pada prinsipnya, semua fluida dapat ditangani oleh salah satu desain pompa. Dimana pompa yang memiliki desain yang berbeda dapat digunakan, pompa sentrifugal umumnya paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan pompa reciprocating. Akan tetapi, pompa perpindahan positif umumnya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, tetapi efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan peningkatan biaya pemeliharaan. Pompa Sentrifugal Sebuah pompa sentrifugal memiliki desain yang sangat sederhana. Dua bagian utama dari pompa adalah impeller dan diffuser. Impeller, merupakan satu-satunya bagian yang bergerak, melekat pada poros dan didorong oleh motor. Impeler biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi cor, stainless steel juga bahan lainnya. Diffuser (juga disebut sebagai volute) rumah impeller dan menangkap dan mengarahkan air keluar dari impeller. Air memasuki pusat (mata) dari impeller dan keluar impeller dengan bantuan gaya sentrifugal. Ketika air meninggalkan mata impeller daerah tekanan rendah diciptakan, menyebabkan lebih banyak air untuk mengalir ke pusat impeller yang disebabkan oleh tekanan atmosfer dan gaya sentrifugal. Kecepatan air dikumpulkan oleh diffuser dan dikonversi ke tekanan oleh lorong-lorong yang dirancang khusus yang mengarahkan aliran ke debit pompa, atau impeller berikutnya jika pompa memiliki konfigurasi multistage. Tekanan yang dihasilkan pompa dipengaruhi oleh diameter impeller, nomor dari impeller, ukuran mata impeller, dan kecepatan poros. Kapasitas ditentukan oleh lebar keluar impeller. Tekanan dan kapasitas merupakan faktor utama yang mempengaruhi ukuran tenaga kuda dari motor yang akan digunakan. Semakin banyak jumlah air yang dipompa, semakin banyak energi yang diperlukan

Teknik Fisika ITS

[DIONISIUS ANDY KRISTANTO]

Sebuah pompa sentrifugal tidak akan memompa volume yang selalu sama. Semakin besar kedalaman air, semakin berkurang adalah aliran dari pompa. Danjuga, ketika terjadi peningkatkan tekanan, semakin sedikit pula yang akan terpompa. Maka dari itu, penting untuk memilih sebuah pompa centrifugal yang dirancang untuk melakukan pekerjaan tertentu. Karena pompa adalah perangkat yang dinamis, akan lebih mudah untuk mempertimbangkan tekanan dalam hal head yaitu meter kolom cair. Pompa menghasilkan head yang sama pada fluida apapun tanpa mempertimbangkan densitas fluida yang akan dipompa. Kontur actual dari saluran hidrolik dari impeller dan casing yang sangat penting, untuk mencapai efisiensi tertinggi. Konvensi standar untuk pompa sentrifugal adalah untuk menggambar kurva kinerja pompa yang menunjukkan Aliran pada sumbu horisontal dan head yang dihasilkan pada sumbu vertikal. Efisiensi, Power& NPSH Diperlukan (dijelaskan kemudian), secara konvensional ditampilkan pada sumbu vertikal, diplot terhadap Aliran, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 6.2.

Mengingat sejumlah besar listrik dikaitkan dengan sistem pemompaan, bahkan perbaikan kecil dalam efisiensi pemompaan dapat menghasilkan penghematan listrik yang sangat signifikan.i Pompa merupakan salah satu komponen yang paling tidak efisien dari sistem yang terdiri dari sistem pemompaan, termasuk motor, transmisi drive, pipa dan katup. Tenaga hidrolik, daya poros pompa dan input daya listrik Tenaga hidrolik Dimana hd = discharge head, hs– suction head, ρ=Densitas, g =perceptan gravitasi Pump shaft power Ps = Hydraulic power, Ph / pump efficiency, ηPump Electrical input power =

Teknik Fisika ITS

[DIONISIUS ANDY KRISTANTO]

6.2 KARAKTERISTIK SISTEM Dalam sistem pompa, tujuan, dalam banyak kasus, adalah baik untuk mentransfer fluida dari sumber ke tujuan yang diperlukan, misalnya mengisi reservoir tingkat tinggi, atau untuk mengedarkan fluida pada sebuah sistim, misalnya pada alat perpindahan panas dalam penukar panas. Tekanan diperlukan untuk membuat aliran fluida menuju pada tingkat yang diperlukan dan ini harus mengatasi head loss dalam sistem. Kerugian/loss terdiri dari dua jenis: head statis dan friksi. Head statis hanya berbeda ketinggian supply dan reservoir tujuan, seperti pada Gambar 6.3. Dalam ilustrasi ini, kecepatan aliran dalam pipa diasumsikan sangat kecil. Contoh lain dari sistem dengan hanya kepala statis memompa ke dalam bejana bertekanan dengan pipa pendek. Head statis tidak tergantung pada aliran dan secara grafis akan ditampilkan seperti pada Gambar 6.4.

Friction head (kadang-kadang disebut kerugian head dinamis) adalah loss/kerugian akibat friksi, pada cairan yang dipindahkan, di pipa, valve dan peralatan pada sistem. Tabel friksi secara universal tersedia untuk berbagai pipa dan katup. Tabel ini menunjukkan kerugian friksi per 100 kaki (atau meter) dari ukuran pipa tertentu pada berbagai laju aliran. Dalam kasus Fitting, friksi dinyatakan sebagai panjang setara dengan pipa dengan ukuran yang sama. Kerugian friksi yang sebanding dengan kuadrat dari laju aliran. Pada sebuah sistem sirkulasi loop tertutup dengan permukaan yang terbuka terhadap tekanan atmosfer, akan menunjukkan kerugian friksi dan akan memiliki kerugian head friksi sistem vs kurva aliran seperti pada Gambar 6.5.

Teknik Fisika ITS

[DIONISIUS ANDY KRISTANTO]

Kebanyakan sistem memiliki kombinasi head statis dan friksi serta kurva sistem untuk dua kasus ditunjukkan pada Gambar 6.6 dan 6.7. Rasio statis untuk head friksi selama rentang operasi mempengaruhi keunggulan dapat dicapai dari variable kecepatan yang akan dibahas kemudian.

head statis merupakan karakteristik dari instalasi dan dengan mengurangi head ini jika memungkinkan, umumnya dapat membantu baik biaya instalasi serta biaya pemompaan fluida. Kerugian head friksi harus diminimalkan untuk mengurangi biaya pemompaan, tapi setelah menghilangkan yang tidak diperlukan alat kelengkapan pipa dan panjang, pengurangan lebih lanjut di head friksi akan membutuhkan pipadengan diameter yang lebih besar, yang menambah biaya instalasi. 6.3 Kurva Pompa Kinerja pompa dapat dinyatakan secara grafis sebagai head terhadap laju aliran. Pompa sentrifugal memiliki kurva dimana head jatuh secara bertahap dengan meningkatkan aliran. Ini disebut pompa kurva karakteristik (Head - kurva Arus) -lihat Gambar 6.8.

Teknik Fisika ITS

[DIONISIUS ANDY KRISTANTO]

Titik Operasi Pompa Ketika pompa dipasang dalam sistem efek dapat digambarkan secara grafis dengan menempatkan kurva pompa dan sistem. Titik operasi akan selalu berada di tempat kedua kurva bersinggungan. Gambar 6.9.

kurva sistem aktual berbeda dalam realitas dengan yang dihitung, pompa akan beroperasi pada aliran dan head yang berbeda dengan yang diharapkan. Untuk pompa sentrifugal, peningkatan resistansi sistem akan mengurangi aliran, pada akhirnya menjadi nol, tetapi head maksimum dibatasi seperti yang ditunjukkan. Meskipun begitu, kondisi ini hanya dapat diterima untuk waktu singkat tanpa menyebabkan masalah. Kesalahan dalam perhitungan kurva sistem juga cenderung menyebabkan pilihan pompa sentrifugal, yang kurang optimal untuk kerugian kepala sistem aktual. Menambahkan margin keamanan dengan kurva sistem dihitung untuk memastikan bahwa pompa cukup besar dipilih umumnya akan menghasilkan memasang pompa besar, yang akan beroperasi pada tingkat aliran berlebihan atau dalam kondisi tersumbat, yang meningkatkan penggunaan energi dan mengurangi masa pakai pompa. 6.4 Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Pompa Pencocokan Karakteristik head aliran pompa dan Sistem Pompa sentrifugal ditandai oleh hubungan antara laju aliran (Q) yang dihasilkan dan tekanan (H) di mana aliran dituju. Efisiensi pompa bervariasi dengan aliran dan tekanan, dan tertinggi pada satu laju aliran tertentu.

Teknik Fisika ITS

[DIONISIUS ANDY KRISTANTO]

Gambar 6.10 di bawah ini menunjukkan kurva head-aliran yang dikeluarkan oleh vendor untuk pompa sentrifugal. Kurva head-aliran pompa biasanya diberikan untuk air jernih. Pemilihan pompa untuk aplikasi tertentu sangat tergantung pada bagaimana karakteristik head-aliran pompa sesuai dengan kebutuhan sistem hilir pompa.

Pengaruh oversizing pompa Seperti disebutkan sebelumnya, kerugian tekanan yang harus diatasi oleh pompa adalah fungsi aliran - karakteristik sistem - juga diukur dalam bentuk kurva head-aliran. Sistem kurva pada dasarnya adalah plot resistansi sistim yaitu head harus diatasi oleh pompa dibandingkan berbagai laju aliran. Kurva sistem berubah seiring konfigurasi fisik dari sistem; misalnya, kurva sistem tergantung pada tinggi atau elevasi, diameter dan panjang pipa, jumlah dan jenis Fitting dan penurunan tekanan di berbagai peralatan. Sebuah pompa dipilih berdasarkan seberapa baik kurva pompa dan sistem head-aliran kurva pertandingan. Titik operasi pompa diidentifikasi sebagai titik, di mana kurva sistem melintasi kurva pompa ketika mereka tindih satu sama lain.

Teknik Fisika ITS

[DIONISIUS ANDY KRISTANTO]

Dalam sistem yang dipertimbangkan, air harus terlebih dahulu diangkat ke ketinggian - ini merupakan head statis. Kemudian, kita membuat kurva sistem, mengingat gesekan dan tekanan tetes dalam sistem ini ditampilkan sebagai kurva hijau. Misalkan, kita telah memperkirakan kondisi operasi kami 500 m3 / Aliran jam dan 50 m head, kita akan memilih kurva pompa yang memotong kurva sistem (titik A) pada pompa titik efisiensi terbaik (BEP). Namun, dalam operasi yang sebenarnya, kita menemukan bahwa 300 m3 / jam sudah cukup. Penurunan laju aliran harus dilakukan oleh katup throttle. Dengan kata lain, kami memperkenalkan sebuah perlawanan buatan dalam sistem. Karena resistensi tambahan ini, bagian gesekan meningkat kurva sistem dan dengan demikian kurva sistem baru akan bergeser ke kiri-ini ditampilkan sebagai kurva merah. Jadi pompa harus mengatasi tekanan tambahan untuk memberikan mengurangi aliran. Sekarang, kurva sistem baru akan memotong kurva pompa pada titik B. Parameter yang direvisi adalah 300 m3 / jam pada 70 m kepala. Merah garis panah ganda menunjukkan penurunan tekanan tambahan karena throttling. Anda dapat mencatat bahwa titik efisiensi terbaik telah bergeser dari 82% efisiensi 77%. Jadi apa yang kita inginkan adalah untuk benar-benar beroperasi pada titik C yang 300 m3 / jam pada kurva sistem yang asli. Kepala diperlukan pada saat ini hanya 42 meter. Apa yang sekarang kita butuhkan adalah pompa baru yang akan beroperasi dengan titik efisiensi terbaik di C. Tetapi ada pilihan lain yang lebih sederhana daripada mengganti pompa. Kecepatan pompa dapat dikurangi atau impeller yang ada dapat dipangkas (atau ukuran rendah baru impeller). Kurva pompa biru merupakan salah satu dari pilihan ini.