teori dan karakteristik pompa pada proses industri kimia

Beberapa parameter fundamental digunakan untuk menganalisis kinerja pompa. Laju aliran massa fluida melalui pompa (m) adalah parameter utama kinerja pompa. Untuk aliran yang tidak dapat dimampatkan (incompressible), lebih banyak menggunakan istilah laju aliran volume daripada laju aliran massa. Di mesin turbo industri, laju aliran volume disebut kapasitas yang dirumuskan sebagai massa laju aliran dibagi dengan massa jenis fluida.

Laju aliran volume (V) = m/ρ

Kinerja pompa juga bisa ditentukan dengan mengamati head totalnya (H). Total head dirumuskan menggunkan persamaan bernoulli sebagai perubahan head antara inlet dan outlet dari pompa:

Rumus Head total. Sumber: Buku Fluid Mechanics Fundamental Applications (Cengel, 2006)

Untuk kasus yang disederhanakan ini, net head hanyalah kenaikan tekanan yang melintasi pompa dinyatakan sebagai ketinggian kolom fluid. Net head sebanding dengan daya pengiriman fluida. Daya ini biasa disebut dengan water horsepower, meskipun fluida yang dipompa bukanlah air dan bahkan jika daya tidak diukur unit horsepower.

Water horsepower (W) = mgH = ρgV

Semua pompa mengalami kerugian energi karena gesekan, kebocoran internal, pemisahan aliran pada permukaan blade, disipasi turbulen, dan lain-lain. Oleh karena itu, energi mekanik yang disuplai ke pompa harus lebih besar dari water horsepower. Dalam peristilahan pompa, daya eksternal yang disuplai ke pompa disebut sebagai brake horsepower yang biasa disingkat sebagai bhp.

bhp = W poros pompa = ω.T poros pompa

dimana ω adalah kecepatan putar poros (rad / s) dan T adalah torsi dipasok ke poros. Efisiensi pompa biasa digunakan sebagai rasio tenaga untuk daya pemasokan pompa yang dirumuskan sebagai:

Efisiensi pompa (η) = Water horsepower/W poros = Water horsepower/bhp = ρgVH/ ω.T

Kurva Performa Pompa dan Kurva Sistem Perpipaan

Kurva Performa Pompa

Kurva performa pompa ditunjukkan melalui kurva yang diplot yang menghubungkan aliran (galon per menit) ke total head yang dihasilkan pompa. Kurva pompa dibuat oleh pabrikan dikendalikan secara hati-hati pada saat pengujian. Kurva karakteristik pompa dipengaruhi oleh ukuran besar dan desain pompa, ukuran dari diameter impeler, serta besar putaran operasionalnya.

Contoh kurva kinerja pompa. Sumber: https://documentlibrary.xylemappliedwater.com/wp-content/blogs.dir/22/files/2013/02/TEH-375A.pdf

Kurva sistem perpipaan

Dalam aliran fluida pada sistem aliran pipa tertutup pasti akan ditemui masalah dalam mentransfer fluida dari sumber ke tujuan. Masalah yang sering terjadi adalah penurunan tekanan. Penurunan tekanan dapat menyebabkan energi aliran berkurang sehingga aliran fluida dari sumber tidak dapat sampai ke tujuan secara sempurna. Penurunan tekanan ini terjadi karena ada kerugian/loss (Head loss) pada sistem aliran pipa. Kerugian/loss terdiri dari dua jenis: head statis dan dinamis.

Head statis adalah kerugian aliran pipa akibat perbedaan ketinggian supply dan reservoir tujuan dan perbedaan tekanan suction dan discharge pompa. Head statis dapat dirumuskan menjadi:

Hst = [(P_d-P_s)/𝛾] + Z

Hst = Head statis (m)
Pd dan Ps = Tekanan discharge dan suction (Pa)
𝛾 = Berat jenis (kg/m.s)
Z = Elevasi antar supply dan reservoir (m)

Head dinamis adalah loss/kerugian akibat gesekan cairan dengan pipa, valve, dan fitting/sambungan. Head dinamis memiliki komponen kecepatan pada rumusnya sehingga bisa diartikan head dinamis adalah kerugian aliran akibat pergerakan fluida yang melewati jalur perpipaan. Head dinamis dibagi menjadi dua yaitu Major losses dan Minor Losses. Major losses adalah Losses yang terjadi pada gesekan cairan dalam pipa dan Minor Losses adalah Losses yang kecil yang terjadi pada katup dan fitting.

Hf = f.l (v²/2dg)

Hf = Head loss major/friksi (m)
f = faktor gesekan
l = panjang pipa (m)
v = kecepatan rata-rata fluida(m/s)
d = diameter pipa (m)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

Hl = K : (v²/2g)

Hl = Minor Losses (m)
V = kecepatan rata-rata fluida (m/s)
g = Percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
k = koefisien Losses

Setelah head statis dan dinamis ditemukan, kurva sistem perpipaan akan tebentuk seperti gambar dibawah:

Titik Operasi Pompa

Kurva sistem ini digunakan untuk menentukan desain pompa sentrifugal yang sesuai pada jalur pipa dengan variasi debit aliran. Jika kurva sistem dan kurva pompa digabungkan, titik debit operasi pompa akan ditemukan. Titik operasi ini menunjukkan debit pompa yang menghasilkan efisiensi tertinggi dari kinerja pompa dalam suatu sistem.