Pompa Sentrifugal

Pada industri migas, 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 meningkatkecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau headSelain 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 head-nya.

contoh bentuk pompa sentripugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

1. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.

2. Bentuk konstruksi dari impeller. Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller.

3. 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.

4. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single-stage pump sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi-stage pump.

Impeller. Ilustrasi aliran fluida dalam impeller sebuah pompa sentrifugal.

Beberapa terminologi dan istilah khusus yang sering berkaitan dengan pompa, ialah:- 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 y ang

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.

- 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.

Kurva performansi bermanfaat untuk menggambarkan beberapa parameter unjuk kerja dari pompa yang antara lain:

1. Besarnya head terhadap flow rate2. Besarnya efisiensi terhadap flow rate3. Besarnya daya yang dibutuhkan terhadap flow rate4. Besarnya NPSHr terhadap flow rate5. Besarnya minimum stable continuous flow

Sentrifugal vs. Positive Displacement. Laju alir discharge sebuah pompa positive displacement selalu tetap dan tidak tergantung oleh total dynamic head

Performance Curve Kurva perfomansi yang menunjukkan pengaluran data-data head, flow rate, efisiensi, dan kebutuhan daya.

Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari:

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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)

Prinsip Kerja Kompresor

Kompresor adalah alat pemampat atau pengkompresi udara dengan kata lain kompresor adalah penghasil udara mampat. Karena proses pemampatan, udara mempunyai tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan udara lingkungan (1atm). Dalam keseharian, kita sering memanfaatkan udara mampat baik secara langsung atau tidak langsung. Sebagai contoh, udara manpat yang digunakan untuk mengisi ban mobil atau sepeda montor, udara mampat untuk membersihkan bagian-bagian mesin yang kotor di bengkel-bengkel dan manfaat lain yang sering dijumpai sehari-hari.Pada industri, penggunaan kompresor sangat penting, baik sebagai penghasil udara mampat atau sebagai satu kesatuan dari mesin-mesin. Kompresor banyak dipakai untuk mesin pneumatik, sedangkan yang menjadi satu dengan mesin yaitu turbin gas, mesin pendingin dan lainnya.Dengan mengambil contoh kompresor sederhana, yaitu pompa ban sepeda atau mobil, prinsip kerja kompresor dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika torak pompa ditarik keatas, tekanan di bawah silinder akan turun sampai di bawah tekanan atmosfer sehingga udara akan masuk melalui celah katup hisap yang kendur. Katup terbuat dari kulit lentur, dapat mengencang dan mengendur dan dipasang pada torak. Setelah udara masuk pompa kemudian torak turun kebawah dan menekan udara, sehingga volumenya menjadi kecil.

Gambar 9.1

Tekanan menjadi naik terus sampai melebihi tekanan di dalam ban, sehingga udara mampat dapat masuk ban melalui katup (pentil). Karena diisi udara mampat terusmenerus, tekanan di dalam ban menjadi naik. Jadi jelas dari contoh tersebut, proses pemampatan terjadi karena perubahan volume pada udara yaitu menjadi lebih kecil dari kondisi awal.

Gambar 9.2

Kompresor yang terlihat pada Gambar 9.2 biasa kita jumpai dibengkel-bengkel kecil sebagai penghasil udara mampat untuk keperluan pembersih kotoran dan pengisi ban sepeda motor atau mobil. Prinsip kerjanya sama dengan pompa ban, yaitu memampatkan udara di dalam silinder dengan torak. Perbedaanya terletak pada katupnya, kedua katup dipasang dikepala silinder, dan tenaga penggeraknya adalah motor listrik. Tangki udara berfungsi sama dengan ban yaitu sebagai penyimpan energi udara mampat.

Gambar 9.3

Pada gambar 9.3 adalah proses kerja dari kompresor kerja tunggal dan ganda. Adapun urutan proses lengkap adalah sebagai berikut. Langkah pertama adalah langkah hisap, torak bergerak ke

bawah oleh tarikan engkol. Di dalam ruang silinder tekanan menjadi negatif di bawah 1 atm, katup hisap terbuka karena perbedaan tekanan dan udara terhisap. Kemudian torak bergerak keatas, katup hisap tertutup dan udara dimampatkan. Karena tekanan udara mampat, katup ke luar menjadi terbuka.

Gambar 9.4

Gambar 9.4 di atas adalah kompresor torak kerja ganda. Proses kerjanya tidak berbeda dengan kerja tunggal. Pada kerja ganda, setiap gerakan terjadi sekaligus langkah penghisapan dan pengkompresian. Dengan kerja ganda, kerja kompresor menjadi lebih efisien.

PRINSIP KERJA TURBIN UAP

Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung dari jenis mekanisme yang digerakkan turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri, seperti untuk pembangkit listrik.

Komponen-komponen Turbin Uap

Komponen-komponen utama pada turbin uap yaitu

- Cassing yaitu sebagai penutup (rumah) bagian-bagian utama turbin.- Rotor yaitu bagian turbin yang berputar terdiri dari:

1. PorosBerfungsi sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram sepanjang sumbu.

2. Sudu turbin atau deretan suduBerfungsi sebagai alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui nosel.

3. CakramBerfungsi sebagai tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros.

4. NoselBerfungsi sebagai media ekspansi uap yang merubah energi potensial menjadi energi kinetik.

5. Bantalan (bearing)

Merupakan bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak menerima beban.

6. Perapat (seal)Berfungsi untuk mencegah kebocoran uap, perapatan ini terpasang mengelilingi poros. Perapat yang digunakan adalah :

a. Labyrinth packingb. Gland packing

7. KoplingBerfungsi sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang digerakkan.

Klasifikasi Turbin Uap

Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut :1. Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya

a. Turbin ImpulseTurbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:

Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel.Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.

b. Turbin ReaksiTurbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.

Ciri-ciri turbin ini adalah :

- Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak - Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.

2. Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin

1. Turbin Tunggal ( Single Stage ) Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.

2. Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).

Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.

3. Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap

1. Turbin Kondensasi.

Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.

2. Turbin Tekanan Lawan.

Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.

3. Turbin Ekstraksi.Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk proses pemanasan lain, misalnya proses industri.

Prinsip Kerja Turbin Uap

Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh daun-daun cakram yang disebut sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu dengan menggunakan bahan bakar padat, cair dan gas.Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama halnya dikopel dengan sebuah generator singkron untuk menghasilkan energi listrik.Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan rendah. Panas yang sudah diserap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C dan temperatur kondensor 200C sampai 300C.

Turbin gas adalah mesin yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran dalam atau internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang akan memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

- Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan- Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara

kemudian di bakar.- Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel

(nozzle).

Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

1. Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.

2. Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.

3. Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.

4. Adanya mechanical loss.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

1. Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)2. Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.Siklus-Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

1. Siklus EricsonMerupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.

2. Siklus StirlingMerupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.

3. Siklus BraytonSiklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut: