Algoritma Perancangan Pompa

1.   Menentukan jenis pompa 

• Dipilih jenis pompa yang akan digunakan. Beberapa jenis pompa antara lain : Centrifugal, Metering , Air Operated Diaphragm , Drum Pumps , Magnetic Drive Sealless , Horizontal , Vertical , High Pressure , Positive Displacement. Atau dapat juga menggunakan tabel 10.6 Coulson untuk menentukan tipe pompa. Pada umumnya pada indutri digunakan pompa centrifugal. Jenis ini tersedia untuk ukuran kira-kira 4 sampai 380 m3/min atau 1 sampai 100000 gallon. Dan untuk discharge pressure sampai 5000 kPa. Centrifugal adalah bentuk yang sederhana.

2.      Menentukan power pompa dan motor                                                            

a.     Menentukan  laju alir ( Q_f )                                                              

Diketahui / dicari densitas fluida (ρ) dalam kg/m³                                         

Q_f   = m/ ρ dengan m adalah kapasitas fluida dalam kg/jam.  

           

b.     Menentukan diameter optimum pipa, D_{i opt}                                               

Digunakan persamaan sebagai berikut :

D_{i opt}     =    3,9 Q_f ^0,45 ρ^0,13     , dalam inchi        

      ( chemical proses equiment, ^{stanley  m walas hal 100} )     

Dari tabel. 11, Kern dapat dipilih diameter standard yang sesuai beserta ukuran lainnya.                                                

c.      Kecepatan linier cairan, v                                                    

          ,  dengan :

v        =       kecepatan linier, ft/s                                             

Q       =       laju volumetrik cairan, ft³/s                                        

                 A       =       luas area per pipa, ft²   

                                                                 

d.     Menghitung bilangan Reynold

Persamaannya :    

= Re           

                                                          

µ     =    viskositas cairan,  lbm/ft.s                                                      

Re < 2100, aliran laminer                                                                                

Re > 2100 , aliran turbulen        

                                             

e.      Neraca tenaga mekanis                                                                    

dihitung dengan persaman Bernoulli: 

                  (Geankoplis, 2.7-28)  

dengan:                                                                                                         

Ws =    tenaga yang ditambahkan ke dalam sistem (power pompa), ft.lbf/lbm

Δv  =    perbedaan kecepatan fluida masuk dan keluar, ft/s                           

α     =    konstanta, untuk aliran turbulen                                

ΔZ  =    beda ketinggian permukaan cairan, ft                                                

ΔP  =    beda tekanan, lbf/ft²                                                                          

ΣF  =    friction loss, ft.lbf/lbm                                                                       

g     =    konstanta gravitasi = 32,17400 ft/s²                                                  

gc   =    gravitational conversion factor = 32,17400 lbm.ft/lbf.s²

Δv²/2α.gc   =    beda tenaga kinetik fluida, ft.lbf/lbm                        

ΔZ.g/gc      =    beda tenaga potensial, ft.lbf/lbm    

               

Perhitungan :

•      Beda energi kinetik                                                                                   

Δv²/2α.gc dalam ft.lbf/lbm

•      Beda energi potensial                                                                    

Tentukan titik 1 (z₁)  dan titik 2 (z₂ ), dan sebagai bidang datumnya       

ΔZ g/gc  dalam ft.lbf/lbm                                                

•      Beda tekanan                                                                                

ΔP/ρ dalam lbf/lbm                                               

•      Friction loss, ΣF                                                                            

-         Friction loss in straight pipe                                                    

Dari fig.2.10-3 Geankoplis untuk Commersial Steel   akan diperoleh E, dengan bilangan reynold  dan nilai E/D akan didapat nilai f kemudian digunakan persamaan :        

= F_f                                      (Geankoplis,2.10-6)

      (F_f      dalam  lbf/lbm    )

                         

-       Friksi di elbow, 90^o                                                                 

Tentukan jumlah elbow yang ada. Untuk elbow, dari tabel 2.10-1 Geankoplis didapatkan harga  Kf . Kemudian digunakan persamaan sebagai berikut :

                                                               

=  h_f elbow                            (Geankoplis,2.10-17)

(h_f elbow   dalam  ft.lbf/lbm)

-         Friksi di valve

Dipilih tipe valve yang akan digunakan. Pemilihan dapat melihat dari  buku-buku referensi seperti brown hal 141, geankoplis hal 104-105, perry hal 6-18.  Untuk  valve itu, dari tabel 2.10-1 Geankoplis didapatkan harga Kf . Friksi valve dapat dihitung dengan persamaan :

                                    

     = hf valve                    (Geankoplis,2.10-17)

     (hf Gate valve  dalam ft.lbf/lbm)

-         Contraction loss                                                                      

Merupakan friksi karena adanya penyempitan luas penampang dianggap tidak ada penyempitan luas penampang pipa pada sistem. Digunakan persamaan :

= hc                               (Geankoplis, 2.10-16)

Kc   mendekati nilai      0,55 ( 1- ^A2/_A1)                                                

untuk aliran turbulen, α  = 1 sedangkan untuk laminer, α  = ^½     ( geankoplis halaman 104)       hc    dalam  ft.lbf/lb

-         Expansion loss                                                 

Merupakan friksi larena perluasan area. Digunakan persamaan :

= h_ex                                  (Geankoplis,2.10-15)

(h _ex dalam  ft.lbf/lbm)

Sehingga akan diperoleh total friksi yang merupakan :

ΣF   =    F_f + h_{f elbow} + h_{f valve} + h_c + h _ex  ,     dalam  ft.lbf/lbm

Besarnya friksi loss juga dapat dihitung dengan persamaan :

= ∑F 

dengan f adalah faktor fanning  ( hal 140 brown ) dan Le adalah panjang ekuivalen  total.

Besaranya   tenaga pompa (-Ws)  dalam satuan ft.lbf/lbm akan diperoleh dengan persamaan bernoulli diatas. Sedangkan untuk head pompa  dirumuskan sebagai berikut :

= Head pompa        , dalam ft                    (Geankoplis,3.3-4)

Head adalah energi yang diberikan pada fluida tiap satuan berat dan dapat diperoleh dari penambahan dalam tekanan dibagi spesifik berat fluida.  ( brown hal 166 ). Atau disebut juga tinggi tekan ( operasi teknik kimia jilid 1, McCabe hal 184 )

Efisiensi pompa dapat dilihat pada fig. 10.62 coulson halaman 380 untuk pompa centrifugal. Dan daftar efisiensi pompa lainnya dapat dilihat di halaman 45, Carl R Branan ‘Pocket Guide to chemical engineering’.                              

                                      

f.      Menghitung daya pompa

Persamaan yang digunakan sebagai berikut :

= BHP               ( Geankoplis hal 144 )    

                             

g.     Menghitung daya motor listrik

Dari Geankoplis p.145 untuk harga daya pompa diatas akan didapat efesiensi  daya motor listrik   , sehingga :

Daya motor listrik  =  BHP kW / efisiensi daya listrik       dalam HP

Efesiensi motor dapat juga dilihat  dengan fig. 4-10 Vilbrand    

      

h.     Menghitung NPSH (Net positive Suction Head)

Mencari NPSH available

NPSH available     =    Absolute pressure - Vapor pressure - line loss + Difference in elevation         (Carl R.Branan,p.82)

•      Absolute pressure                                                                          

Diketahui  :  P system dalam  psi   dan  ρ dalam lb/ft³

spc gravity =    1/ ρ, kemudian dikonversi tekanan ke feet:         

= P_absolute                                   (Carl R. Branan, p.82)

•      Vapor pressure, tekanan uap cairan                                  

Menetukan vapour pressure dapat dengan cara perhitungan sendiri dari data-data properties yang ada.                                         

      

•      Difference in elevation                                                     

Merupakan perbedaan ketinggian antara tinggi cairan di tangki dan pompa, ft               

•      Line loss                                                                            

Merupakan panjang pipa dari tangki ke suction pompa, ft

            Sehingga akan didapatkan  NPSH available. 

Mencari NPSH required

            Dapat dicari dengan rumus :

    =  H       (coulson hal 155 )

             

Dengan :
            Q = flow, gallon/menit

            N = kecepatan putar  per sekon

            H = head, ft

            N’_s = kecepatan spesifik , untuk centrifugal besar sudah tertentu tergantung dari ripe impellernya ( coulson hal 156 ). Atau dengan ketentuan sebagai berikut :

Untuk kecepatan alir < 100 m³/jam NPSH yang dibutuhkan = 3 m   

Untuk kecepatan alir > 100 m³/jam NPSH yang dibutuhkan = 6 m

                                                                                ( Coulson, p.156 )      

Jika hasil akhir NPSH availabel > NPSH required maka  pompa tidak akan mengalami kavitasi dan dapat digunakan.

Kavitasi

            Dari segi energi tidak jadi soal apakah tekanan berada tekanan isap berada dibawah tekanan atmosfer atau diatasnya, asal fluida itu tetap dalam wujud cair. Akan tetapi, jika tekanan isap hanya sedikit lebih tinggi dari tekanan uap, sebagian zat cair itu mungkin akan berubah menjadi uap ( flash ) di dalam pompa. Proses itu disebut kavitasi ( cavitation ). Akibatnya, kapasitas pompa akan berkurang dan dapat pula menyebabkan terjadinya erosi yang hebat. Jika tekanan isap itu sampai kurang dari tekanan uap, kavitasi akan terjadi pada pipa isap, dan zat cair tidak akan terhisap ke pompa. Untuk mencegah terjadinya kavitasi, tekanan pada waktu masuk pompa harus lebih besar dari tekanan uap, yaitu pada suatu nilai tertentu di atas tekanan uap. Nilai itu disebut tinggi tekan isap positif ( net positive suction head ) atau NPSH. Nilai NPSH yang diperlukan ialah 5 samapi 10 ft untuk pompa sentrifugal kecil ( sampai 100 gal/menit) tetapi meningkat dengan kapasitas pompa, kecepatan impeller, dan tekanan buang, dan untuk pompa yang sangat besar disarankan nilai sebesar 50 ft.

-dari berbagai sumber-