Head Loss pada Instalasi Pompa Sentrifugal

Gambar.  Instalasi pompa sentrifugal

Pompa merupakan benda yang sudah tidak asing lagi disekeliling kita. Banyak orang yang menggunakan pompa dalam kehidupan sehari-hari seperti memindahkan air dari sumur menuju ke tandon air atau bak mandi dirumah. Dalam hal ini, air merupakan fluida yang dialirkan oleh pompa. Namun, tidak banyak masyarakat tahu bahwa pada saat pompa memindahkan fluida, kemampuan yang dihasilkan oleh pompa(head) telah mengalami kerugian  atau  yang biasa sebut dengan losses. Oleh karena itu, kali ini akan dibahas mengenai head loss yang terjadi pada instalasi pompa sentrifugal. Sebelum menjelaskan lebih lanjut, mari kita cari tahu apakah sebenarnya yang dimaksud dengan pompa sentrifugal itu?

Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal merupakan jenis pompa yang paling banyak dipakai dalam dunia industri, terutama pada industri pembangunan. Penggunaan pompa ini memiliki peran yang sangat penting. Pompa ini memeiliki effisiensi paling besar dibandingkan dengan jenis pompa lain seperti pompa axial dan pompa positif displacement. Beberapa kelebihan dari pompa sentrifugal diataranya karena pengoperasiannya yang mudah, pemeliharaan yang tidak terlalu mahal, tidak berisik dan sebagainya.

Pompa Sentrifugal atau centrifugal pumps merupakan jenis  pompa dinamis. Pompa ini mempunyai elemen utama yakni berupa motor penggerak dengan sudu impeller yang berbutar dengan kecepatan tinggi. Prinsip kerja dari pompa sentrifugal yaitu dengan mengubah energi mekanis yang dihasilkan prime mover menjadi energi kinetis fluida berupa kecepatan yang kemudian di arahkan ke saluran discharge menggunakan tekanan  sehingga energi kinetis sebagian fluida yang mengalir diubah menjadi energi tekanan dengan menggunakan impeller yang berputar di dalam casing. Casing tersebut dihubungkan dengan saluran hisap (suction) dan saluran tekan (discharge), untuk menjaga agar di dalam casing selalu terisi dengan cairan sehingga saluran hisap harus dilengkapi dengan katup kaki (foot valve).

Pompa digerakkan oleh prime mover( motor penggerak). Prime mover memberikan daya untuk menggerakkan shaft atau poros untuk memutar impeller yang terhubung dengan shaft tersebut. Fluida yang mengalir akan diputar oleh impeller dan didorong oleh sudu-sudu. Karena timbul gaya sentrifugal maka fluida mengalir dari tengah impeler akan keluar melalui saluran diantara sudu – sudu dan meninggalkan impeller dengan kecepatan tinggi. Fluida cair yang keluar dari impeller dengan kecepatan tinggi ini kemudian akan keluar melalui saluran yang penampangnya makin membesar (volute/difuser) sehingga terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Oleh sebab itu zat cair yang keluar dari flens pompa memiliki head total yang lebih besar.

Gambar.  Fluida dalam pompa sentrifugal
(www.idpipe.com)

Suction atau hisap terjadi karena setelah fluida dilemparkan oleh impeller, tekanan ruang di antara vane (sudu–sudu) menjadi turun sehingga fluida akan terhisap masuk.

Pengertian Head Loss pada Pompa

Head pompa adalah kemampuan atau energi yang dimiliki pompa untuk memindahkan fluida dari satu tempat ke tempat yang lain, dimana dalam hal ini memindahkan fluida dari sisi suction menuju sisi discarge.

Satuan yang digunakan untuk head pompa adalah meter (SI) atau feet(CGS), bukan menggunakan satuan tekanan. Hal itu dikarenakan sebuah pompa dengan spesifikasi tertentu akan menghasilkan "meter ketinggian (head)" yang sama meskipun memompa fluida yang berbeda-beda dengan massa jenis yang berbeda-beda pula. Di sisi lain, pompa akan menghasilkan tekanan yang berbeda antara fluida-fluida tersebut sesuai dengan massa jenisnya.

Gambar.  Tekanan keluaran pompa pada dua fluida berbeda

Jika terdapat dua pompa yang sama memompa fluida yang berbeda massa jenisnya pada masing-masing pompa, maka tekanan yang dapat dibaca pada sisi discharge atau keluaran pompa akan berbeda meskipun memiliki ketinggian yang sama. Sehingga satuan yang digunakan adalah meter untuk menjelaskan besar head pada pompa.  

Sedangkan losses adalah suatu keadaan dimana terjadi sebuah kerugian atau kehilangan. Head loss itu head yang hilang disebabkan pada suatu aliran fluida yang mengalir dalam suatu penampang, sehingga terjadilah gesekan antara fluida dengan permukaan penampang sepanjang yang dilaluinya (Head loss mayor), sedangkan head loss minor disebabkan oleh : perbedaan diameter pipa tiba-tiba, adanya elbow pada pipa, dan sebagainya.

Macam-macam head loss

Kerugian tinggi-tekan terdiri atas kerugian tinggi-tekan mayor dan minor, atau head losses mayor dan head losses minor. Head losses mayor disebabkan karena panjang pipa, sehingga kerugian yang berupa gesekan antara fluida yang mengalir dengan dinding atau permukaan di dalam pipa-pipa, sedangkan head losses minor disebabkan karena losses atau kerugian yang terjadi karena adanya aksesoris-aksesoris pada pipa, seperti adanya belokan-belokan, reduser, katup-katup, dan sebagainya (Sularso dan Tahara, 2006). Berikut ini penjelasan singkat tentang keduanya:

a.            Head loss mayor

Head loss mayor adalah losses yang terjadi karena gesekan fluida dengan dinding sepanjang pipa yang digunakan untuk mengalirkan fluida. Untuk menghitung kerugian gesek antara dinding pipa dengan aliran fluida tanpa adanya perubahan luas penampang di dalam pipa dapat dipakai grafik Darcy, dimana diameter pipa dan kecepatan aliran telah diketahui atau menggunakan rumus yang secara matematis ditulis sebagai berikut:

dengan :

h_f  = head loss mayor (m)

f    = koefisien gesekan

L  = panjang pipa (m)

D = diameter dalam pipa (m)

v   = kecepatan aliran dalam pipa (m/s)

g   = percepatan gravitasi (m/s²)

Koefisien kerugian gesek λ dihitung menurut rumus

 

Dimana D adalah diameter dalam pipa(m). rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Sedangkan untuk material lain dapat digunakan  grafik Hazen-Williams. Grafik Hazen-Williams dapat digunakan untuk pipa yang relatif sangat panjang. Rumus yang dapat digunakan adalah sebagai berikut:

Dimana:

v      = kecepatan rata-rata didalam pipa (m/s)

C     = koefisien, dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel kondisi pipa dan harga C

R     = jari-jari hidrolik(m)

           R       = D/4 untuk pipa berpenampang lingkaran

S      = gradien hidrolik (S=h_f/L)

h_f      = kerugian head (m)

Q    = laju aliran (m³/s)

L      = panjang pipa (m)

Untuk aliran laminer dan turbulen terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminer atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds:

dengan: 

Re   = bilangan Reynolds

V     = kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s)

D    = diameter dalam pipa (m)

ʋ    = viskositas kinematik cairan (m²/s)

untuk Re < 2300,              aliran bersifat laminar

untuk 2300 < Re < 4000,  aliran bersifat transisi

untuk Re > 4000,              aliran bersifat turbulen

Aliran viskositas dalam pipa dan saluran:

·         Aliran laminer.

Aliran aliminar adalah aliran fluida yang terjadi berbentuk laminar-laminar/ lembaran-lembaran yang sejajar atau linier.

  

·         Aliran tubulen

Aliran turbulen adalah aliran yang bergerak dengan gerakan pertikel fluida yang tidak menentu dan saling tukar momentum yang dahsyat.

Video penjelasan head losses mayor

b.     Head loss minor

Head loss minor disebabkan adanya aksesoris(fitting dan katup) dan pipa yang digunakan pada suatu instalasi pompa.

1.      Kerugian lubang masuk pipa

Kerugian yang terjadi pada lubang masuk suction pipe .

·         Formula yang digunakan

K = 0,5                 (siku)

K = 0,01-0,05      (dibulatkan)

K = 0,8-1,0          (masuk balik)

Gambar.  koefisien akibat lubang masuk pipa

2.      Sudden contraction (penyempitan mendadak)

Losses yang terjadi karena adanya penyempitan luasan penampang pipa secara mendadak pada saluran pipa.

A2/A1	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
Cc	0.624	0.632	0.643	0.659	0.681	0.712	0.755	0.813	0.892	1.00

3.      Sudden expansion (pebesaran mendadak)

dimana:

he       = kerugian tinggi tekan karena sudden expansion (m)

K          = koefisien kerugian kecil (-)

4.      Kerugian pembesaran bentuk kerucut

dimana harga K=1

  

Gambar.  Koefisien akibat perubahan penampang

5.      Koefisien kerugian tinggi tekan

·         Macam-macam fitting

Fitting digunakan dalam instalasi pompa, yaitu menyambngkan pipa-pipa dalam berbagai macam kondisi. Dalam pemilihan fitting tersebut terdapat beberapa pertimbangan antara lain sebagai berikut:

1.     Pressure atau tekanan

Tekanan yang mungkin terjadi pada suatu pipa harus diperhitungkan terlebih dahulu, sehingga sambungan pipa dapat menahan tekanan yang dihasilkan oleh fluida. Tidak menutup kemungkinan tekanan pada sambungan lebih besar dari pada pipa yang disambung, seperti pada sambungan elbow atau tee. Fitting yang digunakan juga harus mampu menahan tekanan jika fluida mengalami kenaikan pressure, sehingga pipa tidak bocor atau terlepas dari sambungan.

 

2.     Temperature atau suhu

Penentuan sambungan atau fitting dipengaruhi oleh suhu. Baik suhu external maupun internal. Suhu external diperoleh dari lokasi yang digunakan untuk memasang pipa. Sedangkan suhu internal berasal dari fluida yang mengalir.

3.      Dimension of pipe atau ukuran pipa

Sambungan pipa atau fitting harus menyesuaikan dengan seberapa besar dimensi pipa yang akan disambung.

4.     Material of pipe atau material pipa

Materia yang digunakan harus sama dengan pipa yang disambung.

5.     Quality assurance

Dengan mempertimbangkan hal-hal seperti diatas, sehingga dibutuhkan bermacam-macam fitting pipa. Antara lain sebagai berikut:

Tabel. koefisien akibat fitting

Fittings	K
Flanged tees, line flow	0.2
Threaded tees, line flow	0.9
Flanged tees, branch flow	1.0
Threaded tees, branch flow	2.0
Threaded union	0.08
Flanged regular 900 elbow	0.3
Threaded regular 900 elbow	1.5
Threaded regular 450 elbow	0.4
Flanged long radius 900 elbow	0.2
Threaded long radius 900 elbow	0.7
Flanged long radius 450 elbow	0.2
Flanged 1800 return bends	0.2
Threaded 1800 return bends	1.5
Fully open globe valve	10
Fully open angel valve	2
Fully open gate valve	0.15
¼ closed gate valve	0.26
½ closed gate valve	2.1
¾ closed gate valve	17
Forward flow swing check valve	2
Fully open ball valve	0.05
1/3 closed ball valve	5.5
2/3 closed ball valve	200
Angle valve fully open	5.0
Swing check valve fully open	2.5
Close return bends	2.2
Standart elbow	0.9
Tee standart	1.8

·         Formula head loss minor

Secara umum head losses minor dinyatakan secara umum dengan rumus:

dengan:

h   =  head loss minor

K  =   koefisien resistansi valve atau fitting berdasarkan bentuk dan ukuran

v   =   kecepatan rata-rata aliran dalam pipa (m/s)

g   = percepatan gravitasi (m/s²)

Video penjelasan head losses minor

          Berdasarkan penjelasan diatas, diketahui bahwa dalam suatu instalasi pompa sentrifugal dapat kita cari losses atau kerugian yang dialami dengan melakukan penjumlahan  dari berbagai kerugian yang dialami, yaitu head loss mayor dan head loss minor.

Sumber:

Sularso dan Tahara, H., 2006, Pompa dan Kompresor, Pemilihan, Pemakaian, dan Pemeliharaan, PT Pradnya Paramita, Jakarta.

www.alkonusa.com/news/pengertian-pompa-sentrifugal-dan-prinsip-kerjanya/

www.idpipe.com