Perancangan Pompa.docx

PERANCANGAN POMPA

YUNI SARTIKA

432 18 039

ALIH JENJANG PROGRAM STUDI D-4 TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG 2019

Pengertian pompa Pompa adalah alat untuk memindahkan fluida dari tempat satu ketempat lainnya yang bekerja atas dasar mengkonversikan energi mekanik menjadi energi kinetik. Energi mekanik yang diberikan alat tersebut digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan atau elevasi (ketinggian). Pada umumnya pompa digerakkan oleh motor, mesin atau sejenisnya. Banyak faktor yang menyebabkan jenis dan ukuran pompa serta bahan pembuatnya berbeda, antara lain jenis dan jumlah bahan cairan tinggi dan jarak pengangkutan serta tekanan yang diperlukan dan sebagainya. Dalam suatu pabrik atau industri, selalu dijumpai keadaan dimana bahanbahanyang diolah dipindahkan dari suatu tempat ketempat yang lain atau dari suatu tempat penyimpanan ketempat pengolahan maupun sebaliknya. Pemindahan ini dapat juga dimaksudkan unuk membawa bahan yang akan diolah dari sumber dimana bahan itu diperoleh. Kita tahu bahwa cairan dari tempat yang lebih tinggi akan sendirinya mengalir ketempat yang lebih rendah, tetapi jika sebaliknya maka perlu dilakukan usaha untuk memindahkan atau menaikkan fluida, alat yang lazim digunakan adalah pompa. Pemindahan fluida dengan menaikkan tekanan pada pompa adalah untuk mengatasi hambatan-hambatan yang terjadi, antara lain: 1. Hambatan Kecepatan Hambatan ini terjadi karena aliran fluida didalam tabung atau pipa mempunyai kecepatan tertentu, maka pompa harus memberikan tekanan yang diinginkan.

2. Hambatan Gesekan Hambatan ini terjadi pada gesekan sepanjang pipa-pipa yang dilaluinya. Klasifikasi Pompa berdasarkan prinsip kerja Dalam pemakaian sehari-hari, secara umum pompa dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Pompa desak (Positif Displacement pump) Pompa jenis ini digunakan untuk suatu system pemompaan yang mempunyai head statis dan kapasitas yang dihasilkan oleh pompa ini tidak terus-menerus. Jadi, pompa ini memberikan hasil secara berkala. Jenis pompa ini antara lain: a) Pompa torak (reciprocating) Pompa ini bekerja berdasarkan gerakan bolak-balik dari torak.

Gambar 1 Pompa Reciprocating b) Pompa Gear Pompa ini terdiri dari sebuah rumah pompadengan sambungan isap dan sambungan kempa dan didalamnya berputar dua buah roda gigi.

Gambar 2 Pompa rotary 2. Pompa Dinamik Prinsip kerja dari pompa ini berdasarkan prinsip sentrifugal yang menggunakan momen putar untuk membaangkitkan momen rotasi. Ditinjau dari mekanika fluida fenomena yang berlangsung pada pompa ini berlaku aliran mampat (compressible), dimana densitas fluidanya besar dan konstan dan perbedaan tekanan yang dihasilkan biasanya cukup besar sehingga konstruksi-konstruksi peralatannya harus lebih kuat. Pompa dinamik dibagi 2 jenis antara lain: 1) Pompa Sentrifugal 2) Pompa Aliran Aksial Berikut macam-macam pompa dinamik: a. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump) perpindahan fluida yang bersentuhan dengan impeler yang sedang berputar menimbulkan gaya sentrifugal menyebabkan fluida terlempar keluar. Kapasitas yang di hasilkan oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan putaran, sedangkan total head (tekanan) sebanding dengan kuadrat dari kecepatan putaran.

Gambar 3 Pompa Sentrifugal

Jenis pompa ini dapat dikelompokkan berdasarkan : (a). Kapasitas : 

Kapasitas rendah



Kapasitas menengah : 20 -:- 60 m3/jam



Kapasitas tinggi

: < 20 m3/jam

: > 60 m3/jam

(b). Tekanan Discharge : 

Tekanan Rendah

: < 5 Kg / cm2



Tekanan menengah

: 5 -:- 50 Kg / cm2



Tekanan tinggi

: > 50 Kg / cm2

(c) . Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat: 

Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing



Multi stage

: Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam

satu casing. 

Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing.



Multi Impeller & Multi stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage.

(d). Posisi Poros: 

Poros tegak



Poros mendatar

(e). Jumlah Suction: 

Single Suction



Double Suction

(f). Arah Aliran Keluar Impeller: 

Radial flow



Axial flow



Mixed fllow

POMPA PROSES (L-210) Fungsi

: Mengalirkan slurry Ca(OH)2 dari Reaktor 210 (R- 210) menuju Reaktor 220 ( R–220)

Tipe Pompa

: Centrifugal pump

Bahan konstruksi

: Carbon steel

Gambar C.16. Pompa Centrifugal Alasan Pemilihan 

Dapat digunakan range kapasitas yang besar dan tekanan tinggi



Konstruksi sederhana sehingga harganya relatif lebih murah



Kecepatan putarannya stabil



Tidak memerlukan area yang luas

Friction loss yang perlu diperhitungkan antara lain : 1. Friksi karena kontraksi dari tangki ke pipa 2. Friksi pada pipa lurus 3. Friksi pada elbow 4. Friksi pada Tee 5. Friksi karena ekspansi 6. Friksi pada valve

Asumsi :  Sifat-sifat fisis cairan dianggap tetap  Fluida incompressible Data-data perhitungan : Suction :

Discharge : T1

= 70 oC

T2 = 70 oC

z1 = 0 m

z2 = 2,1336 m

FV = 20.440,8994 kg/jam

FV = 20.440,8994 kg/jam

a. Menghitung Laju Alir Volumetrik Fluida Over design

= 10 %

FVdesign

= 1,1 x 20.440,8994 kg/jam

( Timmerhauss:1991,hal 37)

= 22.484,9893 kg/jam = 6,25 kg/det ρ slurry pada 700C = 1192,861Kg/m3 µ slurry pada 700C = 0,0004803 pa . s G

Debit alir (Q) = P =

20.440,8994 Kg/jam 1192,861Kg/𝑚3

= 18,85 m3/jam = 0,0052 m3/s = 82,99 gal/min Dari Gambar 10.62, Coulson,1983, untuk Q = 18,85 m3/jam, maka efisiensi pompa (ƞ) = 63 %. Dari gambar 5.6, Coulson,1983 Impeler speed , N = 3500 rpm untuk single stage Spesific speed, S = 7.900 (untuk single suction, Walas, 1988. hal. 133)

b. Menghitung Diameter Pipa Diameter pipa optimum untuk material carbon steel dihitung dengan persamaan: Dopt

= 282 x G0,52 x

-0,37

(Coulson, 1983, pers. 5.14)

= 282 x (6,25 kg/s)0,52 x (1192,861 kg/m3)-0,37 = 53,16 mm = 2,093 in Keterangan : Dopt

= Diameter pipa optimum (mm)

G

= Laju alir massa (kg/s)

ρ

= Densitas larutan (kg/m3)

Dari Tabel 14, Kern 1950, hal. 844, dipilih pipa komersial dengan ukuran : NPS = 2 in = 0,0508 m ID

= 2,067 in

= 0,0525 m

OD

= 2,380 in

= 0,06045 m

Flow Area

= 3,35 in2

Sch No

= 40

= 0,02326 m2

c. Menentukan Bilangan Reynold (NRe) NRe =

𝜌 . 𝐼𝐷 . 𝜐

(Geankoplis, 1993, pers.4.5-5)

µ

Keterangan : NRe

= Bilangan Reynold

ρ

= Densitas larutan (kg/m3)

ID

= Diameter dalam pipa (m)

υ

= Kecepatan aliran (m/s)

µ

= Viskositas larutan

(kg/m.s)

𝑄

υ= =

𝑚3 𝑠

0,052

𝐴 0,02326 𝑚2

=0,23 m/s

𝑘𝑔

𝑚

(1192,861 3 )𝑥 (0,0525𝑚)𝑥(0,23 ) 𝑠 𝑚 NRe= 0,000483 𝑘𝑔/𝑚.𝑠

= 29.347,4483 (Turbulen, NRe > 2100) Dari Geankoplis, hal.93, 1993 untuk NRe = 29.347,4483 (Turbulen), maka Faktor koreksi, α = 1 Roughness, ε = 0,0008 (untuk pipa comercial steel, Fig 126 Brown)

d. Menentukan panjang equivalent Tabel.C.22. Panjang equivalent pipa, berdasarkan gambar. 127 Brown, 1950 Komponen Pipa lurus Standard elbow Globe valve Gate valve fully open standard tee

Jumlah

Le, m

Total (m)

1 4 1 2 1

40,00 1,68 18,29 0,37 3,96

40,00 6,71 18,29 0,73 3,96 69,69

Total panjang equivalent

e. Perhitungan Head loss 1. Friksi karena kontraksi dari tangki ke pipa 𝐴

Kc=0,55 (1 − 𝐴2 )2 1

(Pers.2,10-16, Geankoplis, 1993)

Dimana :A2 = luas penampang lebih kecil A1 = luas penampang lebih besar 𝐴

A2 <<< A1 = 𝐴2 =0 1

Kc

= 0,55

𝜐2

hc = Kc 2.𝛼 = 0,55

(Pers.2,10-16, Geankoplis, 1993)

0,232 2.1

= 0,0140 J/kg

2. Head loss karena pipa lurus Dari Geankoplis, 1993, hal. 88, untuk pipa komersial steel diketahui, ε =0,000046, sehingga ε /D = 0,001726. Fanning friction (f) dari figure 2.10-3 Geankoplis = 0,007 Ff

∆𝐿𝑉 2

= 4f 𝐼𝐷.2𝑔

(Pers.2,10-6, Geankoplis, 1993)

= 0,69 j/kg 3. Head loss karena sambungan (elbow) Jumlah elbow, 90° = 5 ; Kf = 0,75 Jumlah Tee

hc

= 1 ; Kf

=1

(Tab.2.10-1, Geankoplis, 1993)

𝜐2

= Ʃ Kf (2 𝛼) = 0,08 j/kg

Jumlah Tee =1 Hf

𝜐2

= Ʃ Tee Kf (2 𝛼) 0,232

= 1 x 1 (2 𝑥 1) = 0,03 j/kg 4. Head loss karena ekpansi 𝐴

Kex=0,55 (1 − 𝐴2 )2 1

(Pers.2,10-15, Geankoplis, 1993)

Dimana :A2 = luas penampang penampung A1 = luas penampang pipa

𝐴

A2 <<< A1 = 𝐴2 =0 1

Kex

= 0,55 𝜐2 2.𝛼 0,232 0,55 2.1

hc = K 𝑒𝑥 =

(Pers.2,10-15, Geankoplis, 1993)

= 0,014 J/kg

5. Head loss karena valve Globe valve wide = 1 ; Kf = 6 Gate valve wide hf

= 2 ; Kf = 0,17

(Table.2.10-1, Geankoplis, 1993)

𝜐2

= Kf ( 2 ) = 0,16 j/kg

ƩF

= hc+hf+hf,elbow+hf,elbow+hex+hf,valve (Pers.2,10-15, Geankoplis, 1993) = 0,98 J/kg

Shaft work, Ws:

-Ws.ƞ =

𝑣22 − 𝑣12 2𝛼

+ g (Z2-Z1) +

𝜌2 − 𝜌1 𝜌

+ ƩF

(Pers.2,10-15, Geankoplis, 1993)

f. Pressure drop Dari coulson 1983 p 165 valve pressure drop normal = 140 kpa = 1.400.000 pa = 1.400.000 N/m2 V22 – V12

= 0 m2/s2

Z2 – Z1

= 2,1336 m

Maka Total head = -Ws = 22,01 J/kg

g. Daya pompa P

= -Ws x m = - 22,01 x 82,99 = 219,96 J/s = 0,30 Hp

Dipilih pimpa dengan daya = 1 Hp h. Penentuan NPSH Impeller speed (N) = 3500 rpm Specific speed (S) = 7900 𝑁𝑄 0,5 4/3 ) ft 𝑆

NPSH = (

= 6,43 ft = 1,96 m

(untuk single suction, Walas, 1988, p133) (Pers.7-15, Walas, 1988)

Tabel C.23. Spesifikasi Pompa Proses 210 (L-210): Alat Pompa Kode

L-210

Fungsi

Mengalirkan Ca(OH)2 keluaran R-210 menuju R-220

Jenis

Centrifugal Pump

Kondisi Operasi

Temperatur : 70 oC Tekanan

: 1 atm

Bahan Konstruksi

Carbon Steel

Kapasitas

82,99 gal/min

Dimensi

NPS

= 2 in

ID

= 2,067 in

= 0,0508 m

OD

= 2,38 in

= 0,0525 m

Flow Area

= 3,35 in2

= 0,0022 m2

Sch No

= 40

Power

1 hp

NPSH

1,96 m

Jumlah

2 buah (1 cadangan)