Pompa dalam jaringan air minum

Prof. Dr. Ir. Radianta Triatmadja

Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan

Universitas Gadjah Mada

Fungsi Pompa dalam Jaringan

Pompa mempunyai fungsi menaikkan atau menambah energi air. Dengan demikian air dapat mengalir menuju daerah dengan elevasi yang lebih tinggi dari elevasi sumber airnya.

Pompa booster mempunyai fungsi yang sama yaitu menaikkan energi air, tetapi letak pompa tidak di awal pipa (dekat dengan sumber) tetapi di dalam jaringan.

Fungsi Pompa

Hs Hp

Pompa

Hs = Head statis, Hp = Head pompa

Pompa booster

Hp

Pompa

Booster tanpa perubahan debitBooster dengan tambahan debit, di hulu dan di hilir pompa

Booster dengan tambahan debit, di hulupompa

HpHp

Jenis Pompa

Pompa Centrifugal

Pompa Celup (Submersible Pump)

Volute, end suction, centrifugal pump

Volute: sebenarnya adalah bagian casing dariPompa centrifugal. Air dari impeler (kincir) masuk ke dalam volute dengan kecepatansemakin kecil karena cross section yang membesar yang mengubah energi kinetikmenjadi energi potensial. Gaya hidraulik inidiimbangi oleh gaya oleh as yang memutarkincir.

Centrifugal : karena menggunakan kincir yang memutar air yang masuk kedalamnya dengankecepatan tinggi dan semakin rendah sebelumkeluar ke arah outlet

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Centrifugal_pump_volute_Richards_1894.png

End Suction: Air yang keluar dri pompa berubah arah 90o dari arah datang

Centrifugal Pump

End Suction

Single Stage Multi Stage

Long Coupled Closed Coupled Closed Coupled

Horizontal

Pompa monoblok (EBARA)(courtesy of EBARA PUMP)

Pompa centrifugal vertikal

Centrifugal Pump, End Suction, Horizontal, Long Coupled

p1

p2

z1

z2

Q

Q

Pompa Centrifugal Paralel

Perhatikan : Check valve rentan terhadap masalah, jadi posisi Check Valve harus di antara Pompadan Gate valve, agar bisa di isolasi dari tekanan untuk perbaikan.

Pompa Centrifugal Paralel(PDAM PURWODADI)

Long bend

penyempitan

pembesaran

Expansion rubber untuk kemudahaninstalasi

Check Valve

Gate Valve

Long bend

Pelindung couple

Foot Valve (katup sekaligussaringan (Courtesy: EBARA PUMP)

Kinerja Pompa, Jenis End suction Volute, by EBARA Pump(Courtesy: EBARA PUMP)

Yang diperlukan instalasipompa

Pompa kondisi jalan (running) dengankapasitas lebih besar dari kebutuhan(misalnya N pompa)

Pompa cadangan dalam kondisi siaprunning (0,5 N)

Pompa cadangan dalam kondisi siapatau sedang dalam perbaikan (0,25 N)

Jumlah pompa dalam satu instalasirumah pompa minimal 2 unit

Kinerja Pompa

Q

Kurva sistemjaringan

Energ

iH

ead y

ang

dip

erlukan

dititik

A

A

Energy grade Line

Kinerja Pompa

Kinerja pompa ditentukan oleh 2 parameter yaitu debit massa(Qm), dan Energy Head (Dynamic Head) atau Pressure Head (Static Head) (P).

Debit massa yang dipompa Qm=Q.r yang untuk air r dianggap1 ton/m3 sehingga besaran Qm =Q.

Energy Head (Eh) adalah energy total air yang sama dengantinggi tekanan statis ditambah dengan tinggi tekanan akibatkecepatan.

Menurut Bernoully (Eh+z)1=(Eh+z)2+ hLdengan Eh = p/g +V

2/2g dan hL adalah head loss (kehilanganenergi oleh gesekan, penyempitan atau lainnya).

Tinggi tekanan juga disebut Pressure head (P)

Kinerja Pompa

Bagaimana mengukur Energy Head dan Pressure Head?

Ehp/g

v2/2g

z

Kinerja Pompa

Dengan pemahaman tentang Energy head maka Head pompa (Energy head pompa) dapat dihitung denganmudah berdasarkan ukuran sebagai berikut.

p1

p2

z1

z2

Q

Q

Kinerja Pompa

Berdasarkan persamaan Bernoully

(p/g +V2/2g+z)1 = (p/g+V2/2g+z)2 +hL

Jika diabaikan maka

(p/g +Q2/(2A2g)+z)1 = (p/g+ Q2/(2A2g) +z)2 (catatan Q1=Q2)

Akhirnya diperoleh

p1

p2

z1

z2

Q

Q

=2 1

+ 2 1 +

2

2 1

22

1

12

=2 1

+ 2 1 +

2

2 1

24

1

14

Semua variabel di sebelah kananpersamaan dapat diukur, kecual g yang adalah konstan =9,81 dan g yang untuk air = 1 tonf/m3

Kinerja Pompa

ContohMisal Q = 10 l/s; P1 = -0.2m; P2 = 18m

D1=0,10; D2 = 0,75.

Berapa Head pompa ? Jawab

Berapa Daya pompa ?

Q= 0.01

P1 -0.2

P2 18

D1 0.1

D2 0.075

V1 1.27324

V2 2.263537

z1 1

Z2 1.5

Stat Head 18.2

Dz 0.5

D (V2/2g) 0.178515

Pp = 18.87851

Pp = 18.87851

Kinerja Pompa

1. Daya yang diperoleh oleh air

Pw= rgHQ

2. Daya yang dikerjakan oleh pompa lebih besar dari Pw karenasebagian daya pompa tidak menjadi daya air. Daya tersebutadalah

Pp=Cp rgHQ kNm

Harga Cp lebih besar dari 1.0. Daya tersebut sama dengan dayayang dikerjakan oleh as motor (Break horse power atau BHP pompa). Dengan demikian efisiensi pompa adalah 1/Cp atauPw/Pp. BHP pompa tidak konstan tetapi merupakan fungsi darihead dan debit pompa

4. Daya yang harus dikerjakan oleh motor untuk memutar as lebih besar dari Pp yaitu

Pm = Cp Cm rgHQ kNm. Efisiensi motor = Pp/Pm atau 1/Cm5. Daya yang harus dikerjakan oleh listrik (inlet) lebih besar dari

Pm karena sebagian listrik hilang dalam kabel menjadi panas

Pk = Ck Cp Cm rgHQ kNm.

Pk

Pm

Pp

Pw

hp=1/cphm=1/cmhk=1/ck

htotal=1/(cp cm ck)

Kinerja Pompa

Pw= rgHQ

Pp= Cp rgHQ kNm

BHP = Pp = Cp rgHQ kNm

Efisiensi (h)= Pw / BHP

BHP

H

Q

Kinerja Pompa

ContohPompa centrifugal mengalirkan debit 40l/s (atau 144 m3/jam)

dengan total head dinamik =50m. Berapa daya yang digunakan oleh pompa jika efisiensinya 60%.

Jawab: BHP =0.040x50x9,81/0,6=33kW

Misal pompa digunakan 16 jam/hari selama 10 tahun, biayaoperasi selama 10 tahun =33x600x16x365x10=Rp. 1,156 Myd

Misal kehilangan energi di kabel dan instalasi 3%, makadibutuhkan daya listrik sebesar 34kW

Misalnya harga listrik Rp. 600/kWh. Berapa kehilangan akibatkabel? Jawab: (34-33)x600x16x365x10= 35 juta rupiah.

Seandainya ada pompa yang yang mempunyai efisiensi 80%, berapa penghematan ditinjau dari BHP saja?

Kinerja Pompa

Pompa centrifugal mengalirkan debit 40l/s (atau 144 m3/jam) dengan total head dinamik =50m. Berapa daya yang digunakan oleh pompa jika efisiensinya 80%.

Jawab: BHP =0.040x50x9,81/0,8=24.5kW

Selisih daya=8,5 kW.

Dengan harga listrik Rp. 600/kWh. Pompa digunakan 16 jam/hariselama 10 tahun maka terjadi penghematan sebesar

Rp. 297,8 juta (bisa digunakan untuk membeli 4 unit pompa)

Cost of Ownership (COO)

Thames Water

Berdasarkan pengamatanbiaya dari Thames Water selama masa kerja pompa

GRUNDFOS SP

26

Sumber Grundfos, Drive down your Cost of Ownership, Powerpoint presentation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Investasi Energi Perawatan

Kinerja Pompa

Kurva Pompa

Q

Head

Kurva sistemjaringan

Kinerja Pompa

Kurva Pompa

Q

Head

Kurva sistemjaringan(sudahtermasuk sisatekanan yang dibutuhkan)

h =80%70%

60%40%

Head PompaTerlalu tinggi

Gunakan pompadengan Head yang lebih kecil

Kinerja Pompa

Kurva Pompa

Q

Head

1 pompa 2 pompa

3 pompa

4 pompa

Kurva sistem jaringan (sudahtermasuk sisa tekanan yang dibutuhkan)

Head Optimal

AB

C

Q Optimal1 Pompa

Q Optimal3 Pompa

Q Optimal4 Pompa

Q Optimal2 Pompa

Kinerja Pompa

Sistem Jaringan A didesain dengan konsep satu pompa padakinerja optimal yaitu pada Q dan Hp optimal (posisi lingkaranhitam). Dengan berkembangnya kebutuhan, debit dinaikkandengan menambahkan satu unit pompa, sehingga debit danhead pada posisi lingkaran biru. Tampak bahwa penambahansatu pompa tidak menambah debit sebesar debit pompa yang pertama walaupun kedua pompa tersebut identik atau sama. Hal tersebut semakin jelas saat penambahan pompa yang ke 3 dan ke 4. Saat penambahan pompa ke 4, tambahan debit sangat tidak signifikan (sangat kecil dan tak berarti).

Jaringan B dan C direncanakan lebih besar dari kebutuhan satupompa. Saat penambahan pompa, maka Jaringan B optimal saat penggunaan 2 pompa dan masih baik untuk digunakansampai 3 pompa, sedang jaringan C optimal saat penggunaan3 pompa dan masih baik digunakan oleh 4 pompa.

Back

Kinerja Pompa

Permasalahan di depan disederhanakan seolah olah demand pas dengan kurvapompa-jaringan. Sebenarnya, pada pemasangan pompa ke 2 (jaringan A), kinerja pompa dapat bervariasi sepanjang kurvanya tergantung debit aliran.

Head Optimal

Cavitasi

Cavitasi adalah masalah terbentuknya gelembung padaimpeler pompa (sudu) dan pecahnya gelembungtersebut karena tekanan di luar gelembung lebih besardari tekanan dari dalam gelembung dalam jumlah yang banyak.

1. Pecahnya gelembung menimbulkan suara

2. Kinerja pompa turun (baik head maupun debit secarabersamaan).

3. Terjadi getaran pada pompa karena gaya yang takseimbang pada sudu

4. Impeler bisa rusak karena cavitasi

NPSH

NPSH : Net Positive Suction Head

NPSHa: Net Positive Suction Head Available

NPSHr:Net Positive Suction Head Required

NPSHa = P+H-Hf-Hvp P=tekanan muka air yang akan dipompa, H jarak

vertikal antara muka air dengan pompa, Hf kehilanganenergi sepanjang jaringan pompa sejak filter, katuphingga pompa, Hvp tekanan uap pada suhu air dalampompa. (misal suhu = 30o C, Hvp =0,6 Psi = 0.42 t/m

2)

Misal P = 1 atm = 10,3 t/m2, H=-2, Hf =4m, berapaNPSHa ?

Jawab = NPSHa = 10,3-2-4-0,42= 3,88m.

NPSH

NPSHr, tekanan hisap yang diperlukan dalam impeler di atastekanan uap. NPSHr merupakan fungsi dari desain pompa, tergantung pada debit pompa.

NPSHa harus lebih besar dari NPSHr agar tidak terjadi cavitasi.

Pada soal tredahulu misalnya NPSHr menurut pabriknyaadalah 4m. Maka dengan NPSHa =3.88, akan terjadi cavitasipada pompa.

1. Cari pompa yang sesuai.

2. Turunkan harga H dan/atau Hf

Pompa Paralel Beda Kinerja

Pada daerah ini pompa 1 tidak bekerja danmalah mungkin mengakibatkan kerusakan

Garis kinerja pompa

Q

h

Pompa Paralel Beda Kinerja

Pompa 1 tidak berfungsi, malah mungkinmengakibatkan kerusakan

Garis kinerja pompa

Q

h

2

1

Sistem Pompa dengan Tangki

Static head

Q

h =80%

70%60%

40%

h

Sistem Pompa dengan Tangki

Static head

Q= 2x average demand

h =80%

70%60%

40%

h

Pompa hidupsedikit lebihdari 12 jam sehari

Sistem Pompa Tanpa Tangki

Total head

Q

h =80%

70%60%

40%

h

Ganti pompa

Demand

Terima kasih