Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal merupakan salah satu jenis pompa dinamis. Pompa ini mendorong fluida dengan arah tegak lurus dari poros impeler pompa. Berbeda dengan pompa aksial dimana arah aliran fluida sejajar dengan sumbu impeller.

Pompa sentrifugal salah satunya tersusun atas impeler dengan saluran masuk tepat di tengahnya. Impeler pompa sentrifugal memiliki desain yang berbeda dengan impeler pompa aksial. Impeler pompa sentrifugal akan menciptakan gaya sentrifugal untuk mendorong fluida dari sisi tengah pompa (inlet) ke bagian luar impeler. Jadi, ketika impeler berputar dengan energi mekanis yang dihasilkan oleh sumber penggerak, aliran fluida akan mengarah dari inlet ke sisi luar impeler dan menuju ke dinding casing pompa.

Satu bagian penting pompa sentrifugal selain impeler adalah casing pompa. Casing pompa sentrifugal memiliki desain unik seperti cangkang siput. Bentuk cangkang siput ini berfungsi untuk menurunkan kecepatan aliran fluida sementara kecepatan putaran impeller tetap tinggi. Kecepatan fluida dikonversikan oleh casing pompa menjadi tekanan sehingga fluida mencapai titik outlet pompa.

Pompa sentrifugal memiliki beberapa kelebihan termasuk operasionalnya yang halus, tekanan seragam pada debit pompa, biaya perawatan rendah, dan dapat bekerja pada kecepatan tinggi, sehingga aplikasi lebih lanjut dapat dihubungkan langsung dengan turbin uap, motor listrik, atau sumber penggerak lainnya. Penggunaan pompa sentrifugal di dunia mencapai 80% karena penggunaannya yang cocok untuk fluida dalam jumlah besar daripada pompa positive displacement.

Sistem Seal Pada Pompa

Pompa, apapun jenisnya, pasti terdiri dari dua bagian utama yang menyusunnya yakni bagian yang stasioner (diam) dalam hal ini adalah casing pompa, serta bagian yang berputar yakni poros dan impeller. Di antara kedua bagian tersebut terdapat area yang mempertemukan secara langsung fluida kerja yang dipompa dengan atmosfer. Pada titik inilah keberadaan sistem seal pada pompa diperlukan. Sistem seal pada pompa berfungsi untuk mengurangi seminimal mungkin terjadinya kebocoran fluida kerja di area pertemuan antara sisi casing pompa dengan rotornya.

20130904-115012.jpg

Pompa Tanpa Sistem Seal

Ada dua tipe seal pompa yang lazim kita temui di dunia industri, tipe gland packing seal dan tipe mechanical seal. Untuk lebih memperjelas perbedaan antara keduanya, mari kita bahas satu-persatu.

Gland Packing Seal System
Sistem seal ini cukup sederhana dengan hanya melibatkan beberapa komponen penting. Komponen utamanya adalah sebuah packing/gland yang menjadi titik pertemuan antara sisi casing pompa dengan poros pompa. Packing ini ditahan oleh sebuah komponen bernama gland follower yang posisinya dapat diatur untuk memberikan tekanan tertentu terhadap packing. Besar tekanan gland follower diatur oleh beberapa buah sekrup (gland bolts). Semakin kuat tekanan yang diberikan oleh gland follower terhadap packing ini maka akan semakin sedikit fluida yang bocor melalui sela-sela antara poros dengan packing. Akan tetapi jika gesekan antara packing dengan poros terlalu besar, akan lebih cepat mengurangi umur packing karena temperatur kerja nya yang terlalu tinggi. Untuk mengatasinya maka dibutuhkan sistem pendinginan pada packing tersebut, hal ini umumnya didapatkan dengan sedikit membocorkan fluida kerja ke sela-sela poros dengan packing. Sehingga keketatan gland bolts harus tepat agar didapatkan pendinginan yang optimal pada packing.

20130905-100005 AM.jpg

Sistem Gland Packing Seal Pada Pompa

Penggunaan sistem gland packing ini membutuhkan perhatian khusus dalam hal perawatannya. Dalam interval tertentu, tekanan gland follower terhadap gland perlu diatur sedemikian rupa sehingga kebocoran fluida tidak terlalu besar ataupun tidak terlalu kecil. Dan dalam interval tertentu pula, komponen gland perlu diganti dengan yang baru.

20130905-101859 AM.jpg

Temperatur Kerja Berbagai Jenis Material Gland
(Sumber)

Macam-macam Pompa Positive Displacement

Pompa positive displacement memiliki tipe yang lebih bervariasi daripada pompa dinamik. Secara general pompa positive displacement dibagi kedalam dua kelompok besar, yakni pompa jenis rotari dan jenis reciprocating. Keduanya masih dibagi menjadi berbagai jenis pompa lagi. Dan berikut adalah pompa-pompa tersebut:

Pompa Positive Displacement Tipe Rotari

Pompa positive displacement tipe rotari ini memindahkan fluida kerja melalui mekanisme rotari dengan jalan menimbulkan efek vakum sehingga dapat menghisap fluida kerja dari sisi inlet, dan memindahkannya ke sisi outlet. Jika ada udara yang terperangkap di dalam pompa rotari, secara natural pompa ini akan mengeluarkan udara tersebut, sehingga mengurangi kebutuhan untuk mengeluarkan udara yang terperangkap di dalam pompa secara manual.

Berikut adalah macam-macam pompa positive displacement tipe rotari :

  • Pompa Roda Gigi Internal (Internal Gear Pump). Pompa ini menggunakan dua roda gigi sebagai penggerak fluida kerja di dalam casing pompa. Satu roda gigi menjadi penggerak dan yang lainnya menjadi yang digerakkan. Roda gigi penggerak berada di dalam roda gigi yang digerakkan. Untuk lebih jelasnya silahkan perhatikan gambar berikut.

    20121018-101837 PM.jpg

    Pompa Roda Gigi Internal

    Dan berikut adalah proses dimana fluida kerja dipompa oleh pompa roda gigi internal ini.

    20121018-102421 PM.jpg

    Prinsip Kerja Pompa Roda Gigi Internal

    Terlihat bahwa fluida kerja masuk melalui inlet pompa menuju sela-sela roda gigi luar yang diputar oleh roda gigi dalam. Fluida tersebut bergerak menuju sisi outlet akibat dorongan dari roda gigi luar. Selanjutnya roda gigi dalam masuk ke sela-sela roda gigi luar sehingga mendorong fluida kerja untuk keluar ke sisi outlet pompa.


    Animasi Pompa Roda Gigi Internal

  • Pompa Roda Gigi Eksternal (External Gear Pump). Sama dengan pompa roda gigi internal, pompa roda gigi eksternal ini juga menggunakan dua roda gigi sebagai komponen utamanya. Yang membedakan adalah kedua roda gigi berada pada posisi yang sejajar, dan roda gigi penggerak tidak berada di dalam roda gigi yang digerakkan.

    20121019-105346 AM.jpg

    Prinsip Pompa Roda Gigi Eksternal

  • Pompa Screw (Ulir). Pompa ulir pertama kali dikembangkan oleh Archimedes, ia menggunakan satu buah ulir untuk memindahkan air dari tempat yang rendah ke sawah-sawah untuk keperluan irigasi. Oleh karena hal inilah pompa ulir dengan satu ulir disebut juga Pompa Ulir Archimedes.

    20121019-025857 PM.jpg

    Pompa Ulir Archimedes

    Desain pompa ulir telah berkembang menjadi beberapa tipe seperti twin-rotor, triple-rotor, dan 5-rotor. Perbedaan ketiganya ada pada jumlah rotor ulirnya. Berikut adalah video pompa ulir dengan twin-rotor.


    Twin Rotor Screw Pump

    Prinsip kerja pompa ulir dengan multi-rotor adalah fluida kerja yang masuk melalui sisi inlet pompa dipindahkan oleh rotor ulir melalui sela-sela ulir sisi luar. Saat sampai di sisi outlet, fluida akan terdorong keluar dari pompa.

  • Progressive Cavity Pump. Pompa jenis ini adalah pengembangan dari pompa jenis ulir. Prinsip kerjanya pertama kali dikenalkan oleh Rene Moineau pada tahun 1930-an. Pompa ini terdiri atas sebuah rotor yang berbentuk spiral, serta stator yang juga berbentuk spiral namun didesain memiliki jarak pitch spiral yang 2 kali lebih besar dari pitch rotor. Rotor pompa progressive cavity terhubung dengan shaft yang digerakkan oleh motor listrik. Diantara shaft dengan rotor dihubungkan oleh flexible coupling yang apabila shaft berputar, kopling ini bergerak mengikuti gerakan rotor dan shaft. Untuk lebih jelasnya silahkan perhatikan animasi berikut ini.

    <em>Source: wikipedia.org</em>

    Desain spiral dari rotor serta stator membentuk rongga (cavity) di dalamnya, yang apabila rotor berputar rongga tersebut seakan-akan bergerak maju ke arah outlet pompa. Rongga inilah yang menjadi ruang untuk memindahkan fluida kerja.

    20121019-071230 PM.jpg

    Bagian-bagian Pompa Progressive Cavity

    Pompa progressive cavity dapat digunakan pada berbagai macam jenis fluida kerja, dari fluida encer sampai dengan fluida berviskositas tinggi. Namun pompa ini tidak cocok dengan partikel-partikel solid. Untuk operasionalnya, pompa ini perlu dilakukan proses pengisian awal (priming) serta pembuangan udara yang terperangkap (venting) di dalamnya sebelum beroperasi. Hal ini bertujuan untuk memperpanjang umur pompa.

  • Rotary Lobe Pump dan Rotary Piston Pump. Pompa rotary lobe mirip dengan pompa roda gigi, hanya saja menggunakan semacam rotor berbentuk cuping (lobe). Terdapat dua rotor cuping di dalam casing pompa, yang keduanya digerakkan oleh sumber penggerak dan diatur sedemikian rupa oleh roda gigi yang berada di luar bodi pompa sehingga kedua rotor berputar seirama. Putaran dari rotor ini menimbulkan ruang kosong sehingga fluida dapat masuk ke dalamnya dan ikut berpindah ke sisi outlet. Pada sisi outlet kedua cuping rotor bertemu sehingga menutup rongga yang ada dan mendorong fluida kerja keluar melalui outlet pompa.

    20121019-073332 PM.jpg

    Prinsip Kerja Rotary Lobe Pump

    Pompa rotary piston adalah pengembangan dari pompa rotary lobe. Rotor pompa rotary piston didesain sedemikian rupa sehingga volume rongga pompa menjadi lebih luas. Selain itu pada sisi outlet pompa, rotor pompa tidak lagi "menghimpit" fluida kerja agar keluar seperti pada pompa rotary lobe, namun bentuk rotor pompa rotary piston akan mendorong fluida agar keluar ke sisi outlet pompa.

    20121019-080851 PM.jpg

    Pompa Rotary Piston

  • Vane Pump. Dalam Bahasa Indonesia vane pump berarti pompa baling-baling. Pompa rotari ini menggunakan silinder di bagian rotor, pangkal silinder terpasang pegas yang terhubung dengan rotor pompa. Sumbu rotor tidak segaris dengan sumbu casing pompa, sehingga saat rotor berputar, silinder rotor akan mengikuti bentuk casing dan mendorong fluida kerja untuk menuju outlet pompa.

    20111003-073412.jpg

  • Pompa Peristaltik. Pompa tipe rotari yang terakhir adalah pompa peristaltik. Pompa jenis ini menggunakan prinsip kerja yang mirip dengan gerakan peristaltik pada kerongkongan. Pompa ini menggunakan semacam selang elastis sebagai saluran fluida kerja. Selang tersebut ditekan oleh rotor dengan ujung berupa roller sehingga membentuk gerakan dorongan.

    Sumber: wikipedia.org

    Animasi Pompa Peristaltik

    Pompa peristaltik awalnya banyak digunakan pada laboratorium-laboratorium saja, namun seiring dengan pengembangan teknologi karet, saat ini pompa peristaltik dapat digunakan untuk memompa bahan-bahan yang lebih "berat" termasuk bahan-bahan solid.

Pompa Positive Displacement Tipe Reciprocating

Pompa resiprocating menggunakan piston yang bergerak maju-mundur sebagai komponen kerjanya, serta mengarahkan aliran fluida kerja ke hanya satu arah dengan bantuan check valve. Pompa positive displacement ini memiliki rongga kerja yang meluas pada saat menghisap fluida, dan akan mendorongnya dengan mempersempit rongga kerja tersebut. Dengan bantuan check valve untuk mengatur arah aliran fluida, maka akan terjadi proses pemompaan yang harmonis.

Pompa resiprocating terdiri atas beberapa macam, yaitu :

  • Pompa Piston. Pompa ini menggunakan piston untuk menghisap dan mendorong fluida kerja. Jumlah dari piston tergantung dari desain pabrikan yang menyesuaikan pula dengan kebutuhan sistem. Semakin sedikit jumlah piston pada pompa piston, maka akan semakin tidak stabil pula besar debit aliran air yang keluar dari pompa ini. Untuk mendapatkan aliran fluida yang stabil dapat dipergunakan pressure relief valve atau pompa dengan piston lebih banyak.

    20121019-090453 PM.jpg

    Pompa Piston

  • Plunger Pump. Pompa jenis ini mirip dengan pompa piston. Yang membedakan adalah pompa ini tidak menggunakan piston, bagian pompa yang mendorong fluida tidak secara penuh memenuhi ruangan silinder. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar perbedaan antara pompa piston dengan pompa plunger berikut ini.

    20121019-091044 PM.jpg

    Perbedaan Plunger Pump dengan Piston Pump

  • Pompa Diafragma. Pompa ini juga mirip dengan pompa piston namun komponen pompa yang melakukan gerakan maju-mundur adalah diafragma yang terhubung dengan engkol penggerak. Diafragma akan bergerak maju dan mundur untuk menciptakan perubahan rongga ruang di dalam pompa. Dengan bantuan check valve maka aliran fluida kerja dapat terjadi.

    20121019-091936 PM.jpg

    Pompa Diafragma

    Pompa diafragma umumnya beroperasi pada tekanan yang lebih rendah daripada pompa piston maupun pompa plunger. Namun, karena desainnya yang unik, pompa diafragma dapat terus beroperasi sekalipun suatu saat tidak ada fluida yang mengalir di dalamnya. Dan secara otomatis apabila fluida kerja tersedia lagi, pompa ini dapat secara alami melakukan pengisian fluida (priming) dan pengeluaran udara (venting).

  • Swashplate Pump. Jenis pompa yang terakhir akan kita bahas adalah pompa swashplate. Pompa ini merupakan pengembangan dari pompa piston. Beberapa piston disusun secara sejajar dengan ujung yang satu terhubung dengan plate tegak, sedangkan ujung yang lain terhubung dengan plate miring. Saat poros pompa berputar piston-piston yang terusun sejajar tadi ikut berputar sehingga menghasilkan gerakan maju-mundur. Untuk lebih memahami pompa jenis ini, mari kita perhatikan video animasi berikut.


    Swashplate Pump

    Yang menarik dari pompa ini adalah dapat diubah-ubahnya besar debit fluida keluaran pompa tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengubah besar sudut kemiringan plate yang terhubung dengan piston-piston pompa tersebut.