Asro Pun’ Blog

Process Equipment Control : (3) Centrifugal Pump Control

Posted by asro pada 11 Januari 2009

Peralatan lainnya yang juga banyak digunakan dalam industri proses adalah pompa (pump). Jika compressor digunakan untuk menangani gas (gas handling), maka pompa digunakan untuk menangani fluida yang berbentuk liquid/cairan. Seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini, liquid dari titik A hendak dipindahkan ke titik C. Untuk melakukan ini, sebuah pompa digunakan untuk menaikan tekanan/pressure liquid dari P1 ke P2, sehingga liquid tersebut bisa mengalir ke titik C. Tekanan di titik C, P3 < P2 karena ada tekanan yang hilang di perjalanan (pada pipa).

 c-pump-control-1

Sebagaimana peralatan proses lainnya, maka operasi pompa juga perlu dikontrol sehingga kondisi operasi yang diinginkan oleh unit proses yang dilayaninya selalu terpenuhi.

Ada 3 jenis pompa yang biasa digunakan, yaitu centrifugal pump, rotary pump dan reciprocating pump. Tulisan ini membahas sistem kontrol untuk pompa centrifugal, sedangkan sistem kontrol untuk kedua jenis pompa lainnya akan dibahas pada lain kesempatan.

Prinsip Operasi Pompa.  Prinsip kerja pompa mirip dengan compressor sehingga pendekatan yang digunakan untuk menjelaskan sistem kontrol pompa juga hampir sama dengan pada compressor, yaitu dimulai dengan uraian dasar yang berkaitan dengan operasi pompa centrifugal, antara lain menyangkut performance curve, system curve, operating point dan kavitasi.

Pompa centrifugal merupakan peralatan yang mengkonversi energi yang diberikan oleh penggeraknya (prime mover, seperti motor atau turbine), mula-mula menjadi energi kinetik dalam bentuk velocity dan kemudian menjadi energi tekanan dari fluida yang dipompakan. Proses konversi energi ini dilakukan oleh kedua komponen utama pompa, yaitu impeller yang merupakan komponen rotating yang mengkonversi energi penggerak menjadi energi kinetik dan diffuser yang merupakan komponen stationery yang mengkonversi energi kinetik menjadi pressure.

Berikut adalah persamaan kerja pompa centrifugal.

 c-pump-control-3

Pump performance curve.  Kinerja kerja sebuah pompa dapat dilihat dari  performance curve yang merupakan curva antara flow capacity dan head.  Berikut adalah contoh performance curve dari sebuah pompa dengan diameter impeller tertentu untuk beberapa speed.

c-pump-control-2

System curve.   Bila liquid dengan tekanan/pressure tertentu dialirkan melalui suatu sistem pemipaan (yang terdiri dari pipa, valve, elbow, reducer serta komponen sistem pemipaan lainnya), akan terjadi kehilangan tekanan (pressure drop) sepanjang sistem pemipaan tersebut. Apabila kita plot kurva antara pressure drop vs flow, maka akan terbentuk kurva seperti terlihat pada gambar berikut. Kurva tersebut disebut system curve. Pada kurva ini, pressure drop terdiri dari 2 komponen, yaitu static pressure  antara dua titik sebagai titik acuan dan dynamic pressure drop sebagai akibat dari adanya friksi aliran sepanjang sistem pemipaan antara kedua titik acuan tersebut. Static pressure bernilai tetap dan tidak bergantung pada aliran/flow yang melalui system, sebaliknya dynamic pressure drop berbanding lurus dengan kwadrat kecepatan alir/flowrate.

 c-pump-control-4

System curve tidak bergantung pada sumber atau peralatan yang menyupply liquid seperti pompa, jadi meskipun terjadi perubahan pada peralatan supply liquid tersebut, system curve tidak berubah. System curve akan berubah jika terjadi perubahan pada system, misalnya perubahan ukuran pipa atau membuka atau menutupnya valve. Seperti terlihat pada gambar di atas, jika valve membuka (friksi system berkurang) maka flow akan bertambah dan pressure drop berkurang, system curve akan bergeser ke kanan (curve b). Sebaliknya jika valve menutup (friksi bertambah), maka system curve akan bergeser ke kiri (curve c).

Pump operating point.  Ketika pompa dikoneksikan ke system, titik operasi (operating point) dari pompa tersebut dapat diperoleh dengan meletakan system curve dan pump performance curve dalam suatu kurva. Titik perpotongan antara kedua kurva tersebut merupakan titik operasi dari pompa, seperti terlihat pada gambar berikut.

 c-pump-control-5

Besarnya flow dan pressure yang diberikan/dihasilkan oleh pompa bisa dibaca pada titik perpotongan tersebut. Titik operasi dapat digeser/diubah dengan cara mengubah system curve (dari titik a ke titik b) atau mengubah performance curve (dari titik a ke titik c). Prinsip inilah yang mendasari cara kerja sistem kontrol pompa yaitu menjaga titik operasi di lokasi tertentu pada curve.

Kavitasi.  Pompa hanya digunakan untuk menangani fluida yang berbentuk liquid/cairan.  Jika fluida yang dipompa sebagian berbentuk/atau berubah bentuk menjadi vapor, maka kerja pompa menjadi tidak efektif, bahkan bisa merusak. Pada saat liquid yang masuk ke impeler dipercepat flow-nya, tekanannya akan turun. Jika penurunan tekanan tersebut melewati vapor pressure maka sebagian liquid akan berubah menjadi vapor. Selanjutnya saat melewati diffuser flow akan diperlambat dan tekanannya akan naik sehingga gelembung vapor yang terjadi sebelumnya akan koleps dan berubah menjadi liquid kembali. Proses perubahan dari liquid menjadi vapor dan kembali lagi menjadi liquid ini disebut kavitasi. Perubahan kembali (koleps-nya) gelembung vapor menjadi liquid terjadi pada kecepatan alir yang sangat tinggi, apabila ia menyentuh lapisan/permukaan material padat/metal maka akan terjadi erosi yang sangat ekstrim. Jadi, kavitasi ini sifatnya merusak sehingga harus dicegah, yaitu dengan cara menjaga pressure/tekanan suction pompa agar cukup tinggi.

Pump Control.  Sama seperti pada pembahasan dalam serie sebelumnya, dalam pembahasan mengenai pump control ini juga terdapat dua issue penting, yaitu penentuan controlled variable dan manipulated variable.

Untuk issue pertama, yang menjadi controlled variable bisa flow/kapasitas, level atau pressure (upstream atau downstream) bergantung kebutuhan proses/operasi. Dari ketiga variable ini, yang paling banyak digunakan adalah flow. Jika yang digunakan adalah level (biasanya level inlet/outlet vessel), maka output controller bisa langsung menggerakan control valve atau bisa juga melalui flow control (konfigurasi cascade).

Issue kedua yaitu manipulated variable, secara teoritis terdapat empat opsi, yaitu suction flow/pressure melalui suction throttling, discharge flow/pressure melalui discharge throttling, recycle flow melalui recycle throttling dan variable speed.

Suction throttling.  Suction throttling, yaitu dengan menempatkan control valve di suction/inlet pompa. Secara teoritis ini akan mengubah performance curve, akan tetapi cara ini sangat fatal karena dapat memicu terjadinya kavitasi, sehingga cara ini tidak pernah digunakan.

Discharge throttling.  Dengan discharge throttling berarti mengubah system curve, seperti diperlihatkan pada gambar berikut. Misalnya pada suatu saat, pompa beroperasi pata titik (1), yaitu pada flow Q1 dan pressure P1.  Kemudian dikehendaki, flow nerkurang menjadi Q2, sehingga titik operasi digeser ke titik (2), yaitu pada flow Q2 dan pressure P2. Ini dilakukan dengan menutup sedikit discharge control valve (menutup control valve berarti menggeser/memutar system curve ke kiri). Perhatikan gambar tersebut, P2 adalah pressure pada keluaran/discharge pompa sebelum control valve,  sedangkan pressure sesudah control valve sebesar P3, sehingga pressure yang hilang (drop) di control valve sebesar P2-P3.

 c-pump-control-6

 c-pump-control-7

Recycle control.  Dalam konfigurasi kontrol ini, sebagian liquid di discharge dikembalikan ke suction, seperti diperlihatkan pada gambar berikut. Recycle control ini berguna untuk mencegah terjadinya kavitasi karena kekurangan flow/pressure pada suction pompa.

 c-pump-control-8

Sama dengan pada discharge throttling, prinsip dari recycle control adalah juga merubah/menggeser system curve. Seperti diperlihatkan pada gambar berikut, misalnya pada suatu saat, pompa beroperasi pada titik (1), yaitu pada flow Q1 dan pressure P1.  Kemudian karena suatu dan lain hal, level vessel turun sehingga flow yang masuk ke pompa (suction flow) juga turun di bawah setpoint FC. Sebagai reaksi dari penurunan suction flow ini, FC akan membuka recycle control valve sehingga titik operasi pompa bergeser ke titik (2), yaitu pada flow Q2 dan pressure P2.  Perhatikan gambar tersebut, Q2 adalah discharge flow sebelum recycle tie, sedangkan flow sesudah recycle tie yang masuk ke system adalah Q3, sedangkan recycle flow adalah sebesar Q2-Q3.  Bagian bawah curve 2 yang agak berbeda menggambarkan flow yang melalui recycle valve sebelum check valve membuka.

 c-pump-control-9

Speed control.  Cara lain untuk menyesuaikan pompa dengan system yang dilayaninya adalah melalui speed control, yang berarti dengan merubah/menggeser performance curve,  seperti gambar berikut.

 c-pump-control-10

c-pump-control-11

Misalnya pada suatu saat, pompa beroperasi pada titik (1), yaitu pada flow Q1 dan pressure P1. Selanjutnya andaikan discharge flow hendak diubah dari Q1 ke Q2,  maka yang dilakukan adalah hanya dengan mengurangi speed pompa, sehingga titik operasi bergeser ke titik (2), yaitu pada flow Q2 dan pressure P2.

On-off control.  Selain konfigurasi kontrol yang sudah dibahas di atas, jenis kontrol lain yang juga banyak digunakan adalah on-off control. Jenis kontrol ini digunakan apabila tidak dibutuhkan kontrol yang presisi. Salah satu contohnya adalah system control sump-pump seperti pada gambar berikut. LSL switch akan membuka/off jika level berada di bawah setpoint.

 c-pump-control-12

Apabila dikehendaki agar level selalu berada dalam rentang atas (high level/on) dan  bawah (low level/off), maka konfigurasi berikut dapat digunakan. Dalam konfigurasi ini,  operator bisa menjalankan (start) dan menghentikan (stop) pompa apabila level vessel berada pada rentang atas dan bawah sesuai setting. Operator tidak dapat menghentikan pompa apabila level vessel melebihi batas atas (high level), begitu pula sebaliknya ia tidak dapat menjalankan pompa apabila level vessel kurang dari batas bawah (low level).

c-pump-control-131

13 Tanggapan to “Process Equipment Control : (3) Centrifugal Pump Control”

  1. che-mie said

    pusing kepala saya bapak

    ngak paham

    bapak engineer ka?

  2. asro said

    Ya, saya instrument engineer, kerja di kilang minyak/refinery.

  3. wisnu said

    untuk pompa thorax dan reciprocating gimana ? tolong diberi penjelasan.

  4. asro said

    Control untuk pompa thorax & Reciprocating akan dibahas di lain kesempatan.

  5. eatb said

    share dikit ya pak. di pltu tempat saya bekerja, flow keluaran boiler feed pump di atur untuk menjaga level di steam drum. flownya di jaga dengan mengatur speed bfp melalui variable speed coupling. ini sesuai dengan salah satu penjelasan bapak di atas. nice blog tambah pengetahuan nih

  6. kres said

    pak,
    klo untuk rumus kapasitas pompa sentrifugal untuk ketel uap rumus nya gmn ya??
    oya referensi diatas sumber nya dari mana ya??
    kok ga dicantum kan.. ntar empunya rumus kan marah tuh klo ga di cantumkan, hehe
    tq

  7. Ini saduran dari Handbook Pumping Mc Growhill ya Mas??

  8. dedi said

    SY mau distribusikan air dari sumur deep well ke reservoir berjarak 150 m (datar) mo nanya :
    a. pompa presure apa yg cocok utk dorong sampai ke reservoir
    b. apa bisa pompa pressure lgsung dipasang dari pipa outlet submersible, jadi air yang keluar dari sumur oleh pompa submersible lgsung di dorong ke reservoir oleh pompa presure
    c. jika untuk rangkaian distribusi air tsb kita akan pasang : chek valve, gate valve,flow meter, pressure indicator,pressure switch,air release valve, bgmana gambar rangkaian sistemnya.tks

  9. […] Sumber : https://asro.wordpress.com/2009/01/11/process-equipment-control-3-centrifugal-pump-control/ Prinsip Operasi Pompa.  Prinsip kerja pompa mirip dengan compressor sehingga pendekatan yang […]

  10. andy said

    untuk pengaturan control discharge tolong dikasih angka ya. tekanan sebelum valve dan sesudah valve

  11. Paulus Yohanes said

    Mas mau konsul….. cara menentukan pompa vakum sentrifugal buat Vacuum Packaging atau vacuum sealer gmn??….
    bis aminta alamat Email….?

  12. Alfik Bae said

    pak saya minta ijin copy ya, biar bisa baca saat gak on line, terimakasih

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: