ccitonline.com

Nama penulis: Athiyya Hazza Aorora Sikov
NPM penulis: 2306265386
Afiliasi penulis: Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia

Abstrak

Pada makalah ini, telah disajikan oleh penulis kaidah-kaidah serta prosedur dalam perancangan pompa sentrifugal. Pompa tersebut sendiri merupakan alat yang berfungsi untuk memindahkan posisi fluida dari tempat dengan potensial rendah ke yang lebih tinggi, sesuai dengan hukum kekekalan energi mekanik. Terlebih lagi, pada makalah ini, pompa yang diulas adalah pompa sentrifugal, yang memanfaatkan percepatan radial untuk menggenerasikan tekanan fluida. Proses perancangan tersebut menggunakan dasar pemikiran DAI5, yakni deep awareness of I, intention, initial thinking, idealization dan instruction set

Deklarasi Penulis

1. Deep awareness of I

Sebagai makhluk ciptaan tuhan, saya menyadari bahwa setiap manusia memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, dan kesempurnaan hanya milik tuhan. Namun, kelebihan dan kekurangan tersebut dapat saling melengkapi dengan adanya hubungan timbal balik antar sesama manusia. Salah satu implementasinya ialah dengan memberi manfaat pada orang lain, karena sebaik-baiknya manusia ialah yang bermanfaat bagi sesama. Caranya ialah dengan mendesain alat untuk menunjang keberlangsungan hidup setiap orang sebagai contoh, seperti yang penulis jelaskan pada makalah kali ini

2. Niat kegiatan proyek

Tuhan memberi akal pada setiap manusia yang membuatnya dapat melakukan sesuatu dengan tujuan tertentu. Sementara itu, kita sebagai manusia diberi kebebasan untuk mengontrol dan meregulasi hal tersebut, apakah digunakan untuk sesuatu yang bermanfaat bagi orang lain, atau tidak. Namun, penulis memilih untuk memberi manfaat pada setiap orang yang melihat tulisan ini, dengan memberi ilmu seputar perancangan dan pengoperasian pompa berjenis sentrifugal

Pendahuluan

1. Dasar teori

Pompa sentrifugal merupakan salah satu jenis mesin fluida yang telah digunakan secara luas. Hal tersebut diakibatkan oleh keuntungan-keuntungan yang dapat dirasakan dari penggunaan jenis pompa tersebut, jika dibandingkan pompa jenis lain. Beberapa diantaranya ialah minimnya gesekan fluida pada saat pengoperasian, perawatan yang mudah, serta efisiensi energi yang tinggi. Penggunaan pompa sentrifugal sendiri dapat ditemukan di berbagai sektor seperti industri, pertambangan, otomotif, dan lain-lain hingga rumah tangga

Cara kerja pompa sentrifugal ialah dengan memanfaatkan putaran radial pada impeller untuk menaikkan tekanan fluida. Hal tersebut sesuai dengan prinsip gaya sentrifugal, dimana terjadi perubahan tekanan yang diakibatkan oleh putaran impeller dengan kecepatan tertentu. Secara umum, cara kerja dari pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

Gambar 1. Cara kerja dari pompa sentrifugal

• Impeller berputar dengan kecepatan tertentu, menyebabkan udara yang sebelumnya berada pada bagian dalam pompa bergerak mengikuti putarannya. Hal tersebut menghasilkan kekosongan pada inlet pompa dan berkurangnya tekanan, sehingga akibat perbedaan tekanan tersebut, cairan akan tersedot kedalam sistem pompa

• Impeller kemudian berputar dengan kecepatan tertentu, sehingga fluida yang telah disedot bergerak mengikuti kecepatan dan arah putaranya

• Karena adanya berat fluida, dan desain pompa yang menyerupai rumah siput, maka fluida tersebut terlempar menuju casing pompa sembari berakselerasi kearah outlet pompa melalui diffuser pada setiap sisi di samping impeller

• Fluida akan bergerak menuju titik akhir pemompaan melalui outlet pompa. Berdasarkan hukum Bernoulii, dan melebarnya diameter jalur yang dilewati cairan tersebut, maka kecepatan linier fluida akan berkurang, dan tekanannya meningkat untuk mengompensasi perlambatan laju tersebut

2. Rumusan masalah

Untuk mendesain pompa sentrifugal dengan performa yang optimal, dibutuhkan juga kondisi operasi yang memadai. Agar hal tersebut dapat kita capai, terdapat beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan dalam manufaktur dan operasional alat. Faktor-faktor tersebut diantaranya ialah:

• Jenis fluida: ini merupakan faktor yang paling krusial untuk diterapkan pada saat perancangan pompa. Tipe fluida kerja akan mempengaruhi seperti apa performa saat pompa bekerja, semisal pada head pressure, laju aliran (flow rate), energy loss pada sistem, dan lain sebagainya

• Efisiensi pompa: hal tersebut sangat penting untuk dipertimbangkan agar operator dapat mengeluarkan biaya yang kompatibel untuk keperluan operasional. Dengan menggunakan pompa yang efisien, kita dapat mengoperasikannya seoptimal mungkin dengan biaya seminimal mungkin. Hal tersebut dipengaruhi beberapa hal pada pompa, diantaranya efisiensi energi pada penggerak, hambatan pada pompa, dan lain sebagainya.

• Kavitasi: merupakan fenomena dimana fluida berwujud cair mengalami evaporasi secara tidak teratur. Hal tersebut terjadi akibat penurunan tekanan pada fluida, sehingga berdasarkan konsep termodinamika, titik didihnya pun menurun. Kavitasi dapat terjadi pada inlet pompa, dimana tekanannya diturunkan, dan dampaknya dapat dihasilkan gelembung-gelembung gas yang dapat berekspansi dan merusak material pompa. Maka dari itu, net pressure suction head (NPSH) atau tekanan hisap pompa harus dibuat sedemikian rupa agar tidak berada dibawah tekanan uap fluida kerja pada temperatur operasional

Gambar 2. Dampak kavitasi pada impeller pompa sentrifugal

• Pump curve: merupakan grafik kurva yang memvisualisasikan performa pompa berdasarkan hasil eksperimen. Kurva tersebut berisi beberapa parameter, seperti pressure head, flow rate, diameter impeller, daya serta efisiensinya. Dengan melihat pump curve, kita dapat mengetahui seperti apa pompa tersebut mesti dioperasikan dalam kondisi dinamis agar mendapatkan efisiensi maksimum

Gambar 3. Pump curve pada putaran impeller 1750 RPM dengan variasi diameter impeller

• Kondisi lingkungan: selain aspek internal, lingkungan operasi juga berpengaruh dalam kegiatan operasional pompa. Beberapa faktor seperti suhu, tekanan atmosfer, kelembaban serta cuaca bisa saja membantu atau menghambat operasi. Maka dari itu, kondisi enviromental tempat pompa digunakan harus juga menjadi pertimbangan

Metode dan Langkah-Langkah Solusi

1. Idealisasi

Dalam merancang pompa sentrifugal, penulis harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti yang tertera pada bab sebelumnya. Hal tersebut menjadi pedoman utama dalam perancangan pompa, agar konsumen dapat dengan senang hati menerima apa yang telah dibuat. Untuk itu, langkah-langkah dalam mendesain pompa sentrifugal akan penulis jelaskan pada subbab selanjutnya

2. Instruksi

Berdasarkan bab sebelumnya, langkah-langkah dalam perancangan pompa sentrifugal adalah sebagai berikut:

• Mengetahui jenis fluida: dalam manufaktur pompa, pada langkah awal kita mesti tahu terlebih dahulu digunakan untuk apa pompa tersebut. Meliputi densitas, viskositas, serta nilai pH dari fluidanya

• Menentukan ketinggian operasi: hal tersebut sangat penting dalam mengetahui pressure head yang mesti disuplai oleh pompa

• Menentukan kebutuhan flow rate: seberapa banyak permintaan akan fluida dalam satu waktu. Penulis mesti mengetahui permintaan tersebut sebelum merancang pompa

• Mengamati lingkungan: hal tersebut dibutuhkan karena lingkungan mempengaruhi bagaimana pompa akan bekerja. Selain itu, pola operasi seperti jadwal operasional juga mesti diperhatikan

• Memilih jenis pompa: terdapat jenis pompa selain sentrifugal dengan kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Tugas penulis sebagai produsen ialah menentukan apakah pompa sentrifugal cocok untuk kondisi-kondisi hasil pengamatan, atau perlu memilih jenis pompa lain

• Menentukan jenis material: merupakan langkah awal dalam perancangan pompa. Hal tersebut dilakukan agar pompa dapat beroperasi tanpa mengalami masalah teknis pada strukturnya

• Mendesain casing pompa: dimensi casing harus diperhitungkan dengan matang sebelum proses manufaktur. Salah satu alasannya agar dapat mengakomodir flow rate sesuai permintaan dengan gesekan fluida seminimal mungkin.

• Mendesain impeller: diameter dari impeller akan mempengaruhi besar pressure head nya. Sementara itu, flow rate dipengaruhi oleh ketebalannya. Dimensi impeller harus diperhitungkan terlebih dahulu berdasarkan permintaan head dan flow rate sebelum manufaktur

• Menentukan NPSH: hal tersebut sangat krusial dalam perancangan, sebab pompa harus dapat menyediakan tekanan sedot yang sesuai tanpa adanya dampak kavitasi yang signifikan

• Mensimulasikan operasional pompa dalam berbagai kondisi: bertujuan untuk mendapatkan data dalam pembuatan pump curve. Agar lebih efisien, percobaan dapat dilakukan melalui perangkat lunak seperti Ansys atau CFDSOF. Eksperimen dilakukan dengan diameter impeller, daya input, flow rate, serta RPM yang berbeda-beda.

Gambar 4. Contoh hasil simulasi tekanan pada impeller pompa sentrifugal pada software Ansys

• Memilih jenis penggerak: sumber energi seperti listrik atau BBM mesti dipertimbangkan berdasarkan demand dari konsumen. Selain itu, tingkat efisiensi energinya juga mesti diperhitungkan

• Memulai proses produksi: pemilihan langkah-langkah dan prosedur dalam memproduksi pompa harus tepat berdasarkan jenis material dan spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya

• Pemasangan: langkah terakhir dalam proses tersebut ialah mengaplikasikan pompa yang telah dimanufaktur pada sistem operasi sesuai yang diinginkan oleh kostumer

Kesimpulan

Berdasarkan tulisan yang telah penulis rangkum, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Pompa sentrifugal merupakan jenis pompa yang paling banyak digunakan pada beberapa sektor. Sehingga, dibutuhkan perancangan dan pemeliharaan pada saat operasional yang optimal untuk mendukung keefektifan operasinya

2. Terdapat berbagai konsep fisika dan mekanika fluida yang menjadi dasar dalam beroperasinya pompa sentrifugal, seperti dinamika rotasi dan revolusi serta hukum Bernoulli

3. Dalam perancangan pompa sentrifugal, bukan hanya faktor internal seperti pressure head dan flow rate yang mesti dipertimbangkan, melainkan juga faktor eksternal seperti kondisi lingkungan dan operasional

Ucapan Terima Kasih

Saya, atas nama Athiyya Hazza Aorora Sikov sebagai penulis makalah ini, dengan senang hati mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Allah SWT, tuhan yang maha esa, pencipta segala hal dalam alam semesta, yang telah memberikan penulis akal dan pikiran sebaik mungkin yang mana telah membantu penulis untuk memahami konsep-konsep dalam metode numerik agar dapat berkontribusi dalam kemajuan ilmu pengetahuan

2. Kedua orangtua penulis, yang telah dengan iklas memberi doa, motivasi serta dukungan untuk penulis selama berkuliah di Teknik Mesin Universitas Indonesia

3. Bapak Dr. Ahmad Indra sebagai dosen mata kuliah Metode Numerik yang telah membimbing saya untuk selalu memahami apa yang diberikan kepada saya, sehingga saya dapat menerapkan ilmu dan pengetahuan tersebut dalam kehidupan sehari-hari

Referensi

1. Engraihan (2015, May 14). Operation principles of Centrifugal pumps. Mechanical Engineerings. https://mechaengineerings.wordpress.com/2015/05/14/centrifugal-pumps/comment-page-1/

2. Rizki Febriani, Anisa (2024, January 4). Sebaik-baik Manusia Adalah yang Bermanfaat bagi Orang Lain, Ini Haditsnya. Detik. https://www.detik.com/hikmah/doa-dan-hadits/d-7123193/sebaik-baik-manusia-adalah-yang-bermanfaat-bagi-orang-lain-ini-haditsnya

3. Tentang Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump). Badja Abadi Sentosa. https://badjaabadisentosa.com/tentang-pompa-sentriugal-centrifugal-pump/detail

4. Smith, Michael. (2025) Useful information on NPSH. Michael Smith Engineering Ltd. https://www.michael-smith-engineers.co.uk/resources/useful-info/npsh

5. Pump cavitation what happens and what causes it?. Rodelta. https://www.rodelta.com/pump-cavitation/

6. Elsey, Jim. (2016, June 27) Understanding Pump Curves. Pump and Systems. https://www.pumpsandsystems.com/understanding-pump-curves

7. BladeGen + Turbogrid + Ansys CFX – Centrifugal Pump. CFD Ninja. https://cfd.ninja/ansys-cfx/bladegen-turbogrid-ansys-cfx-centrifugal-pump/