Cara-cara Mengontrol Debit Aliran Sistem Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal menjadi satu jenis pompa yang paling banyak digunakan di dunia industri. Berikut adalah beberapa alasannya :

• Konstruksi yang kuat
• Desain yang simpel
• Biaya fabrikasi yang rendah
• Cara pengoperasian yang mudah
• Pengaplikasian sistem kontrol yang dapat diatur dengan mudah

Prinsip kerja pompa sentrifugal adalah transfer energi gerak dari putaran poros penggerak kepada impeller pompa sehingga menciptakan energi sentrifugal yang ditransferkan ke fluida yang mengalir di dalamnya. Aliran keluaran pompa sentrifugal dapat divariasikan nilai head dan debitnya, sesuai dengan kebutuhan sistem. Karena terkadang sistem tidak selalu menginginkan aliran fluida selalu konstan di nilai tertentu. Hal inilah yang tidak dapat dilakukan terhadap pompa positive displacement.
Sebagai satu contoh adalah Boiler Feed Water Pump yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap (baca artikel berikut). Pompa ini mensupply aliran air yang jumlahnya (debit) disesuaikan terhadap beban listrik yang ada. Berikut adalah cara-cara untuk mengatur debit dan head keluaran pompa sentrifugal:
Mengontrol Debit Aliran Dengan Discharge Control Valve
Cara paling mudah untuk dapat memvariasikan debit aliran fluida keluaran pompa adalah dengan menggunakan control valve yang dapat diatur besaran bukaannya serta dipasang pada sisi keluaran pompa.

Pompa Dengan Discharge Control Valve

Tujuan dari penggunaan control valve pada keluaran pompa adalah untuk menambah restriksi aliran fluida yang ada, sehingga yang terjadi adalah pergeseran kurva karakteristik sistem ke atas. Jika pompa bekerja pada putaran yang konstan, maka titik operasional pompa bergeser pada garis kurva karakteristik pompa ke arah debit aliran yang lebih rendah.

Kurva Karakteristik Pompa Dengan Discharge Control Valve

Gesernya kurva karakteristik sistem mengakibatkan turunnya kebutuhan debit sistem sesuai dengan yang diinginkan. Namun di sisi lain kebutuhan head sistem (downstream / setelah control valve) sebenarnya tidak ikut berubah lebih rendah. Hal ini mengakibatkan adanya excess head atau head sisa yang dikompensasi oleh sistem throttling valve yang menciptakan pressure drop (penurunan tekanan).
Keuntungan :

• Harga murah
• Baik digunakan pada kondisi sistem yang lebih sering beban 100%
• Baik digunakan pada operasional dengan waktu yang pendek-pendek
• Sangat cocok digunakan pada pompa dengan kurva karakteristik datar

Kerugian :

• Tekanan keluaran pompa yang terlalu tinggi
• Efisiensi pompa menjadi rendah jika sedang posisi throttling
• Tidak hemat energi jika sedang posisi throttling
• Sistem kontrol yang tidak baik jika excess head tinggi
• Ada beban mekanik pada valve saat posisi throttling
• Ada resiko menimbulkan suara bising jika sedang posisi throttling tinggi

Mengontrol Debit Aliran Dengan Saluran Minimum Flow
Saluran minimum flow adalah sebuah saluran yang terpasang paralel dengan pompa dan menghubungkan secara langsung atau tidak langsung antara sisi keluaran pompa dengan sisi inlet pompa. Pada sistem ini aliran fluida keluaran pompa dibagi menjadi dua, satu arah tetap menuju sistem sedangkan yang lainnya kembali ke sisi inlet pompa. Dengan cara ini kita dapat mengatur debit fluida yang masuk ke sistem dengan jalan mengatur jumlah fluida yang melewati minimum flow, tentu saja dengan bantuan control valve.

Konfigurasi Saluran Minimum Flow

Melalui kurva karakteristik pompa dan sistem dapat kita perhatikan bahwa dengan cara ini, kita dapat mengatur debit keluaran pompa menuju sistem tanpa harus mengubah nilai head pompa pada titik operasionalnya. Sehingga nilai excess head tidak sebesar jika sistem hanya menggunakan sistem throttling pada sisi keluaran pompa.

Kurva Karakteristik Pompa Dengan Saluran Minimum Flow

Keuntungan :

• Tidak ada peningkatan head sekalipun pompa bekerja pada beban parsial.
• Nilai tekanan keluaran pompa tetap sekalipun debit aliran berubah-ubah.
• Cocok digunakan pada sistem yang membutuhkan head rendah namun flow tinggi.
• Mudah dikontrol jika beban pompa penuh dibutuhkan.

Kerugian :

• Biaya konstruksi sistem lebih mahal.
• Tidak ada penurunan kebutuhan power pada saat beban sebagian.
• Masih muncul adanya excess head pada saat beban sebagian.
• Dilihat dari sisi kebutuhan energinya, sistem ini tidak ekonomis.

Mengontrol Debit Aliran Dengan Variasi Kecepatan Putaran
Salah satu cara untuk mendapatkan variasi debit aliran keluaran pompa sentrifugal adalah dengan jalan memvariasikan kecepatan putaran pompanya. Jika putaran pompa diubah, yang terjadi adalah pergeseran kurva karakteristik pompa tersebut. Apabila putaran semakin cepat, maka kurva akan bergeser ke arah kanan. Sedangkan jika putaran semakin lambat, maka kurva akan bergeser ke arah kiri. Pergeseran kurva berbentuk sejajar dengan posisi awalnya, sehingga nilai head dan debit aliran di setiap titik kurva dapat bervariasi sesuai dengan variasi putaran yang digunakan.

Kurva Karakteristik Pompa Dengan Variasi Kecepatan Putaran

Ada beberapa cara yang dapat digunakan untuk mengontrol pompa agar dapat memiliki putaran yang bervariasi :

1. Menggunakan motor listrik yang dapat divariasikan kecepatan putarnya. Motor listrik AC dapat divariasikan kecepatan putarnya dengan menggunakan lebih banyak kutub magnet pada sisi rotornya. Hal ini akan menambah biaya produksi yang ada. Sedangkan pada motor listrik DC, cukup hanya dengan mengubah besar supply voltasenya sehingga dapat memvariasikan besar putarannya.
   Pompa Dengan Adjustable Speed Motor
   (Source: Wikipedia.org)
2. Menggunakan sistem transmisi belt yang menggunakan pitch yang diameternya dapat diubah-ubah.
3. Menggunakan sistem transmisi hidrolik.
4. Menggunakan turbine uap sebagai penggerak yang putarannya dapat diubah-ubah dengan mengatur jumlah uap yang masuk ke dalam turbin untuk menggerakkan sudu-sudunya.

Keuntungan :

• Dapat menghindari excess head.
• Penyalaan pompa yang lebih halus karena menggunakan speed inverter.
• Komponen-komponen pompa akan lebih awet.
• Mengurangi efek feed-back hidrolik.
• Hemat energi.
• Beban listrik rendah (jika menggunakan motor listrik) karena besar arus yang rendah pada saat pompa dinyalakan.
• Mengurangi biaya perawatan.

Kerugian :

• Biaya sistem kontrol yang tinggi.

Mengontrol Debit Aliran Dengan Instalasi Beberapa Pompa Secara Paralel
Jika beberapa pompa sentrifugal diinstal secara paralel, maka besar debit aliran total adalah jumlah dari debit aliran dari semua pompa yang sedang bekerja. Dengan cara ini, kita dapat mengatur debit aliran fluida dengan jalan menjalankan sejumlah pompa secara bersamaan sesuai dengan kebutuhan sistem. Kurva karakteristik pompa dan sistem menjadi acuan kerja untuk masing-masing pompa.

Instalasi Pompa Secara Paralel

Kurva karakteristik pompa paralel didapatkan dengan jalan menjumlahkan debit aliran fluida dari beberapa pompa pada nilai head yang sama. Pada prakteknya, yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa semakin tinggi debit aliran, maka akan semakin tinggi pula hambatan sistem (resistance). Sehingga untuk mengkompensasi hambatan tersebut, titik operasional pompa menjadi lebih tinggi nilai tekanan praktisnya daripada nilai tekanan teoritisnya.

Kurva Karakteristik Pompa Paralel

Keuntungan :

• Sangat cocok digunakan pada kurva karakteristik sistem yang memiliki komponen head statis tinggi.
• Adaptasi yang baik pada load parsial.
• Efisiensi sistem tinggi.
• Biaya kontrol yang rendah pada sistem operasionalnya.
• Sistem operasional yang handal.

Kerugian :

• Biaya konstruksi tinggi.
• Frekuensi switching operasional pompa tinggi jika desain sistem tidak sesuai.
• Problem pada fluktuasi tekanan inlet pompa. 

Sumber :
http://artikel-teknologi.com/cara-cara-mengontrol-debit-aliran-sistem-pompa-sentrifugal/