Penentuan NPSHa (Net Positive Suction Head available) untuk Pompa Sentrifugal

Kasus 1

Pada gambar 1 terlihat jelas bahwa energi potensial ketinggian dari tangki akan

mengalirkan minyak ke dalam suction pompa. Energi ketinggian ditambah

tekanan atmosfer akan memaksa minyak mengalir jika valve di suction pompa

dibuka dan pompa mulai dioperasikan. Gabungan energi ini akan dikurangi oleh

hilang tekan atau pressure drop sepanjang pipa suction karena efek adanya aliran,

termasuk penurunan tekanan di nozzle tangki dan di flange antara pipa dengan

pompa serta filter yang biasanya dipasang di suction pompa. Faktor lain yang

mengurangi gabungan energi penggerak adalah tekanan uap dari minyak . Hasil

akhir dari pengurangan tersebut dikenal sebagai NPSHa. NPSHa atau Net positive

suction head available adalah head yang tersedia di mata impeller yang nilainya

harus lebih besar dari NPSH minimum (NPSH required) yang dibutuhkan oleh

pompa pada suatu laju alir tertentu. Keterangan ini dapat dijabarkan dalam

persamaan matematika sederhana pada daerah antara tangki dengan suction

pompa, yaitu:

NPSHa = P atm + Beda tinggi level minyak di tangki terhadap centerline

pompa – hilang tekan atau pressure drop sepanjang pipa suction (termasuk di

fiting-nya) – tekanan uap cairan yang dipompa (dihitung pada suhu cairan).

Persamaan ini dikenal sebagai NPSH tersedia atau NPSH available. Besaran

NPSH available haruslah lebih besar dari NPSH required yang dibutuhkan pompa

guna menghindari fenomena yang disebut sebagai kavitasi.

Kavitasi adalah peristiwa di mana tekanan di sekitar mata impeller menjadi rendah

sedemikian rupa sehingga dapat membuat fluida cair di sekitar daerah tersebut

mulai menguap dengan membentuk gelembung. Gelembung ini dapat menerpa

impeller sehingga bisa merusaknya. Lebih jauh, kavitasi dapat menyebabkan

vibrasi serta kerusakan bearing.

Gambar 1a. Macam-macam jenis impeller

Kembali ke NPSH, NPSH available harus lebih besar dari NPSH yang dibutuhkan

pompa (NPSH required) dikarenakan NPSH required akan naik seiring dengan

naiknya laju alir fluida yang dipompakan, serta untuk mengkompensasi

ketidakpastian pressure drop di pipa suction beserta fitingnya.

Hal tersebut, dapat menjadi kritis, terutama ketika pertama kali pompa

dioperasikan dengan valve di keluaran pompa dibuka penuh. Ketika merancang

NPSH available, perlu diperhatikan pemilihan NPSH required pada kondisi worst

case, karena jika bedanya terlalu dekat, maka jika pada suatu saat laju alir pompa

diperlukan untuk dinaikkan, bisa jadi pompa akan mengalami kavitasi.

Hal yang relatif sering terjadi adalah kavitasi pompa ketika pompa di start-

up dengan membuka penuh valve keluaran pompa. Ini dikarenakan laju alir pompa

transient pada saat start-up, dapat naik secara significant karena adanya efek

percepatan aliran. Operator lapangan yang baik, akan menutup discharge valve

terlebih dahulu ketika pompa di start-up baru membukanya secara perlahan

kemudian.

Kasus 2

Pada kasus ini, suction pompa ada di bawah pompa. Apakah persamaan NPSH

available masih berlaku? Tentu saja, hanya harga energi potensial ketinggian

menjadi negatif sehingga menjadi faktor pengurang. Satu-satunya yang berangka

positif adalah tekanan atmosfer.

Persamaan sebelumnya dituliskan kembali untuk model pemompaan suction lift

ini:

NPSHa = P atm - beda tinggi level minyak di tangki terhadap centerline

pompa – hilang tekan atau pressure drop sepanjang pipa suction (termasuk di

fiting-nya) – tekanan uap cairan yang dipompa (dihitung pada suhu cairan).

Sebagai akibat perubahan persamaan di atas, maka harga NPSH available akan

turun. Para pembuat pompa sudah mengantisipasi hal demikian, yaitu dengan

merancang pompa yang mempunyai harga NPSH required relative lebih kecil

terhadap pompa pada kasus 1.

Lebih jauh, sekarang sudah banyak sekali pompa yang diletakkan di dalam

sump caisson-nya sehingga dapat mengeliminasi NPSH required lebih kecil.

Contoh pompa seperti ini adalah submersible pump yang banyak digunakan untuk

teknologi pengangkatan minyak di dalam sumur yang tekanan reservoir-nya sudah

lemah ataupun untuk firewater pump di anjungan lepas pantai.

Sebenarnya, apakah hanya persamaan di atas saja yang berperan untuk

mengalirkan cairan ke alam suction pompa? Tentu tidak. Ada mekanisme lain yang

turut berperan, yaitu pompa itu sendiri. Ketika pompa mulai berputar, maka

putaran impeller akan menimbulkan penurunan tekanan di mata impellernya. Efek

penurunan tekanan ini mampu mengalirkan air di sump tank ke atas. Efek

penurunan tekanan di mata impeller adalah fungsi kuat densitas fluida di sekitar

mata impeller tersebut. Jika terisi cairan, maka efek penurunan tekanannya sangat

berarti. Akan tetapi jika isinya udara, maka ada kemungkinan cairan di sump tank

sebelumnya tidak terangkat.

Masihkan ingat tentang istilah memancing pompa? Yaitu dengan memasukkan

air ke dalam suatu reservoir di dalam pompa. Kenapa harus dipancing? Pompa

dimasukkan air, atau dipancing, tidak lain adalah untuk memberikan penurunan

tekanan di sekitar mata impeller pompa agar supaya cairan lebih mudah mengalir.

Jika tidak dipancing, hanya ada udara saja, yang kita ketahui, densitas udara

tentunya lebih kecil dari densitas cairan. Pompa sentrifugal yang harus dipancing

dulu agar dapat beroperasi disebut sebagai non-self priming pump.

Aplikasi non-self priming pump biasanya untuk sistem seperti pada Gambar 1.

Pada Gambar 2, untuk dapat beroperasi, maka dimasukkan air di valve A dan

dikeluarkan di valve B. Sekali beroperasi, maka kedua valve tersebut dapat ditutup.

Keadaan yang tidak praktis ini diatasi dengan mengganti pompa yang bertipe self-

priming pump, sehingga tidak perlu memancing lagi ketika akan dioperasikan

kembali. Atau sekalian, untuk kasus 2, pompanya diganti dengan submersible

pump.