Mesin Fluida (Bag. 1.1) Mesin Kerja

Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis poros menjadi energi potensial atau sebaliknya mengubah energi fluida (energi kinetik dan energi potensial) menjadi energi mekanik poros. Dalam hal ini fluida yang dimaksud berupa cair cair, gas dan uap. Berdasarkan pengertian diatas maka secara umum mesin – mesin fluida dapat digolongkan dalam dua golongan yaitu Mesin Kerja dan Mesin Tenaga, karena banyaknya aplikasi penggunaan mesin fluida maka Pada artikel kali ini hanya akan membahas mesin fluida yang berhubungan langsung dengan sistem pembangkit listrik tenaga uap :

1. Mesin Kerja

Golongan mesin – mesin kerja , yaitu berfungsi untuk merubah energi mekanis menjadi energi fluida, contohnya : pompa, blower, compressor, dll

1.1. Pompa

Pompa adalah mesin fluida yang digunakan untuk mengalirkaan fluida inkompresible (tidak mampu mampa) dari suatau tempat  ketempat yang lain, dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Dalam hal ini pembahasan pompa tidak terlepas dari pembahasan pipa isap (suction  pipe ) dan pipa tekan (discharge) yang secara keseluruhan juga tentang pemompaan (pumping system). Dalam menjalankan fungsinya tersebut, pompa mengubah energi gerak poros menjadi energi tekanan pada fluida, berbagai fungsi dari pompa dalam aplikasinya baik untuk memindahkan fluida cair atau pun hanya sekedar memanfaatkan tekanan yang dihasilkan pompa untuk kegunaaan lain misalnya untuk gerak hidrolik. Pada umumnya pompa dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu Dynamic Pump dan positive displacement pump, Berikut ini beberapa jenis pompa dan pengaplikasian yang umum digunakan dalam industry proses pembangkit listrik.

1.1.1. Pompa positive displacement

Pompa positive displacement bekerja dengan cara memberikan gaya tertentu, berupa energi kinetik, pada volume fluida yang tetap dari sisi inlet menuju titik outlet pompa. Prinsip kerja tersebut sangat berbeda dengan pompa dinamik, yang secara teori pompa positive displacement akan menghasilkan debit aliran yang tetap pada RPM tertentu meskipun tekanan keluaran pompa berubah-ubah. Namun teori ini tidak akan berlaku jika di dalam pompa terjadi kebocoran.

Pompa positive displacement tidak dapat beroperasi dengan sistem control valve di saluran keluarannya. Hal ini dikarenakan pompapositive displacement tidak mengenal sistemexcess head seperti pada pompa sentrifugal. Jika pada saluran keluar pompa ada sebuah valve yang berada pada kondisi throttling, yang terjadi adalah tekanan keluaran pompa akan terus meningkat, hal ini dikarenakan prinsip kerja pompa positive displacement yang akan terus menghasilkan aliran fluida yang stabil jika putaran kerjanya tetap. Tekanan keluaran yang terus meningkat akibat throttling tersebut sangat berbahaya terhadap komponen-komponen pompa, dan tidak menutup kemungkinan akan terjadi pecah sehingga aliran fluida yang dihasilkan pompa kembali stabil di titik kerjanya.

Berikut beberpa jenis-jenis dari pompa positive displacement yang umum digunakan diberbagai aplikasi peralatan.

a.    Vane Pump

Pompa ini menggunakan baling-baling yang dipertahankan tetap menekan lubang rumah pompa oleh gaya sentrifugal bila rotor diputar. Cairan yang terjebak diantara 2 baling dibawa berputar dan dipaksa keluar dari sisi buang pompa.

Sistem Vane Pump

Biasanya pompa vane sebagian besar digunakan pada pada sistem hidrolik, karna karakter pompa yang bisa menghasilkan pressure yang tinggi.

b.    Piston and Pluger Pump

Pompa jenis ini memiliki kontruksi yang hamper menyerupai yang membedakan adalah kedua pompa ini yaitu benda kerja, piston pump mendorong fuida secara penuh sedangkan plunger pump mendorong fluida tidak secara penuh memenuhi ruangan silinder. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar perbedaan antara pompa piston dengan pompa plunger berikut ini.

Piston and Plunger Pump

Sebagian besar digunakan untuk pompa dosing pada water plant

c.    Diafragma Pump

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.

Diafragma Pump

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). Biasa digunakan untuk cemical dosing.

d.    Progressive Cavity Pump

Pompa jenis ini adalah pengembangan dari pompa jenis ulir. 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.

Progressive Cavity Pump

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.

1.1.2. Pompa Dinamic

Dynamic pump atau pompa dinamik terbagi menjadi beberapa macam yaitu pompa sentrifugal, pompa Axial, dan pompa spesial-efek (special-effect pump). Pompa-pompa ini beroperasi dengan menghasilkan kecepatan fluida tinggi dan mengkonversi kecepatan menjadi tekanan melalui perubahan penampang aliran fluida. Jenis pompa ini biasanya juga memiliki efisiensi yang lebih rendah daripada tipe positive displacement pump, tetapi memiliki biaya yang lebih rendah untuk perawatannya. Pompa dinamik juga bisa beroperasi pada kecepatan yang tinggi dan debit aliran yang juga tinggi.

a.    Centrifugal Pump

Pada pompa sentrifugal terjadi perubahan energi yang diakibatkan oleh dua komponen utama pompa, yaitu impeller dan diffuser. Impeller adalah bagian pompa yang berputar, yang mengkonversikan energi mekanik berupa putaran pada poros menjadi energi kinetik. Sedangkan diffuser (volute cassing) adalah bagian pompa yang diam, yang mengkonversikan energi kinetik menjadi energi tekanan. Sehingga secara umum pompa berfungsi untuk mengubah energi mekanik poros pompa menjadi energi tekanan berupa head fluida yang dipompa.

Centrifugal Pump

Besar debit fluida yang dialirkan oleh pompa sentrifugal pada putaran konstan, tergantung dari besar diferensial tekanan atau head yang dihasilkan pompa. Semakin besar head pompa akan semakin kecil debit aliran fluida yang dialirkan, begitu pula sebaliknya. Nilai dari head pompa vs. kapasitas debit ini dapat dibuat sebuah grafik yang menunjukkan grafik karakteristik pompa. Grafik ini biasanya disertakan oleh produsen pompa pada setiap produknya untuk menggambarkan karakteristik dari pompa yang ia produksi. Bentuk dari kurva head-kapasitas pompa sentrifugal merupakan fungsi dari ukuran dan desain pompa, diameter dari impeller, dan kecepatan operasionalnya.

b.    Axial Pump

Pompa jenis ini berfungsi untuk mendorong fluida kerja dengan arah yang sejajar terhadap sumbu/poros impellernya. Hal ini berbeda dengan pompa jenis sentrifugal yang arah output fluidanya tegak lurus dengan sumbu impeller. Energi mekanik yang dihasilkan oleh sumber penggerak ditransmisikan melalui poros impeller untuk menggerakkan impeller pompa. Putaran impeller memberikan gaya Axial yang mendorong fluida sehingga menghasilkan energi kinetik pada fluida kerja tersebut. Pada beberapa desain pompa Axial, terpasang sudu-sudu tetap (diam) yang membentuk difuser pada sisi keluaran pompa. Fungsinya adalah untuk menghilangkan efek berputar dari fluida kerja dan mengkonversikan energi kinetik yang terkandung di dalamnya menjadi tekanan kerja.

Axial Pump

Pompa Axial digunakan pada sistem-sistem yang membutuhkan debit aliran fluida tinggi, dengan besar head yang rendah. Pompa jenis ini banyak digunakan pada sistem pembangkit listrik tenaga uap digunakan untuk sirkulasi cooling tower atau mensupply air laut sebagai media pendingin di kondensor. Pengembangan dari pompa Axial yaitu pompa celup atau sering disebut dengan submersible pump.