Head dan Capacity Pompa

Orang lapangan lebih tertarik terhadap Pressure dan mungkin tidak familiar terhadap Head, karena pressure dapat mudah diketahui dari pressure gauge yang banyak terdapat di lapangan. Pengertian yang paling sederhana Head adalah tinggi suatu cairan. Bila dalam suatu bejana terdapat cairan setinggi 10 ft maka head cairan tersebut adalah 10 ft, tidak peduli bentuk maupun diameter bejana.Bila didalam suatu bejana diisi dengan air setinggi 10 ft, maka Pressure Gauge yang diletakkan pada bagian bawah bejana akan menunjukkan 4.33 psig. Dengan kata lain 1 psig setara dengan 2.31 ft tinggi air ( dari hasil pembagian 10 dibagi dengan 4.33).

Pemahaman terhadap Head akan sangat membantu bagi para Field engineer maupun Facility engineer dalam pemilihan pompa baru yang cocok dengan sistem yang didesain process engineer. Para mekanik lapangan pun perlu memahami Head untuk mengestimasi apakah pompa lama yang sudah terpasang akan mampu bekerja dengan baik bila terjadi perubahan sistem (perubahan pressure pada downstream pompa), misalkan bila pompa  yang biasanya memompa ke OGOL (out going oil line) dengan pressure 200 psigkemudian terjadi perubahan pressure OGOL menjadi 250 psig, apakah mampu atau tidak pompa yang ada?

Dalam data sheet pompa akan selalu kita jumpai istilah Rated Head, capacity, TDH, Shut Off Head, dan running out capacity

Sebagai contoh  suatu field mempunyai pompa pengirim minyak sebagai berikut :

Vertical Turbine Pump merk Goulds pumps, Model : VIC-T, type : centrifugal

dalam data sheet  tertera Rated Head 980 ft dan Capacity 520 gpm (gallon per minute) dan Shut off Head : 1244.7 ft, Run out capacity : 693.8 gpm. Apa artinya?

Mari kita bahas satu persatu

Rated Head : 980 ft, capacity : 520 gpm

artinya Pompa ini dapat mengatasi 980 feet of Head (TDH) sebanyak 520 gpm. Secara teoritis misal pada keluaran (discharge) pompa dihubungkan dengan pipa setinggi 980 ft maka pada ujung pipa akan keluar cairan sebanyak 520 gpm. Rated Head merupakan nilai rata-rata kemampuan pompa.  Rated Head disebut Juga Total Discharge Head (TDH).

Dapat mengatasi Head 980 ft? maksudnya? Kongkretnya, berapa pressure/back pressure di system yang mampu dilawan pompa? Dan Capacity 520 gpm, berapa barrel per day (bpd) itu?

Konversinya : 1 psi = 2.31 ft Head

Jadi Head = 980 ft maka setara dengan Pressure = 980 : 2.31 = 424 psig

Sedangkan 1 gpm = 34.29 bpd

Jadi 520 gpm = 17 830 bpd

Jadi Pompa tersebut bila digunakan untuk memompa kedalam sistem yang bertekanan 424 psig (atau system yang setara dengan 980 ft Head) maka jumlah cairan yang dipindahkan sebanyak 17.830 bpd.

Disamping itu didalam data sheet juga selalu dicantumkan performance curve-nya.

Dibawah ini merupakan rated Head and capacity pompa diatas (lingkaran merah) 980 ft & 520 gpm.

Dari kurva diatas  bila di field yang pressure downstream 400 psig, berapa barrel per day liquid yang dikirim?

Konversikan dulu pressure menjadi head (dikali 2.31) = 400 x 2.31 = 924 ft head, lalu cari di sumbu Y kira-kira 924 ft tarik garis ke kanan menyentuh kurva (kurvanya tergantung diameter impellernya apakah 6.625 in atau kah 6.688 in) lalu tarik garis ke bawah memotong sumbu X (sekitar 580 gpm). Konversikan 580 gpm ini menjadi bpd (dikalikan 34.29) kira-kira 20.000 barrel.

Shut off Head : 1244.7 ft, apa artinya?

Kita lihat lagi kurva diatas, bila Head semakin naik (di lapangan dapat diartikan back pressure pada sistem meningkat) menjadi 1200 ft maka capacity akan berkurang menjadi 350 gpm. Semakin tinggi headnya, capacity akan semakin berkurang (begitu pula sebaliknya). Hal ini dapat dimisalkan dengan keramaian orang yang masuk stadion, semakin ramai orang yang didalam (backpressure meningkat) semakin susah orang yang melewati pintunya (flow semakin sedikit). Bila backpressure system meningkat terus maka akan sampai pada titik dimana pompa tidak akan mampu mengeluarkan cairan sama sekali (capacity/flowrate nol), pada kurva diatas terdapat  pada Head 1244.7 ft. Pressure dalam system atau lebih tepatnya Head dimana pompa beroperasi tetapi sudah tidak mampu mengirimkan cairan (tidak ada flow rate) inilah yang disebut Shut Off Head. Jadi Shut Off Head pompa diatas 1244.7 ft.  Data berupa angka dalam data sheet dan kurva selalu berhubungan (coba berlatih membandingkan keduanya). Pompa tidak boleh dioperasikan pada kondisi shut off head, karena sama saja efeknya dengan menutup discharge valve.  Pompa ketika beroperasi pada shutoff head atau no flow disebut berada dalam kondisi “churn” (bergolak) yang akan merusak pompa.

Run out capacity : 693.8 gpm, apa maksud run out capacity?

Bila Head pompa turun (misal karena ada perubahan facility) atau pressure downstream sistem turun maka flow rate akan bertambah. Bila headnya diturunkan terus maka akan sampai titik dimana liquid yang dikeluarkan pompa  tidak sebanding dengan liquid yang diterima pompa,  akibatnya pompa terkadang akan running dalam keadaan kering tanpa liquid, karena liquid yang masuk terlambat datang ke barrel pompa sehingga bagian-bagian penting pompa dapat rusak seperti impeller dan mechanical seal juga pompa akan mengalami gas lock maupun kavitasi yang dapat merusak pompa. Titik inilah yang disebut pump run out, dan flowrate yang dapat dikirimkan pada titik itu disebut run out capacity. Jadi bila run out capacity vertical turbine pump diatas adalah 693.8 gpm (23.790 bpd) maka inilah maximum flow yang diperbolehkan  pompa untuk mengirimkan liquid. Pada kurva pertama, pump run out terletak pada Head sekitar 700 ft atau pada pressure system 303 psig.  Jadi Pompa tidak boleh di-running dalam head atau pressure ini karena beroperasi dalam run out capacity-nya.

Jadi kesimpulannya : Operasi pompa harus diantara pump run out capacity dan shut off head-nya, pompa harus dilarang beroperasi pada shut-off head atau pump run out nya karena dapat merusak pompa tersebut.