Pompa Sentrifugal: Pompa Bahan Bakar Mesin Pesawat

Pompa yang mendorong avtur dari tangki ke mesin pesawat adalah pompa sentrifugal: impeller berputar melempar fluida keluar, volute mengubah kecepatan menjadi tekanan. Modul ini membahas anatomi pompa, persamaan Euler, kurva pompa, hukum afinitas, dan kavitasi yang merontokkan impeller.

Mengapa pompa pesawat dibahas di mekanika

Di darat, pompa mati berarti genangan. Di udara, pompa bahan bakar mati berarti mesin mati. Setiap mesin turbin punya rantai pompa: boost pump sentrifugal di dalam tangki mendorong avtur ke depan, lalu engine-driven pump menaikkan tekanannya ke injektor. Viewer di modul ini memodelkan tahap sentrifugalnya: putaran impeller, aliran partikel, dan titik operasinya dihitung sungguhan, bukan animasi hafalan.

Anatomi pompa sentrifugal

• Impeller: cakram dengan sudu melengkung ke belakang (backward-curved). Fluida masuk axial di mata impeller, terlempar radial oleh gaya sentrifugal.
• Volute: rumah keong yang melebar. Kecepatan tinggi dari impeller diubah menjadi tekanan (difusi).
• Diffuser / discharge: pipa keluar tangensial menuju sistem bahan bakar.
• Seal & bearing: menahan kebocoran di poros. Di pesawat, kebocoran bahan bakar adalah masalah kebakaran, bukan masalah becek.

Persamaan Euler: dari mana head berasal

Head teoritis impeller mengikuti perubahan momentum sudut fluida:

Hth = (u2·Vu2 − u1·Vu1) / g

• u = kecepatan keliling sudu (u = π·D·N/60)
• Vu = komponen tangensial kecepatan absolut fluida
• Indeks 1 = masuk, 2 = keluar

Head nyata selalu lebih kecil karena rugi sudu berhingga, gesekan, dan kebocoran internal. Efisiensi pompa bagus ada di 0.7 sampai 0.85.

Kurva pompa vs kurva sistem

Pompa punya kurva karakteristik: head turun saat debit naik, kira-kira parabola:

H_pompa = H0·(N/Nref)² · (1 − (Q/Qmaks)²)

Sistem perpipaan punya kurva sistem: head yang dibutuhkan naik terhadap debit kuadrat (gesekan):

H_sistem = Hstat + k·Q²

Titik potong keduanya adalah titik operasi. Buka katup throttle, kurva sistem melandai, debit naik. Tutup katup, debit turun dan pompa bekerja dekat shutoff (head maksimum, debit nol, semua daya jadi panas).

Hukum afinitas: tiga rumus yang menghemat waktu hitung

Untuk diameter impeller yang sama, ubah putaran N:

Q2/Q1 = N2/N1          (debit sebanding putaran)
H2/H1 = (N2/N1)²       (head sebanding kuadrat)
P2/P1 = (N2/N1)³       (daya sebanding pangkat tiga)

Pangkat tiga pada daya adalah jebakan klasik: naikkan putaran 50 persen, daya motor naik 3.4 kali. Motor boost pump yang pas-pasan akan trip.

Kavitasi: pembunuh impeller yang berisik

Saat tekanan di mata impeller jatuh di bawah tekanan uap avtur, terbentuk gelembung. Gelembung terbawa ke daerah tekanan tinggi lalu pecah dengan jet mikro yang menggerus logam. Gejalanya khas: suara seperti kerikil, getaran, head anjlok.

Syarat aman dinyatakan dengan NPSH (net positive suction head):

NPSHa > NPSHr   (tersedia harus lebih besar dari yang dibutuhkan)

NPSHr naik sebanding Q kuadrat, jadi pompa yang dipaksa mengalir besar di putaran tinggi adalah kandidat kavitasi pertama. Di viewer bawah, status berubah menjadi KAVITASI saat kondisi ini tercapai.

Langkah penyelesaian soal pompa

1. Tentukan yang diketahui: N, Q, H, atau daya, plus massa jenis fluida.
2. Kalau putaran berubah, langsung pakai hukum afinitas sebelum menyentuh rumus lain.
3. Kalau ditanya daya, pakai P = ρ·g·Q·H/η. Jangan lupa efisiensi di penyebut.
4. Kalau ada gejala aneh (berisik, head turun), cek NPSHa vs NPSHr dulu.
5. Cek kewajaran: head pompa boost avtur orde puluhan meter, bukan ratusan. Daya orde kilowatt, bukan watt.

Aplikasi di pesawat & galangan

• Tank boost pump: sentrifugal terendam di tangki, mencegah uap di saluran saat ketinggian (tekanan atmosfer rendah).
• Engine-driven gear pump: tahap tekanan tinggi setelah boost, digerakkan gearbox mesin.
• APU fuel pump: rantai sama dengan skala kecil untuk auxiliary power unit.
• Refuel/defuel truck di apron: pompa sentrifugal mobile, prinsip dan matematikanya identik.
• Pompa ballast kapal: juga sentrifugal, hanya fluidanya air laut dan head-nya lebih rendah.

Ringkasan rumus