BAB II LANDASAN TEORI

Tugas Akhir

Teknik Mesin

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Dasar Teori Pompa 2.1.1. Pengertian Pompa Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari satu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari satu tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi melalui sistem pemipaan dan berlangsung secara terus-menerus. Pompa beroperasi dengan megadakan perbedaan tekanan antara bagian masuk menjadi energi fluida yang bergerak (sumber tenaga) dan bagian keluar, untuk mengalirkan energi fluida yang akan mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang proses. Pada industri, pompa banyak digunakan untuk mensirkulasi air atau minyak pelumas atau pendingin mesin-mesin industri. Pompa juga dipakai pada motor bakar yaitu sebagai pompa pelumas, bensin atau air pendingin.

Universitas Mercu Buana

6

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Jadi pompa sangat penting untuk kehidupan manusia secara langsung yang dipakai di

rumah tangga atau tidak langsung seperti pada pemakaian

pompa di industri.

2.1.2. Prinsip Kerja Pompa Impeler dipasang pada poros pompa yang berhubungan dengan motor pengerak, biasanya motor listrik atau motor bakar. Poros pompa akan berputar apabila penggeraknya berputar. Karena poros pompa berputar impeler dengan sudu-sudu impeler berputar, zat cair yang ada di dalamnya akan ikut berputar sehingga tekanan dan kecepatannya naik dan terlempar dari tengah pompa ke saluran yang berbentuk volut atau spiral kemudian ke luar melalui nosel.

2.1.3. Klasifikasi Pompa Klasifikasi atau pengelompokkan pompa dapat ditinjau dari beberapa aspek yaitu menurut jenis, bentuk, dan cara kerja pompa itu sendiri A.

Positive Displacement Pump atau Pompa Perpindahan Positif - Ciri-Ciri Umum Pompa Positif :  Head yang dihasilkan relatif tinggi dibanding dengan kapasitas.  Mampu beroperasi pada suction yang kering, sehingga tidak memerlukan proses priming.  Kapasitas atau aliran zat cair tidak berkelanjutan.  Jenis Positive Displacement Pump atau Pompa Perpindahan Positif :


7

Tugas Akhir 

Teknik Mesin

Pompa Rotary atau Pompa Berputar Berdasarkan desainnya, pompa rotary dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 

Screw Pumps atau Pompa Sekrup Adapun kelebihan dari pompa ini adalah: • Efisiensinya totalnya tinggi (70 % – 80%) • Ukuran pompa relatif kecil, ringan karena rotor dapat bekerja pada putaran tinggi. • Aliran hampir benar-benar uniform. • Getarannya relatif kecil. • Kapasitas isapnya baik sekali. • Dapat beroperasi dalam berbagai posisi, horizontal, vertikal, miring dan lain-lain.

Gambar 2.1 Screw Pump atau Pompa Sekrup Sumber: Tyler, H., G., Edwadrs, T., 1971, Pump Application Engneering, McGraw-hill, Singapore.


8

Tugas Akhir 

Teknik Mesin Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi - Kelebihan pompa roda gigi adalah: • Alirannya seragam. • Konstruksi sederhana. • Kapasitasnya relatih besar dibanding ukuran pompa yang kecil. • Instalasi sederhana. - Gear Pumps atau Pompa Roda terbagi atas beberapa bagian, yaitu:

 External Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi Luar Pompa ini merupakan jenis pompa putar yang paling sederhana. Yaitu menghindarkan terjadinya tekanan berlebih yang akan membebani bantalan secara berlebihan dan menimbulkan kebisingan.

Gambar 2.2 External Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi Luar Sumber: Tyler, H., G., Edwadrs, T., 1971, Pump Application Engneering, McGraw-hill, Singapore.

 Internal Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi Dalam Pompa jenis ini mempunyai rotor yang mempunyai gerigi dalam yang berpasangan dengan roda gigi kecil dengan penggigian luar yang


9

Tugas Akhir

Teknik Mesin

bebas (idler). Sebuah sekat yang berbentuk bulan sabit dapat digunakan untuk mencegah cairan kembali ke sisi hisap pompa.

Gambar 2.3 Internal Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi Dalam Sumber: Tyler, H., G., Edwadrs, T., 1971, Pump Application Engneering, McGraw-hill, Singapore.



Lobe Pumps atau Pompa Cuping Pompa cuping ini mirip dengan pompa jenis roda gigi dalam hal

aksinya dan mempunyai dua rotor. Dalam penggunaannya memiliki tipe rotari yang berbeda, ada yang menggunakan rotari dua, ataupun lebih.

Gambar 2.4 Lobe Pumps atau Pompa Cuping Sumber: Tyler, H., G., Edwadrs, T., 1971, Pump Application Engneering, McGraw-hill, Singapore.


10

Tugas Akhir 

Teknik Mesin Vane Pumps atau Pompa Baling-baling Vane Pumps ini merupakan jenis pompa yang dapat menangani

cairan viskositas sedang. Pompa ini unggul dalam viskositas rendah seperti gas LPG (propana), amonia, pelarut, alkohol, minyak bahan bakar, bensin dan refrigeran. Adapun keuntungan dan kerugian dari pada pompa baling adalah, sebagai berikut:  Keuntungan: 1. Menangani kecilnya kapsitas pada tekanan yang relatif lebih tinggi. 2. Mengkompensasi keausan melalui perpanjangan baling-baling. 3. Kadang-kadang pilihan untuk pelarut LPG.  Kerugian: 1. Tidak cocok untuk tekanan tinggi. 2. Tidak cocok untuk viskositas tinggi.



Pompa Reciprocating (bolak-balik) Pompa reciprocating merupakan suatu pompa yang dapat mengubah

energi mekanis menjadi energi aliran fluida dengan menggunakan piston yang dapat bergerak bolak-balik didalam silinder. Jenis-jenis Pompa Reciprocating: 

Pompa Piston Prinsip kerja dari pompa ini adalah sebagai berikut: berputarnya

selubung putar akan menyebabkan piston bergerak naik-turun sesuai dengan ujung piston. Fluida terisap ke dalam silinder dan kemudian


11

Tugas Akhir

Teknik Mesin

dialirkan ke saluran buang akibat gerakan turun-naiknya piston. Pompa ini di rancang untuk head yang sangat tinggi dengan kapasitas aliran rendah. Dalam aplikasinya pompa piston banyak digunakan untuk keperluan pemenuhan tenaga hidrolik pesawat angkat. 

Pompa Torak Prinsip kerjanya adalah torak melakukan gerakan isap terbuka dan

katup

tekan tertutup. Sedangkan pada saat torak mulai melakukan

gerakan tekan, katup isap tertutup dan katup tekan terbuka. Kemudian fluida yang terisap dibuang pada katup tekan. Pompa ini biasa digunakan untuk memenuhi head tinggi dengan kapasitas rendah. Dalam aplikasinya pompa torak banyak digunakan untuk pemenuhan tenaga hidrolik. Jenisjenis Pompa Torak: 1. Pompa Aksi Langsung 2. Pompa Tenaga

Kapasitas Kecil 4. Pompa Jenis Diafragma

3. Pompa Jenis Tenaga

Gambar 2.5 Skema Pompa Torak Sumber: Edward, Hick. Teknologi Pemakaian Pompa. Erlangga.1996


12

Tugas Akhir

Teknik Mesin

 Keuntungan dari Pompa Reciprocating: 1. Efisiensi lebih tinggi. 2. Dapat digunakan langsung tanpa memerlukan pancingan. 3. Bila bekerja pada kecepatan konstan, pompa ini akan mempunyai a. kapasitas dan tekanan yang konstan pula. 4. Industri proses. 5. Perkapalan, dock, dan lepas pantai. 6. Oil dan gas. 7. Aplikasi umum lainnya.

B. Pompa Dinamik Pompa dinamik adalah pompa yang ruang kerjanya tidak berubah selama pompa bekerja. Pompa ini memiliki elemen utama sebuah rotor dengan satu impeller yang berputar dengan kecepatan maupun tekanannya absolut dan melemparkan aliran melalui volute. Yang tergolong pompa dinamik antara lain: 

Pompa Aksial Prinsip kerja pompa ini adalah sebagai berikut: berputarnya impeller

akan mengisap fluida yang akan dipompakan dan menekannya ke ssi tekan dalam arah aksial (tegak lurus), head rendah dengan kapasitas aliran besar. Dalam aplikasinya pompa jenis ini banyak digunakan untuk irigasi.


15

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.6 Skema Pompa Aksial Sumber: Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha



Pompa Sentrifugal Pompa ini terdiri dari satu atau lebih impeller yang dilengkapi dengan

sudu-sudu pada poros yang berputar dan diselubungi chasing. Fluida diisap pompa melalui sisi isap, akibat berputarnya

impeller yang menghasilkan

tekanan vakum. Pada sisi isap selanjutnya fluida yang telah terisap kemudian terlempar ke luar impeller akibat gaya sentrifugal yang dimiliki oleh fluida.

2.2. Pompa Sentrifugal 2.2.1 Pengertian Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal ini mempunyai tujuan untuk mengubah energi dari suatu pemindah utama (motor electric atau turbin) menjadi kecepatan atau energi kinetik dan kemudian menjadi energi tekanan dari suatu fluida yang dipompakan. Perubahan energi terjadi melalui sifat dari kedua bagian utama pompa,

impeller dan

volute

atau diffuser. Impeller

adalah bagian yang

berotasi (berputar) yang mengubah energi menjadi energi kinetik. Volute dan


16

Tugas Akhir

Teknik Mesin

diffuser adalah bagian yang stationer (tidak bergerak) yang mengubah dari kinetik menjadi tekan.

Gambar 2.7 Pompa Sentrifugal Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha

2.2.2 Klasifikasi Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu: A. Menurut Jenis Aliran Dalam Impeller 1.

Pompa Aliran Radial Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Gambar 2.8 Pompa Sentrifugal Aliran Radial Sumber : http://bab-3-pompa-sentrifugal.pdf/utami.community.ac.id


17

Tugas Akhir 2.

Teknik Mesin

Pompa Aliran Aksial Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial).

Gambar 2.9 Pompa Sentrifugal Aliran Aksial Sumber : http://bab-3-pompa-sentrifugal.pdf/utami.community.ac.id

3.

Pompa Aliran Campur Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radialdan aksial.

Gambar 2.10 Pompa Sentrifugal Aliran Campur Sumber : http://bab-3-pompa-sentrifugal.pdf/utami.community.ac.id


18

Tugas Akhir

Teknik Mesin

B. Menurut Jenis Impeller 1.

Impeller Tertutup Sudu‐sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan , digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran.

2.

Impeller Setengah Terbuka Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakangnya.

3.

Impeller Terbuka Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang. Jenis ini banyak digunakan untuk pemompaan zat cair yang banyak mengandung kotoran.

Gambar 2.11 Jenis-Jenis Impeller Sumber : http://www.china-investmentcastings.com/investment-castingimpeller.html

C. Menurut Bentuk Rumah 1.

Pompa Volute Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.


19

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.12 Jenis Pompa Volute Sumber : http://bab-3-pompa-sentrifugal.pdf/utami.community.ac.id

2.

Pompa Diffuser Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong.

Gmbar 2.13 Jenis Pompa Diffuser Sumber : http://bab-3-pompa-sentrifugal.pdf/utami.community.ac.id

3.

Pompa Turbin Pompa sumur jenis diffuser sering disebut pompa turbin, dikenal juga dengan pompa vortex, periphery, dan regenerative. Pompa sentrifugal jenis turbin dapat dilihat pada Gambar 2.14.


20

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.14 Jenis Pompa Turbin Sumber : http://jurnal_Hardiyanto.usu.ac.id/pompa-sentifugal.pdf

4.

Pompa Aliran-Campur dan Aliran-Aksial Pompa aliran-campur menghasilkan tinggi-tekan (head) sebagian oleh pengangkatan (lift) baling-baling pada cairan. Diameter sisi buang baling- baling ini lebih besar dari diameter sisi masuknya. Diameter baling-baling pada sisi hisap sama dengan pada sisi buang. Pompa Propeler merupakan jenis pompa aliran - aksial.

D. Menurut Jumlah Tingkat 1.

Pompa Satu Tingkat Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller, jadi relatif rendah.

Gambar 2.15 Pompa Satu Tingkat Banyak Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha


21

Tugas Akhir 2.

Teknik Mesin

Pompa Bertingkat Banyak Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara seri pada satu poros. jumlahan dari masing‐masing impeller sehingga relatif tinggi.

Gambar 2.16 Pompa Bertingkat Banyak Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha

E. Menurut Letak Poros Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horizontal dan poros vertical seperti pada gambar berikut ini :

Gambar 2.17 Pompa Poros Vertical dan Poros Horizonatal Sumber : http://bab-3-pompa-sentrifugal.pdf/utami.community.ac.id


22

Tugas Akhir F.

Teknik Mesin

Pompa Efek Khusus 1.

Pompa Jet Pump Pompa jet merupakan suatu kombinasi pompa sentrifugal volute dan susunan ventury – nozzle. Pompa jet biasanya digunakan untuk mengangkat atau menarik air dari sumur yang dalam ke suatu tempat yang lebih tinggi.

Gambar 2.18 Skema Sistem Pompa Jet Sumber : http:// ft.unsada.ac.id/jet-pump-minimalis/pompa-sentifugal_jurnal.pdf

 Keuntungan: 1. Tinggi daya kerapatan (terhadap volume) baik propulsor dan penggerak utama (karena unit, lebih kecil kecepatan yang lebih tinggi dapat digunakan).


23

Tugas Akhir

Teknik Mesin

2. Meningkatkan kecepatan sebelum timbulnya kavitasi, karena tekanan dinaikkan dinamis internal. 3. Perlindungan dari elemen berputar, operasi membuat lebih aman sekitar perenang dan kehidupan air. 4. Peningkatan dangkal-air operasi, karena hanya inlet perlu terendam. 5. Peningkatan manuver, dengan menambahkan nozzle steerable untuk menciptakan daya dorong vektor. 6. Pengurangan kebisingan, sehingga tanda sonar rendah; ini sistem tertentu memiliki banyak kesamaan dengan propulsors pompa-jet lainnya dan juga dikenal sebagai "terselubung konfigurasi balingbaling", aplikasi: kapal selam.  Kekurangan: 1. Dapat kurang efisien dari baling-baling pada kecepatan rendah. 2. Lebih mahal. 3. Tinggi berat di dalam perahu karena air entrained. 4. Tidak akan bekerja dengan baik jika kapal lebih berat daripada jet ini berukuran untuk mendorong. 5. Dapat menderita lebih mudah dari kavitasi dari baling-baling konvensional.


24

Tugas Akhir 2.

Teknik Mesin

Pompa Elektromagnetik Menggunakan

prinsip

elektromagnetik

untuk

memindahkkan

fluidanya. Dimana prinsip kerja dari pompa ini impeller dalam satu poros dengan motor penggeraknya. Sehingga daya yang dihasilkan dalam satu putaran rpm secara bersamaan.

Gambar 2.19 Pompa Jenis Elektromagnetik Portable Sumber : http://google.com/spesifikasi-elektromagnetik-portable-pump.

2.2.3. Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal mempertinggi tekanan air dengan jalan mula-mula menaikkan kecepatannya dan kemudian merubah energi kecepatan menjadi energi tekanan. Impeller adalah bagian pompa yang memindahkan energi mekanik ke aliran air. Mengalir ke bagian masuk pompa, air masuk ke bagian pusat impeller yang disebut mata impeller. Impeller diputar oleh sebuah poros yang digerakkan oleh motor. Air yang masuk ke mata impeller diberi gaya sentrifugal (ke arah radial) oleh sudut-sudut impeller yang berputar sehingga kecepatannya naik, kemudian air mengalir melalui rumah pompa (volute) dimana secara berangsur-angsur


25

Tugas Akhir

Teknik Mesin

energi kinetik diubah menjadi energi tekanan, sehingga tekanannya naik dan merupakan head (tinggi) pompa.

2.2.4. Konstruksi Pompa Sentrifugal Ada empat bagian utama pompa, yaitu rumah volute (diffuser), impeller, poros dan motor penggerak, yaitu : 

Impeller Yaitu bagian dari pompa yang berputar dan memberikan gaya pada air. Pada waktu impeller berputar, air akan memperoleh tekanan dan kecepatan sehingga akan mengalir dari bagian tengah kebagian tepi impeller, sehingga tekanannya naik dan merupakan head pompa.



Diffuser dan Rumah Volute Rumah pompa yang mempunyai saluran bersudut disebut pompa diffuser, sedangkan jika tidak bersudut disebut pompa volute. Perbedaan yang utama dari pompa diffuser dengan pompa volute terletak pada perolehan head totalnya. Pada pompa diffuser, kecepatan aliran yang keluar dari impeller diturunkan secara berangsur-angsur sehingga energi kinetik aliran dapat diubah menjadi energi tekanan secara efisien.



Ring Seal (gelang pelapis) Untuk menghindari adanya gesekan antara impeller (bagian yang berputar) dan pompa (bagian yang diam) harus diberi celah. Namun demikian untuk mengurangi kebocoran melalui celah tersebut dan


26

Tugas Akhir

Teknik Mesin untuk menghindarkan penurunan efisiensi pompa maka diantara celah tersebut harus diberi ring seal. Jadi fungsi dari seal ini adalah untuk mencegah air bertekanan tinggi yang keluar dari impeller masuk kembali ke bagian isap impeller (tekanan rendah). Penggerak Pompa



Pada umumnya pompa digerakkan oleh sebuah motor listrik melalui sebuah poros secara langsung. Ada dua tipe transmisi langsung yang menggunakan kopling yaitu : a. Kopling fleksibel: kopling ini banyak dipakai karena dapat dengan mudah disambungkan serta tidak menimbulkan sentakan jika karena suatu hak pemasangan poros kurang tepat pada tempatnya. b. Kopling kaku: kopling jenis ini menghubungkan secara langsung motor dengan pompa

2.2.5. Bagian – Bagian Utama Pompa Sentrifugal Komponen-komponen pompa sentrifugal adalah sebagai berikut : A.

Stuffing Box Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah

dimana poros pompa menembus casing. B.

Packing Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran

cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon. Universitas Mercu Buana

27

Tugas Akhir C.

Teknik Mesin Shaft (poros) Shaft (poros) berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari

penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan

impeller dan

bagian-bagian berputar lainnya. D.

Shaft Sleeve Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi

dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal Bearing dan interstage atau distance sleever. E.

Vane Vane merupakan sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya

cairan pada impeller. F.

Eye of Impeller Eye of impeller merupakan bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

G.

Impeller Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa

menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontiniu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya. Impeller di bagi beberapa jenis antara lain:


28

Tugas Akhir

Teknik Mesin

1. Closed Impeller, 2. Semi open impeller, 3. Open impeller. H.

Wearing Ring Wearing Ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang

melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller. I.

Bearing (bantalan) Bearing berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros

agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil. J.

Casing Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi

sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan guide vane, inlet

dan

outlet nozel

serta tempat memberikan arah aliran dari

impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage). K.

Discharge Nozzle Discharge Nozzle adalah saluran cairan keluar dari pompa dan

berfungsi juga untuk meningkatkan energi tekanan keluar pompa.


29

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.20 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal Sumber : http://bab-3-pompa-sentrifugal.pdf/utami.community.undip.ac.id

2.2.6

Karakteristik Pompa Sentrifugal Beberapa hal penting pada karakteristik pompa adalah: 1. Head (H) Head adalah energi angkat atau dapat digunakan sebagai perbandingan antara suatu energi pompa per satuan berat fluida. Pengukuran dilakukan dengan mengukur beda tekanan antara pipa isap dengan pipa tekan, satuannya adalah meter. Head ada dalam tiga bentuk yang dapat saling berubah: 

Head potensial/head ketinggian.



Head kinetik/head kecepatan.



Head tekanan.

2. Kapasitas (Q) Kapasitas adalah jumlah fluida yang dialirkan persatuan waktu.


30

Tugas Akhir

Teknik Mesin

3. Putaran (n) Putaran dinyatakan dalam rpm dan diukur dengan tachometer. 4. Daya (P) Daya dibedakan atas 2 macam, yaitu daya dengan poros atau daya motor penggerak (Nm) yang diberikan motor listrik dan daya air yang dihasilkan pompa atau daya pompa. 

Daya motor penggerak adalah daya mekanik keluaran motor penggerak yang diberikan kepada pompa sebagai daya masukan.



Daya pompa (Np), Daya pompa adalah daya output pompa terukur yang diberikan kepada fluida.

5. Efisiensi Pompa Pompa tidak dapat mengubah seluruh energi kinetik menjadi energi tekanan karena ada sebagian energi kinetik yang hilang dalam bentuk losses. Efisiensi pompa adalah suatu faktor yang dipergunakan untuk menghitung losis ini. Efisiensi pompa terdiri dari: 

Efisiensi hidrolis, memperhitungkan losses akibat gesekan antara

cairan dengan impeller dan losses akibat perubahan arah yang tiba-tiba pada impeller. 

Efisiensi volumetris, memperhitungkan losses akibat resirkulasi

pada ring, bush, dll. 

Efisiensi mekanis, memperhitungkan losses akibat gesekan pada

seal, packing gland, bantalan, dll. Efisiensi pompa akan mencapai maksimum pada designed point tersebut, yang dinamakan dengan titik


31

Tugas Akhir

Teknik Mesin

BEP. Untuk kapasitas yang lebih kecil atau lebih besar efisiensinya akan lebih rendah.

2.3. Head Pompa 2.3.1

Head Total Pompa Head total pompa adalah beban yang harus dilawanoleh pompa untuk

mengalirkan sejumlah fluida (cairan) seperti yang direncanakan, misalnya untuk mengatasi head akibat tekanan di dalam reservoir, perbedaan ketinggian (Elevasi), gesekan-gesekan antara fluida (cairan) dengan permukaan dalam pipa, katup, belokan, pengecilan penampang, sambungan, dan lainnya, dapat dikatakan head total pompa dipengaruhi oleh kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa. Berdasarkan teorema Bernouli energi total fluida adalah sama dengan jumlah head tekanan, head ketinggian dan head kecepatan. (Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha).

........................................................................ (2.1) Di mana : H = Head total pompa (m) = Tekanan (

)

= Berat jenis zat cair ( = Kecepatan ( g

)

)

= Percepatan gravitasi (9,81

z = Head Potensial (


)

)

32

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Bila theorema ini digunakan untuk menghitung head total pompa maka harus diperhitungkan head kerugian akibat gesekan dan rugi-rugi turbulensi, maka persamaan tersebut menjadi (Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha). ..............................................................(2.2)

 Head tekanan atau head statis

............................................................................(2.3)

Atau

........................................................................... (2.4)

 Head kinetik atau head kecepatan keluar .........................................................................................(2.5)

 Head kerugian pada sistem pemipaan .................................................................................(2.6)

 Head potensial atau head elevasi (geodetic head) ...................................................................................(2.7)

Head tekanan, head kecepatan dan head potensial adalah energi mekanik yang dikandung oleh satu satuan berat (N) zat cair (fluida) yang mengalir pada


33

Tugas Akhir

Teknik Mesin

satu penampang. Satuan energi per satuan adalah ekuivalen dengan satuan panjang atau tinggi.

2.3.2

Head Losses (Kerugian Head) Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian, terdiri atas

head kerugian gesek di dalam pipa-pipa, dan head kerugian di dalam belokanbelokan, redusir, katup-katup. Di bawah ini akan diberikan cara menghitungnya, satu persatu. Hloss = Hgesekan + Hsambungan

 Head kerugian gesek dalam pipa (Hgesekan) Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat dipakai salah satu dari dua rumus berikut ini:

v=

....................................................................................(2.8)

R=

[ Jari-Jari Hidrolik ] ........... (2.9)

S=

[ Gradien Hidrolik ].................................................... (2.10)

=

[ Head kerugian gesek di dalam pipa ] ............. (2.11)

Dimana: = Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa ( C,p,q = Koefesien – koefesien


)

34

Tugas Akhir

Teknik Mesin

= Head kerugian gesek dalam pipa (m) = Koefesien kerugian gesek g

= Percepatan gravitasi (9,81

L

= Panjang pipa (m)

D

= Diameter dalam pipa (m)

)

Selanjutnya, untuk aliran yang laminer dan yang turbulen, terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah satu aliran itu laminer atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds:

........................................................................................ (2.12)

Dimana: Re

= Bilangan Reynolds (tak berdimensi)

V

= Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (

ν

= Viskositas kinematik zat cair (

D

= Diameter dalam pipa (m)

)

)

Pada Re < 2300, aliran bersifat laminer. Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen. Pada Re = 2300 – 4000 terdapat daerah transisi, dimana aliran dapat bersifat laminer atau turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran.


35

Tugas Akhir I.

Teknik Mesin

Aliran Laminer Pada aliran laminer akan terjadi bila bilangan reynold (Re) < 2000,

dengan persamaan kehilangan energi pada aliran laminer sepanjang pipa L menurut Hagen Poiseuille adalah sebagai berikut :

................................................................................. (2.13)

Dimana: h = Tinggi kehilangan energi (m) ν = Viskositas zat cair (

)

g = Percepatan gravitasi (9,81

)

D = Diameter pipa (m) V = Kecepatan aliran (

)

L = Panjang pipa (m) Persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk:

.......................................................... (2.14)

Dalam hal aliran laminer, koefisien kerugian gesek dalam pipa ( ) dalam persamaan (2.10) dapat dinyatakan dengan

.......................................................................................... (2.15)

Dimana: = Koefesien kerugian gesek


36

Tugas Akhir

Teknik Mesin 64 = Koefisien aliran laminer yang terjadi = Bilangan Reynolds (tak berdimensi)

II.

Aliran Turbulen Untuk menghitung kerugian gesek dalam pipa pada aliran turbulen

terdapat berbagai rumus empiris. Di bawah ini akan diberikan cara perhitungan dengan rumus Darcy, Hazen-Williams, dan Blasius. -

Rumus Darcy

Dengan cara Darcy, koefisien kerugian gesek ( ) dari persamaan (2.14) dihitung menurut rumus:

.................................................................. (2.16)

Dimana: = Koefesien kerugian gesek D = Diameter pipa (m)

Rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Jika pipa telah dipakai selama bertahun-tahun, harga ( ) akan menjadi 1,5 sampai 2,0 kali harga barunya. Atas dasar rumus Darcy ini kerugian head untuk setiap 100 m panjang pipa lurus, dapat dihitung dari diagram dalam gambar 2.20


37

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.21 Kerugian Gesek Pada Pipa Lurus (Rumus Darcy) Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha

-

Rumus Hazen-Williams Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head

dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuknya serupa dengan persamaan (2.7) dan dinyatakan sebagai berikut: .................................................................. (2.17)


38

Tugas Akhir

Teknik Mesin

................................................................. (2.18)

Dimana: = Kecepatan rata-rata di dalam pipa (

)

= Koefisien, seperti diberikan dalam Tabel 2.1 = Jari-jari hidrolik (m) R=

untuk pipa berpenampang lingkaran

= Gradien hidrolik ( =

)

= Kerugian head (m) = Kapasitas aliran (

)

= Panjang pipa (m)

Kerugian head dalam 100 m panjang pipa lurus yang dihitung dengan rumus diatas ditunjukan dalam gambar 2.21.


39

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.22 Kerugian Gesek Pada Pipa Lurus (Rumus Hazen-William, C=100) Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha


40

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Tabel 2.1 Kondisi pipa dan harga C (formula Hazen-William) Jenis Pipa Pipa besi cor baru

130

Pipa besi cor tua

100

Pipa baja baru

120-130

Pipa baja tua

80-100

Pipa dengan lapisan semen

130-140

Pipa dengan lapisan tar arang batu

-

C

140

Rumus Blasius Rumus blasius juga dapat mencari nilai koefisien gesekan ( )

dengan nilai pipa halus dan pipa kasar dengan nilai kekasaran relatif ke arah smooth, atau dengan nilai kekasaran relatif yang kasar. Dengan menggunakan persamaan dibawah ini :  Pipa halus Harga f tersebut diperoleh dari persamaan Poiseuille yang ditulis dalam bentuk persamaan Darcy-Weisbach. Pada aliran turbulen, pipa dapat bersifat hidraulis halus atau hidraulis kasar. Untuk pipa halus, Blasius mengemukakan rumus gesekan f dalam bentuk :


41

Tugas Akhir

Teknik Mesin

.................................................................................(2.19)

Dimana: = Koefesien kerugian gesek = Bilangan Reynolds Rumus tersebut berlaku untuk 4000
Dimana: = Koefesien kerugian gesek = Bilangan Reynolds = Kekasaran permukaan di dalam pipa (feet) D = Diameter pipa (m)

III.

Kekasaran Relatif Untuk menghitung kekasaran permukaan pada pipa yang digunakan

dalam instalasi pipa pada aliran dengan cara menentukan nilai kekasaran pada material pipa. Untuk mencari kekasaran pipa dapat dilihat dalam tabel 2.2 yang ada di bawah ini :


42

Tugas Akhir

Teknik Mesin Tabel 2.2 Nilai Kekasaran Permukaan Pipa

Setelah

menentukan

nilai

kekasaran

permukaan

pipa,

dapat

menentukan nilai roughness pipe, fungsimya untuk menentukan jenis aliran yang terjadi pada laju aliran didalam pipa akibat adanya tekanan pompa. Untuk menghitung roughness pipe yang terjadi dapat menggunakan rumus dibawah ini : ...................................................................................................... (2.21)

Dimana: = Kekasaran permukaan di dalam pipa (feet) D = Diameter pipa (m)


43

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.23 Diagram Moody Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha



Kerugian head pada belokan, sambungan dan katup Kerugian head pada belokan, sambungan dan katup dapat ditulis sebagai berikut:

.................................................................................. (2.22)

Dimana: = Koefisien pada belokan, sambungan dan katup = Kecepatan rata-rata di pipa ( ) = Percepatan gravitasi (9,81

)

= Kerugian head pada belokan, sambungan dan katup (m)


44

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Tabel 2.3 Harga Koefisien Tahanan Pipa Pada Berbagai Macam Fitting

Fitting

Types

K

Standard (R/D = 1)

0.35

Long Radius (R/D = 1.5)

0.2

Standard (R/D = 1)

0.75

Long Radius (R/D = 1.5)

0.45

45° Elbow

90° Elbow Curved

90° Elbow Square or

1.3

Mitered 180° Bend

Close Return

1.5

Tee, Run Through

Branch Blanked

0.4

Tee, as Elbow

Entering in run

1

Tee, as Elbow

Entering in branch

1

Tee, Branching Flow

1

Coupling

0.04

Union

0.04

Gate valve


Fully Open

0.17

45

Tugas Akhir

Teknik Mesin

3/4 Open

0.9

1/2 Open

4.5

1/4 Open

24

Fully Open

2.3

3/4 Open

2.6

1/2 Open

4.3

1/4 Open

21

Fully Open

6

Diaphragm valve

Globe valve, Bevel Seat 1/2 Open Globe Valve, Composition Fully Open seat

1/2 Open

9.5 6 8.5

Fully Open

9

3/4 Open

13

1/2 Open

36

1/4 Open

112

Plug disk


46

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Angle valve

Fully Open

2

Y valve or blowoff valve

Fully Open

3

Plug cock

Butterfly valve

Check valve


θ = 5°

0.05

θ = 10°

0.29

θ = 20°

1.56

θ = 40°

17.3

θ = 60°

206

θ = 5°

0.24

θ = 10°

0.52

θ = 20°

1.54

θ = 40°

10.8

θ = 60°

118

Swing

2

Disk

10

Ball

70

47

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Foot valve

15

Water meter



Disk

7

Piston

15

Rotary (star-shaped disk)

10

Turbine-wheel

6

Flowmeter

1

Kerugian head dalam jalur pipa Dalam aliran melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi apabila

ukuran pipa, bentuk penampang, atau arah aliran berubah. Kerugian head di tempat-tempat transisi yang demikian itu dapat dinyatakan secara umum dengan rumus:

..................................................................................... (2.23)

Dimana: = Kecepatan rata-rata di dalam pipa ( = Koefisien kerugian = Percepatan gravitasi (9,81 )

)

= Kerugian head (m)


48

Tugas Akhir a.

Teknik Mesin Ujung masuk pipa Jika “ ” menyatakan kecepatan aliran setelah masuk pipa, maka

harga koefisien kerugian

dari rumus persamaan 2.20 untuk berbagai

bentuk ujung masuk pipa seperti diperlihatkan dalam gambar 2.24. (i)

= 0,5

(ii)

= 0,25

(iii)

= 0,06 (untuk r kecil) sampai 0,005 (untuk r besar)

(iv)

= 0,56

(v)

= 3,0 (untuk sudut tajam) sampai 1,3 (untuk sudut 450 )

(vi)

=

Dimana

1+ 1

o,3 cos

+

.

adalah koefisien bentuk dari ujung masuk dan

mengambil harga (i) sampai (v) sesuai dengan bentuk yang dipakai. Dapat dilihat pada gambar 2.24.

Gambar 2.24 Berbagai Bentuk Ujung Masuk Pipa Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha


49

Tugas Akhir b.

Teknik Mesin Koefisien kerugian pada belokan pipa Ada dua macam belokan pipa, yaitu belokan lengkung dan belokan

patah (mister atau multipiece bend). Untuk belokan lengkung sering dipakai rumus Fuller dimana

dari persamaan 2.21 dinyatakn sebagai

berikut:

........................................... (2.24)

Dimana: = Diameter dalam pipa (m) = Jari-jari lengkung sumbu belokan (m) = Sudut belokan (derajat) = Koefisien kerugian

Gambar 2.25 Koefisien Kerugian Pada Belokan Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha

Dari percobaan Weisbach dihasilkan rumus yang umum dipakai untuk belokan patah sebagai berikut:


50

Tugas Akhir

Teknik Mesin

............................................... (2.25)

Dimana: = Sudut belokan = Kofisien kerugian Hubungan antara sudut dan koefisien kerugian diberikan dalam tabel 2.4. Adapun koefisien kerugian untuk belokan patah dengan potongan banyak (multipiece) diberikan dalam tabel 2.5 Tabel 2.4 Koefisien kerugian belokan pipa 0

5

10

15

22,5

30

45

60

90

Halus

0,016

0,034

0,066

0,130

0,236

0,471

1,129

Kasar

0,024

0,44

0,154

0,165

0,320

0,684

1,265

Tabel 2.5 Koefisien kerugian belokan pipa potongan banyak 0,71

a

0,943 1,174

1,42

1,86

2,56

3,72

4,89

6,28

Halus 0,507 0,350 0,333 0,261 0,289 0,356 0,356 0,389 0,399 Kasar 0,510 0,415 0,384 0,377 0,390 0,429 0,460 0,455 0,444 1,23

1,67

2,37

4,11

6,10

b Halus 0,195 0,150 0,167 0,190 0,201


51

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Kasar 0,347 0,300 0,337 0,354 0,360 1,186

c

1,40

1,63

1,86

2,325

2,91

3,49

4,65

6,05

Halus 1,120 0,125 0,124 0,117 0,096 0,108 0,130 0,148 0,142 Kasar 0,294 0,252 0,266 0,272 0,317 0,317 0,318 0,310 0,313 1,23

d

1,67

2,37

3,77

Halus 0,157 0,156 0,143 0,160 Kasar 0,300 0,378 0,264 0,242

c.

Kerugian karena pembesaran penampang secara gradual Dalam hal ini kerugian head dinyatakan sebagai:

...................................................................... (2.26)

Dimana: = Kecepatan rata-rata di penampang yang kecil (

)

= Kecepatan rata-rata di penampang yang besar (

)

= Koefisien kerugian = Percepatan gravitasi (9,81

)

= Kerugian head (m)

d.

Ujung keluar pipa Kerugian keluar pada ujung pipa keluar diberikan menurut rumus:


52

Tugas Akhir

Teknik Mesin

....................................................................................... (2.27)

Dimana: = 1,0 = Kecepatan rata-rata di pipa keluar (



)

Panjang pipa ekivalen dari peralatan pipa Dalam menghitung kerugian pada pipa dengan diameter kecil, akan

sangat mudah apabila dipakai panjang pipa lurus ekuivalen

. Besaran

ini menyatakan kerugian dalam peralatan pipa (sambungan, belokan, katup, dsb) dalam ukuran panjang ekuivalen dari pipa lurus. Harga-harga untuk berbagai peralatan pipa yang umum, diberikan dalam tabel 2.6 Tabel 2.6 Panjang pipa lurus ekivalen,


53

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.26 Jenis Sambungan dan Ekivalennya Sumber : Tyler, H., G., Edwadrs, T., 1971, Pump Application Engneering, McGraw-hill, Singapore.


54

Tugas Akhir

Teknik Mesin

2.4. Daya Pompa 2.4.1

Daya Hidrolis Pompa Energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa per satuan waktu

disebut daya hidrolis, yang dapat ditulis sebagai berikut ( Khurmi R.SGupta dan Gupta J.k, A text book of machine design, Eurasia publishing house LTD, Rem Nagar,New delhi, 1982 ): .............................................................................. (2.28)

Dimana: = Berat air per satuan volume ( = Kapaasitas (

)

)

= Percepatan gravitasi (9,81 m/s2) = Head pompa (m) = Daya Hidrolis (watt) Apabila nilai kapasias aliran atau Q tidak ada, dapt dicari menggunakan rumus dasar untuk menghitungnya, dengan cara dibawah ini: .................................................................................... (2.29)

Dimana: = Kecepatan Aliran (m/s) = Luas Penampang (m2 ) Q = Debit Aliran (

)

Jika posisi pada pipa terdapat kemiringan sudut dalam pemasangan, untuk mencari debit aliran yang terjadi, dapat menggunakan rumus dibawah ini :

........................................................... (2.30)


55

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Dimana: = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2) = Beda Ketinggian (m) = Sudut Kemiringan Q = Debit Aliran ( ) Untuk mencari kecepatan aliran menggunakan rumus yang ada di bawah ini: .................................................................................. (2.31)

Dimana: = Kecepatan Aliran (m/s) = Luas Penampang (m2) Q = Debit Aliran ( ) Untuk mencari luas penampang aliran pada pipa menggunakan rumus yang ada di bawah ini :

................................................................................ (2.32)

Dimana: = Luas Penampang (m2) D = Diameter Pipa (m) Jadi untuk mencari keceapatan aliran :

................................................................................ (2.33)

Dimana: = Kecepatan Aliran (m/s) = Nilai fie (3,14 atau 22/7)


56

Tugas Akhir

Teknik Mesin D = Diameter Pipa (m) Q = Debit Aliran ( )

2.4.2

Daya Poros Pompa Daya poros yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa adalah

sama dengan daya air ditambah kerugian daya di dalam pompa. Daya ini dapat dinyatakan ( Khurmi R.SGupta dan Gupta J.k, A text book of machine design, Eurasia publishing house LTD, Rem Nagar,New delhi, 1982 ): ................................................................................. (2.34)

Dimana: = Tegangan Pompa (volt) = Arus Pompa (ampere) = Daya Poros (watt) 2.4.3

Daya Penggerak Pompa Sentrifugal Daya atau horse power yang diperlukan untuk menggerakkan suatu

pompa sentrifugal, besarnya dapat dihitung dari manometric head atau dengan cara menggambar segitiga kecepatan. Besar daya yang diperlukan oleh pompa dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

....................................................................... (2.35)

Dimana: = Daya penggerak pompa(watt) = Manometric head (m)


57

Tugas Akhir

Teknik Mesin = Berat air per satuan volume ( = Kapasitas (

)

)

= Efisiensi keseluruhan pompa

2.5

Efisiensi Pompa Efisiensi merupakan parameter yang sangat penting dalam merencanakan

pompa. Dengan kondisi sistem yang ada pompa harus dirancang sedemikian hingga menghasilkan efisiensi yang optimal. Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diberikan pompa kepada fluidadengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa. Efisiensi total pompa dipengaruhi oleh efisiensi hidrolis, efisiensi mekanis dan efisiensi volumetri. Akan tetapi nilai efisiensi yang biasa digunakan 70 % - 80 %. Efisiensi dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu : a) Efisiensi Hidrolis dapat dihitung dengan rumus ( Khurmi R.SGupta dan Gupta J.k, A text book of machine design, Eurasia publishing house LTD, Rem Nagar,New delhi, 1982 ) : ............................................................................ (2.36)

Dimana: = Efisiensi Pompa (%) = Daya Hidrolik (watt) = Daya Poros (watt) Untuk mencari kecepatan spesifik menggunakan rumus yang ada di bawah ini :

.......................................................................... (2.37)


58

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Dimana: = Putaran Pompa (rpm) = Debit Aliran ( ) = Head Pompa (m) = Kecepatan spesifik (rpm)

b) Efisiensi Volumetris, disebakan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Dapat ditentukan dengan berdasarkan grafik pada gambar sebagai berikut :

Gambar 2.27 Grafik Penentuan Efisiensi Volumetris Pompa Sentrifugal Sumber : Karassik, I.J., dkk., 1976, Pump Handbook, Mc.Graw-Hill Book Company, New York

c) Efisiensi Mekanis, dipengaruhi oleh kerugian yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan gesekan pada paking.


59

Tugas Akhir

Teknik Mesin

2.6. Kavitasi Dan NPSH 2.6.1

Pengertian Kavitasi Kavitas adalah gejala menguapnya air yang sedang mengalir, karena

berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Sebagai contoh pada tekanan 1 atmosfir air mendidih pada suhu 100oC tetapi jika tekanannya diturunkan maka titik didih air berkurang dari harga tersebut. Mendidihnya zat cair ini akan menimbulkan gelembung-gelembung. Gejala Kavitasi ini dapat terjadi pada air yang sedang mengalir didalam pompa maupun pipa. Tempat-tempat bertekanan rendah dan atau kecepatan tinggi didalam aliran sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi. Pada pompa bagian yang rawan mengalami kavitasi adalah pada bagian isapannya. Kavitasi akan timbul bila tekanan isapnya terlalu rendah. Timbulnya kavitasi pada pompa dapat dideteksi dengan timbulnya suara berisik dan getaran. Selain itu performasi pompa akan turun dengan tiba-tiba, sehingga pompa tidak dapat bekerja dengan baik. Bila keadaan berlangsung lama, kavitasi dapat menyebabkan erosi dan kerusakan pada impeller. Karena kavitasi sanga meugikan, yaitu dapat menimbulkan turunnya performan, suara berisik dan getaran, serta rusaknya pompa, maka gejala ini harus dicegah. Untuk mencegah gangguan ini, harus dicegah agar head isap pompa jangan terlalu rendah.

2.6.2 Pengertian NPSH (Net Positive Suction Head/Head Isap Positip Neto) NPSH adalahkebutuhan minimum agar pompa dapat bekerja sesuai dengan tugasnya. NPSH dapat dibagi menjadi dua, NPSH required dan NPSH


60

Tugas Akhir

Teknik Mesin

available. NPSH required adalah energi minimum yang terdapat didalam fluida agar sebuah pompa dapat bekerja dengan baik, sedangkan NPSH available adalah energi yang tersedia dalam fluida yang akandipindahkan. Agar pompa dapat bekerja dengan baik maka NPSH availabel harus lebih besar dari NPSH required. Secara umum NPSH available lebih besar 10% dari NPSH required. Untuk menentukan NPSH available maka perlu dihitung tekanan sumber (dalam satuan panjang), tekanan hidrostatik (satuan panjang), hilang tekan akibat perpipaan (dalamsatuan panjang), tekanan uap fluida (dalam satuan panjang) dan tekanan inlet pompa (dalam satuan panjang). NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan

A. NPSHa (NPSH yang tersedia) Head isap positip netto yang tersedia atau NPSH Available (NPSHa) merupakan head yang dimiliki fluida pada sisi isap pompa (equvalen dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi dengan tekanan uap jenuh fluida di tempat tersebut. Perhitungan NPSH Available dilakukan berdasarkan instalasi dan posisi/letak pompa, beberapa di antaranya seperti berikut ini: 1. Pompa menghisap cairan dari tempat terbuka, posisi pompa di atas permukaan cairan yang dihisap :


61

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.28 Instalasi Pompa Dengan Posisi Pompa Di Atas Permukaan Cairan Isap Sumber Karassik, I.J., dkk., 1976, Pump Handbook, Mc.Graw-Hill Book Company, New York

2. Pompa menghisap cairan dari tangki terbuka, posisi pompa di bawah permukaan cairan yang dihisap :

Gambar 2.29 Instalasi Pompa Dengan Posisi Pompa Di Bawah Permukaan Cairan Isap Sumber : Karassik, I.J., dkk., 1976, Pump Handbook, Mc.Graw-Hill Book Company, New York


62

Tugas Akhir

Teknik Mesin

3. Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, letak pompa di bawah cairan yang dihisap:

Gambar 2.30 Instalasi Pompa Dengan Posisi Pompa Di Bawah Tangki Isap Tertutup Sumber Karassik, I.J., dkk., 1976, Pump Handbook, Mc.Graw-Hill Book Company, New York

4. Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, pompa terletak di atas permukaan yang dihisap:

Gambar 2.31 Instalasi Pompa Dengan Posisi Pompa Di Atas Tangki Isap Tertutup Sumber : Karassik, I.J., dkk., 1976, Pump Handbook, Mc.Graw-Hill Book Company, New York


63

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Besarnya NPSH yang tersedia untuk empat sistem di atas dapat dirumuskan sebagai berikut:

.............................................. (2.38)

Dimana: Pa = Tekanan Atmosfer (N/m2) Pv = Tekanan Uap Jenuh (N/m2) hs = Head Isap Statis (m) (+) untuk kondisi pompa di bawah permukaan cairan yang dihisap (-) untuk kondisi pompa di atas permukaan cairan yang dihisap = Tinggi tekan yang hilang akibat gesekan (m) 

= Berat Jenis Fluida (N/m3)

B. NPSHr (NPSH yang diperlukan) Head isap positip netto yang diperlukan atau NPSH Required (NPSHr) adalah head minimal yang diperlukan untuk mencegah kavitasi pada laju aliran fluida yang diberikan. Besarnya harga NPSHr biasanya ditentukan dari pabrik pembuat pompa melalui beberapa pengujian. Untuk keperluan perancangan, besarnya NPSHr dihitung dengan persamaan :

NPSHr    H ........................................................................... (2.39) Dimana : H = Head aktual per tingkat pompa


64

Tugas Akhir

Teknik Mesin

 = Bilangan Kavitasi Thoma =

8.8  104



2 h

 N sq4 / 3

h = Efisiensi Hidrolis Pompa Nsq = Kecepatan Spesifik Kinematis



n Q H 3/ 4

Q = Debit Aliran (m3/s) H = Head Per Tingkat (m) n = Putaran Pompa (rpm) Agar pompa dapat beroperasi dengan aman dan terhindar dari peristiwa kavitasi, maka sebagai syarat utama adalah harga NPSH yang tersedia (NPSHa) harus lebih besar daripada NPSH yang diperlukan (NPSHr).

2.6.3

Cara Mengatasi Kavitasi Beberapa Metode Pencegahan Kavitasi: a.

Menaikkan besarnya head statis pompa 1) Menambah ketinggian level fluida dalam tangki. 2) Menaikkan posisi tangki. 3) Meletakkan pompa dalam sebuah sumuran penampung. 4) Mengurangi kerugian head pada pipa. 5) Memasang pompa penguat (booster pump). 6) Memberi tekanan pada tangki penyalur. - Kerugian head pada pipa dapat terjadi karena beberapa alasan sebagai berikut :


65

Tugas Akhir

Teknik Mesin 1) Kesalahan dalam perencanaan sistem, terlalu banyak fitting dan/atau diameter pipa terlalu kecil. 2) Kebocoran dalam saluran pipa. 3) Timbul kerak dan/atau terjadi korosi pada bagian dalam pipa.

b.

Menurunkan temperatur fluida yang dipompa 1) Menginjeksi fluida pendingin pada sisi isap (telah banyak dilakukan) 2) Mengisolasi pipa-pipa dari sinar matahari

c.

Menurunkan besarnya NPSH yang Diperlukan (NPSHr) 1) Menggunakan pompa isap ganda (double suction pump). Hal ini dapat menurunkan NPSHr hingga 27%. 2) Menggunakan pompa dengan kecepatan yang lebih rendah 3) Jika dimungkinkan dapat digunakan inducer, hal ini dapat mengurangi NPSHr hingga 50%. Menggunakan beberapa pompa yang lebih kecil.

2.7. Operasi Pompa Seri Dan Paralel dengan Karakteristik Berbagai rangkaian dapat digunakan memenuhi suatu keadaan tertentu. Yaitu sistem paralel dan seri.


66

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Gambar 2.32 Operasi seri dan paralel dengan pompa karakteristik sama Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha

Gambar di atas menunjukkan karakteristik sama dari pompa yang dipasang secara seri dan paralel. Dimana untuk pompa tunggal diberi tanda (1), pompa seri (2), dan pompa paralel (3). Untuk rangkaian seri menghasilkan head yang 2 kali lebih besar dibandingkan pompa tunggal, tapi headnya sama atau tetap. Jadi rangkaian seri digunakan untuk menaikkan head, sedangkan parallel untuk menaikkan kapasitas aliran.

Gambar 2.33: Operasi seri dan paralel pompa dengan karakteristik beda. Sumber : Sularso, Tahara; Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha


67

Tugas Akhir

Teknik Mesin

Dua pompa dengan karakteristik berbeda yang disusun secara seri dapat dilihat dari gambar di atas. Pompa (1) dengan karakteristik kurva (1), Pompa (2) dengan karakteristik pompa (2), Pompa (3) dengan kurva karakteristik seri. Disinilah terlihat bahwa pompa (1) bekerja pada titik nol (0) sedangkan pompa U bekerja pada titik B dan pompa dengan susunan seri beroperasi di titik c. Ternyata head total pompa dengan susunan seri adalah jumlah head pompa I dan pompa II.

2.8. Rumus-Rumus Pendukung 1. Persamaan Bernoulli Dalam suatu cairan fluida incompressible memiliki tekanan (p) dan kecepatan (v), serta beda ketinggian (h) atau (z), besarnya aliran adalah:

................................................... (2.40)

Dimana: p = Tekanan (kg/cm2) v = Kecepatan (m/s) = Massa Jenis Fluida (kg/m3) h = Beda Ketinggian (m) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2) 2. Energi dengan head  Mencari besarnya Energi Potensial (EP) ........................................................................ (2.41)

Dimana: = Berat air per satuan volume (

)

= Beda ketinggian (m) Universitas Mercu Buana

68

Tugas Akhir

Teknik Mesin

= Energi Potensial (J)  Mencari besarnya Energi Kinetik (EK)

.............................................................. (2.42) Dimana: = Massa Jenis Fluida (kg/m3) v = Kecepatan (m/s) = Energi Kinetik (J)  Mencari besarnya Energi Tekanan (EF)

................................................................................. (2.43)

Dimana: = Tekanan Fluida (kg/cm2) = Luas Penampang (m2) = Panjang Pipa (m) = Berat air per satuan volume ( = Energi Tekanan (J)

)

 Total Head Energi

............................................. (2.44)

Dimana: = Massa Jenis Fluida (kg/m3) = Tekanan Fluida (kg/cm2) = Beda Ketinggian (m) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)


69

Tugas Akhir

Teknik Mesin = Berat air per satuan volume ( = Total Energi (m)

)

3. Penerapan Bernoulli untuk persamaan energi terhadap kerugian head Dengan menggunakan rumus penerapan Bernoulli untuk persamaan energi terhadap kerugian head,

dapat dinyatakan seperti dibawah ini:

(Sumber: Giles, Ranald, 1993. Mekanika Fluida Dan Hidraulika; Soemitro, Herman Widodo; Schaum. Jakarta: Erlangga).

......................................................... (2.45)

Rumus ini dapat dihitung dengan mengeluarkan setiap variabel untuk mencari laju aliran air yang terjadi pada pompa sentrifugal, dikarenakan adanya tekanan dan daya yang dihasilkan, sehingga dapat dijabarkan dari rumus diatas, sebagai berikut :

................. (2.46)

Dimana: = Temperatur (0c) = Energi yang dihasilkan (J/s) = Massa Jenis Fluida (kg/m3) = Debit Aliran ( ) = Tekanan Fluida (kg/cm2) = Beda Ketinggian (m) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2) = Berat air per satuan volume ( v = Kecepatan (m/s)


)

70

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents