BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. MESIN-MESIN FLUIDA Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis poros menjadi energi potensial atau sebaliknya mengubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Dalam hal ini fluida yang dimaksud berupa cair, gas dan uap. Secara umum mesin-mesin fluida dapat dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu : 1. Mesin tenaga yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Contoh : turbin, kincir air, dan kincir angin. 2. Mesin kerja yaitu mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis poros menjadi energi fluida (energi potensial dan energi kinetik). Contoh : pompa, kompresor, kipas (fan).

2.2. PENGERTIAN POMPA Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan mesin kerja. Pompa berfungsi untuk memindahkan fluida dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Disamping itu pompa juga digunakan untuk

Universitas Sumatera Utara

memindahkan fluida dari suatu tempat yang betekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi dengan melewatkan fluida tersebut pada sistem perpipaan.

2.3. KLASIFIKASI POMPA Secara umum pompa dapat diklasifikasikan dalam dua jenis kelompok besar yaitu : 1. Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump) 2. Pompa Tekanan Dinamis (Rotodynamic Pump)

2.3.1. Pompa Tekanan Statis Pompa jenis ini bekerja dengan prinsip memberikan tekanan secara periodik pada fluida yang terkurung dalam rumah pompa. Pompa ini dibagi menjadi dua jenis. 

Pompa Putar (Rotary Pump) Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung

diantara ruangan rotor dan rumah pompa, selanjutnya didorong ke ruang tengah dengan gerak putar dari rotor, sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akan dikeluarkan melalui sisi tekan. Contoh tipe pompa ini adalah : screw pump, gear pump dan vane pump.

Gambar 2.1. Pompa Roda Gigi Dan Pompa Ulir




Pompa Torak (Reciprocating Pump) Pompa torak mempunyai bagian utama berupa torak yang bergerak bolak-

balik dalam silinder. Fluida masuk melalui katup isap (suction valve) ke dalam silinder dan kemudian ditekan oleh torak sehingga tekanan statis fluida naik dan sanggup mengalirkan fluida keluar melalui katup tekan (discharge valve). Contoh tipe pompa ini adalah : pompa diafragma dan pompa plunyer.

Gambar 2.2. Pompa Torak

2.3.2. Pompa Tekanan Dinamis Pompa tekanan dinamis disebut juga rotodynamic pump, turbo pump atau impeller pump. Pompa yang termasuk dalam kategori ini adalah : pompa jet dan pompa sentrifugal. Ciri-ciri utama dari pompa ini adalah: -

Mempunyai bagian utama yang berotasi berupa roda dengan sudu-sudu

sekelilingnya, yang sering disebut dengan impeler. -

Melalui sudu-sudu, fluida mengalir terus-menerus, dimana fluida berada

diantara sudu-sudu tersebut.


Prinsip kerja pompa sentrifugal adalah : energi mekanis dari luar diberikan pada poros untuk memutar impeler. Akibatnya fluida yang berada dalam impeler, oleh dorongan sudu-sudu akan terlempar menuju saluran keluar. Pada proses ini fluida akan mendapat percepatan sehingga fluida tersebut mempunyai energi kinetik. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan energi kinetik akan berubah menjadi energi tekanan di sudu-sudu pengarah atau dalam rumah pompa. Adapun bagian-bagian utama pompa sentrifugal adalah poros, impeler dan rumah pompa (gambar 2.3)

Gambar 2.3. Bagian-Bagian Utama Pompa Tekanan Dinamis

Pompa tekanan dinamis dapat dibagi berdasarkan beberapa kriteria berikut, antara lain : a. Klasifikasi Menurut Jenis Impeler 1. Pompa sentrifugal Pompa ini menggunakan impeler jenis radial atau francis. Konstruksinya sedemikian rupa (gambar 2.4) sehingga aliran fluida yang keluar dari impeler akan melalui bidang tegak lurus pompa.


Impeler jenis radial digunakan untuk tinggi tekan (head) yang sedang dan tinggi, sedangkan impeler jenis francis digunakan untuk head yang lebih rendah dengan kapasitas yang besar. Impeler dipasang pada ujung poros dan pada ujung lainnya dipasang kopling sebagai penggerak poros pompa.

Gambar 2.4. Pompa Sentrifugal

2. Pompa aliran campur Pompa ini menggunakan impeler jenis aliran campur (mix flow), seperti pada gambar 2.5. Aliran keluar dari impeler sesuai dengan arah bentuk permukaan kerucut rumah pompa.

Gambar 2.5. Pompa Aliran Campur


3. Pompa aliran aksial Pompa ini (gambar 2.6) menggunakan impeler jenis aksial dan zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder rumah pompa ke arah luar. Konstruksinya mirip dengan pompa aliran campur, kecuali bentuk impeler dan difusernya.

Gambar 2.6. Pompa Aliran Aksial

b. Klasifikasi menurut bentuk rumah pompa 1. Pompa volut Pompa ini khusus untuk pompa sentrifugal. Aliran fluida yang meninggalkan impeler secara langsung memasuki rumah pompa yang berbentuk volut (rumah siput) sebab diameternya bertambah besar. Bentuk dan konstruksinya terlihat pada gambar 2.4. 2. Pompa diffuser Konstruksi pompa ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) di sekeliling saluran keluar impeller (gambar 2.7). Pemakaian diffuser ini akan memperbaiki efisiensi pompa. Difuser ini sering digunakan pada pompa bertingkat banyak dengan head yang tinggi.


Gambar 2.7. Pompa Diffuser

3. Pompa vortex Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut seperti tergambar pada gambar 2.8. Pompa ini tidak menggunakan diffuser, namun memakai saluran yang lebar. Dengan demikian pompa ini tidak mudah tersumbat dan cocok untuk pemakaian pada pengolahan cairan limbah.

Gambar 2.8. Pompa Vortex

c. Klasifikasi menurut jumlah tingkat 1. Pompa satu tingkat Pompa ini hanya mempunyai sebuah impeler (gambar 2.4 s/d 2.8). Pada umumnya head yang dihasilkan pompa ini relative rendah, namun konstruksinya sederhana.


2. Pompa bertingkat banyak Pompa ini menggunakan lebih dari satu impeler

yang dipasang secara

berderet pada satu poros (gambar 2.9). Zat cair yang keluar dari impeler tingkat pertama akan diteruskan ke impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga ke tingkat terakhir. Head total pompa merupakan penjumlahan head yang dihasilkan oleh masing-masing impeler. Dengan demikian head total pompa ini relatif lebih tinggi dibanding dengan pompa satu tingkat, namun konstruksinya lebih rumit dan besar.

Gambar 2.9. Pompa Bertingkat Banyak

d. Klasifikasi menurut letak poros 1. Pompa poros mendatar Pompa ini mempunyai poros dengan posisi horizontal (gambar 2.4 s/d 2.9). pompa jenis ini memerlukan tempat yang relative lebih luas. 2. Pompa jenis poros tegak Poros pompa ini berada pada posisi vertikal, seperti terlihat pada gambar 2.10. Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa kolom utama bantalan.


Pompa ini memerlukan tempat yang relatif kecil dibandingkan dengan pompa poros mendatar. Penggerak pompa umumnya diletakkan di atas pompa.

Gambar 2.10. Pompa Aliran Campur Poros Tegak

e. Klasifikasi menurut belahan rumah 1. Pompa belahan mendatar Pompa ini mempunyai belahan rumah yang dapat dibelah dua menjadi bagian atas dan bagian bawah oleh bidang mendatar yang melalui sumbu poros. Jenis pompa ini sering digunakan untuk pompa berukuran menengah dan besar dengan poros mendatar.

Gambar 2.11. Pompa Jenis Belahan Mendatar


2. Pompa belahan radial Rumah pompa ini terbelah oleh sebuah bidang tegak lurus poros. Konstruksi seperti ini sering digunakan

pada pompa kecil dengan poros

mendatar. Jenis ini juga sesuai untuk pompa-pompa dengan poros tegak dimana bagian-bagian yang berputar dapat dibongkar ke atas sepanjang poros. 3. Pompa jenis berderet . Jenis ini terdapat pada pompa bertingkat banyak, dimana rumah pompa terbagi oleh bidang-bidang tegak lurus poros sesuai dengan jumlah tingkat yang ada.

f. Klasifikasi menurut sisi masuk impeller 1. Pompa isapan tunggal Pada pompa ini fluida masuk dari sisi impeler. Konstruksinya sangat sederhana, sehingga sangat sering dipakai untuk kapasitas yang relative kecil. Adapun bentuk konstruksinya terlihat pada gambar 2.4 s/d 2.10. 2. Pompa isapan ganda Pompa ini memasukkan fluida melalui dua sisi isap impeler (gambar 2.12). Pada dasarnya pompa ini sama dengan dua buah impeler pompa isapan tunggal yang dipasang bertolak belakang dan dipasang beroperasi secara parallel. Dengan demikian gaya aksial yang terjadi pada kedua impeler akan saling mengimbangi dan laju aliran total adalah dua kali laju aliran tiap impeler. Oleh sebab itu pompa ini banyak dipakai untuk kebutuhan dengan kapasitas yang besar.


Gambar 2.12. Pompa Isapan Ganda

2.4. UNIT PENGGERAK POMPA Umumnya unit penggerak pompa terdiri dari tiga jenis yaitu:  Motor bakar  Motor listrik, dan  Turbin Penggerak tipe motor bakar dan turbin sangat tidak ekonomis untuk perencanaan pompa karena konstruksinya berat, besar dan memerlukan sistem penunjang misalnya sistem pelumasan, pendinginan dan pembuangan gas hasil pembakaran. Sistem penggerak motor listrik lebih sesuai dimana konstruksinya kecil dan sederhana, sehingga dapat digabungkan menjadi satu unit kesatuan dalam rumah pompa. Faktor lain yang membuat motor ini sering digunakan adalah karena murah dalam perawatan dan mampu bekerja untuk jangka waktu yang relatif lama dibanding penggerak motor bakar dan turbin.

2.5. DASAR-DASAR PEMILIHAN POMPA Dasar

pertimbangan

pemilihan

pompa,

didasarkan

pada

system

ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dan


dapat memenuhi kebutuhan pemindahan fluida sesuai dengan kondisi yang direncanakan. Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa yang digunakan adalah analisa fungsi pompa terhadap instalasi pemipaan, kapasitas, head, viskositas, temperature kerja dan jenis motor penggerak. Kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini adalah: -

Kapasitas dan head pompa harus mampu dipenuhi, sehingga mampu memindahkan air dari reservoir ke turbin air.

-

Fluida yang mengalir secara kontiniu.

-

Pompa yang dipasangkan pada kedudukan tetap.

-

Konstruksi sederhana.

-

Mempunyai efisiensi yang tinggi.

-

Harga awal relatif murah juga perawatannya. Melihat dan mempertimbangkan kondisi

yang diinginkan dalam

perencanaan ini, maka dengan mempertimbangkan sifat pompa dan cara kerjanya, dipilih pompa sentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni.: -

Aliran fluida lebih merata.

-

Putaran poros dapat lebih tinggi.

-

Rugi-rugi transmisinya lebih kecil karena dapat dikopel langsung dengan motor penggerak.

-

Konstruksinya lebih aman dan kecil.

-

Perawatannya murah.


2.6. HEAD POMPA Head pompa adalah energi yang diberikan pompa ke dalam fluida dalam bentuk tinggi tekan. Dimana tinggi tekan merupakan ketinggian fluida harus naik untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Untuk lebih jelasnya perhitungan dari head pompa dapat dilihat pada gambar 2.13 berikut ini.

Gambar 2.13. Prinsip Hukum Bernoulli

Pada gambar ini terdapat dua buah titik dengan perbedaan kondisi letak, luas penampang, tekanan serta kecepatan aliran fluida. Fluida kerja mengalir dari kondisi pertama (titik 1) ke kondisi kedua (titik 2), aliran ini disebabkan oleh adanya suatu energi luar E0. energi luar E0 ini terjadi merupakan perbedaan tekanan yang terjadi pada kedua kondisi operasi (titik 1 dan 2), atau E0 = (P2-P1).Q Sedangkan pada setiap kon disi tersebut terdapat juga suatu bentuk energi,yaitu energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep). atau dapat dituliskan sebagai berikut : - untuk titik 1 : energi yang terkandung E1 = Ek1 + Ep1 = ½ m1.v12 + m1.g.h1


- untuk titik 2 : energi yang terkandung E2 = Ek2 + Ep2 = ½ m2.v22 + m2.g.h2 Dan hubungan dari kondisi kerja ini adalah E0 = E2-E1, atau dapat dituliskan : (P2-P1) . Q = [ ½ m2.v22 + m2.g.h2] – [ ½ m1.v12 + m1.g.h1] (P2-P1) . Q = ½ [(m2.v22) – (m1.v12)] + [(m2.g.h2) – (m1.g.h1)] …………(1) Dimana :

Q = A . V = konstan M=ρ.A.V

,dimana ρ1 = ρ2

Sehingga persamaan 1 di atas dapat dituliskan sebagai berikut : (P2-P1) A . V = ½ [(ρ.A.V3)2 – (ρ.A.V3)1] + ρ.A.V.g (h2-h1) (P2-P1) = ½ ρ. (V22 – V12) + ρ.g (h2-h1)………………………………….(2) jika ρ (kg/m3) . g (m/s2) = γ (N/m3), maka persamaan 2 dapat disederhanakan menjadi :

P2 − P1

γ

v 22 − v12 = + (h2 − h1 ) 2.g

Atau persamaan untuk mencari head pompa dipergunakan persamaan Bernoulli yaitu : V12 P2 V22 + + Z1 + H p = + + Z2 + H L γ 2g γ 2g

P1

Atau menurut [1] Hp =

Dimana :

P2 − P1

γ

+

P2 − P1

γ V22 − V12 2g

V2 − V1 + Z 2 − Z1 + H L 2g

adalah perbedaan head tekanan

adalah perbedaan head kecepatan


Z2 – Z1

adalah perbedaan head potensial

HL

adalah kerugian head

2.7. PUTARAN SPESIFIK Jenis impeler yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada putaran spesifiknya. Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan dapat dihitung berdasarkan : ns =

Dimana :

n Q Hp

3/ 4

ns

= putaran spesifik [rpm]

n

= putaran pompa [rpm]

Q

= kapasitas pompa [Gpm]

Hp

= head pompa [m]

Karena yang digunakan adalah satuan internasional dimana kapasitas dalam satuan m3/s maka rumusnya menjadi: n s = 51,64.

n Q Hp

3/ 4

Dari putaran spesifik yang didapat dapat ditentukan impeler yang digunakan berdasarkan tabel berikut: Tabel 2.1 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik

No

Jenis impeler

ns

1

Radial flow

500-3000

2

Francis

1500-4500

3

Aliran campuran

4500-8000

4

Aliran axial (propeler)

8000 ke atas

Sumber : pompa sentrifugal, Austin H. Church


2.8. DAYA POMPA Daya pompa ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar impeler didalam memindahkan sejumlah fluida dengan kondisi yang diinginkan. Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan Np = Dimana :

Q.H p .ρ .g

ηp

Np = daya pompa [watt] Q = kapasitas pompa [m3/s] Hp = head pompa [m] ρ = rapat jenis fluida [kg/m3] ηp = effisiensi pompa

2.9. ALIRAN FLUIDA Pompa ini yang digunakan untuk mensirkulasikan air ke turbin air dari reservoir, dimana fluida kerja akan melalui suatu sistem pemipaan. Penampang pipa dialiri oleh fluida dalam keadaan penuh. Aliran dalam pemipaan akan terjadi dari titik yang mempunyai head hidrolik yang lebih tinggi (energi internal per satu satuan berat air) ke head yang lebih rendah, dimana terjadi kehilangan energi hidrolik di sepanjang pipa. Kehilangan energi hidrolik sepanjang pipa secara umum disebabkan oleh : a. Kerugian head mayor. Kerugian head ini terjadi akibat adanya gesekan antara dinding pipa dengan fluida yang mengalir di dalamnya. Persamaan umum yang dapat digunakan untuk mencari headloss akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan dengan menggunakan :


 Persamaan Darcy-Weisbach : •

Memberikan hasil yang lebih baik untuk pipa yang relatif pendek.

•

Untuk sistem yang terdiri dari bermacam-macam pipa akan lebih rumit perhitungannya.

•

Populer untuk beda energi besar.

 Persamaan Hazen-Williams : •

Umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum.

•

Efektif digunakan untuk pipa dengan D ≥ 50 mm

•

Untuk sistem yang terdiri dari bermacam-macam pipa, perhitungannya akan lebih mudah dibanding Darcy-Weisbach.

b. Kerugian minor Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliarn seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan, saluran masuk dan keluar pipa. Rumus :

V2 hm = K. 2g

Dimana :

V = kecepatan rata-rata aliran fluida dalam pipa [m/s] g = gravitasi bumi [m/s2] K = koefisien minor loses (diambil dari tabel 2.2)

Koefisien minor loses K pada transisi dan fitting dapat dilihat pada tabel berikut.


Tabel 2.2 Koefisien Minor Loses Pada Transisi Dan Fitting

2.10 INSTALASI POMPA Pompa tidak dapat bekerja sendiri tanpa fasilitas penunjangnya seperti pipa-pipa dan katup-katup. Hal –hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan fasilitas penunjang pompa adalah sebagai berkut : 2.10.1. Tata letak pompa Ruang pompa harus direncanakan dengan memperhatikan jalan masuk mesin, tempat dan ruangan untuk membongkar dan memasang pompa, jalan untuk


pemeliharaan dan pemeriksaan, pipa-pipa, penopang pipa, saluran pembuang air, drainase ruangan, ventilasi, penerangan, keran pengangkat, dan lain-lain. 2.10.2 Pemipaan (1) Pipa Hisap Dalam merencanakan pipa hisap, tindakan pengamanan perlu diambil : a. Hindari terjadinya penyimpangan aliran atau pusaran pada nosel hisap b. Pipa harus sependek mungkin dan belokan sesedikit mungkin c. Hindari terjadinya kantong udara di dalam pipa d. Hindari kebocoran pada penyambungan pipa e. Bila perlu pasang alat penyaring pada mulut hisap (2) Pipa Keluar Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan pipa keluar : a. Diameter pipa keluar atau pipa penyalur harus ditentukan berdasarkan pada efisiensi dan ekonomi pemompaan. b. Kecepatan aliran di dalam pipa diambil 1 sampai 2 m/s untuk pipa berdiaeter kecil dan 1,5 sampai 3,0 m/s untuk ppa berdiameter besar. c. Untuk pompa dengan head rendah, ujung akhir pipa keluar umumnya dibuat terbuka, dengan arah hampir mendatar, di bawah permukaan air di tadah atas 2.10.3. Katup Katup dipakai dalam instalasi pompa untuk menutup aliran pompa, mencegah aliran balik, atau mengatur aliran. Dalam beberapa hal dipakai


gabungan dari dua katup atau lebih, dalam hal lain satu katup dipakai untuk melakukan lebih dari satu tugas. Dalam memilih katup, tujuan dan kondisi pemakaian (seperti tekanan, temperature, jenis zat cair, frekuensi pemakaian) harus jelas.

2.11. KARAKTERISTIK KINERJA POMPA Bentuk pompa pada umumnya tergantung pada µs. jadi dapat dimengerti bila karakteristiknya juga akan tergantung pada µs. Karakteristik sebuah pompa dapat digambarkan dalam kurva-kurva karakteristik kinerja pompa yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros, dan efisiensi pompa terhadap kapasitas. Kurva ini biasaya digambarkan pada putaran yang tetap. Di bawah ini adalah beberapa kurva karakteristik kinerja pompa pada aliran-aliran tertentu :

Gambar 2.14 Radial Flow Pump


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents