POMPA TORAK Oleh : Sidiq Adhi Darmawan
A. PENDAHULUAN Pompa adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk memindahkan fluida incompressible ( tak mampu mampat ) dengan prinsip membangkitkan beda tekanan antara sisi masuk ( suction ) dengan sisi keluar ( discharge ), dalam mentransferkan fluida tersebut pompa membutuhkan sistem pemipaan sebagai sarana transportasinya. Berdasarkan prinsip kerjanya, pompa secara garis besar dibedakan menjadi dua macam yaitu : 1. Positif Displacement Pump ( Pompa Perpindahan Positif ) Prinsip kerjanya yaitu energi ditambahkan secara periodik oleh suatu gaya yang dikenakan pada satu atau lebih batas sistem yang dapat bergerak. Yang termasuk jenis pompa ini adalah : a. Pompa Torak ( Reciprocating Pump )
Gambar 1. Pompa Torak ( Reciprocating Pump ) b. Pompa Rotary
Gambar 2. Pompa Rotary Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
c. Pompa Diafragma
Gambar 3. Pompa Diafragma 2. Pompa Dinamik ( Non Positif Displacement ) Merupakan pompa dengan ruang kerja yang tidak berubah – ubah saat pompa bekerja. Energi yang diberikan kepada fluida adalah energi kecepatan, sehingga fluida yang berpindah karena karena adanya perubahan kecepatan yang kemudian diubah lagi menjadi energi dinamis di dalam rumah pompa itu sendiri. Pada sisi keluar pompa terjadi penurunan kecepatan karena kecepatan ini diubah menjadi energi tekan Yang termasuk jenis pompa perpindahan non positif ini adalah pompa sentrifugal.
Gambar 4. Pompa Sentrifugal
Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
B. KOMPONEN POMPA TORAK
Gambar 5. Komponen Pompa Torak Adapun komponen pada pompa torak antara lain : 1. Piston / plunger berfungsi untuk mengisap fluida ke dalam selinder dan menekannya kembali keluar selinder. 2. Batang piston berfungsi sebagai penerus tenaga gerak dari mesin ke piston. 3. Mur piston berfungsi untuk mengikat piston pada batang piston. 4. Ring / seal berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida dari dalam selinder. 5. Selinder berfungsi sebagai tempat pergerakan piston dan tempat penampungan sementara fluida akibat langkah hisap sebelum dikeluarkan melalui katup buang. 6. Selinder liner berfungsi sebagai pelapis selinder bagian dalam yang harus mempunyai permukaan yang halus guna memperlancar gerak piston. 7. Packing berfungsi sebagai pencegah kebocoran fluida dari dalam selinder. 8. Perapat packing berfungsi sebagai penekan supaya packing tetap pada posisinya sewaktu batang piston bergerak. 9. Katup Isap berfungsi untuk mengatur pemasukan dan penutupan fluida padasaat piston langkah isap 10. Katup buang berfungsi untuk mencegah kembalinya fluida dari ruang outlet ke dalam selinder pada saat piston melakukkan langkah tekan. Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
C. PRINSIP KERJA POMPA TORAK ( RECIPROCATING PUMP ) Pada pompa torak ada yang terdiri dari pompa torak kerja tunggal dan pompa torak kerja ganda. a. Pompa Torak Kerja Tunggal Pompa torak kerja tunggal ini, kerja piston hanya pada satu sisi saja sehingga disebut kerja tunggal. Dalam satu siklus operasi hanya terjadi satu kali langkah isap dan satu kali langkah tekan. Torak memiliki kecepatan yang tidak tetap sehingga aliran pemompaan fluida menjadi tidak teratur. Pada awal dan akhir langkah piston yaitu pada titik mati, maka piston akan berhenti sebentar dan akan mempunya kecepatan tinggi pada bagian tengah langkah.
Gambar 6. Pompa Torak Kerja Tunggal . Prinsip kerjanya pompa torak kerja tunggal sebagai berikut : Pada Langkah Isap Pada langkah isap yaitu torak bergerak menjauhi katup, sehingga tekanan di dalam selinder menjadi turun. Hal ini akan menyebabkan perbedaan tekanan yang besar antara bagian di dalam selinder dengan bagian luar selinder, sehingga memaksa katup isap terbuka dan zat cairan kemudian terhisap masuk ke dalam selinder dikarenakan tekanan di dalam selinder lebih rendah daripada di luar selinder. Langkah Buang ( Tekan ) Apabila torak telah sampai pada akhir langkah isap, maka torak akan melakukan langkah buang ( tekan ), yaitu torak mulai bergerak menuju katup dan menyebabkan katup isap menutup kembali, zat cair yang telah masuk selinder tadi akan di dorong torak menuju ke katup buang. Akibat dari langkah buang itu menyebabkan tekanan di Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
dalam selinder menjadi naik, sehingga mampu memaksa katup buang untuk terbuka. Selanjutnya zat cair akan mengalir ke luar selinder melalui katup buang dengan dorongan torak yang menuju katup sampai akhir langkah buang. Langkah isap dan buang tersebut akan terjadi secara terus menerus selama pompa beroperasi.
b. Pompa Torak Kerja Ganda Pada pompa torak kerja ganda ini memiliki satu buah piston, satu silinder, dua katup isap dan dua katup buang. Pada operasinya setiap langkah piston melakukan penghisapan dan penekanan fluida. Pada langkah mundur, sisi bagian kiri piston akan menekan fluida ke outlet ( katup buang ), sedangkan pada sisi bagian kanan piston akan menghisap fluida dari sisi inlet ( katup isap ), dan begitupula sebaliknya apabila piston melakukan langkah maju. Karena kedua sisi piston bekerja secara bersamaan maka disebut kerja ganda yang menghasilkan aliran fluida merata dengan kapasitas yang lebih kontinue, teratur dan lebih besar dari pada pompa kerja tunggal.
Gambar 6. Pompa Kerja Ganda Secara jelas sistem kerjanya sebagai berikut : Piston bergerak mundur / kekiri - Katup buang sisi kanan piston tertutup rapat, sedangkan katup buang sisi kiri piston terbuka sehingga fluida bagian kiri piston menuju ke ruang outlet dan keluar melalui pipa penyalur. - Katup isap
kiri tertutup
rapat, sedangkan tekanan di ruang selinder kanan
menurun sehingga terjadi isapan dan membuat katup isap kanan terbuka kemudian fluida mengalir masuk ke selinder bagian kanan piston. Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
Piston bergerak maju/ kekanan, - Katup buang kiri selinder tertutup rapat, sedangkan tekanan ruang bagian kanan selinder meningkat membuat katup buang kanan terbuka sehingga fluida mengalir ke ruang outlet dan keluar pompa melalui pipa penyalur. - Katup isap kanan tertutup rapat, sedangkan tekanan ruang selinder kiri menurun sehingga terjadi isapan membuat katup isap kiri terbuka dan fluida masuk ke ruang selinder bagian kiri piston, dan selanjutnya piston bergerak mundur – maju secara berkelanjutan.
D. APLIKASI POMPA TORAK Pompa torak biasanya digunakan untuk penanganan sistem yang membutuhkan tekanan besar ( head yang besar ) dan kapasitas yang rendah. Salah satu pengaplikasian pompa torak pada
F. DASAR PERHITUNGAN POMPA TORAK F.1 Perhitungan Kapasitas 1. Pompa Torak Kerja Tunggal Pompa torak kerja tunggal ini, kerja piston hanya pada satu sisi saja sehingga disebut kerja tunggal. Dalam satu siklus operasi hanya terjadi satu kali langkah isap dan satu kali langkah tekan. Torak memiliki kecepatan yang tidak tetap sehingga aliran pemompaan fluida menjadi tidak teratur.
Oleh karena itu volume fluida yang dialirkan dapat dihitung dengan rumus : Volume : 𝑉=
𝜋 4
. 𝐷2. 𝑆
( m3 )
Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
Bila pompa digerakkan oleh penggerak mula yang mempunyai jumlah putaran “n” maka kapasitas teoritis fluida yang dihasilkan sebesar : Kapasitas teoritis: 𝑄= 𝑄=
𝜋 4
. 𝐷 2 . 𝑆. 𝑛
𝜋. 𝐷 2 . 𝑠. 𝑛 240
( m3/menit ) atau ( m3/detik)
Karena adanya kebocoran, gesekan, sudut mati, dan kavitasi maka timbul kerugian volume, jadi kapasitas sesungguhnya disebut kapasitas efektik. Kapasitas efektif dirumuskan : 𝑄𝑒 = 𝜂𝑣 . 𝑄 Dimana : Q = Kapasitas teoritis pompa
( m3/detik)
Qe = Kapasitas efektif pompa
( m3/detik)
D = Diameter piston / plunger
(m)
S = Langkah gerak piston
(m)
n
( rpm )
= Putaran mesin penggerak
𝜂v = Efisiensi volumetrik
(%)
2. Pompa Torak Kerja Ganda Pada pompa torak kerja ganda ini memiliki satu buah piston, satu silinder, dua katup isap dan dua katup buang. Pada operasinya setiap langkah piston melakukan penghisapan dan penekanan fluida. Pada langkah mundur, sisi bagian kiri piston akan menekan fluida ke outlet ( katup buang ), sedangkan pada sisi bagian kanan piston akan menghisap fluida dari sisi inlet ( katup isap ), dan begitupula sebaliknya apabila piston melakukan langkah maju. Karena kedua sisi piston bekerja secara bersamaan maka disebut kerja ganda yang menghasilkan aliran fluida merata dengan kapasitas yang lebih kontinue, teratur dan lebih besar dari pada pompa kerja tunggal.
Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
Dalam satu siklus operasi, volume fluida yang dialirkan ke outlet adalah : Volume langkah maju
𝑉=
Volume langkah mundur
𝑉=
𝜋 4 𝜋 4
. 𝐷2. 𝑆 . 𝐷2. 𝑆 −
( m3 ) 𝜋 4
. 𝑑2 . 𝑆
( m3 )
Bila pompa digerakkan oleh mesin yang mempunyai putaran “n”, maka kapasitas pompa : Kapasitas langkah maju
𝑄𝑚𝑗 =
Kapasitas langkah mundur 𝑄𝑚𝑑 =
𝜋 4 𝜋 4
. 𝐷2. 𝑆 . 𝑛
( m3/menit)
. (𝐷 2 − 𝑑 2 ). 𝑆 . 𝑛
( m3/menit)
Jadi kapasitas teoritis pompa torak kerja ganda : 𝑄 = 𝑄𝑚𝑗 + 𝑄𝑚𝑑 𝑄=
𝜋 4
𝑄=
. (2𝐷 2 − 𝑑 2 ). 𝑆 . 𝑛
( m3/menit) atau
𝜋.(2𝐷 2 − 𝑑 2 ).𝑆 .𝑛 240
( m3/detik)
Karena adanya kebocoran, gesekan, sudut mati, dan kavitasi maka timbul kerugian volume, jadi kapasitas sesungguhnya disebut kapasitas efektik. Kapasitas efektif dirumuskan :
𝑄𝑒 = 𝜂𝑣 . 𝑄 Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
Dimana : Q = Kapasitas teoritis pompa
( m3/detik)
Qe = Kapasitas efektif pompa
( m3/detik)
D = Diameter selinder
(m)
d
(m)
= Diameter piston / plunger
S = Langkah gerak piston
(m)
n
( rpm )
= Putaran mesin penggerak
𝜂v = Efisiensi volumetrik
(%)
3. Pompa Differensial Pompa diferensial ini merupakan gabungan antara pompa kerja tunggal dan pompa kerja ganda, dimana aliran fluida ( kapasitas ) lebih stabil sama seperti pompa kerja tunggal.
Perhitungan Kapasitas berdasarkan prinsip kerjanya : Piston Bergerak Ke Kanan a. Ruang kiri piston terjadi pengisapan fluida, volume fluida yang terhisap ,asuk ke dalam selinder sebesar : 𝑉𝑖 =
𝜋 4
. 𝐷2. 𝑆
( m3 )
Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
b. Ruang kanan piston terjadi penekanan sehingga volume fluida yang mengalir keluar sebesar : 𝑉𝑡𝑘𝑛 = 𝑉 =
𝜋 4
. 𝐷2. 𝑆 −
𝜋 4
. 𝑑2 . 𝑆
( m3 )
Piston Bergerak ke Kiri a. Fluida di ruang kiri piston ditekan sehingga mengalir ke ruang piston bagian kanan dan sebagian keluar pompa. Besarnya volumr fluida yang tertekan yaitu : 𝜋
𝑉𝑡 =
4
. 𝐷2 . 𝑆
( m3 )
Volume fluida yang masuk ke ruang kanan sebesar : 𝑉𝑘𝑛 = 𝑉 =
𝜋 4
. 𝐷2 . 𝑆 −
𝜋 4
. 𝑑2 . 𝑆
( m3 )
b. Volume keluar pompa sebesar : 𝑉𝑡𝑘𝑟 = 𝑉𝑡 − 𝑉𝑘𝑛 =
𝜋 4
. 𝐷2. 𝑆
( m3 )
Dalam satu siklus gerak piston, volume fluida yang keluar pompa adalah : 𝑉 = 𝑉𝑡𝑘𝑛 + 𝑉𝑡𝑘𝑟 = 𝑉=
𝜋 4
𝜋 4
𝜋
. 𝐷2 . 𝑆 − 4 . 𝑑2 . 𝑆 +
𝜋 4
. 𝑑2 . 𝑆
. 𝐷2. 𝑆
( m3 )
Bila putaran mesin penggerak adalah “n” maka kapasitas pompa diferensial sama dengan kapasitas pompa torak kerja tunggal yaitu sebesar : Kapasitas teoritis pompa deferensial :
𝑄=
Kapasitas efektif pompa deferensial :
𝜋. 𝐷 2 . 𝑠. 𝑛 240
𝑄𝑒 = 𝜂𝑣 . 𝑄
Dimana : Q = Kapasitas teoritis pompa
( m3/detik)
Qe = Kapasitas efektif pompa
( m3/detik)
D = Diameter piston / plunger
(m)
S = Langkah gerak piston
(m)
n
= Putaran mesin penggerak
( rpm )
𝜂v
= Efisiensi volumetrik
(%)
Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
( m3/detik) ( m3/detik)
Daya Pompa Torak Dalam proses pemindahan fluida maka dibutuhkan suatu usaha baik secara manual maupun dengan menggunakan permesinan. Usaha adalah merupakan perkalian gaya dan jarak yang dapat dirumuskan sebagai berikut : U = F x S = G x Ht Dimana : G adalah gaya berat fluida, G = V . 𝜌 . g
(N)
Ht adalah tinggi total dan sering dikenal dengan Hman = H + Hl Daya adalah kemampuan melakukan usaha setiap detik yang dirumuskan : 𝐹.𝑆
𝑁=
𝑡
Kapasitas =
=
𝑉.𝜌 𝑡
𝐺.𝐻𝑡 𝑡
=
𝑉.𝜌.𝑔.(𝐻+𝐻𝑙)
( watt )
𝑡
, dengan mensubtitusikan harga kapasitas pompa torak kerja tunggal
dan ganda ke persamaan di atas maka di dapatkan daya pompa torak sebagai berikut : Daya Pompa Tunggal : 𝑁=
𝜋. 𝐷2 .𝑠 .𝑛 .𝜌 .𝑔 .(𝐻+𝐻𝑙) 240
( watt )
Daya Pompa Ganda : 2
2
𝜋. (2𝐷 −𝑑 ).𝑠 .𝑛 .𝜌 .𝑔 .(𝐻+𝐻𝑙) 𝑁= 240
( watt )
Karena adanya faktor gesekan antara komponen pompa maka daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa disebut daya penggerak pompa. Besarnya daya penggerak pompa : 𝑁𝑝 =
𝑁 𝜂𝑚
Dimana : N
= Daya pompa torak
( watt )
Ne = Daya penggerak pompa
( watt )
D
= Diameter piston / plunger
(m)
d
= Diameter batang piston
(m)
Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret
