BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Pemipaan Sistem pemipaan meliputi pipa, flange, fitting, pembautan, gasket, valve, dan bagian-bagian dari komponen pemipaan lainnya. Ini juga termasuk gantungan pipa dan suport dan item lainnya yang diperlukan untuk mencegah tekanan dan tegangan berlebih dari komponen-komponen yang bertekanan. Ini bukti bahwa pipa merupakan salah satu unsur atau bagian dari sistem pemipaan. Oleh karena itu, bagian pipa saat bergabung dengan fitting, katup, dan peralatan lainnya dan didukung oleh gantungan dan suport, disebut sistem pemipaan Pipa Pipa adalah benda tabung dengan penampang bulat sesuai dengan persyaratan dimensi dari : ASME B36.10M ASME B36.19M Welded and Seamless Wrought Steel Pipe Stainless Steel Pipe Material Pipa Pemilihan material menggunakan logam ( metal ) sudah mulai diterapkan secara umum sejak tahun 1950-an berdasarkan standar API Code 5L tentang pemilihan material pipa. Pada akhir 1980-an berdasar kode API pula, sudah ada beberapa macam tipe material pipa, yaitu A25, A, B, X42, X46, X52, X56, X60, X64, X70 dan X80. Setiap tipe material mempunyai karakteristik zat dan material penyusun masing-masing. Spesifikasi material baja yang digunakan Program Studi Teknik Mesin 5

2 tergantung pada komposisi kimiawi, kekuatan material, dan toleransi pipa dalam industri dan manufaktur. Beberapa material harus ditentukan untuk mendapatkan material pipa yang tepat sesuai kebutuhan sistem perpipaan. Kriteria kriteria dibawah ini dapat digunakan dalam pemilihan material untuk pipa : Mechanical properties, termasuk ketahanan untuk menahan static load, dynamic load, dan elastisitas dalam proses manufaktur Weld ability, kemudahan dan kekuatan material pipa dalam proses pengelasan. Corrotion resistance, kemampuan material dalam menahan korosi. Cost, berhubungan dengan biaya yang harus dikeluarkan per satuan ukuran material. Availability, terkait dengan ketersediaan dan suplai material pada pasaran, sebagai pertimbangan untuk volume cadangan dan biaya Material yang sering digunakan dalam dunia migas, industri, dan manufaktur terdiri dari dua, yaitu : Carbon Steel Material pipa jenis ini adalah yang paling banyak digunakan, spesifikasinya banyak ditemukan dalam ASTM ( American Society of Testing and Materials ) dan ASME ( American Society of Mechanical Engineering ). Ada 3 jenis pipa material ini yang paling sering digunakan : Program Studi Teknik Mesin 6

3 1. ASTM A106. Terbagi dalam 3 grade, tergantung Tensile Strengh nya; Grade A ( 48 ksi ), Grade B ( 60 ksi ), dan Grade C ( 70 ksi ). 2. ASTM A53. Material pipa ini yang biasanya dilapisi oleh zinc ( galvanized ), yang biasanya merupakan alternatif dari ASTM A106. Material ini juga terbagi dalam 3 Grade, A, B dan C, dan memilik 3 tipe; Tipe E ( Electrical Resistance Weld ), Tipe F ( Furnace Butt Weld ), dan Tipe S ( Seamless ). Grade A dan B pada ASTM 106 memiliki Tensile Strength yang sama dengan Grade A dan B pada ASTM A ASTM A333. Material ini biasa digunakan pada fluida yang memiliki temperatur rendah, mulai dari -50 derajat Fahrenheit. Stainless Steel Material pipa ini dinamakan austenitic stainless steel. Namun secara umum biasanya disebut stainless steel. Stainless steel mempunyai grade 108, tetapi yang biasa digunakan adalah tipe 304L. Sesuai kode L dibelakang nama 304L, tipe ini mengandung cukup sedikit campuran karbon daripada tipe 304, tetapi memiliki kekuatan yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi yang cukup baik. Pada dunia industri yang sebenarnya, ada dua jenis pipa stainless steel yang paling sering dipakai, yaitu: 1. ASTM A312, untuk pipa berukuran dibawah 8 inci. 2. ASTM A358, untuk pipa berukuran diatas 8 inci. Program Studi Teknik Mesin 7

4 Selain 2 tipe material diatas ( Carbon Steel dan Stainless Steel ), masih banyak lagi material yang dipakai dalam dunia perpipaan, walaupun jarang digunakan, yaitu : Chrome-Moly Pipe ( Chromium-Molybdenum Alloy Pipe ), yang terdiri dari 10 grade, merujuk pada kode ASTM A335. Nickel and Nickel Alloy Pipe, contoh penggunaan secara luas adalah Inconel, Incoloy dan Monel. Piping Cast Iron ( pipa besi ) Copper Piping ( pipa tembaga ) Plastic Pipe ( pipa plastik ) Concrete Pipe ( pipa beton ) Ukuran Pipa Nominal Pipe Size (NPS) adalah penanda ukuran pipa berdimensi. Hal ini menunjukkan standar ukuran pipa bila diikuti dengan jumlah penunjukan ukuran tertentu tanpa simbol inch. Misalnya, NPS 2 menunjukkan pipa yang berdiameter luar 2,375 inch. NPS 12 dan pipa yang lebih kecil memiliki diameter lebih besar ukuran penanda (katakanlah, 2, 4, 6,...). Namun, diameter luar NPS 14 dan pipa yang lebih besar sama dengan penanda ukuran dalam inch. Misalnya, NPS 14 pipa memiliki diameter luar sebesar 14 inch diameter akan tergantung pada pipa ketebalan dinding yang ditentukan oleh jumlah schedule. Lihat ASME B36.10M atau ASME B36.19M. Rujuk ke App. E2 atau E2M. Diameter Nominal (DN) juga merupakan penanda ukuran pipa berdimensi dalam satuan metrik, yang dikembangkan oleh Organisasi Standar Program Studi Teknik Mesin 8

5 Internasional (ISO). Hal ini menunjukkan ukuran pipa standar bila diikuti dengan jumlah penunjukan ukuran tertentu. Tabel 2.1 Pipe size designators : NPS and DN (Asme B36.10M) Flange Welded Neck Flange Flange ini dilas melingkar ke dalam sistem di lehernya yang berarti bahwa integritas daerah butt weldedyang dilas dapat dengan mudah diperiksa oleh radiografi. Lubang dari kedua pipa dan flange sesuai, yang mengurangi turbulensi dan erosi di dalam pipa. Oleh karena itu flange tipe ini digunakan di tempattempat kritikal. Program Studi Teknik Mesin 9

6 Gambar 2.1 Welded Neck Flange ( Slip-On Flange Flange ini masuk melalui pipa dan kemudian dilas fillet. Slip-on flange mudah untuk digunakan dalam penggunaan fabrikasi. Gambar 2.2 Slip-On Flange ( Program Studi Teknik Mesin 10

7 Blind Flange Flange ini digunakan untuk menutup jalur pipa, katup dan pompa, juga dapat digunakan sebagai penutup inspeksi. Flange ini sering kali disebut sebagai blanking flange. Gambar 2.3 Blind Flange ( Socket Weld Flange Flange ini dibor agar pipa dapat masuk kedalamnya sebelum dilas fillet. Kedua lubang dari pipa dan flange sama sehingga memberikan karakteristik aliran yang baik. Gambar 2.4Socket Weld Flange ( Program Studi Teknik Mesin 11

8 Threaded Flange Flange ini berulir, digunakan untuk menghubungkan komponen lainya yang berulir yang bekerja pada tekanan rendah, pada penggunaan yang tidak kritikal.pengelasan tidak diperlukan. Gambar 2.5 Threaded Flange ( Lap Joint Flange Lap Joint flange adalah flange yang pada pemasangannya tidak dilakukan pengelasan langsung terhadap flange tetapi terhadap fitting yang disebut Stub End. Pipa akan dilas terhadap Stub End dan flange akan bisa diputar 360 derajat. Flange ini biasa dipasang pada suatu sistem pemipaan yang sangat sukar di sudut pemasangan flangenya. Dengan flange yang bisa diputar 360 derajat maka sangat mudah pada saat fabrikasi dan pemasangan. Program Studi Teknik Mesin 12

9 Gambar 2.6 Lap Joint Flange ( Ring Type Joint Flange Metode untuk memastikan sambungan flange tahan bocor pada tekanan tinggi. Sebuah cincin logam dikompresi menjadi alur heksagonal di muka flange untuk membuat segel. Metode ini dapat digunakan pada Weld Neck, slip-on dan Blind Flange. Gambar 2.7 Ring Type Joint Flange ( Valve Katup atau valve, adalah sebuah alat untuk mengatur aliran suatu fluida dengan menutup, membuka atau menghambat sebagian dari jalannya aliran. Contoh yang mudah adalah keran air. Adalah kewajiban bagi seorang insinyur Program Studi Teknik Mesin 13

10 pipa untuk mengetahui setidaknya dasar-dasar dari valve ini. Bebeberapa macam katup yang sering digunakan adalah sebagai berikut : Gate Valve Bentuk penyekatnya adalah piringan, atau sering disebut wedge, yang digerakkan ke atas bawah untuk membuka dan menutup. Biasa digunakan untuk posisi buka atau tutup sempurna dan tidak disarankan untuk posisi sebagian terbuka. Gambar 2.8 Gate Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Globe Valve Digunakan biasanya untuk mengatur banyaknya aliran fluida. Gambar 2.9Globe Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Program Studi Teknik Mesin 14

11 Butterfly Valve Bentuk penyekatnya adalah piringan yang mempunyai sumbu putar di tengahnya. Menurut disainnya, dapat dibagi menjadi concentric dan eccentric. Eccentric memiliki disain yang lebih sulit tetapi memiliki fungsi yang lebih baik dari concentric. Bentuknya yang sederhana membuat lebih ringan dibandingkan valve lainnya. Gambar 2.10Butterfly Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Ball Valve Bentuk penyekatnya berbentuk bola yang mempunyai lubang menerobos ditengahnya. Gambar 2.11Ball Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Program Studi Teknik Mesin 15

12 Plug Valve Seperti ballvalve, tetapi bagian dalamnya bukan berbentuk bola, melainkan silinder. Karena tidak ada ruangan kosong di dalam badan valve, maka cocok untuk fluida yang berat atau mengandung unsur padat seperti lumpur. Gambar 2.12Plug Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Check Valve atau Non-Return Valve Mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida hanya ke satu arah dan mencegah aliran ke arah sebaliknya. Mempunyai beberapa tipe lagi berdasarkan bagian dalamnya seperti double-plate, swing, tilting, dan axial. Gambar 2.13 Check Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Program Studi Teknik Mesin 16

13 Fitting (Sambungan) Fitting diperlukan untuk mengubah arah baik 45 maupun 90 dan melakukan percabangan maupun merubah diameter aliran. Sambungan tersebut antara lain : Elbow 45 Untuk membuat percabangan 45 dari pipa utama. Gambar 2.14Elbow 45 (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Elbow 90 Untuk membuat percabangan 90 dari pipa utama. Gambar 2.15Elbow 90 (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Program Studi Teknik Mesin 17

14 Elbow 180 Untuk membalik arah aliran pipa utama Reducer (Pemerkecil) Gambar 2.16Elbow 180 (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Reducer adalah komponen dalam pipa yang mengurangi ukuran pipa dari yang lebih besar untuk ke yang lebih kecil (dalam diameter). Panjang pengurangan biasanya sama dengan rata-rata diameter pipa yang lebih besar dan lebih kecil. Ada dua jenis reducer yaitu, concentricreducerdaneccentric reducer. Gambar 2.17Reducer Consentric (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Program Studi Teknik Mesin 18

15 Gambar 2.18Reducer Eccentric (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Cross (Silang) Biasa juga disebut dengan sambungan empat arah (4-way fittings).sambungan silang memiliki satu masukan (inlet) dan tiga keluaran (outlet) atau sebaliknya. Sambungan silang dapat menghasilkan tegangan yang besar pada pipa dan perubahan temperatur, karena fitting silang merupakan titik pertemuan empat koneksi saluran. Gambar 2.19Cross (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Cap (Penutup) Salah satu jenis sambungan pipa, biasanya digunakan untuk menutup aliran aliran fluida cair atau gas pada ujung saluran pipa. Sambungan ini dapat berupa sambungan dengan las, ulir maupun solder. Program Studi Teknik Mesin 19

16 Gambar 2.20Cap (Penutup) (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Tee Sambungan T (fitting tee) merupakan jenis sambungan yang paling umum digunakan. Jenis fitting T yaitu tee equal dan fitting teenon equal. Digunakan untuk menggabungkan dua aliran fluida (split) dari arah yang berlawanan. Gambar 2.21Tee (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Union Sambungan union hampir mirip dengann sambungan kopling, kecuali disainya dibuat untuk memungkinkan kecepatan aliran fluida dan mempermudah dalam hal perawatan sistem pemipaan. Program Studi Teknik Mesin 20

17 Gambar 2.22Union (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Weldolet Weldolet adalah jenis fitting yang digunakan untuk membuat cabang dengan ukuran lebih kecil dari pipa utamanya. Weldolet biasanya dipakai pada pemipaan dengan tekanan dan temperatur tinggi dimana sambungan las dengan tipe buttweld. Gambar 2.23Weldolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Program Studi Teknik Mesin 21

18 Elbolet elbow. Elbolet digunakan untuk membuat percabangan tangensial pada suatu Gambar 2.24Elbolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Latrolet Sambungan latrolet dengan pengelasan dan membuat sudut yang umumnya 45. Gambar 2.25Latrolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Program Studi Teknik Mesin 22

19 Swepolet Swepolet digunakan untuk membuat percabangan 90.Umumnya dipakai pada pipa transmisi dan distribusi (pipe line system). Gambar 2.26Swepolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) 2.2 Pengertian Pompa Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut dibutuhkan untuk mengatasi hambatanhambatan selama pengaliran. Pompa digunakan secara luas diberbagai bidang kegiatan, seperti : industri otomotif, industri pertanian, rumah tangga dan berbagai macam kegiatan lainnya. Satu sumber umum mengenai terminology, definisi, hukum dan standar pompa adalah Hydraulic Institute Standards. Hydraulic Institute Standards telah disetujui oleh American National Standards Institute (ANSI) sebagai standar internasional. 2.3 Klasifikasi Pompa Klasifikasi pompa berdasarkan tipe didefiniskan oleh Hydraulic Institute yang ditunjukkan pada Gambar : Program Studi Teknik Mesin 23

20 Reciprocating pump Positive Displacement Blow case Rotary pump Pumps Centrifugal pump Non Positive Displacement Regenerative turbine Special effect 2.4 Pompa Sentrifugal Gambar 2.27 Klasifikasi pompa Pompa Sentrifugal merupakan pompa non positive displacement yang menggunakan gaya sentrifugal untuk menghasilkan head untuk memindahkan zat cair. Pompa Sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeller atau lebih yang dilengkapi dengan sudu-sudu yang dipasang pada poros yang berputar dan ditutup atau diselubingi dalam sebuah rumah (casing). Gambar 2.28 Pompa Rumah Keong (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:26) Pompa sentrifugal dikenal sebagai pompa pembangkit tekanan. Pompa sentrifugal memiliki elemen berputar yang memberikan energi kepada fluida. Volute casing mengarahkan fluida ke sisi buang. Program Studi Teknik Mesin 24

21 Gambar Daerah kerja beberapa jenis pompa sentrifugal (Tubin Pompa Dan Kompresor, Fritz Dietzel, hal:282) Pompa sentrifugal memiliki konstruksi yang membuat aliran fluida yang keluar dari impeller akan melalui sebuah bidang tegak lurus poros pompa. Pompa Sentrifugal terdiri dari dua bagian : 1. Impeller, yaitu element yang memberikan energi ke zat cair dengan gerakan berputar. 2. Casing atau kerangka impeller yang didesain untuk mengalirkan zat cair ke impeller dan mengeluarkannya. Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal : Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.30, mempunyai sebuah impeller untuk mengangkat fluida dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Program Studi Teknik Mesin 25

22 Gambar 2.30 Prinsip kerja pompa sentrifugal (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:23) Pompa digerakkan oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair yang ada pada impeller akan ikut berputar karena dorongan sudu-sudu. Karena timbulnya gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari eye of impeller keluar melalui saluran diantara sudu dan meninggalkan impeller dengan kecepatan tinggi. Zat cair yang mengalir keluar dari impeller dengan kecepatan tinggi ini kemudian mengalir melalui saluran yang penampangnya makin membesar (volute/diffuser), sehingga terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Maka zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. Pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang diantara sudu-sudu menjadi vacuum sehingga zat cair akan terisap masuk. Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar (tekan) dan flens masuk (isap) disebut head total pompa. Untuk pompa dengan head total yang tinggi dan kapasitas aliran yang kecil, cenderung memiliki harga kecepatan spesifik yang kecil. Sebaliknya dengan head total yang rendah dan kapasitas aliran yang besar, harga kecepatan spesifik pompa akan menjadi besar. Hal ini dapat dilihat pada Gambar Program Studi Teknik Mesin 26

23 Gambar 2.31 Kecepatan spesifik (n s ) dan bentuk impeller (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:28) Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, head potensial pada fluida yang mengalir secara kontinyu. 2.5 Klasifikasi Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu : Menurut jenis aliran dalam impeller a). Pompa aliran radial Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeller akan tegak lurus poros pompa (arah radial). Gambar 2.32 Pompa sentrifugal aliran radial (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:24) Program Studi Teknik Mesin 27

24 b) Pompa aliran aksial Aliran zat cair meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial) Gambar 2.33 Pompa aliran aksial (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:25) c) Pompa aliran campuran Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeller bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial. Impeller Sudu antar Gambar 2.34 Pompa sentrifugal aliran campuran (Pompa & Kompresor, Sri Utami Hal:24) Program Studi Teknik Mesin 28

25 2.5.2 Menurut jenis impeller a) Impeler tertutup Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. b) Impeler setengah terbuka Impeller jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya : air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, lumpur dll. c) Impeler terbuka Impeller jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang. Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu. Jenis ini banyak mengandung kotoran. Gambar 2.35 Pompa jenis impeler tertutup dan impeler terbuka (Pompa & Kompresor, Sri Utami Hal:25) Program Studi Teknik Mesin 29

26 Menurut bentuk rumah a) Pompa volute Bentuk rumah pompa seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bias dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan. Gambar 2.36 Pompa volute (Pompa & Kompresor, Sri Utami Hal:26) b) Pompa diffuser Pada bagian sekeling luar impeller di pasang sudu difusser sebagai pengganti rumah keong. Gambar 2.37 Pompa diffuser (Pompa & Kompresor, Sri Utami Hal:26) c) Pompa aliran campur jenis volut Pompa ini mempunyai impeller jenis aliran campuran dan sebuah rumah volut. Program Studi Teknik Mesin 30

27 2.5.4.Menurut jumlah tingkat a) Pompa satu tingkat Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller. Gambar 2.38 Pompa satu tingkat (Pompa & Kompresor, Sri Utami Hal:26) b) Pompa bertingkat banyak Pompa ini menggunakan beberapa tingkat impeller yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. zat cair yang keluar dari impeller pertama dimasukkan ke impeller berikutnya dan seterusnya hingga impeller terakhir. Head totalnya merupakan jumlah dari head yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relative tinggi. Gambar 2.39 Pompa bertigkat banyak (Pompa & Kompresor, Sri Utami Hal:27) Program Studi Teknik Mesin 31

28 Menurut letak poros Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horizontal dan poros vertikal Gambar 2.40 Pompa dengan poros vertikal dan horisontal (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:27) 2.6 Komponen Komponen Pompa Sentrifugal Secara garis besar komponen-komponen pada pompa sentrifugal terbagi menjadi dua bagian, yaitu : Gambar 2.41 Susunan Pompa Sentrifugal (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal:75) Program Studi Teknik Mesin 32

29 a) Komponen berputar, yaitu impeller, poros (shaft), kopling pompa, dan shaft protection sleeve. b) Komponen statis (diam), yaitu casing pompa (rumah impeller dan bearing), mechanical seal, dan oil seal. 2.7 Sifat Aliran Fluida Pada Pipa 1 Aliran Laminer Aliran fluida jenis ini akan terjadi apabila kecepatan fluida yang mengalir melalui pipa rendah, maka gerakan alirannya akan konstan (steady) baik besarnya maupun arahnya pada sembarang titik. Aliran laminer dapat diketahui dari perhitungan Reynold Number.. V. D R e... Ref. 2 hal:13 dimana ; density fluida [ ] V Kecepatan aliran fluida [ ] D Diameter dalam pipa ] Viskositas dinamik [ ] v Viskositas kinematik [ ] Program Studi Teknik Mesin 33

30 Tabel 2.2 Sifat-sifat fisik air (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:27) Aliran fluida dikatakan bersifat laminer jika 2 Aliran Turbulent R e < 2300 Aliran ini terjadi apabila kecepatan fluida tinggi, aliran tidak lagi steady namun bervariasi baik besar maupun arahnya pada sembarang titik. Aliran akan bersifat turbulent jika hasil perhitungan Reynold Number R diatas 4000 (Re > 4000, aliran turbulen). 2.8 Persamaan Dasar Aliran Fluida Q = m.... Ref. 2 hal:5 e dimana : Q =Kapasitas aliran yang direncanakan [ ] Program Studi Teknik Mesin 34

31 m =Aliran masa [ ] υ = volume spesifik di dapat dari tabel A-4a(Instalasi Pembangkit Daya, M.M.El-Wakil) T=30 o C. 2.9 Kerugian Aliran Dalam Pipa Kerugian aliran (Head Loss) pada saluran tertutup dapat digolongkan menjadi dua, yaitu head loss mayor dan head loss minor. Head loss Head Loss adalah sutu kerugian aliran yang terjadi sepanjang saluran pipa, baik itu pipa lurus, belokan, saringan, katup dan sebagainya. Head Loss dapat digolongkan menjadi dua, yaitu : 1. Head loss mayor Merupakan suatu kerugian aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan antara fluida dengan dinding saluran pipa lurus. Besarnya head loss mayor dapat dihitung menggunakan persamaan Darcy-Weysbah sebagai berikut : 2 L V H l f..... Ref. 2 hal:13 D 2. g Dimana : f koefisien kerugian gesek L Panjang pipa D Diameter dalam pipa V kecepatan aliran fluida [ ] Program Studi Teknik Mesin 35

32 g Percepatan gravitasi [ ] Besarnya koefisien gesek f dapat diketahui dari jenis aliran yang terjadi. Untuk aliran laminer, besarnya koefisien gesek f dapat dihitung dengan persamaan : f Ref. 2 hal:14 R e Untuk aliran turbulent, besarnya koefisien gesek f dapat dihitung dengan persamaan Darcy, Rumus ini berlaku atas dasar kerugian head untuk panjang pipa ratusan meter. f 0,0005 0, Ref. 2 hal:14 D Dimana : D = adalah diameter dalam pipa Dapat juga melalui Moody Diagram dengan menarik garis harga harga Relative Roughness. D R e diplotkan 2. Head loss minor Kerugian aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan yang terjadi pada komponen tambahan (asesoris) seperti elbow, katup, fitting dan lain sebagainya sepanjang jalur perpipaan. Besarnya head loss minor tergantung dari koefisien tahanan K asesoris yang digunakan. Untuk koefisien kerugian berbagai asesoris dapat dilihat pada lampiran) : Program Studi Teknik Mesin 36

33 2 V H lm K. 2. g 2 V f.... Ref. 2 hal:19 2. g dimana : f Koefisien kerugian gesek V Kecepatan aliran fluida [ ] g Percepatan gravitasi [ ] K Koefisien tahanan 2.10 Head Instalasi Head pompa adalah energi per satuan berat fluida yang diberikan oleh pompa sehingga fluida tersebut dapat mengalir dari suction ke discharge. Head pompa disini meliputi : 1. Head Statis Head statis terdiri dari : a. Pressure Head Merupakan energi yang terdapat pada fluida akibat perbedaan tekanan antara suction reservoir dengan discharge reservoir. Adapun besarnya pressure head dapat dirumuskan sebagai berikut : H p P dr P sr... Ref. 2 hal:11 Program Studi Teknik Mesin 37

34 b. Elevation Head Merupakan head yang disebabkan oleh adanya perbedaan ketinggian dari permukaan fluida di suction reservoir dengan permukaan fluida di discharge reservoir dengan sumbu pompa sebagai acuannya. Head ini diberi notasi H z. Jadi head statis dapat dirumuskan : H st P dr P sr H z... Ref. 2 hal:11 dimana : P Tekanan pada discharge reservoir [ ] dr P Tekanan pada suction reservoir [ ] sr. g Berat jenis fluida [ ] H z Elevation head Ada dua macam instalasi pada pipa suction, yaitu : Suction Head Suction head adalah suatu instalasi pipa suction dimana permukaan fluida terletak diatas sumbu pompa. Bersarnya elevation head adalah : H z H d H s... Ref. 2 hal:11 Program Studi Teknik Mesin 38

35 dimana : Hd = Head discharge [m] Hs = Head suction [m] Suction Lift Suction lift adalah suatu instalasi pipa suction dimana permukaan fluida terletak dibawah sumbu pompa. Adapun besarnya elevation head adalah : H z H d H s... Ref. 2 hal:11 dimana : Hd = Head discharge [m] Hs = Head suction [m] (a) (b) Gambar 2.42 Instalasi pada pipa suction, suction lift (a) dan suction head (b) 2. Head Dynamis Head dynamis merupakan head pompa yang terdiri dari : Program Studi Teknik Mesin 39

36 a. Velocity Head Merupakan head yang disebabkan oleh adanya perbedaan kecepatan fluida di suction reservoir dengan di discharge reservoir. Dapat dirumuskan sebagai berikut (Pompa&Kompresor, Sri Utami, hal:12) : V h Vdr V 2g sr... Ref. 2 hal:12 b. Head Loss Merupakan penjumlahan total antara head loss mayor dengan head loss minor. Jadi head dynamis dapat dirumuskan : H dyn V 2 dr V 2g 2 sr H L... Ref. 2 hal:12 dimana : V dr Kecepatan aliran pada discharge reservoir [ ] V sr Kecepatan aliran pada suction reservoir [ ] g = Percepatan gravitasi [ ] 3. Head Total Instalasi Head total instalasi merupakan pejumlahan dari head statis dengan head dynamis. Head ini menyatakan besarnya kerugian yang harus diatasi oleh pompa dari seluruh komponen-komponen yang ada. Head total instalasi dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : Program Studi Teknik Mesin 40

37 H inst H st H dyn P dr P sr V 2 V dr sr H z 2g 2 H L... Ref. 2 hal: Kavitasi Kavitasi merupakan salah satu fenomena dalam suatu aliran zat cair dalam pipa maupun pompa yang sangat merugikan. Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang mengalir, karena tekanannya berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuhnya sehingga akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair.seperti pada gambar : Gambar 2.43 Gejala kavitasi (Pompa & Kompresor, Sri Utami, Hal:27) Kantong uap akan membentuk gelembung pada sisi bawah impeler. Apabila gelembung bergerak dari daerah bertekanan rendah pada sisi masuk ke daerah tinggi-tekan yang dekat dengan ujung baling, gelembung ini akan Program Studi Teknik Mesin 41

38 hilang / pecah sehingga cairan menumbuk baling-baling dengan gaya yang sangat besar. Gambar 2.44 Kerusakan impeller akibat kavitasi Pada pompa, sisi isapnya sangat rawan terjadi kavitasi karena tekanannya yang rendah. Jika pompa dijalankan terus-menerus dalam keadaan kavitasi, akan menyebabkan kerusakan terhadap area tesebut, sehingga pada akhirnya terjadi erosi. Turunnya performance, timbulnya suara dan getaran, serta rusaknya pompa merupakan kerugian-kerugian dari timbulnya kavitasi. Oleh karena itu, kavitasi harus dicegah dengan berbagai cara, antara lain dengan memperpendek pipa sisi isap dan mengurangi aksesoris sisi isap Net Posotive Suction Head Head isap positif neto (NPSH) merupakan ukuran dari head suction terendah yang memungkinkan bagi cairan untuk tidak mengalami kavitasi. NPSH ini dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap terjadinya kavitasi. Ada dua macam NPSH, yaitu: 1. Net Positive Suction Head Available (NPSH A ) NPSH A adalah NPSH yang tersedia di instalasi pompa. NPSH A dapat dirumuskan : Program Studi Teknik Mesin 42

39 h sv Pa Pv h s H s... Ref. 2 hal:32 L Dimana : h NPSH yang tersedia pada instalasi ( m kolom air). sv Pa Tekanan absolut diatas permukaan cairan pada suction reservoir ( m kolom air). Pv Tekanan uap cairan yang dipompa pada temperatur pemompaan ( m kolom air). h Head isap statis (m kolom air). s H L s Head loss pada pipa isap (m kolom air). 2. Net Positive Suction Head Required (NPSH R ) NPSH R adalah NPSH yang diperlukan oleh pompa yang bersangkutan supaya dapat bekerja. NPSH R ditentukan oleh pabrik pembuat pompa tersebut. Yang besarnya tergantung dari banyak faktor, antara lain : desain impelernya, kecepatan putaran, sifat fluida yang dipompa. Agar pompa tidak mengalami kavitasi NPSH A harus lebih besar dari NPSH R. NPSH A > NPSH R Program Studi Teknik Mesin 43

40 2.13 Diameter Pipa (D) Untuk mengitung diameter dalam pipa menggunakan rumus :... Ref. 2 hal:5 Dimana : D = Diameter dalam pipa (m) Q = Kapasitas aliran (m 3 /s) V = Kecepatan aliran (m/s) Program Studi Teknik Mesin 44