BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk merubah energi mekanik menjadi energi

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mesin Fluida Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk merubah energi mekanik menjadi energi potensial dan sebaliknya, merubah energi mekanik dalam bentuk fluida, dimana fluida yang dimaksud adalah air, uap, dan gas. Berdasarkan pengertian diatas maka secara umum mesin mesin fluida dapat digolongkan dalam dua golongan yaitu : 1. Golongan mesin mesin kerja, yaitu berfungsi untuk merubah energi mekanis menjadi energi fluida, contohnya : pompa, blower, compressor, dan lain lain. 2. Golongan mesin mesin tenaga yang berfungsi untuk merubah energi fluida menjadi energi mekanis seperti : turbin air, turbin uap, kincir angin, dan lain lain. Pada pompa, lingkup penggunaan pompa sangat luas dengan berbagai kebutuhan terhadap kapasitas dan tinggi kenaikan yang berbeda beda, kadang kadang pompa harus dibuat secara khusus sedemikian rupa sesuai dengan kebutuhan terhadap kapasitas pompa yang diperlukan, tinggi kenaikan, dan bahan (fluida) yang akan dipompa, serta terdapat juga persyaratan khusus dari mana pompa tersebut akan dipasang, dari kemugkinan pemilihan mesin penggerak pompa dan dari masalah perawatan pompa tersebut. Definisi Fluida : Fluida adalah zat cair yang berubah bentuk secara kontiniu (terus menerus) bila terkena tegangan geser, berapa pun kecilnya tegangan geser tersebut. Gaya geser adalah komponen yang menyinggung permukaan dan gaya yang dibagi dengan luas permukaan tersebut adalah tegangan 3

2 geser rata rata pada permukaan itu. Tegangan geser pada suatu permukaan titik adalah nilai batas perbandingan gaya geser terhadap gaya luar hingga menjadi titik tersebut. Pada gambar 2.1 suatu zat ditempatkan diantara dua plat sejajar dengan jarak yang sedemikian luas sehingga pada keadaan tepi plat dapat diabaikan. Plat bawah dengan terpasang tetap, pada suatu gaya (F) diterapkan pada plat atas yang mengarahkan tegangan geser F/A pada zat apapun yang terdapat diantara plat plat itu. Adalah luas plat diatas, bila gaya F menyebabkan plat atas bergerak dengan suatu kecepatan (bukan nol) yang steady, walaupun F kecil kita dapat menyimpulkan bahwa zat diantara kedua plat tersebut adalah fluida. Gambar 2.1 Perubahan bentuk oleh penerapan gaya geser yang konstan (1) Fluida yang langsung bersentuhan dengan batas benda mempunyai kecepatan yang sama pada batas yang tidak terdapat gelinciran (slip). Hal ini merupakan hasil eksperimen yang telah dikaji pada percobaan percobaan yang tidak terhitung jumlahnya dengan mempergunakan berbagai jenis fluida dan bahan. Fluida adalah luas a, b, c, d mengalir ke posisi yang baru terhadap plat dan kecepatan U, berubah secara seragam dari nol pada plat yang diam (stasioner) sampai U, pada plat atas. Pada percobaan percobaan tersebut menunjukkan bahwa dengan 4

3 besaran besaran lainnya dipertahankan dengan konstan, F berbanding lurus dengan a serta U dan berbanding terbalik dengan tebal t dalam bentuk persamaan (1) Disini adalah faktor kesebandingan dan pengaruh fluida yang bersangkutan tercakup didalamnya jika tegangan geser : σ = F A Pada perbandingan U/t adalah kecepatan sudut garis a, b atau laju perubahan bentuk berkurangnya b, a, d. Kecepatan sudut tersebut juga dapat ditulis du/dy, karena baik u/t ataupun du/dy adalah lebih umum. Karena hal ini berlaku pada situasi situasi dimana kecepatan sudut serta tegangan geser berubah dengan y. Gradien kecepatan du/dy juga dapat dibayangkan sebagai lapisan yang bergerak relatif terhadap lapisan yang berdekatan, dalam bentuk differensialnya : (1) adalah merupakan hubungan antara tegangan geser dan laju perubahan bentuk bentuk sudut aliran fluida satu dimensi, faktor keseimbangan μ disebut viskositas. Yaitu ada tiga alasan yang jelas untuk meningkatkan tekanan pada fluida yang dipompa : 1. Ketinggian statis Tekanan air harus besar, untuk mengalirkan air dari satu tempat yang rendah ke tempat yang tinggi. Seperti : memindahkan air dari satu lantai pada bangunan ke lantai yang lebih tinggi atau memompakan air ke tempat yang lebih tinggi. 2. Gesekan Ini sangat perlu digunakan untuk memperbesar tekanan air yang mengalir keseluruh sistem perpipaan yang mengalami kerugian gesekan. 5

4 Air mengalir keseluruh sistem perpipaan, katup, dan benda benda yang mengakibatkan terjadinya kerugian gesekan di sepanjang jalur pipa. 3. Tekanan Dibeberapa sistem, ini perlu untuk memperbesar tekanan air pada suatu proses. Untuk mengalirkan air pada ketinggian yang berubah dan keseluruh saluran pipa. Tekanan pada air harus sering diperbesar untuk mengalirkan air kedalam tempat bertekanan. 4. Kecepatan Ini adalah factor lain yang perlu dipertimbangkan. Tidak semua kecepatan energi pada pompa dapat mengubah tekanan pada energi potensial. Saluran keluar pada hampir setiap pompa adalah ringan dibandingkan dengan saluran masuk pada setiap pompa. Karena cairannya adalah inkompresibel, kecepatan air meninggalkan pompa lebih tinggi dari pada masuk ke pompa Pompa Seperti telah dijelaskan terdahulu, pompa adalah mesin fluida yang digunakan untuk mengalirkan fluida inkompresibel (tidak dapat dimampatkan) dari suatu tempat ke tempat yang lain, dari suatu tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Dalam hal ini pembahasan pompa tidak terlepas dari pembahasan pipa isap (suction pipe) dan pipa tekan (discharge) yang secara keseluruhan juga tentang pemompaan (pumping system). Pompa adalah mesin yang digunakan untuk memindahkan fluida melalui sistem pipa dan untuk meningkatkan tekanan pada fluida. Pompa dapat lebih jauh membatasi mesin bila 6

5 menggunakan beberapa perubahan energi untuk meningkatkan tekanan fluida. Berikut ilustrasi pada pompa sentrifugal. Energi masuk kedalam pompa terjadi dengan menggunakan motor penggerak. Hampir secara umum motor penggeraknya adalah motor listrik. Cara lain untuk menggerakan energi adalah seperti menggunakan motor penggerak untuk memberi tekanan tinggi pada steam sehingga steam tersebut dapat menggerakan turbin, bahan bakar minyak penggerak mesin diesel, tekanan tinggi yang diberikan pada sistem hydraulic merupakan tenaga pada motor hydraulic, dll. Sisa energi yang diubah dibawa kedalam pompa itu sendiri. Perputaran poros pompa untuk menggerakan impeller pompa. Impeller berputar disebabkan fluida masuk ke pompa dan terjadi kecepatan yang besar. Energi kedua yang diubah didalam pompa, dimana masuknya tenaga ketika ditingkatkan energi kinetik pada fluida. Energi kinetik berfungsi pada massa dan kecepatan. Untuk meningkatkan kecepatan fluida maka diperbesar energi kinetik. Setelah fluida meninggalkan impeller, tapi sebelum masuk kedalam pompa, akhir perubahan energi yang terjadi ini disebut proses diffusi. Terjadinya perluasan daerah aliran disebabkan kecepatan fluida berkurang ketika masuk ke pompa, tapi sebaiknya dibawah kecepatan maksimum impeller. 7

6 Gambar 2.2 Diagram alir kerja pompa (4) Klasifikasi Pompa Bila ditinjau dari segi tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan dalam 2 jenis yaitu : 1. Pompa Tekanan Statis Pompa ini disebut juga positive displacement dimana head yang terjadi akibat tekanan yang diberikan terhadap fluida dengan cara energi yang diberikan pada bagian utama peralatan pompa menekan langsung fluida yang di pompakan. Jenis pompa yang termasuk dalam golongan statis adalah : a. Pompa Putar (Rotary Pump) Pompa rotary terdiri dari rumah pompa yang diam dan mempunyai roda gigi, baling baling, piston, nok (cam), segmen, sekrup dan lain sebagainya yang beroperasi dalam ruang bebas (cleareance) yang sempit. Sebagai ganti cairan pada pompa sentrifugal, pompa rotary akan menghisap cairan, mendorongnya melalui rumah pompa yang tertutup, hampir sama dengan piston pompa torak. Akan tetapi tidak seperti pompa torak, pompa rotary mengeluarkan cairan dengan aliran yang lancar (smooth). Sering dianggap 8

7 pompa untuk cairan kental, pompa rotary bukan terbatas pada bagian ini saja. Pompa ini akan mengalirkan hampir setiap cairan yang tidak mengandung bahan bahan padat atraktif dan keras. Susunan penggerak pompa rotary untuk desain aneka poros (multi shaft) terdiri dari dua jenis. Elemen pompa pada poros yang digerakkan dapat menggerakkan elemen pasangannya pada poros yang bebas akan tetapi, bila bahan bahan abrasive yang ada dalam cairan itu dapat menyebabkan keausan yang berlebihan atau bila elemen pemompa itu fleksible, roda gigi pengatur waktu (timing gear) akan menggerakkan poros yang bebas tadi. Ini akan memungkinkan elemen elemen pompa beroperasi dalam ruang bebas yang sempit tanpa terjadinya sentuhan yang keras. Gambar 2.3 (a) Pompa putar 2 cuping, (b) pompa putar 3 cuping, (c) pompa putar 4 cuping (6) b. Pompa Peristaltic Atau disebut juga pompa berpipa pleksibel atau juga pompa berselang sederhana. Pompa tipe ini dimana pipa terbuat dari bahan karet atau material lain yang diletakkan didalam rumah pompa. Roller atau cam berdempet pada rotor bertekanan. Aksi ini serupa/mirip dengan apa yang terjadi pada seseorang yang sedang menelan. Proses ini disebut peristaltic. Keuntungan pada pompa jenis ini berdasarkan fakta yang didapat adalah : 9

8 Pompa jenis ini tidak menggunakan mechanical seal atau sambungan packing. Dapat digunakan untuk memompa cairan yang mengandung korosi, sepanjang bahan dari pipa cocok dengan cairan yang dipompakan. Biaya relative murah. Gambar 2.4 Pompa Peristaltic(4) c. Pompa Impeller Pleksibel Dapat disebut juga pompa bersudu pleksibel. Dimana rotor terbuat dari ekstomeric seperti karet. Mata pisau pada impeller ini berbelok terus menerus dan meluruskan putaran poros antara sambungan suction dan discharge. 10

9 Untuk melenturkan mata pisau dilakukan dengan didiamkan, sebab cairan yang mengalir didalam rongga antara kedua mata pisau. Keuntungan dari pompa ini adalah : Dapat digunakan untuk cairan yang mengandung abrasive. Biaya relative murah. Kerugian dari pompa ini adalah : Memiliki batas aliran sebesar 150 gpm dan tekanan 60 psi. Pompa tidak dapat bekerja lama dalam keadaan kering. Gambar 2.5 Pompa Impeller fleksibel (4) d. Pompa Gear luar Yaitu memiliki 2 lubang gear, baik itu untuk tipe spur, helical atau herringbone. Tiga tipe gear ini dapat diilustrasikan pada gambar dibawah ini. Cairan terbawa diantara gigi gear dan diantara gigi diantara dinding casing. Gear spur sangat sederhana, dan umumnya biaya tidak sebanyak gear helical dan herringbone. Keduanya memiliki karakteristik yang bagus tapi memiliki tingkat kebisingan yang tinggi dan kurang efesien. 11

10 Cara kerja pompa ini adalah dengan menjerat cairan diantara gigi dimana lubang gigi tidak memiliki tempat untuk keluar. Karena cairan terjerat, maka cairan tersebut menekan didalam jarak ruang yang sempit dan ini akan menghasilkan kebisingan yang besar. Beberapa manufacture (pabrik) menyediakan keringanan pada area ini untuk memberikan dan dapat tempat pada fluida untuk keluar. Tipe ini memiliki kebisingan yang rendah memperbesar efesiensi, khususnya dengan cairan yang kental. Helical gear adalah dengan kata lain memberikan ruang yang sempit untuk fluida keluar. Bentuknya yang helix memberikan cairan ruang untuk keluar. Gear tipe ini umumnya efesien, tidak berisik. Sedangkan, herringbone gear harganya hampir mahal untuk pembuatannya. Tapi gear ini tidak berisik dan tidak menggunakan axial force. Keuntungan dari pompa gear external adalah dalam pengoprasian memiliki kecepatan yang relative tinggi. Dibuat dengan tekanan yang relative besar. Gear biasanya didukung oleh bearing dikedua sudut. Kerugian dari pompa ini adalah menggunakan banyak bushing pada area fluida. 12

11 Gambar 2.6 Pompa gear luar(4) e. Pompa bolak balik (Reciprocating Pump) Pompa bolak balik mempunyai bagian utama berupa torak atau diafragma yang bergerak bolak balik didalam selinder untuk dapat mengalirkan fluida. Pompa ini dilengkapi dengan katup katup, dimana fluida bertekanan rendah di hisap melalui katup hisap ke ruang selinder, kemudian ditekan oleh torak atau diafragma hingga tekanan statisnya naik dan sanggup mengalirkan fluida keluar melalui katup tekan. Pompa bolak balik memiliki langkah langkah kerja, pada langkah hisap maka terjadi kevakuman di dalam ruang silinder katup hisap terbuka maka cairan masuk ke ruang silinder, pada saat langkah tekan katup hisap tertutup dan katup keluar terbuka, sehingga fluida terdesak dan tekanan menjadi naik, kemudian aliran keluar melalui saluran keluar. Proses tersebut berlangsung terus menerus selama pompa bekerja. 13

12 Gambar 2.7 Pompa bolak balik / Reciprocating Pump (6) 2. Pompa Tekanan Dinamis Pompa ini disebut juga dengan Non Positive Displacement Pump, pompa tekanan dinamis terdiri dari poros, sudu sudu impeller, rumah volut, dan discharge. Energi mekanis dari luar diberikan pada poros pompa untuk memutar impeller. Akibat putaran dari impeller menyebabkan head dari fluida menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan. Ditinjau dari arah aliran yang mengalir melalui sudu sudu gerak, maka pompa tekanan dinamis digolongkan atas tiga bagian, yaitu : a. Pompa aliran radial Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran radial terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap poros dan head yang timbul akibat dari gaya sentrifugal itu sendiri. Pompa aliran radial mempunyai head yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan pompa jenis lain. b. Pompa aliran aksial Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran aksial terletak pada bidang yang sejajar dengan sumbu poros dan head yang timbul akibat dari besarnya gaya angkat dari sudu sudu geraknya. Pompa aliran aksial mempunyai head yang lebih rendah tetapi kapasitasnya lebih besar. 14

13 c. Pompa aliran campuran Pada pompa ini fluida yang masuk sejajar dengan sumbu poros dan keluar sudu dengan arah miring (merupakan perpaduan dari pompa aliran radial da pompa aliran aksial). Pompa ini mempunyai head yang lebih rendah namun mempunyai kapasitas lebih besar. (a) (b) (c) Gambar 2.8 (a) Pompa aliran radial, (b) Pompa aliran aksial, (c) Pompa aliran campuran (6) Jadi prinsip kerja dari pompa tekan dinamis adalah dengan mengubah energi mekanis dari poros menjadi energi fluida dan energi inilah yang menyebabkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada fluida yang mengalir secar kontiniu. Pada pompa tekanan dinamis terjadinya aliran fluida adalah akibat dari kenaikan tekanan di dalam fluida bukan akibat pergeseran volume impeller pemindahannya seperti yang terjadi pada pompa tekanan statis. Pada pompa tekanan dinamis dijumpai poros putar dengan kurungan sudu disekelilingnya, dan melalui sudu sudu inilah fluida mengalir secara kontiniu. Secara umum pompa tekanan dinamis dapat digolongkan atas : 15

14 a. Pompa efek khusus Pompa efek khusus merupakan salah satu jenis pompa tekanan dinamis, dimana tekanan di dalam fluida terjadi secara spesifik. Beberapa contoh dari pompa jenis ini adalah pompa zet, pompa elektro magneti, pompa hidrolik. b. Pompa elektro magnetic Pompa elektro magnetik menggunakan prinsip elektro magnetik untuk memindahkkan fluidanya. Sehingga yang biasa dipindahkan adalah cairan metal. Pompa jenis ini banyak digunakan dalam instalasi nuklir. Kelebihan pompa jenis ini dapat memompakan fluida panas dan tidak mempunyai bagian yang bergerak sehingga tidak terlalu bising. c. Pompa zet Pompa zet umumnya dikombinasikan bekerja bersama-sama dengan pompa sentrifugal. Karena dengan kombinasi ini diperoleh beberapa keuntungan, baik dari segi mekanis maupun hydrolis. Keuntungan mekanis adalah tidak ada bagian yang bergerak dalam sumur dimana pompa ini biasa digunakan. Gambar 2.9 Pompa Zet (6) 16

15 NPSH dan Kavitasi NPSH adalah singkatan dari net positive suction head. Ini sangat penting untuk memahami konsep karena permasalahan pada HPSH diantaranya hampir secara umum dikarenakan kegagalan pompa dan sering terjadi kesalahan. NPSH harus dibahas ketika menggunakan pompa sentrifugal untuk memprediksi kemungkinan kavitasi. Penomena yang terjadi ketika gelembung gelembung udara terbentuk dan bergerak sepanjang sudu impeller. Gambar 2.10 Proses terjadinya kavitasi (4) Gambar diatas menunjukkan tekanan dalam membesar ketika aliran bergerak sepanjang sudu impeller. Ketika titik mencapai pada tekanan luar pada gelembung udara yang besar maka gelembung udara akan pecah. Penomena akan terbentuknya dan beruntunnya gelembung udara pecah ini disebut kavitasi. Sebagai pendekatan pompa, orang umumnya mengandaikan bahwa bila tekanan mutlak dalam suatu titik dalam zat cair mencapai tekanan uap untuk temperatur bersangkutan, rongga 17

16 rongga dan gelembung gelembung akan terbentuk, rongga rongga ini akan mengandung uap fluida gas bebas. Gejala pembentukan rongga dan pecahnya rongga itu disebut dengan kavitasi, kavitasi yang sudah membahayakan akan mengurangi unjuk kerja pompa atau menambah rugi rugi mekanik dan menjadi berisik, meningkatkan getaran dan mengkorosikan logam dari impeller. Akan ada sebagian titik dalam zat cair didalam pompa dimana tekanan minimum umumnya di daerah sparasi aliran dan begitu tekanan sekeliling berkurang, tekanan uap akan tercapai dan kavitasi dimulai dititik tersebut. Sehubungan dengan kondisi ini akan terjadi mutlak yang tetap dibagian muka masukan pompa untuk debit tertentu melalui pompa itu : 1. Faktor penyebab kavitasi Tekanan hisap (Hs) terlalu tinggi Penampang pipa (poros impeller) terlalu kecil Adanya getaran dan lekukan pada pipa hisap Kecepatan putaran impeller lebih besar dari kecepatan aliran fluida Temperatur fluida yang terlalu tinggi 2. Pengaruh kavitasi Terjadinya erosi dan korosi pada bagian dimana kapitasi terjadi sehingga elemen elemen pompa menjadi rusak Perubahan energi kecepatan menjadi energi tekan oleh sudu sudu menjadi kurang sempurna dan akibatnya effisiensi akan turun Terjadi gesekan pada sudu sudu impeller 18

17 3. Pencegahan kavitasi Untuk menghindari terjadinya kavitasi pada pompa maka dengan mengusahakan agar kecepatan aliran air masuk impeller sedikit besar dari pada kecepatan pada sisi hisap. Seperti telah kita ketahui bahwa gesekan yang terjadi sebanding dengan harga kecepatan pangkat dua, berarti kecepatan aliran air terjadi semakin kecil maka diameter dari mata impeller akan menjadi tidak sempurna. Berdasarkan beberapa pertimbangan diatas maka harga kecepatan aliran masuk impeller diambil sedikit lebih besar dari pada kecepatan aliran air pada sisi hisap, dan masih berada dalam batasan yang diizinkan. Dalam perencanaan instalasi pompa, hal-hal berikut ini harus diperhitungkan untuk menghindari kavitasi : Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap harus dibuat serendah atau sedekat mungkin agar head hisap statis menjadi rendah. Pipa suction pompa harus dibuat sependek mungkin jika terpaksa dipakai pipa hisap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang diameternya satu nomor lebih besar untuk mengurangi kerugian gesek. Tidak dibenarkan sama sekali untuk memperkecil laju aliran dengan menghambat aliran sisi hisap. Jika pompa mempunyai head total yang berlebihan maka pompa akan bekerja dengan kapasitas aliran yang berlebihan pula sehingga kemungkinan akan terjadinya kavitasi menjadi lebih besar karena itu head total pompa harus ditentukan sedemikian hingga sesuai dengan yang diperlukan pada kondisi operasi yang sesengguhnya. Tiga kelas pompa yang digunakan sekarang in adalah sentrifugal, rotari (rotary) dan torak (reciprocating). Istilah ini hanya berlaku pada mekanika fluida, bukan pada desain pompa 19

18 itu sendiri. Hal ini penting, sebab banyak pompa dibuat dan dijual untuk keperluan khusus, hanya dengan melihat detail desain terbaik saja, sehingga masalah yang berdasarkan kepada kelas dan jenis menjadi terlupakan. Masing masing kelas selanjutnya dibagi lagi menjadi sejumlah jenis yang berbeda. Misalnya yang termasuk klasifikasi pompa rotary adalah pompa kam (cam), sekrup, roda gigi, dan sebagainya. Masing masing merupakan jenis yang khusus dari pompa rotary. Untuk maju ke langkah yang berikutnya, dapat diperhatikan bahwa pompa bahan bakar yang banyak dipakai sekarang ini. Pompa jenis ini merupakan jenis rotary tiga-sekrup yang tersedia dengan rotor rotor yang terbuat dari berbagai bahan yang berbeda dengan empat cara penyeimbangan dorongan aksial. The hydraulic Institute menyarankan bahwa klasifikasi standar hanya dianggap berlaku untuk satu jenis saja, yang selanjutnya terserah kepada pembuat untuk membuat detail yang akan dikembangkan dan telah distandarisasi untuk pompa tersebut. Jadi, dalam memilih sebuah pompa, sering diperlukan ketelitian membandingkan detail demi detail sejumlah pompa. Dalam mengklasifikasikan standar pompa sentrifugal misalnya, The Hydraulic Institute membaginya berdasarkan : tingkatan (satu tingkat atau dua tingkat), jenis rumah pompa/casing (rumah keong, lingkaran, atau difuser), kedudukan (poros horizontal atau vertikal), hisapan (tunggal atau ganda). Bila kita tinjau berdasarkan bahannya, konstruksi The Hydraulic institute memakai penandaan penandaan sebagai berikut : Sebagian brons Serba brons Brons dengan komposisi khusus Serba besi Sebagian baja tahan karat 20

19 Serba tahan karat. Pompa yang bahannya sebagian brons mempunyai rumah yang terbuat dari besi cor, impeller, rumah cincin (casing ring) dan selongsong (bila dipakai) dari brons. Pada pompa serba brons setiap bagian yang berhubungan langsung dengan cairan terbuat dari brons sesuai standar pembuatan pompa. Demikian juga dengan penandaan (3) kecuali bagian yang terbuat dari komposisi brons yang sesuai dengan penggunaan pompa tersebut. Pompa serba besi mempunyai bagian yang terbuat dari logam besi yang berhubungan langsung dengan cairan yang dipompakan. Pada pompa yang terbuat dari sebagian bahan tahan karat, rumah pompa dibuat dari bahan yang sesuai untuk keperluaannya, sementara impeller, cincin impeller, dan selongsong poros (bila dipakai) terbuat dari baja tahan korosi yang sesuai dengan cairan yang akan dipompakan.pada pompa serba baja tahan karat, bagian bagian yang berhubungan langsung dengan cairan terbuat dari baja tahan korosi yang sesuai dengan penggunaannya, sementara poros adalah dari baja tahan korosi yang tingkatannya sama dengan bahan bagian bagian pompa selebihnya Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal dan instalasi pompa (sistem pemipaan, katup, dan lain-lain) adalah merupakan 2 buah sistem yang bekerja sama dan saling mempengaruhi. Dari garis pada diagram h q pompa sentrifugal, yang sebagai garis karakteristik pompa atau juga garis peredaman (hasil pengaturan pembukaan katup) yang diketahui ketergantungan kenaikan h terhadap kapasitas q. Perubahan karakteristik instalasi melalui (pengaturan pembukaan katup) karakteristik diubah dengan melalui atau menggunakan katup yang dipasang didalam sistem pipa saluran dengan meningkatkan besarnya kerugian arus aliran fluida maka akan mengakibatkan perubahan 21

20 dari karakteristik instalasi sehingga didapatkan titik potong yang baru dengan karakteristik pompa, gambar diatas pengaturan atau pencekikan (dengan cara memperbesar atau memperkecil pembukaan katup ) ini mudah dilaksanakan, tetapi karena caranya dengan memperbesar kerugian arus aliran fluida akibatnya biaya bekerjanya adalah tinggi. Di dalam titik perencanaan dengan petunjuk notasi besarnya daya untuk alat penggerak adalah ; P yang perlu 1 = V 1. φ. g. H B1 / η Dalam hal ini H statik + tahanan pipa. Dengan kecilnya pembekuan katup pencekikan berakibat kapasitas fluida didalam saluran tekanan berkurang menjadi V3 maka : P yang perlu 3 = V 3. Q. g. (H B3 + H v3 ) / η Bagaimanapun dayanya akan naik sebagai akibat pengaturan ini, tempat dari instalasi tidak berubah dan disini ada tambahan H v3. Sewaktu keadaan tidak tetap ( H statik yang kecil ) P yang perlu akan dapat lebih besar dari P, bila diperhatikan dari sisi instalasi pada suatu kapasitas 3 yang perlu 1 dari sisi instalasi pada suatu kapasitas V 3 tinggi kenaikan yang dibutuhkan hanya H B3. Tambahan H V3 adalah disebabkan oleh pengecilan pembukaan katup pencekik yang merupakan bentuk dari energi yang tidak berguna. Pengaturan dengan katup (throttle) terutama pada pompa radial harus hati - hati menggunakannya, karena meningkat keadaan hidrauliknya seperti yang ditunjukan oleh gambar karakteristik pompa, bahwa pengaturan dengan sistem pengaturan katup adalah yang paling cepat untuk diijinkan guna dipakai, tetapi hal ini terutama berlaku bila penyimpangan kapasitas yang dibutuhkan kapasitas nominalnya hanya berlangsung dalam waktu yang singkat, dan bila daya yang dibutuhkan mesin penggerak pompa pada kapasitas yang lebih kecil menjadi makin turun (kurang dan tidak bertambah naik). 22

21 Gambar 2.11 Pompa Sentrifugal (6) Klasifikasi Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu : 1. 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 2.12 Pompa Aliran radial (6) b. Pompa aliran campur Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya ke arah radial dan aksial 23

22 Gambar 2.13 Pompa Aliran campur (6) c. Pompa aliran aksial Aliran zat cair yang meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial) Gambar 2.14 Pompa aliran aksial (6) 24

23 2. Menurut jenis impeller a. Impeller tertutup Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. Gambar 2.15 Impeller tertutup (6) b. Impeller 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, slurry, dll c. Impeller 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 digunakan untuk pemompaan zat cair yang banyak mengandung kotoran. 25

24 3. Menurut bentuk rumah a. Pompa volute Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan. Gambar 2.16 Pompa volut (6) b. Pompa diffuser Pada keliling luar impeller dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong. Gambar 2.17 Pompa diffuser (6) c. Pompa aliran campur jenis volute Pompa ini mempunyai impeller jenis aliran campur dan sebuah rumah volute. 26

25 4. Menurut jumlah tingkat a. Pompa satu tingkat Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller, jadi relatif rendah. b. Pompa bertingkat banyak Pompa ini menggunakan beberapa 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 total pompa ini merupakan jumlah dari head yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relatif tinggi. Gambar 2.18 Pompa bertingkat banyak (6) 5. Menurut letak poros Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal dan poros vertikal seperti pada gambar berikut ini : Gambar 2.19 Poros vertical&poros horizontal (6) 27

26 Kerja Pompa Sentripugal Pompa digerakkan oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair yang ada dalam impeller akan ikut berputar karena dorongan sudu - sudu. Karena timbulnya gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu dan meninggalkan impeller dengan kecepatan yang tinggi. Zat cair yang 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 vakum sehingga zat cair akan terisap masuk. Selisih energi per satuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar (tekan) dan flens masuk (isap) disebut head total pompa. Gambar 2.20 Keterangan Pompa Sentrifugal (6) 28

27 Horse power (HP) dan Efesiensi Pompa Horse power (HP) mengacu pada banyaknya energi yang harus disalurkan untuk pengoprasian pompa. Pemahaman bagaimana untuk menghitung horse power (HP) dan bagaimana membaca dan mengerti data horse power yang menuju pada kurva performansi pompa yang diperlukan untuk memilih tipe penggerak untuk pompa. WHP (water horse power) adalah mengacu pada keluaran (output) pompa dimana fluida mendapatkan gravitasi dengan memberikan flow dan head, maka WHP dapat dirumuskan dengan : Dimana : (Literatur 4) Q : Kapasitas pompa (gpm) H : Head pompa (feet) s.g : Gravitasi spesifik (feet/sec 2 ) BHP (brake horse power) adalah daya yang sebenarnya yang harus disuplai. BHP merupakan input dari daya pompa yang dirumuskan dengan : dimana ; (Literatur 4) Efesiensi pompa dapat ditentukan dengan tabel dibawah ini : 29

28 Gambar 2.21 Kurva Efesiensi pompa (4) Tekanan Head Tekanan head adalah head yang diperlukan untuk tekanan yang datang atau diam pada aliran atas atau aliran bawah pada sistem pompa. Ini adalah ukuran yang normal pada fluida untuk menyalurkan melalui tangki. h Sg τ =...(Literatur 4) 2,31 dimana ; s.g : Gravitasi spesifik (feet/sec 2 ) psi : Pound squere inchi 30

29 Poros Pompa Poros pompa digunakan untuk memutar impeller. Apabila tegangan yang berubah maka dapat terjadi kegagalan apabila tegangan maksimum sebenarnya banyak mengalami kerugian. Oleh karena itu dianjurkan pada poros pompa menggunakan material (bahan) yang kuat. Untuk menghitung diameter poros dapat menggunakan rumus dibawah ini ; dimana ; 0,333 P D =...(Literatur 3) n τ P : daya pompa (bhp) τ : tekanan head (psi) n : putaran pompa (rpm) Poros pompa adalah untuk menggantikan tegangan karena berat statis dan radial pada impeller, tegangan yang didapat pada sudu impeller atau sudu diffuser karena terjadinya interaksi antara poros pompa dengan poros penggerak atau terdapat torsi pada poros penggerak yang bervariasi dan beberapa factor lainnya Pemeriksaan terhadap Tegangan Torsi Tegangan yang dihasilkan dari poros pompa yang ditransmisikan oleh poros penggerak (motor) disebut torsi. Teknik yang sederhana untuk menentukan diameter poros pompa adalah dengan batas maksimum tegangan torsi. Nilai batas tegangan adalah berdasarkan material yang digunakan poros, temperatur dan kegunaan pada pompa tersebut. Untuk menghitung tegangan torsi dapat menggunakan rumus dibawah ini : 31

30 Tr τ =...(Literatur 3) J dimana ; T : torsi (in-lb) r : jari-jari poros (in) D : diameter poros (in) Pemeriksaan terhadap Tegangan Aksial Pada pompa sentrifugal, hasil dari daya aksial didapat dari aksi tekanan internal pada elemen yang berputar. Tekanan tersebut dapat dihitung berdasarkan beberapa variabel seperti letak impeller yang relatif dekat dengan dinding pompa, permukaan dinding yang kasar dan keseimbangan lubang secara geometri. Tegangan aksial dapat dirumuskan sebagai berikut : P σ =...(Literatur 3) A dimana ; P : daya pompa (bhp) Putaran Spesifik Putaran spesifik sangat berguna sebagai parameter untuk teknik yang meliputi rancangan dan aplikasi pompa sentrifugal. Untuk rancangan pompa harus mengetahui secara luas fungsi dari putaran spesifik dalam rancangan pompa. Sedangkan untuk aplikasi teknik, putaran spesifik menyediakan berbagai macam tipe pompa. Putaran spesifik adalah alat untuk membandingkan 32

31 berbagai macam pompa dan pemilihan efesiensi dan ekonomi pada pompa untuk perencanaan aplikasi. Pengetahuan secara teori pada rancangan pompa dan luasnya pengalaman pada aplikasi pompa mengindikasi keduanya bahwa nilai numerik putaran spesifik adalah sangat penting. Paktanya, didalam sebuah studi pada putaran spesifik akan membawa pada perlunya rancangan parameter untuk semua tipe pompa. Putaran spesifik selalu dihitung sama dengan BEP dengan diameter maksimum impeller dan satu tingkat. Putaran spesifik dapat dihitung di beberapa bagian tetap. Ini digunakan untuk mengubah jumlah hitungan ke beberapa unit sistem yang lain. Jenis impeller yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada putaran spesifiknya. Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan pompa untuk menghasilkan 1m dengan kapasitas 1 m 3 /s, dan dihitung dengan rumus : 0,5 Q Ns = n 0,75 h...(literatur 3) dimana; ns : Putaran spesifik (rpm) n : Putaran (rpm) Q : Kapasitas pompa (gpm) H : Head pompa (feet) 33

32 Impeller Jenis impeller yang digunakan adalah impeller tertutup. Impeller tertutup adalah sudu - sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. Untuk menentukan diameter impeller dapat menggunakan rumus dibawah ini ; D 2 0, ku h =...(Literatur 3) n dimana ; H : Head (feet) n : Putaran pompa (rpm) Ku : Head konstan (dari gambar 2.22) Gambar 2.22 Kurva Head Constant (3) 34

33 Berdasarkan kapasitas dan head pompa yang dibutuhkan maka jumlah sudu ditentukan pada tabel dibawah ini : Gambar 2.23 Kurva Percent Head rise (3) untuk menentukan tebal impeller dapat menggunakan rumus dibawah ini : Q 0,321 b2 = Cm2( D π Z Su) 2...(Literatur 3) dimana ; Q : Kapasitas (gpm) D2 : Diameter impeller (in) Su : Tebal sudu (in) Z : Jumlah sudu (dari gambar 2.23) Cm2 : km2 x (2gh) 0,5 35

34 Gambar 2.24 Kurva CapacityConstant (3) Eye (mata) Impeller Untuk menentukan diameter eye impeller dapat dilihat pada gambar dibawah ini : Gambar 2.25 Kurva Impeller eye diameter/outside diameter ratio (3) 36

35 Untuk menentukan luas area dapat menggunakan rumus dibawah ini : Eye area = Ai - As...(Literatur 3) dimana ; Ai = Luas area mata impeller (in 2 ) As = Luas area poros (in 2 ) Net Positive Suction Head (NPSH) Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis zat cair turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Agar dalam sistem pemompaan tidak terjadi kavitasi, harus diusahakan agar tidak ada satu bagian pun dari aliran pada pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Berhubung dengan hal ini didefinisikan satu head isap positif netto atau NPSH yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi. Ada dua macam NPSH yaitu NPSHA dan NPSHR. Untuk menentukan NPSHR dapat menggunakan rumus dibawah ini : Q 0,321 Cm1 =... (Literatur 3) Ae Dan D 1 n Ut =...(Literatur3)

36 Rumah Pompa Rumah pompa yang digunakan adalah jenis volute (rumah keong). Untuk menentukan parameter volute dapat menggunakan rumus dibawah ini : 0,04 Q A8 =...(Literatur 3) 0,5 K H 3 dimana ; Q : Kapasitas pompa (gpm) H : Head pompa (feet) K3 : Kecepatan konstan (dari gambar2.26) 38

37 Gambar 2.26 Kurva Volute velocity Constant (3) dibawah ini : Untuk menentukan lebar volute dan diameter cut water dapat menggunakan rumus Lebar volute (b3) = 1,75 x b2 (Literatur3) Diameter cut water (d3) = D2 x 1,06 (Literatur3) dimana ; b2 : Lebar impeller (in) d2 : Diameter impeller (in) 39