BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian pompa Pompa adalah peralatan mekanis untuk meningkatkan energi tekanan pada cairan yang di pompa. Pompa mengubah energi mekanis dari mesin penggerak pompa menjadi energi potensial tekan. Pengubahan energi mekanis menjadi energi potensial tekan fluida tersebut dapat dilakukan dengan beberapa cara: a. Menggunakan plunger dengan gerakan bolak balik. b. Menggunakan sudu atau impeler yang berputar. c. Menggunakan fluida perantara baik gas maupun cair yang berkecepatan tinggi, kemudian dicampur dengan fluida yang berkecepatan rendah yang akan dipompakan. d. Memangas atau udara bertekanan tinggi yang diinjeksikan ke saluran fluida yang dipompakan. Pemakaian pompa awalnya hanya terbatas pada penyediaan air untuk keperluan sehari hari, tetapi seiring dengan berkembangnya teknologi pompa digunakan juga pada pabrik pabrik kimia, pertambangan minyak, perusahaan air bersih dan sektor sektor lain. Penggunaan pompa yang demikian luas dengan berbagai macam jenis dan bentuknya, memerlukan pengetahuan yang cukup untuk merancang, membuat, maupun memilih tipe pompa yang tepat sesuai dengan kondisi dan lingkungan operasi yang dilayaninya. Mulai dari tujuan penggunaannya, jenis dan sifat fluida yang dipompa, keadaan lingkungan, head dan kapasitasnya, pemilihan penggeraknya, bahkan sampai instalasi dan perawatannya, secara umum pompa berfungsi untuk: a. Memindahkan fluida dari tempat yang berkedudukan rendah ke tempat yang yang berkedudukan tinggi.
b. Memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain yang bertekanan lebih tinggi. c. Memindahkan fluida ke tempat lain dengan jarak tertentu. d. Sirkulasi pada suatu proses di industri. 2.2 Jenis-jenis pompa Pompa bekerja karena adanya perbedaan tekanan antara sisi masuk dan sisi keluar dari elemen bergerak pada pompa seperti impeler, piston, plunyer, lobe dan sebagainya. Pompa hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pompa-pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif. (Gambar 2.1) Gambar 2.1 Berbagai Jenis Pompa Sumber : Pompa dan Sistim Pemompaan hal 5 Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun, pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan. 2.2.1 Pompa kerja positif atau pompa desak (positive displacement pump)
Perpindahan zat cair dalam pompa desak didasarkan pada pembesaran (kerja isap) dan kemudian pengecilan (kerja kempa) kembali ruang dalam rumah pompa. Kecepatan aliran volum (kapasitas) pada pompa desak berbanding lurus dengan jumlah pembesaran dan pengecilan ruang dalam rumah pompa tiap satuan waktu. Kapasitas pompa desak secara umum dapat dikatakan tidak dipengaruhi oleh tekanan yang dibangkitkan (head) dalam pompa. Jadi dapat disimpulkan bahwa kenaikkan tekanan (head) yang dapat dicapai secara maksimum pada pompa desak tidak tergantung pada jumlah pembesaran dan pengecilan ruang dalam rumah pompa tiap satuan waktu. Pada tekanan yang tinggi ada kemungkinan kapasitas sedikit berkurang hal ini kemungkinan disebabkan adanya kebocoran, yang termasuk dalam pompa ini adalah: 2.2.1.1 Pompa resiprok ( Reciprocating ) Pompa resiprok adalah pompa yang mengubah energi mekanis penggerak pompa menjadi energi aliran dari zat cair yang dipindahkan dengan menggunakan elemen yang bergerak bolak balik dalam silinder. Pompa resiprok atau pompa desak gerak bolak-balik dapat digolongkan dalam tiga jenis yaitu: pompa torak, pompa plunyer, dan pompa membran 2.2.1.1.1 Pompa torak Pompa torak merupakan pompa yang banyak digunakan dalam kelompok pompa desak gerak bolak-balik. Menurut cara kerjanya pompa torak dapat dikelompokkan dalam kerja tunggal dan kerja ganda. Sedangkan menurut jumlah silinder yang digunakan, dapat dikelompokkan dalam pompa torak sinder tunggal dan pompa torak silinder ganda. a. Cara kerja: 1) Kerja tunggal Untuk pompa torak kerja tunggal dan silinder tunggal, aliran cairan terjadi sebagai berikut. Bila batang torak dan torak bergerak ke atas, zat cair akan terisap oleh katup isap di sebelah bawah dan pada saat yang sama cairan yang ada disebelah atas torak
akan terkempakan ke luar. Jika torak bergerak ke bawah katup isap akan tertutup dan katup kempa terbuka sehingga cairan tertekan ke atas torak melalui katup kempa. Dengan gerakan ini maka akan terjadi kerja isap dan kerja kempa secara bergantian. Aliran cairan yang dihasilkan terputus-putus. Gambar 2.2 Skema prinsip kerja pompa torak kerja tunggal silinder tunggal Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 162 2) Kerja ganda Cara kerja pompa torak kerja ganda pada prinsipnya sama dengan cara kerja pompa torak kerja tunggal, tetapi pada pompa torak kerja ganda terdapat dua katup isap dan dua katup kempa yang masing-masing bekerja secara bergantian. Sehingga pada saat yang sama terjadi kerja isap dan kerja kempa. Karena itu aliran zat cair menjadi relatif lebih teratur. Untuk memperoleh kecepatan aliran zat cair yang lebih konstan dapat digunakan pompa torak kerja ganda
Gambar 2.3 Skema prinsip kerja pompa torak kerja ganda silinder tunggal Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 163 Kegunaan Pompa torak cocok digunakan untuk pekerjaan pemompaan dengan daya isap (suction head) yang tinggi disamping itu pompa torak dapat digunakan untuk memompa udara dalam kapasitas yang besar. 2.2.1.1.2 Pompa plunyer Cara kerja Prinsip kerja pompa plunyer sama dengan prinsip kerja pompa torak, tetapi torak diganti dengan plunyer. Kegunaan Pompa plunyer pada umumnya digunakan untuk aliran volum (kapasitas) yang kecil tetapi tekanan yang dapat dicapai lebih tinggi dari pada yang dapat dicapai dengan pompa torak. Pompa plunyer banyak digunakan untuk pompa bahan bakar motor diesel.
2.2.1.1.3 Pompa Membran Cara kerja Gambar 2.4 Prinsip kerja pompa plunyer Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 164 Pada pompa ini, pembesaran dan pengecilan ruang dalam rumah pompa disebabkan oleh membran yang kenyal. Seperti halnya pompa torak, pompa membran dapat digunakan sebagai kerja tunggal dan kerja ganda, dan juga memberikan aliran cairan yang terputus-putus. Kegunaan Pompa membran sering digunakan untuk memompa air kotor (pompa kepala kucing) dan dapat digunakan untuk pompa bahan bakar. Kelebihan pompa resiprok antara lain : Gambar 2.5 Prinsip kerja pompa membran Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 165 a. Tekanan yang dihasilkan tinggi, karena hanya dibatasi oleh tenaga dari unit pompa dan bagian dari unit pompa. b. Tekanan yang dihasilkan tidak tergantung kapasitasnya. c. Pompa dapat bekerja dengan pengisapan kering d. Menghasilkan tekanan tertentu pada setiap putaran atau langkah permenit Kerugian pompa resiprok adalah :
a. Gaya inersia yang timbul karena gerak bolak balik dari piston mengakibatkan gerakan yang tidak mantap dari cairan di dalam pipa isap dan pipa tekan. b. Kerja pompa membutuhkan katup katup, sehingga dari segi ekonomi kurang baik. c. Membutuhkan dimensi yang besar untuk mendapatkan kapasitas yang tinggi. d. Bekerja tidak maksimal apabila digunakan untuk cairan yang bercampur zat padat. 2.2.1.2 Pompa rotari Pompa rotari merupakan pompa dimana energi dari mesin penggerak ditransmisikan dengan menggunakan elemen yang berputar di dalam rumah pompa (casing). Secara umum prinsip kerja rotary pumps adalah sebagai berikut. Berputarnya elemen dalam rumah pompa menyebabkan penurunan tekanan pada saluran isap, sehingga terjadi aliran cairan dari sumber masuk ke rumah pompa. Cairan tersebut akan mengisi ruang kosong yang ditimbulkan oleh elemen-elemen yang berputar dalam rumah pompa tersebut, cairan terperangkap dan ikut berputar. Pada saluran kempa terjadi pengecilan rongga, sehingga cairan terkempakan ke luar. Untuk memperjelas hal ini akan dibahas satu-persatu jenis-jenis pompa yang termasuk jenis rotary pumps ini adalah: 2.2.1.2.1 Pompa vane Cara kerja Pompa berporos tunggal yang di dalam rumah pompa berisi sebuah rotor berbentuk silinder yang mempunyai alur-alur lurus pada kelilingnya. ke dalam aluralur ini dimasukkan sudu-sudu lurus yang menempel pada dinding dalam rumah pompa dan dapat berputar secara radial dengan mudah. Rotor ini dipasang asimetri dalam rumah pompa. Ketika rotor berputar tekanan dalam rumah pompa turun sehingga terjadi kerja isap dan pada saluran pemasukkan terjadi pembesaran ruang kosong, sehingga cairan dapat mengalir dari sumber dan mengisi rongga kosong
dalam rumah pompa. Pada tempat pengeluaran terjadi pengecilan ruang kosong sehingga pada tempat ini terjadi kerja kempa. Dengan cara ini secara berturut-turut terjadi kerja isap dan kerja kempa. Kegunaan Pompa dinding vane dapat digunakan sebagai pompa vakum. 2.2.1.2.2 Pompa gear Cara kerja Gambar 2.6 Skema prinsip kerja pompa sliding vane Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 170 Ketika roda gigi berputar, terjadi penurunan tekanan pada rumah pompa sehingga cairan mengalir dan mengisi rongga gigi. Cairan yang terperangkap dalam rongga gigi terbawa berputar kemudian dikempakan dalam saluran pengeluaran, karena pada bagian ini terjadi pengecilan rongga gigi Gambar 2.7 Skema prinsip kerja pompa roda gigi dengan penggigian luar Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 173
Kegunaan Saran umum untuk penggunaan gear pumps yaitu: Untuk mencegah terjadinya kemacetan dan aus saat pompa digunakan maka zat cair yang dipompa tidak boleh mengandung padatan dan tidak bersifat korosif. Pompa dengan penggigian luar banyak digunakan untuk memompa minyak pelumas atau cairan lain yang mempunyai sifat pelumasan yang baik. Pompa dengan penggigian dalam dapat digunakan untuk memompa zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas) tinggi, seperti tetes, sirop, dan cat. 2.2.1.2.3 Pompa screw Cara kerja g ambar 2.8 Skema prinsip kerja pompa roda gigi dengan penggigian dalam Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 175 Oleh gerak putar poros ulir zat cair mengalir dalam arah aksial. Pompa jenis ini hanya dapat digunakan untuk tekanan pada saluran kempa lebih rendah dari tekanan pada saluran isap dan bila zat cair yang dipompa mempunyai kekentalan tinggi. Pada keadaan kering pompa ini tidak dapat mengisap sendiri, sehingga sebelum digunakan pompa ini harus terisi cairan yang akan dipompa (dipancing). Kegunaan Sama halnya dengan pompa roda gigi, pompa ulir ini cocok untuk memompa zat cair yang bersih dan mempunyai sifat pelumasan yang baik. 2.2.1.2.3 Pompa lobe Cara kerja
Cara kerja pompa lobe pada prinsipnya sama dengan cara kerja pompa roda gigi dengan penggigian luar. Pompa jenis ini ada yang mempunyai dua rotor lobe atau tiga rotor lobe. Kegunaan Pompa lobe dapat digunakan untuk memompa cairan yang kental (viskositasnya tinggi) dan mengandung padatan. Pemilihan dua rotor lobe atau tiga rotor lobe didasarkan atas ukuran padatan yang terkandung dalam cairan, kekentalan cairan, dan kontinyuitas aliran. Dua rotor lobe cocok digunakan untuk cairan kental, ukuran padatan yang relatif kasar dengan kontinyuitas kecepatan aliran yang tidak halus. Gambar 2.9 Cara kerja pompa lobe Sumber : Sunyoto, Teknik Mesin jilid 2 hal 178 Kelebihan pompa rotari adalah : a. Ukuran keseluruhan lebih kecil sehingga lebih ringan b. Aliran zat cair yang dihasilkan uniform c. Dapat bekerja dengan putaran tinggi sehingga dapat dihubungkan dengan tenaga penggeraknya d. Tekanan yang dihasilkan dapat cukup tingi e. Dapat bekerja pada pengisapan kering f. Dapat dipasang/bekerja dengan berbagai posisi. 2.2.2 Pompa kerja dinamis (non positif displacement pump)
Pompa ini menambahkan energi fluida dengan menaikkan kecepatannya, yang selanjutnya mengubahnya menjadi energi tekan dengan melewatkannya pada sebuah saluran yang meluas, pompa ini terbagi menjadi beberapa jenis yaitu : 1.2.2.1 Pompa sentrifugal Cara kerja Dalam bentuknya yang sederhana, pompa sentrifugal terdiri dari dari sebuah kipas yang berputar dalam rumah pompa. Rumah pompa mempunyai dua saluran yaitu saluran isap dan saluran kempa. Terhadap arah putaran biasanya sudu-sudu kipas dibengkokkan ke belakang. Sebelum pompa dijalankan rumah pompa dan saluran isap harus terisi zat cair, untuk menjaga agar zat cair tidak mengalir dari saluran isap dan rumah pompa kembali ke sumber biasanya dibagian bawah saluran isap dipasang katup kaki. Bila kipas berputar dengan cepat, maka sudu-sudu kipas memberikan gerak berputar kepada zat cair yang berada di dalam rumah pompa. Gaya sentrifugal yang terjadi mendorong zat cair ke bagian keliling sebuah luar kipas dan terkempakan keluar. Karena itu pada lubang saluran masuk ke dalam kipas di dalam rumah pompa timbul ruang kosong sehingga tekanannya turun (hampa udara). Oleh sebab itu cairan dapat terdorong masuk ke dalam rumah pompa atau terjadi kerja isap. Pada keliling sebelah luar kipas, zat cair mengalir dalam rumah pompa dengan tekanan dan kecepatan tertentu. Zat cair mengalir sedemikian rupa dalam aliran yang tidak terputus-putus dari saluran isap melalui pompa ke saluran kempa.
Gambar 2.10 Skema prinsip kerja dan arah aliran dalam pompa sentrifugal Sumber : sularso haruo tahara pompa dan kompresor hal 4 Pompa sentrifugal jauh lebih banyak digunakan (lebih populer) dari pada pompa desak. Karena bila dibandingkan pompa desak pompa sentrifugal mempunyai beberapa kelebihan disamping kekurangan yang ada. Walaupun demikian untuk keperluan-keperluan tertentu tetap diperlukan pompa desak. Adapun kelebihan dan kekurangan yang dimililki pompa sentrifugal adalah sebagai berikut: Kelebihan 1. Pada aliran volum yang sama harga pembelian lebih murah. 2. Tidak banyak bagian yang bergerak (tidak ada katup) sehingga biaya perawatannya rendah. 3. Lebih sedikit memerlukan tempat. 4. Jumlah putaran tinggi sehingga memungkinkan digerakkan langsung oleh motor listrik atau turbin. 5. Jalannya tenang sehingga fondasi dapat dibuat ringan. 6. Bila konstruksi disesuaikan dapat digunakan untuk memompa cairan yang mengandung kotoran atau padatan. 7. Aliran zat cair yang diperoleh tidak terputus-putus.
Kekurangan 1. Randemen rendah terutama untuk aliran volum yang kecil dan daya dorong yang tinggi. 2. Dalam pelaksanaan normal tidak dapat menghisap sendiri. 3. Tidak cocok untuk memompa cairan yang kental, terutama pada aliran volum yang kecil. Pompa sentrifugal mempunyai cakupan yang luas dalam macam dan jenisnya, pompa jenis ini dikelompokkan berdasarkan: a. Jenis aliran dalam impeler 1) Pompa aliran radial Pompa aliran radial merupakan pompa yang arah aliran fluida saat keluar dari impeler tegak lurus dengan poros pompa. 2) Pompa aliran aksial Gambar 2.11 Pompa sentrifugal aliran radial Sumber : Sri Utami Handayani pompa dan kompresor hal 24 Pompa aliran aksial merupakan pompa yang arah aliran fluida saat keluar dari impeler bergerak sepanjang permukaan silinder searah poros pompa.
Gambar 2.12 pompa sentrifugal aliran aksial Sumber : Sri Utami Handayani pompa dan kompresor hal 25 3) Pompa aliran campur Pompa aliran campur merupakan yang mana fluida saat keluar dari impeler bergerak sepanjang permukaan kerucut sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial. Gambar 2.13 pompa sentrifugal aliran campur Sumber : Sri Utami Handayani pompa dan kompresor hal 24 b. Jenis impeler 1) Impeler tertutup Impeler tertutup merupakan impeler yang sudu-sudunya ditutup oleh dua buah dinding baik dibelakang maupun di depan sudu, pompa jenis ini cocok untuk fluida dengan sedikit sekali kotoran.
Gambar 2.14 jenis impeler Sumber : Sri Utami Handayani pompa dan kompresor hal 25 2) Impeler setengah terbuka Impeler jenis ini terbuka dibagian muka namun tertutup dibagian belakangnya. Pompa jenis ini digunakan untuk cairan yang mengandung sidikit kotoran. 3) Impeler terbuka Impeler ini terbuka di bagian depan maupun bagian belakangnya. Pompa ini digunakan untuk pemompaan fluida yang mengandung kotoran cukup tinggi. c. Bentuk rumah 1) Pompa volut Pompa volut merupakan pompa yang bentuk rumah (casing)nya seperti rumah keong dengan tujuan untuk mengubah energi kinetik menjadi energi tekan fluida. Gambar 2.15 pompa jenis volut
Sumber : sularso haruo tahara pompa dan kompresor hal 7 2) Pompa difuser Pompa difuser adalah pompa yang menggunakan difuser sebagai pengganti rumah keong. Gambar 2.16 pompa difuser Sumber : Sri Utami Handayani pompa dan kompresor hal 26 3) Pompa aliran campur jenis volut. Pompa ini merupakan pompa yang menggunakan impeler jenis campur serta sebuah rumah volut. d. Jumlah tingkat 1) Pompa satu tingkat Pompa ini hanya mempunyai satu impeler sehingga head total yang dihasilkannya relatif rendah. 2) Pompa bertingkat banyak Pompa ini memiliki beberapa impeler yang disusun secara berderet pada satu poros, sehingga zat cair yang keluar dari impeler yang pertama dimasukkan ke impeler yang kedua hingga impeler tingkat terakhir, dengan demikian head total yang dihasilkannya pun relatif tinggi yang merupakan penjumlahan head dari masing-masing impeler. e. Posisi poros 1) Poros mendatar
2) Poros tegak Gambar 2.17 posisi poros tegak dan mendatar Sumber : Sri Utami Handayani pompa dan kompresor hal 27 f. Sisi masuk impeler 1) Pompa isapan tunggal Pompa isapan tunggal merupakan pompa yang hanya menggunakan satu sisi sebagai, akibat dari hal ini adalah timbulnya gaya aksial ke arah sisi hisap pompa karena fluida masuk pada satu sisi impeler saja, sedangkan tekanan yang bekerja pada masing-masing tidak sama. Gaya ini dapat ditahan oleh bantalan aksial pada pompa ukuran kecil, untuk pompa ukuran besar dipakai cara tertentu untuk mengatasi masalah gaya ini. 2) Pompa isapan ganda Pompa isapan ganda menggunakan dua sisi sebagai tempat isapan, pada pompa jenis ini gaya aksial yang timbul dapat dinetralkan karena pompa memasukkan fluida dari dua sisi impeler sehingga gaya aksial yang timbul saling meniadakan. g. Belahan rumah. 1) Jenis belahan mendatar. Rumah (casing) pompa jenis ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian atas dan bagian bawah yang terbelah secara mendatar.
2) Jenis belahan radial Rumah jenis ini terbagi oleh sebuah bidang yang tegak lurus pompa 3) Pompa jenis berderet atau sejajar Rumah pompa jenis ini terbagi oleh bidang-bidang tegak lurus poros sesuai dengan jumlah tingkatnya. 2.2.2.3 Pompa jenis khusus a. Pompa dengan motor benam (Submersibel-motor) b. Pompa motor berselubung (Canned-motor) c. Pompa pasir 2.4 Pemilihan jenis pompa Ketepatan pemilihan pompa merupakan hal yang penting dalam mendapatkan efesiensi yang optimal. Efesiensi yang optimal dapat diperoleh apabila setiap komponen pompa sesuai dengan kondisi kerja, dengan kondisi kerja yang ada pompa harus dapat memompakan fluida kerja dengan kapasitas, tekanan serta berbagai sifat fluida yang telah ditentukan secara opimal. Setelah mengetahui kapasitas dan head yang diperlukan pada sistem instalasi, selanjutnya dapat dilakukan pemilihan pompa dengan menggunakan digram pemilihan pompa. Diagram ini berbeda beda untuk setiap merk dan jenis pompa dan biasanya telah disediakan oleh pabrik pembuatnya. Berikut ini adalah contoh diagram pemilihan pompa standar.
Gambar 2.18 pemilihan pompa standar Sumber : sularso haruo tahara pompa dan kompresor hal 52