BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Pompa Pompa adalah suatu peralatan mekanis yang digerakkan oleh tenaga penggerak dan digunakan untuk memindahkan cairan (fluida) dari suatu tempat ke tempat lain yang memiliki tekanan yang lebih tinggi dengan sistem pemipaan. Sistem kerjanya yaitu meningkatkan energi tekan pada cairan yang akan di pompa. Pompa mengubah energi mekanis dari tenaga pengerak atau motor menjadi energi potensial tekanan. Pengubahan energi mekanis menjadi energi potensial tekkanan fluida tersebut dapat dilakukan dengan beberapa cara: a. Pada pompa Non possitive displacement, menggunakan sudu atau impeler yang berputar. b. Pada pompa possitive displacement, menggunakan plunger dengan gerakan bolak balik pada plunger pump. Menggunakan screw yang berputar pada screw pump. c. Menggunakan fluida perantara. d. Menggunakan udara bertekanan tinggi yang diinjeksikan ke saluran fluida yang dipompakan. 5
6 2.2 Klasifikasi pompa Secara kesuluruhan pompa dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Gambar 2.1 Klasifikasi Pompa Secara garis besar, pompa dibagi menjadi dua bagian yaitu pompa non positive displacement dan pompa positive displacement. 2.2.1. Pompa non positive displacement Pengertian pompa non positive displacement yaitu jenis pompa yang menggunakan impeller atau baling-baling untuk memindahkan cairan dengan momentum putar, Pompa ini berlawanan prinsip kerjanya dengan pompa positive displacement. Beberapa jenis pompa non positive displacement antara lain:
7 1. Jet Pump Adalah salah satu jenis pompa non positive displacement yang prinsip kerjanya menggunakan hukum venturi, memiliki ciri sebagai berikut: - Kapasitas yang tinggi - Memiliki laju aliran fluida yang konstan - Memiliki tekanan yang rendah - Memiliki efisiensi kerja yang rendah Gambar 2.2. Pompa Jet pump 2. Pompa Centrifugal Adalah salah satu jenis pompa non positive displacement yang paling mudah dijumpai untuk aplikasi aplikasi sehari-hari. Pompa jenis ini menggandalkan gaya lempar / centrifugal untuk memindahkan fluida. Pompa Centrifugal memiliki ciri-ciri sebagai berikut: - Kapasitas fluida yang dipompa besar - Tekanan yang dihasilkan pompa ini rendah sampai sedang - Memiliki efisiensi yang tinggi hanya pada posisi nominal duty. - Meniliki jumlah 1 seal - Memiliki laju aliran fluida yang konstan
8 Gambar 2.3 Centrifugal Pump 3. Archimedes screw pump Pompa jenis ini biasanya digunakan untuk kebutuhan penanganan banjir, dan aplikasi pada danau atau bendungan. Berkerja dengan prinsip gaya Archimedes pompa ini memiliki karakteristik sebagai berikut: - Kapasitas yang dihasilkan pompa ini tinggi - Hampir tidak memiliki tekanan output - Efisiensi kerja yang sangat rendah - Laju aliran fluida yang konstan
9 Gambar 2.4. Archimides Pump 2.2.2 Pompa positive displacement Pada pompa positive displacement, perpindahan zat cait dari suatu tempat ke tempat yang lain didapatkan dari perubahan volume ruang kerja pompa yang diakibatkan oleh gerakan elemen pompa maju mundur, atau berputar (rotary). Dengan perubahan volume tersebut maka fluida pada bagian keluar mempunyai tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan tekanan hisap. Kapasitas yang dihasilkan sesuai dengan volume ruang pompa yang dihasilkan. Cara kerjanya merubah energi mekanis yang diterima dari motor penggerak menjadi energi dinamis yang disalurkan ke fluida yang dipompakan. Beberapa jenis pompa positive displacement antara lain : 1. Pompa Peristaltic Prinsip kerja pompa ini fluida di pindahkan melalui tubing / selang yang ditekan. Fluida masuk ke lubang suction karena adanya keadaan
10 vakum karena tubing / selang ditekan oleh bagian pompa yang disebut roller. Tekanan pada tubing / selang ini mengakibatkan lubang hisap vakum mengakibatkan fluida terhisap. Kemudian fluida tersebut akan ditekan oleh roller yang lain sehingga mengakibatkan fluida memiliki tekanan di lubang keluar (discharge) Pompa Peristaltic memiliki sifat seperti berikut: - Kapasitas yang dihasilkan kecil sampai sedang - Tekanan yang dihasilkan kecil - Memiliki kemampuan menangani fluida yang memiliki solid - Tidak dibutuhkan sistem seal - Fluida yang ditangani tidak bersentuhan dengan mekanisme pompa karena fluida hanya bersinggungan dengan tubing / selang. Sehingga tidak akan menimbulkan kontaminasi cairan. - Memiliki denyutan aliran yang tinggi. Gambar 2.5 Peristaltic Pump
11 2. Piston pump Pompa jenis ini menggunakan gerakan maju mundur untuk memindahkan fluida. Sifat dari pompa ini adalah: - Kapasitas yang dihasilkan sedang tidak terlalu besar - Memiliki tekanan yang tinggi - Mampu menangani fluida yang memiliki solid yang besar, - Memiliki denyutan aliran yang tinggi. Gambar 2.6. Piston Pump 3. Air Operated Diaphragm Pump Menggunakan pengerak motor udara bertekanan. Prinsip kerjanya sama dengan pompa piston. Dengan memanfaatkan gerakan maju mundur bagian piston pompa, namun pada pompa Air Operated Diaphragm Pump bagian yang bergerak maju mundur bukanlah piston melainkan diaphragm. Sifat-sifatnya adalah: - Kapasitasnya rendah dan sedang - Tekanan yang dihasilkan antara rendah dan sedang - Tidak membutuhkan seal - Efisiensi kerja yang sangat rendah
12 - Memiliki denyutan aliran yang tinggi - Harga yang sangat murah, tetapi sangat mahal untuk pengoperasianya karena menggunakan udara bertekanan sehingga energi yang dibutuhkan 7 kali lebih besar dibanding dengan motor listrik Gambar 2.7 Air Operated Diaphragm Pump
13 4. Pompa Progressive cavity pump Pompa ini memiliki sifat sebagai berikut: - Kapasitas yang dihasilkan kecil dan sedang - Tekanan yang dihasilkan tinggi - Memiliki kemampuan yang tinggi untuk menangani solid pada cairan. - Memiliki 1 seal - Aliran yang setabil, denyutan aliran yang rendah. 2.3. Inverter atau Variable speed drive Inverter adalah sebuah rangkaian elektonika yang berfungsi untuk merubah tegangan searah (DC) menjadi tegangan bolak balik (AC). Dalam sebuah industri fungsi dari inverter adalah untuk mengatur kecepatan dari motor listrik. Dengan menggunakan inverter maka motor listrik akan menjadi Variable Speed Drive atau sering disebut juga Variable Frequency Drive. Dengan merubah output frequency dari frequency input yang diterima oleh motor maka kecepatan motor akan berubah juga. Jika frekuensi motor dikurangi maka kecepatan putar motor akan berkurang pula, begitu juga sebaliknya. Penggunaan inverter atau Variable Speed Drive pada sebuah system pompa adalah sebuah teknologi yang memiliki keuntungan yang besar untuk menghemat energi dan biaya. Dari sebuah penelitian di European Commission menunjukkan bahwa, energi yang digunakan oleh
14 motor listrik pada sistem pompa mencapai 22% dari total penggunaan energi listrik di seluruh dunia. Selain nilai ekonomis diatas, pengunaan Inverter pada sistem pompa juga digunakan untuk mengatur output debit dari pompa tersebut. Keuntungan lainya adalah mencegah kerusakan pada mekanisme pompa. Karena Inverter dioperasikan dengan soft starter. Sehingga pengoperasian awal pompa pada saat start bisa bertahap dari pelan hingga ke kondisi operasi. 2.4. Pemilihan Pompa Pada proses penanganan fluida massecuite dan molasses dipilih jenis pompa positive displacement karena hanya pompa ini memiliki karakteristik mampu menanggani fluida yang kental. Sifat dari fluida massecuite adalah: mimiliki kekentalan yang tinggi dan cairan ini terdapat butiran-butiran kristal kasil dari proses kristalisasi. Butiran butiran kristal ini sangat tajam dan abrasive sehingga membutuhkan pada pemilihan pompa membutuhkan material yang tahan terhadap sifat abrasive dari massecuite tersebut. Sedangkan molasses memiliki kekentalan yang tidak terlalu tinggi dibandingkan dengan massecuite. Sifat lainya molasses juga memiliki karakteristik abrasive. Persamaan sifat dari kedua fluida tersebut adalah fluida tersebut susah untuk mengalir dikarenakan memiliki kekentalan yang tinggi, lengket dan sanggat berpengaruh terhadap perubahan temperatur. Jika temperatur nya turun, makan fluida tersebut akan menjadi menggeras.
15 Pemilihan pompa yang cocok untuk applikasi tersebut adalah menggunakan pompa progressive cavity. Karena prinsip sifat pompa progressive- cavity dapat menangani fluida yang sangat kental, mampu menangani cairan yang bersifat abrasive yang tinggi dan fluida yang menggandung solid. Pompa progressive cavity dijalankan dengan putaran yang rendah, bertujuan untuk mengurangi laju aliran didalam pompa sehingga fluida tidak akan terlalu abrasive. Ketentuan umum dalam pemilihan pompa progressive cavity untuk kebutuhan massecuite dan molasses telah ditentukan oleh masing masing produsen pembuat pompa progressive cavity. 2.4.1 Pinsip kerja Pompa Progressive Cavity pump Sebuah pompa progressive cavity pada dasarnya terdiri dari satu rotor dan satu stator sebagai mekanisme utamanya. Fluida masuk melalui lubang inlet (suction pump) dikarenakan adanya perbedaan tekanan yang dikarenakan oleh adanya gesekan antara rotor dan stator. Fluida kemudian memasuki ruang stator dan didorong keluar melalui rongga-rongga yang berada di stator. Karena adanya tekanan dari rotor didalam stator fluida ini akan keluar dengan memiliki besaran tekanan. Tekanan yang dihasilkan tergantung dari jumlah rongga yang ada di stator. Setiap pembuat pompa progressive cavity memeiliki standar masingmasing. Tetapi secara garis besar, semakin banyak jumlah rongganya. Akan semakin besar tekanan yang dihasilkan pompa. Kapasitas dari pompa Possitive Displacement ditentukan oleh besar kecilnya ruangan atau rongga diantara rotor dan stator.
16 Kecepatan memindahkan cairan dari ruangan satu ke ruangan yang lain sangat berpengar terhadap kasitas pompa, semakin cepat cairan berpindah dari satu ruangan ke ruangan yang lain maka akan semakin besar kapasitas output pompa nya. Ingat bahwa kapasitas pompa adalah volume liquid yang dapat dipindahkan per satuan waktu. Jika waktu nya sama, kemudian putaran pompa lebih tinggi, maka kapasitas liquid yang dapat dipindahkan juga akan semakin besar. 2.4.2 Bagian-bagian pompa progressive cavity 6A 5 1 7 2 3 4 6B Gambar 2.8. Pompa Progressive Cavity 2.4.2.1. Komponen 1. Motor penggerak Motor adalah sebuah alah untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik / gerak. Motor ini menjadi sumber penggerak dan tenaga untuk pompa.
17 2. Mekanisme Joint Joint berfungsi untuk menyambungkan putaran dari putaran motor ke batang penghubung. Sifat joint sangat fleksibel, karena dituntut untuk mampu menahan puran lurus yang dihasilkan oleh motor dan merubahnya menjadi putaran atas-bawah untuk menggerakkan rotor. 3. Batang penghubung (coupling rood) Batang penggerak ini berfungsi untuk meneruskan putaran dari motor ke rotor. 4. Rotor Rotor adalah merupakan bagian utama dari pompa progressive cavity. Berbentuk batang sepiral, terbuat dari metal biasanya yaitu stainless steel. Bagian ini terfungsi untuk menekan fluida yang berada didalam rongga stator. Rotor adalah bagian yang bergerak dari pompa. Putaran nya didapat dari coupling rood atau batang penghubung. 5. Stator Stator adalah bagian yang statis atau diam pada pompa progressive cavity. Sebagai wadah dari rotor. terbuat dari tabung yang dilapisi dengan rubber didalamnya. Bentuk permukaan dalam stator seperti rotor yaitu sepiral. 6. Housing pump Sebagai blok rumah pompa, bagian ini terdiri dari
18 6a: yaitu inlet pompa (suction pump) terpasang dengan rumah pompa dimana fluida akan masuk kebagian ini 6b: yaitu outlet pompa (discharge pump) Posisi suction dan discharge pump tergantung dari arah putaran pompa. Jika motor bergerak searah jarum jam maka suction pump berada di titik 6b, dan discharge berada di titik 6a. 7. Mekanisme seal (mechanical seal) Mekanisme seal berfungsi untuk menghindari kebocoran fluida pada pompa. Serta menjaga tekanan dalam ruang hisap pompa, agar tekanan diruang hisap lebih rendah daripada tekanan luar. Hal ini dimaksudkan agar fluida dapat terhisap kedalam ruang pompa. 2.5. Penggunaan Inverter pada pompa progressive cavity Sepeti yang telah dijelaskan, penggunaan inverter ditujukan untuk merubah atau mengatur kecepatan output dari motor penggerak. Output standar dari motor penggerak dapat dilihat dari tabel berikut: NO of Pole Speed at 50 Hz ( rpm) Speed at 60 Hz (rpm) 2 3000 3600 4 1500 1800 6 1000 1200
19 8 750 900 Rumus nya adalah : Tabel 2.1 Tabel putaran motor Dari data diatas dapat dilihat bahwa semakin Frekuensi meningkat atau tinggi maka putaran motor akan semakin cepat pula. Adanya Inverter atau Variable Speed drive tersebut adalah untuk mengatur besar frekuensi yang masuk kedalam motor, sehingga secara otomatis putaran pada motor pun juga dapat diatur. Frekuensi yang masuk dan hubunganya dengan perubahan putaran adalah seperti berikut: Pada 2 pole motor: Setiap 1 Hz frekuensi = 60 putaran Pada 4 pole motor Setiap 1 Hz frekuensi = 30 putaran Pada 6 pole motor Setiap 1 Hz Frekuensi = 20 putaran Pada 8 pole motor Setiap 1 Hz Frekuensi = 15 putaran.
20 2.6. Kurva kerja Pompa Progressive Cavity Kurva Kerja Pompa progressivee cavity secara general dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar 2.9. Kurva Kerja pompa progressive cavity (Sumber : Netzsch pump curve, 2015)
21 Pada kurva Progressive cavity pump berbeda dengan pompa centrifugal pada umumnya. Jika di kurva pompa centrifugal sifat tekanan akan berpengaruh terhadap debit aliran yang akan dipompa, maka pada pompa progressive cavity tidak demikian, tekanan pada pompa hanya akan mempengaruhi sedikit performa kapasitas kerja dari pompa, selalu ada penurunan kapasitas jika tekanan pada pompa dinaikkan. Tetapi pada pompa progressive cavity, penurunan kapasitas lebih dipengaruhi oleh back flow atau aliran balik atau aliran tahanan atau adanya losis antara rotor dan stator. Hal ini dapat diantisipasi dengan cara menaikkan putaran pada pompa. Dengan kata lain, pompa progressive cavity ini memiliki kurva kerja yang unik, sangat flexsible yaitu, kita dapat dengan mudah mengatur kapasitas aliran dan tekanan yang diinginkan pada kondisi lapangan. Jika kondisi lapangan menuntut untuk menaikkan tekanan pompa. Pompa ini masih bisa bekerja dikondisi tersebut asalkan power motor yang digunakan masih bisa mencukupi pada kondisi operasi tersebut. Sehingga, untuk bisa menyesuaikan kondisi operasi lapangan tidak diperlukan lebih dari 1 pompa, hanya membutuhkan pompa jenis progressive cavity.