4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PENDAHULUAN Pada bab ini akan menjelaskan teori pompa beberapa parameter yang berkaitan dengan kenerja pompa. Semua karateristik, teori perhitungan dan efisiensi di jelaskan di pada bab ini. 2.2 PENGERTIAN POMPA Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari satu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari satu tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi melalui sistem pemipaan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi dengan megadakan perbedaan tekanan antara bagian masuk menjadi energi fluida yang bergerak (sumber tenaga) dan bagian keluar, untuk mengalirkan energi fluida yang akan mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang proses ada berbagai macam pompa. Pembagian ini dapat berdasarkan pada: 1. Tekanan keluaran (rendah, sedang dan tinggi) 2. Kapasitas yang dihasilkan (rendah, sedang dan tinggi) 3. Fluida yang dipindahkan (air, minyak, susu dan sebagainya) 4. Posisi atau kedudukannya (mendatar, tegak) Menurut prinsip kerjanya, pompa diklasifikasikan menjadi:
5 Gambar 2.1 Klasifikasi Pompa 2.2.1 Pompa Perpindahan Positif (positive displacement pump) Pompa yang menghasilkan kapasitas intermitten, karena fluidanya ditekan dalam elemen-elemen pompa dengan volume tertentu. Jadi, fluida yang masuk kemudian dipindahkan ke sisi buang sehingga tidak ada kebocoran (aliran balik) dari sisi buang ke sisi masuk. Pompa jenis ini menghasilkan head yang tinggi dengan kapasitas yang rendah. Perubahan energi yang terjadi pada pompa ini adalah energi mekanik yang diubah langsung manjadi energi potensial tekanan air. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif, sejumlah cairan yang sudah ditetapkan, dipompa setelah setiap putarannya. Sehingga jika pipa pengantarnya tersumbat, tekanan akan naik ke nilai yang sangat tinggi, sehingga dapat merusak pompa. Pompa ini dibagi dua (2) macam yaitu: a. Reciprorating pump ( pompa torak ) merupakan pompa yang bagian utamanya terdiri dari silinder dan torak. Pada pompa ini tekanan yang dihasilkan adalah akibat gerrak bolak-balik dari torak b. Rotary pump Bagian utama dari pompa ini adalah stator ( rumah pompa ) dan rotor bagian yang berputar ). Cara kerja pompa ini yaitu : mula- mula cairan yang akan dihisap akan mengisi ruangan antara rotor dan stator karena perputaran rotor, maka cairan akan terperangkap pada ruangan tertutup dan ditekan menuiju keluar pompa
6 2.2.2 Pompa Dinamik Pompa dinamik merupakan suatu pompa dimana energi secara terus menerus diberikan untuk menambah kecepatan aliran cairan didalam pompa hingga mencapai kecepatan yang melebihi kecepatan pada bagian luar, lalu kecepatan ini diturunkan untukmenghasilkan suatu tekanan. 2.2.3 Pompa Sentrifugal ( Centrifugal Pump) Pompa Sentrifugal merupakan pompa non positive displacement yang menggunakan gaya sentrifugal untuk menghasilkan head untuk memindahkan zat cair. Gambar 2.2 Pompa Sentrifugal 1. Bagian Bagian pompa sentrifugal: Secara garis besar komponen-komponen pada pompa sentrifugal terbagi menjadi dua bagian, yaitu: a. Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon b. Shaft (poros) berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya c. Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal Bearing dan interstage atau distance sleever
7 d. Vane merupakan sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller e. Eye of impeller merupakan bagian sisi masuk pada arah isap impeller f. Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontiniu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya. Impeller di bagi beberapa jenis antara lain: 1. Closed Impeller 2. Semi open impeller 3. Open impeller g. Wearing Ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller h. Bearing (bantalan) Bearing berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil i. Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan guide vane, inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage) j. Discharge Nozzle adalah saluran cairan keluar dari pompa dan berfungsi juga untuk meningkatkan energi tekanan keluar pompa 2. Jenis Aliran Dalam Impeller Pompa sentrifugal Pompa ini dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu Menurut aliran Radial, Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeller akan tegak lurus poros pompa (arah radial)
8 Gambar 2.3 Pompa Sentrifugal Aliran Radial Pompa aliran aksial Aliran zat cair meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial) Gambar 2.4 Pompa Aliran Aksial Pompa aliran campuran Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeller bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial Gambar 2.5 Pompa Aliran Campuran
9 2.3 JENIS JENIS IMPELLER Impeler tertutup Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran Gambar 2.6 Impeller Tertutup Impeler Setenga 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 Gambar 2.7 Impeller setengah terbuka 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
10 Gambar 2.8 Impeller terbuka 2.3.1 Pipa Pipa yaitu didefinisikan sebagai lingkaran panjang dari, logam, metal, kayu dan seterusnya, yang berfungsi untuk mengalirkan fluida (air, gas, minyak dan cairan lain) dari suatu tempat ke tempat lain sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki. Persyaratan dimensi penampang bulat dari pipa: ASME B36.10M Welded and Seamless Wrought Steel Pipe ASME B36.19M Stainless Steel Pipe 2.3.2 Klasifikasi Pipa Yang dimaksud dengan klasifikasi pipa merupakan parameter utama yang terdapat pada pipa, dimana ukuran standar dari pipa dibuat dalam satuan inchi. Ukuran-ukuran yang perlu diperhatikan dalam pipa adalah: Diameter dalam (Di) Diameter luar (Do) Panjang pipa Tebal pipa Ketebalan dinding pipa nominal menurut ANSI (American National Standard Institute) dibedakan menurut ukuran pipa. Terdapat tiga jenis ukuran pipa: Ukuran normal Pipa dengan ukuran normal digunakan dengan tekanan normal. Ukuran Extra Strong Jenis pipa ini mempunyai ketebalan dinding ekstra kuat dirancang untuk tekanan
11 hidrolik. Ukuran Double Extra Strong Pipa ini dirancang untuk tekanan yang sangat tinggi. 2.3.3 Nominal Pipe Size (NPS) 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 (contoh, 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 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 Internasional (ISO). Hal ini menunjukkan ukuran pipa standar bila diikuti dengan jumlah penunjukan ukuran tertentu. 2.3.4 Pipa Pvc Pipa PVC (PolyVinyl Chloride) merupakan polier termoplastik urutan ketiga dalam hal jumlah pemakaian di dunia, setelah polietilena dan polipropilena. Pipa PVC pada umumnya digunakan sebagai saluran air dalam suatu proyek perumahan atau gedung atau jalan dll. Pipa PVC ini sifatnya keras, ringan, dan kuat. Karena penginstalannya mudah, maka sangatlah ideal jika digunakan untuk saluran dibawah zink dapur, kamar mandi, dll. Bahkan penggunaan pipa PVC ini dapat bekerja lebih baik daripada menggunakan pipa besi yang perlu disolder, juga tahan terhadap hampir semua alkalin atau zat beracun serta mudah dipasang.
12 Keuntungan pipa pvc: Gambar 2.9 Pipa pvc 1. Penginstalannya mudah. 2. Tahan terhadap bahan kimia 3. Sangat kuat 4. Memiliki daya tahan korosi. 5. Daya konduksi panas yang rendah 6. Biaya instalasinya rendah 7. Hampir bebas pemeliharaan (virtually free maintenance) 2.3.5 Elbow Elbow adalah jenis fitting yang pertama, elbow merupakan yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluid. Pada umumnya elbow terdiri dari 3 jenis yaitu 45º, 90º, dan 180º. Untuk memperoleh sudut selain itu, terkadang elbow tersebut dipotong atau juga dengan menggunakan dua elbow yang disatukan untuk memperoleh sudut tertentu. Gambar 2.10 Elbow
13 2.3.6 Reducer (Pemerkecil) Reducer adalah komponen dalam pipa yang mengurangi ukuran pipa dari yang lebih besar ke lebih kecil (diameter). Panjang pengurangan biasanya sama dengan ratarata diameter pipa yang lebih besar dan lebih kecil. Ada dua jenis reducer yaitu, concentric reducer dan eccentric reducer. Gambar 2.11 Reduser 2.3.7 Dop ( Penutup ) Dop berfungsi untu menghentikan aliran pada ujung pipa, fitting ini di las langsung pada pipa utama. Ada juga penutup aliran fluida yang dapat di bongkar dan dilepas, namun biasanya menggunakan sambungan flange atau lebih dikenal dengan blind flange Gambar 2.12 Dop ( penutup ) 2.4 LANDASAN TEORI PERHITUNGAN POMPA Diameter pipa dan kecepatan aliran merupakan dua parameter yang selalu adadalam system pemompaan. Untuk menghitung dua parameter tersebut digunakan persamaan berikut Q = V t (2.1) Dmana:
14 Q = Debit ( mm3/s ) V = Volume (mm3 ) T = Waktu ( s ) 2.4.1 Luas Penampang Pipa Hisap Kecepatan masuk aliran adalah 2000 mm/s As = π 4 d2 s (2.2) Dimana : d 2 Diameter pipa yang digunakan (mm) s waktu (detik) 2.4.2 Head Loss Merupakan suatu kerugian aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan antara fluida dengan dinding saluran pipa lurus. Besarnya head loss dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut: 2.4.3 Faktor Gesekan Pada Pipa Lurus hl s = f l sv 2 d s 2g (2.3) Dimana : f koefisien kerugian gesek Ls = Panjang pipa (m) Ds = Diameter dalam pipa (m) V kecepatan aliran fluida (m/s) g Percepatan gravitasi (m/s)s 2.4.4 Faktor Gesekan Karena Sambungan hl 1 = nk V2 2g (2.4) Dimana :
15 nk Koefisien gesekan karena elbow (90 0 ) V : Volume (mm 3 ) g : grafitasi 9.81 m/s 2.4.5 Faktor Gesekan Karena Saringan hl 2 = k V2 2g (2.5) Dimana : k Koefisien gesekan karena saringan V : Volume (mm 3 ) g : grafitasi 9.81 m/s