BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Pompa Pompa adalah peralatan mekanis yang digunakan untuk menaikkan cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi atau untuk mengalirkan cairan dari daerah bertekanan rendah ke daerah yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan perpipaan. Pada prinsipnya, pompa mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi tahanan tahanan yang terdapat pada saluran yang dilalui. Pompa juga dapat digunakan pada proses proses yang membutuhkan tekanan hidraulik yang besar. hal ini bisa dijumpai antara lain pada peralatan peralatan berat. Dalam operasi, mesin mesin peralatan berat membutuhkan tekanan discharge yang besar dan tekanan isap yang rendah. Akibat tekanan yang rendah pada sisi isap pompa maka fluida akan naik dari kedalaman tertentu, sedangkan akibat tekanan yang tinggi pada sisi discharge akan memaksa fluida untuk naik sampai pada ketinggian yang diinginkan.
Gambar 2-1 Kelas dan Jenis Pompa 2.2 Klasifikasi Pompa Pompa dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu : 1. Pompa perpindahan positif (positive displacement pump) 2. Pompa dinamik (dynamic pump) 2.3 Pompa Perpindahan Positif Disebut juga dengan pompa aksi positif. Energi mekanik dari putaran poros pompa dirubah menjadi energi tekanan untuk memompakan fluida. Pada pompa jenis ini dihasilkan head yang tinggi tetapi kapasitas yang dihasilkan rendah. Yang termasuk jenis pompa ini adalah :
2.3.1 Pompa Rotari Pompa rotari terdiri dari rumah pompa yang diam yang mempunyai roda gigi, baling baling, piston, kam (cam), segmen, sekrup, dan lain lain, yang beroperasi dalam ruang bebas yang sempit. Sebagai ganti pelewatan cairan pada pompa sentrifugal, pompa rotari akan memerangkap cairan, mendorongnya melalui rumah pompa yang tertutup, hampir sama dengan piston pompa torak. Akan tetapi, tidak seperti pompa piston, pompa rotari mengeluarkan cairan dengan aliran yang lancar (smooth). Jenis Pompa Rotari a. Pompa Rotari Roda Gigi Luar Pompa ini merupakan jenis pompa rotari yang paling sederhana. Apabila gerigi roda gigi berpisah pada sisi hisap cairan akan mengisi ruangan yang ada diantara gerigi tersebut. Kemudian cairan ini akan dibawa berkeliling dan ditekan keluar apabila geriginya bersatu lagi. Roda gigi ini dapat berupa gigi heliks-tunggal, heliks-ganda atau gigi lurus. Beberapa desain mempunyai lubang fluida yang radial pada roda gigi bebas dari bagian atas dan akar gerigi sampai ke lubang dalam roda gigi. Ini akan memungkinkan cairan melakukan jalan pintas dari satu gigi ke gigi lainnya, yaitu menghindarkan terjadinya tekanan berlebihan yang akan membebani bantalan secara berlebihan dan menimbulkan kebisingan.
Gambar 2-2 Pompa Rotari Roda Gigi Luar a. Pompa Roda Gigi Dalam Jenis ini mempunyai rotor yang mempunyai gerigi dalam yang berpasangan denga roda gigi luar yang bebas (idler). Sebuah sekat berbentuk bulan sabit dapat digunakan untuk mencegah cairan kembali ke sisi hisap pompa. Gambar 2-3 Pompa Rotari Gigi Dalam b. Pompa Cuping Pompa cuping ini mirip dengan pompa jenis roda gigi dalam hal aksinya dan mempunyai dua rotor atau lebih dengan dua, tiga, empat cuping atau lebih pada masing masing rotor. Putaran rotor tadi diserempakkan oleh roda gigi luarnya. Oleh karena cairan dialirkan dengan frekuensi yang
lebih sedikit tetapi dalam jumlah yang lebih besar dari yang dialirkan oleh pompa roda gigi, maka aliran dari pompa jenis cuping ini tidak akan sekonstan aliran pompa roda gigi. Tersedia juga gabungan pompa pompa roda gigi dan cuping. Gambar 2-4 Pompa Cuping c. Pompa Sekrup Pompa sekrup ini mempunyai satu, dua, tiga sekrup yang berputar di dalam rumah pompa yang diam. Tersedia sejumlah besar desain untuk berbagai penggunaan. Pompa sekrup tunggal mempunyai rotor spiral yang berputar di dalam sebuah stator atau lapisan (linier) heliks-dalam (internal-helix-stator). Rotor terdiri dari logam sedangkan heliks terbuat dari karet keras atau lunak, tergantung pada cairan yang di pompakan. Gambar 2-5 Pompa Sekrup
d. Pompa Baling Pompa baling berayun mempunyai sederetan baling berayun yang akan keluar bila rotor berputar, menjebak cairan dan memaksanya ke luar pipa buang pompa. Pompa baling geser menggunakan baling baling yang dipertahankan tetap menekan lubang rumah pompa oleh gaya sentrifugal bila rotor diputar. Cairan yang terjebak diantara dua baling dibawa berputar dan dipaksa keluar dari sisi buang pompa. Gambar 2-6 Pompa Baling 2.3.2 Pompa Torak Pompa torak mengeluarkan cairan dalam jumlah yang terbatas selama pergerakan piston atau plunyer sepanjang langkahnya. Tidak seluruh cairan dapat mencapai pipa buang disebabkan oleh kebocoran atau peralatan pembuang (by pass) dapat saja mencegah hal ini. Volume cairan yang dipindahkan selama satu langkah piston atau plunyer akan sama dengan perkalian luas piston dengan panjang langkah.
Jenis Pompa Torak a. Pompa Aksi Langsung Pada pompa jenis ini, sebuah batang piston (piston rod) bersama menghubungkan piston untuk uap dengan piston unutk cairan. Pompa aksi langsung dibuat dengan sistem simpleks (masing masing satu piston uap dan satu pistnon cairan) dan dupleks (dua piston uap dan dua piston cairan). Pompa aksi langsung sistem simpleks dan dupleks yang mendatar atau vertikal telah peroperasi dengan sangat memuaskan pada banyak keperluan, termasuk untuk keperluan pengisian ketel bertekanan rendah. b. Pompa Tenaga Pompa tenaga ini mempunyai poros engkol yang digerakkan dari sumber penggerak luar, umumnya motor listrik, sabuk mesin atau rantai. Roda roda gigi sering dipakai antara penggerak dan poros engkol untuk mengurangi kecepatan keluaran penggerak. Bila digerakkan pada kecepatan konstan, pompa tenaga mengalirkan kapasitas yang hampir konstan dan mempunyai efisiensi yang bagus. Pompa tenaga baik dipakai khususnya untuk keperluan tekanan tinggi dan dipakai untuk pengisian air ketel, pemompaan jaringan pipa. 2.4 Pompa Dinamik Pompa dinamik terdiri dari satu impeler atau lebih yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang dipasangkan pada poros-poros yang berputar dan menerima energi dari motor penggerak pompa serta diselubungi dengan sebuah rumah
(casing). Fluida berenergi memasuki impeler secara aksial, kemudian fluida meninggalkan impeler pada kecepatan yang relatif tinggi dan dikumpulkan didalam volute atau suatu seri laluan diffuser, setelah fluida dikumpulkan di dalam volute atau diffuser terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan, yang diikuti dengan penurunan kecepatan. Sesudah proses konversi ini selesai kemudian fluida keluar dari pompa melalui katup discharge. 2.4.1 Pompa Sentrifugal Kerja Pompa Sentrifugal Pompa ini digerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Akibat dari putaran impeler yang menimbulkan gaya sentrifugal, maka zat cair akan mengalir dari tengah impeler keluar lewat saluran di antara sudu-sudu dan meninggalkan impeler dengan kecepatan yang tinggi. Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi kemudian melalui saluran yang penampangnya semakin membesar yang disebut volute, sehingga akan terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. Sedangkan proses pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang diantara sudu-sudu menjadi vakum, sehingga zat cair akan terisap masuk. Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar dan flens masuk disebut sebagai head total pompa. Sehingga dapat dikatakan bahwa pompa sentrifugal berfungsi mengubah energi mekanik motor menjadi
energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinu. Sekarang ini pemakaian pompa sentrifugal sangat banyak digunakan dan telah berkembang sedemikian maju sehingga banyak menggantikan pemakaian pompa-pompa lain. Gambar 2-7 Bagian bagian Pompa Sentrifugal Klasifikasi Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu : a. Menurut Jenis Aliran Dalam Impeler 1. Pompa Aliran Radial Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial). Gambar 2-8 Pompa Sentrifugal Aliran Radial 2. Pompa Aliran Campur
Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial Gambar 2-9 Pompa Sentrifugal Aliran Campur 3. Pompa Aliran Aksial Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder ( arah aksial). Gambar 2-10 Pompa Aliran Aksial b. Menurut Jenis Impeler
1. Impeler Tertutup Sudu sudu (kipas) ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. 2. Impeler Setengah Terbuka Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup disebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya, air yang mengandung pasir. 3. Impeler Terbuka Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun dibelakang. Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk pemompaan zat cair yang banyak mengandung kotoran. c. Menurut Bentuk Rumah 1. Pompa Bentuk Rumah Keong/Volute Pada jenis pompa ini, impeller membuang cairan kedalam rumah spiral secara berangsur angsur berkembang. Ini dibuat sedemikian rupa untuk mengurangi kecepatan cairan dapat diubah menjadi tekanan statis. Rumah keong pompa ganda, menghasilkan kesimetrisan yang hampir radial pada pompa bertekanan tinggi dan pada pompa yang dirancang untuk operasi aliran yang sedikit.
Gambar 2-11 Rumah Keong/Volute 2. Pompa Difuser Baling baling pengarah yang tetap mengelilingi runner atau impeller pada pompa jenis difuser. Laluan laluan yang berangsur angsur mengembang ini akan mengubah arah aliran cairan dan mengkonversikannya menjadi tinggi tekanan. Gambar 2-12 Pompa Difuser 3. Pompa Jenis Turbin Pompa jenis turbin dikenal juga dengan pompa vorteks, cairan pada pompa ini dipusar oleh baling baling impeller dengan kecepatan yang tinggi selama hampir dalam satu putaran di dalam saluran yang berbentuk cincin, tempat impeller tadi berputar. d. Menurut Jumlah Tingkat
1. Pompa Satu Tingkat Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah. 2. Pompa Bertingat Banyak Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan kedalam impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlah dari head yang ditimbulkan oleh masing masing impeler sehingga relatif tinggi. 2.5 Hukum Kesebangunan Jika dua buah pompa sentrifugal yang geometris sebangun satu dengan yang lain maka untuk kondisi aliran yang sebangun berlaku hubungan sebagai berikut : Rumus 2.1 Hukum Kesebangunan Dimana, D = diameter impeler (m) Q = kapasitas aliran (m 3 /s) H = head total pompa (m)
P = daya poros pompa (kw) N = putaran pompa (rpm) Hubungan diatas dinamakan Hukum Kesebangunan Pompa. Hukum tersebut sangat penting untuk menaksir perubahan performansi pompa bila putaran diubah dan juga untuk memperkirakan performansi pompa yang direncanakan apabila pompa tersebut geometris sebangun dengan pompa yang sudah diketahui performansinya. 2.6 Kecepatan Spesifik Kecepatan spesifik dinyatakan dalam persamaan : Rumus 2.2 Kecepatan Spesifik Dimana n, Q dan H adalah harga harga pada titik efisiensi maksimum pompa. Harga ns dapat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jika ns sudah ditentukan maka bentuk impeler pompa tersebut sudah tertentu pula. 2.7 Head Pompa Head pompa merupakan salah satu karakteristik pompa yang harus diperhatikan dalam perencanaan perpipaan. Dimana head total pompa adalah salah satu parameter pompa yang menyangkut jarak terjauh yang harus disediakan oleh pompa untuk mengalirkan fluida dalam satuan jarak. 2.7.1 Head Total Pompa Head total pompa merupakan energi persatuan berat yang harus disediakan oleh pompa untuk mengatasi energi tekanan, kecepatan, perbedaan ketinggian,
kerugian gesek, dan kerugian kerugian pada perlengkapan seperti katup (valve), belokan (elbow), perubahan penampang, dan lain lain. Head total pompa dinyatakan sebagai berikut : Dimana : Rumus 2.3 Head Total Pompa H h a Δh p h l : head total pompa (m) : head statis (m) : perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan fluida (m) : berbagai kerugian head. Dimana h l = h ld + h ls adalah kerugian head gesek pipa keluar dan h ls kerugian head gesek pipa masuk. : head kecepatan keluar (m) g : percepatan gravitasi (9,8 m/s 2 ) Adapun hubungan antara tekanan dan head tekanan dapat diperoleh dari rumus : Rumus 2.4 Hubungan Tekanan Dan Head Tekanan Dimana : h p : head tekanan (m) p : tekanan (kgf/cm 2 ) γ : berat persatuan volume zat cair yang dipompa (kgf/l)
berikut : Apabila tekanan diberikan dalam kpa, dapat menggunakan rumus sebagai Dimana : Rumus 2.5 Tekanan p ρ : tekanan (pa) : rapat massa (kg/l) 2.8 Kerugian Energi (J/kg) Besarnya kerugian energi γ (J/kg) menurut instalasi perpipaan diperoleh dari besarnya kerugian head h 1 (m). Energi spesifik γ (J/kg) kadang kadang dipakai sebagai pengganti kerugian head h 1 (m). Adapun hubungannya adalah sebagai berikut : Rumus 2.6 Kerugian Energi Maka kerugian energi sama dengan head kerugian yaitu energi untuk mengatasi kerugian kerugian yang terdiri atas kerugian gesek di dalam pipa pipa, dan kerugian di dalam belokan belokan, katup katup. Dimana kerugian energi dikategorikan baik apabila tidak melebihi 10 % dari energi yang disediakan oleh pompa untuk instalasi. 2.8.1 Head Kerugian Gesek Dalam Pipa
bawah ini : Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat dipakai rumus di Dimana : Rumus 2.7 head kerugian gesek dalam pipa v : kecepatan rata rata aliran didalam pipa (m/s) C,p,q : koefisien koefisien R S h f λ : jari jari Hidrolik (m) : gradien Hidrolik : head kerugian gesek dalam pipa : koefisien kerugian gesek dalam pipa g : percepatan gravitasi (9,8 m/s 2 ) L D : panjang pipa (m) : diameter dalam pipa (m) Selanjutnya, untuk aliran yang laminer dan yang turbulen, terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminer atau turbulen, dipakai bilangan reynolds : Dimana : Rumus 2.8 bilangan reynolds R e v D : bilangan reynolds : kecepatan rata rata aliran di dalam pipa : diameter dalam pipa (m)
v : viskositas kinematik zat cair (m 2 /s) Pada R e < 2300, aliran bersifat laminer Pada R e > 4000, aliran bersifat turbulen Pada R e = 2300-4000 terdapat daerah transisi, dimana aliran dapat bersifat laminer dan turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran. 2.8.2 Kerugian Head Dalam Jalur Pipa Dalam aliran melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi apabila ukuran pipa, bentuk penampang, atau arah aliran berubah. Kerugian head di tempat tempat transisi yang demikian itu dinyatakan secara umum dengan rumus : Dimana : Rumus 2.9 kerugian head dalam jalur pipa v f : kecepatan rata rata di dalam pipa (m/s) : koefisien kerugian g : percepatan grafitasi (9,8 m/s 2 ) h f : kerugian head (m)