BAB II LANDASAN TEORI Teknologi dispenser semakin meningkat seiring perkembangan jaman. Awalnya hanya menggunakan pemanas agar didapat air dengan temperatur hanya hangat dan panas menggunakan heater, kemudian dispenser dilengkapi pendingin dan pemanas dengan gravitasi untuk mengalirkan air pada tabung dispenser. Sampai saat ini dikembangkan dispenser yang dilengkapi pendingin dan pemanas dengan meletakan galon dibawah, tanpa harus mengangkat galon ke atas dispenser oleh salah satu perusahaan elektronik asal Jepang, dengan dispenser EZ Fill Series Bottom Gallon tetapi dengan harga yang relatif mahal, dengan maximum input power sebesar 750Watt. Gambar 2.1 Dispenser EZ Fill Series Bottom Gallon (sumber : www.sharp-indonesia.com) [5] Bagian-bagian utama pemindah air dari galon ke tabung dispenser dan pengontrol level air pada tabung dispenser ialah pompa, system kendali otomatik ON/OFF, sensor dan roda gigi. 2.1 Pompa Pompa adalah peralatan mekanis untuk meningkatkan energi tekanan pada cairan yang di pompa. Pompa mengubah energi mekanis dari mesin penggerak II-1
II-2 menjadi energi potensial tekan. Pompa berfungsi sebagai pemindah fluida dari tempat rendah ke tempat yang tinggi, atau dari tempat bertekanan rendah ke tempat bertekanan tinggi. Menurut prinsip operasinya, pompa digolongkan kedalam pompa dinamik dan pompa statik atau perpindahan positif. 2.1.1 Pompa perpindahan positif (Mahmudi, 2010) [3] Pompa perpindahan positif (positive displacement pump) sering disebut juga dengan pompa tekanan statik adalah pompa yang mengalirkan fluida dengan kapasitas atau debit yang tetap terhadap perubahan/variasi tekanan atau head, dan fluida berpindah karena menerima dorongan/desakan. Berdasarkan cara perpindahannya, pompa perpindahan positif digolongkan sebagai berikut: A) Pompa bolak-balik (reciprocating pump) 1 Pompa torak 2 Pompa plunyer 3 Pompa diafragma B) Pompa berputar (rotary) 1 Pompa roda gigi 2 Pompa ulir/screw 3 Pompa vane 4 Pompa lobe A) Pompa Bolak-Balik atau Reciprocating Pump Pompa bolak-balik atau reciprocating pump adalah pompa yang mengubah energi mekanis poros dari penggerak pompa menjadi energi aliran dari zat cair yang dipindahkan dengan menggunakan elemen yang bergerak bolakbalik dalam silinder. Pompa bolak-balik umumnya digunakan untuk pemompaan sumur minyak. Termasuk jenis ini adalah pompa torak, pompa plunyer dan pompa diafragma atau membran. Kekurangan pompa bolak-balik antara lain : a. Tekanan yang dihasilkan tinggi, sehingga hanya dibatasi oleh tenaga dari unit pompa dan bagian dari unit pompa. b. Tekanan yang dihasilkan tidak tergantung kapasitasnya.
II-3 c. Kerja pompa membutuhkan katup-katup, sehingga dari segi ekonomi kurang baik. d. Membutuhkan dimensi yang besar untuk mendapatkan kapasitas tinggi. Adapun pompa diafragma atau membran adalah pompa yang komponen utamanya berupa membran yang fleksibel sebagai elemen pemindah positif. Pompa ini umumnya untuk kapasitas kecil, dipakai untuk aliran selokan atau yang mengandung padatan misalnya bubur kertas kental, bahkan campuran air dengan pasir. Pompa jenis ini kemungkinan tersumbatnya kecil dan tahan terhadap korosi oleh bahan-bahan kimia yang dipompanya, dikarenakan bagian yang berhubungan langsung dengan fluida adalah diafragma. Berikut ini adalah kekurangan dan kelebihan pompa diafragma : a. Pemeliharaan mudah dan murah. b. Dapat memompakan zat cair yang mengandung lumpur. c. Aliran yang dihasilkan berdenyut atau tidak stabil. d. Besar kapasitas sangat bergantung pada ukuran besar kecilnya pompa. e. Efisiensi rendah pada kapasitas tinggi. B) Pompa Rotari Susunan penggerak pompa rotari untuk desain multishaft tediri dari dua jenis. Elemen pemompa pada poros yang digerakan dapat menggerakan elemen pasangannya pada poros yang bebas, akan tetapi bila bahan-bahan abrasive yang ada di dalam cairan itu dapat menyebabkan keausan yang berlebihan atau bila elemen pemompa itu fleksibel, roda gigi pengatur waktu (timing gear) akan menggerakan poros yang bebas tadi. Ini memungkinkan elemen-elemen pompa beroperasi pada clearance yang sempit tanpa terjadinya persentuhan yang keras. Pompa rotary dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya: a. Pompa roda gigi (gear pump) b. Pompa cuping (lobe pump) c. Pompa ulir/sekrup (screw pump) d. Pompa baling (vane pump)
II-4 1. Pompa roda gigi (gear pump) Pompa roda gigi terbagi menjadi dua jenis yaitu pompa roda gigi luar dan pompa roda gigi dalam. Pompa roda gigi luar merupakan jenis pompa rotari yang paling sederhana. Gerigi berpisah pada sisi hisap (Gambar 2.2) cairan akan mengisi ruangan yang ada diantara gerigi tersebut. Cairan ini akan dibawa berkeliling dan ditekan keluar apabila geriginya bersatu lagi. (Edwards, 1996) [1] Pompa roda gigi dalam mempunyai rotor yang mempunyai gerigi dalam yang berpasangan dengan roda gigi luar yang bebas (idler). Sebuah sekat berbentuk bulan sabit (Gambar 2.3) dapat digunakan untuk mencegah cairan kembali ke sisi hisap pompa. Gambar 2.2 pompa roda gigi luar Gambar 2.3 pompa roda gigi dalam (sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/hydraulic_pump) [11] 2. Pompa cuping (lobe pump) Pompa cuping ini mirip dengan pompa roda gigi dalam hal aksinya dan mempunyai dua rotor atau lebih dengan dua, tiga, empat cuping atau lebih pada masing masing rotor (Gambar 2.4 sampai 2.6). Cairan dialirkan dengan frekuensi yang lebih sedikit tapi dalam jumlah yang lebih besar dari yang dialirkan oleh pompa roda gigi, maka aliran dari pompa jenis cuping ini tidak sekonstan aliran pompa roda gigi.
II-5 Gambar 2.4 pompa lobe dua cuping Gambar 2.5 pompa lobe tiga cuping Gambar 2.6 pompa lobe empat cuping (sumber : Edwards, Hicks. 1996. Teknologi Pemakaian Pompa. Jakarta: Erlangga) [1] 3. Pompa ulir/sekrup (screw pump) Pompa sekrup ini mempunyai beberapa sekrup yang berputar di dalam rumah pompa yang diam. Pompa sekrup tunggal mempunyai rotor spiral yang berputar di dalam sebuah stator atau lapisan (linier) heliks-dalam (internal-helixstator). Rotor terbuat dari logam sedangkan heliks terbuat dari karet keras atau lunak, tergantung pada cairan yang dipompakan. Pompa dua sekrup atau tiga sekrup masing-masing mempunyai satu atau dua sekrup bebas (idler). Aliran melalui ulir-ulir sekrup, sepanjang sumbu sekrup, sekrup-sekrup yang berlawanan dapat dipakai untuk meniadakan dorongan aksial pada pompa.
II-6 Gambar 2.7 pompa sekrup ganda (sumber : Edwards, Hicks. 1996. Teknologi Pemakaian Pompa.Jakarta: Erlangga) [1] 4. Pompa baling (vane pump) Pompa ini menggunakan baling-baling yang dipertahankan tetap menekan lubang rumah pompa oleh gaya sentrifugal bila rotor diputar. Cairan yang terjebak antara dua baling dibawa berputar dan dipaksa keluar dari sisi buang pompa. Gambar 2.8 pompa baling (sumber : http://www.britannica.com)[ 12]
II-7 Karakteristik pompa rotari : 1 Ukuran keseluruhan lebih kecil sehingga lebih praktis 2 Aliran zat cair yang dihasilkan uniform 3 Dapat bekerja dengan putaran tinggi sehingga dapat dihubungkan dengan tenaga penggeraknya 4 Tekanan yang dihasilkan relatif tinggi 5 Dapat melakukan pengisapan ketika masih berisi udara 6 Dapat dipasang/bekerja dengan berbagai posisi 2.1.2 Head dan Kapasitas Fluida Head atau tinggi tekan dan kapasitas atau debit aliran merupakan besaran utama dalam pompa. Persyaratan utama sebuah pompa adalah bahwa pompa dapat mengalirkan jumlah cairan yang sesuai ke tinggi tekan yang ada pada sistem pompa. 1. Head Tekanan suatu fluida cair P dapat diasumsikan sebagai tekanan suatu kolom vertikal berisi fluida dimana pengaruh beratnya memberikan tekanan yang sebanding dengan tekanan di semua titik. Tinggi kolom ini disebut head statis (H), dan dinyatakan dalam satuan meter (m) atau feet (ft). Head statis pada suatu tekanan tertentu bergantung pada berat fluida menurut rumus berikut : H = atau H =...(1) Dimana : H = Head (m) = massa jenis (kg/m 3 ) = berat jenis (N/m 3 ) g = gravitasi (m 2 /s) P = Tekanan (Pa)
II-8 2. Kapasitas Kapasitas atau debit (Q) dalam satuan SI dinyatakan dalam m 3 /s. Karena cairan tidak dapat dimampatkan, ada hubungan langsung antara debit pompa dan kecepatan aliran. Hubungan tersebut terlihat sebagai berikut: Q = A.V... (2) Q = (π/4.d 2 ).V Dimana : Q = kapasitas aliran/debit aliran (m 3 /s) A = Luas penampang pipa (m 2 ) V = kecepatan aliran (m/s) D = diameter pipa (m) 3. Sistem Aliran Fluida Gambar 2.9 Aliran Steady pada dua titik Sistem aliran fluida pada pompa dan pipa, ada beberapa persamaan umum yang digunakan : 1) Persamaan kontinuitas sepanjang aliran pada titik 1 dan 2 : Q = V. A = V 1. A 1 = V 2. A 2 = tetap...(3) Dimana Q = kapasitas/debit/aliran, V = kecepatan aliran fluida dan A = luas penampang pipa.
II-9 2) Persamaan energi aliran (persamaan Bernoulli) antara dua titik permukaan fluida...(4) Dimana P = tekanan, Z = ketinggian, = = berat jenis, g = gravitasi, Hp = head pompa dan H L = rugi head pompa. Rugi head selang : H L = H f + H m... (5) H f = rugi gesek selang (rugi mayor) H m = rugi komponen selang (rugi minor) 3) Persamaan Head Pompa (Hp) Hp =...(6) Jika P 1 = P 2 dan V 1 = V 2, maka :...(7) 4) Perhitungan Daya Pompa (N P ) Dalam Satuan SI : Np = p...(8) Dimana Np (W), Q(m 3 /s), Hp(m), p = efisiensi pompa Atau Np = p, dan Np dalam satuan Kw...(9) Dalam satuan metrik (teknik) Np = p, dimana Np (kw), Q(m 3 /menit), Hp(m)...(10)
II-10 2.1.3 Spesifikasi dan Pemilihan Pompa Memilih pompa untuk suatu kebutuhan, terlebih dahulu harus diketahui head dan kapasitas/debit aliran yang diperlukan. Agar pompa dapat bekerja dengan baik, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk/isap pompa yang terpasang pada instalasinya. Putaran pompa dapat ditentukan atas dasar tekanan isap ini. Contoh data yang diperlukan untuk memilih pompa disajikan pada tabel berikut : Tabel 2.1 Data untuk pemilihan pompa No Data yang diperlukan Keterangan 1 Kapasitas/debit Diperlukan juga keterangan mengenai kapasitas maksimum dan minimum. 2 Kondisi isap Tinggi isap dari permukaan air isap ke level pompa Tinggi fluktuasi permukaan air isap Tekanan yang bekerja pada permukaan air isap Kondisi pompa isap 3 Kondisi keluar Tinggi permukaan air keluar ke level pompa Tinggi fluktuasi permukaan air isap Besarnya tekanan pada permukaan air keluar Kondisi pipa keluar 4 Head Total Pompa Harus ditentukan berdasarkan kondisi diatas. 5 Jumlah Pompa Jumlah pompa yang diperlukan untuk kondisi diatas. 6 Kondisi Pompa Kerja terus-menerus, terputus-putus, jumlah jam kerja dalam setahun. 7 Penggerak Pompa Motor listrik, motor bakar torak, turbin uap. 8 Poros tegak atau Hal ini kadang-kadang ditentukan oleh pabrik mendatar pompa berdasarkan instalasinya.
II-11 9 Tempat Instalasi Pembatasan pada ruang, ketinggian diatas permukaan laut, diluar atau didalam gedung, fluktuasi suhu. 10 Lain-lain Disesuaikan dengan keperluan pengguna. 2.2 Sistem Kendali Otomatik ON-OFF Sistem kendali ON-OFF, elemen kendali ini hanya mempunyai kedudukan pada posisi on atau off. Sistem kendali ini relatif sederhana, mudah dirancang, dan murah. Oleh karena itu banyak digunakan di industri maupun rumah-rumah. Sistem kendali ini biasa digunakan untuk mengendalikan laju aliran yang masuk ke tangki penampung sehingga konstan positif atau nol. (Mashudi, 1995) [2] 2.3 Sensor Sensor digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisik atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik disebut Transducer. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. (id.wikipedia.org.sensor) [4] 2.4 Roda Gigi Gambar 2.10 Bagian roda gigi
II-12 Modul : d m dimana : d : diameter lingkar jarak bagi...(11) z z : Jumlah gigi m: Modul Jarak bagi lingkar :. d t...(12) z dimana : d : diameter lingkar jarak bagi z : Jumlah gigi t : Jarak bagi lingkar t.m...(13) Tinggi kepala = m Tinggi kaki = m + ck...(14) dimana ck : 0.25 x m (kelonggaran puncak) Tebal gigi. m Tebal gigi 2...(15)