Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Materi pompa

6,222 views

Published on

Materi pompa

  1. 1. 5 BAB II TEORI DASAR POMPA SENTRIFUGAL 2.1 Dasar Teori Pompa 2.1.1 Pengertian Fluida dan Head Definisi dari fluida adalah substansi yang mengalir karena antar partikel satu dengan lainnya bebas. Secara umum fluida dibagi menjadi fluida compresible (mampu mampat) dan incompresible (tak mampu mampat). Karakteristik fluida bisa dijelaskan dengan properti fluida. Adapun properti fluida yaitu temperatur, tekanan, masa, volume spesifik, dan kerapatan masa (Anis Samsudin dan Karnowo, 2008). Energi fluida untuk melakukan kerja yang dinyatakan dalam feet atau kaki tinggi tekanan (head) fluida yang mengalir. Jadi, head atau tinggi tekan merupakan ketinggian pada mana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah energi yang mana sam dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida pada kondisi yang sama (Austin H. Church,1993). Head ada dalam tiga bentuk yang dapat saling dapat dipertukarkan antara lain: 1. Head potential/head aktual Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang datar. Jadi, suatu kolam air setinggi 2 kaki atau feet mengandung jumlah energi yang disebabkan oleh posisinya dan dikatakan fluida tersebut mempunyai head sebesar 2 feet kolam air (Austin H. Church,1993). 2. Head kinetik/head kecepatan Adalah suatu ukuran energi kinetik yang dikandung satu satuan bobot fluida yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh persamaan yang biasa dipakai untuk energi kinetik (V2 /2g), energi ini dapat dihitung dengan tabung pitot yang diletakkan dalam aliran seperti gambar 2.1 di bawah. Kaki kedua dari manometer dihubungkan dengan pipa aliran secara tegak lurus dari manometer dihubungkan dengan pipa aliran untuk menyamakan tekanan yang ada pada pipa aliran titik ini (Austin H. Church,1993).
  2. 2. 6 3. Head tekanan Adalah energi yang dikandung oleh fluida akibat tekanannya dalam persamaannya adalah ρ/γ. Jika sebuah menometer terbuka dihubungkan dengan sudut tegak lurus aliran, maka fluida di dalam tabung akan naik sampai ketinggian yang sama dengan ρ/γ (Austin H. Church,1993). Gambar 2.1 Cara Mengukur Head (Austin H. Church,1993) 2.1.2 Pengertian Pompa Sentrifugal Pompa Sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi hidrolik melalui aktivitas sentrifugal. Energi inilah yang mengakibatkan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso dan Haruo Tahara, 2004). Sedangkan untuk gaya sentrifugal itu sendiri memilki arti yaitu sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar). 2.1.3 Kerja Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal mempunyai impeller untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair, maka zat cair yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah-tengah impeller ke luar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekan zat cair menjadi lebih tinggi, demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan.
  3. 3. 7 Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair antara saluran hisap dan saluran keluar pompa disebut head total pompa. Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang menyebabkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso dan Haruo Tahara, 2004) 2.1.4 Klasifikasi Pompa Sentrifugal 2.1.4.1 Klasifikasi Menurut Jenis Impeller A. Impeller Tertutup Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk memompa zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. Impeller tertutup dapat dilihat pada gambar 2.2. . Gambar 2.2 Impeller Tertutup (http://macammakati.blogspot.com/2011/03/macam-macam-impeler-pomp) B. Impeler Terbuka Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan ataupun di belakang, bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu - sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk memompa zat cair yang banyak mengandung kotoran yang volumenya lebih besar dari butiran pasir. Impeller terbuka ditunjukkan pada gambar 2.3.
  4. 4. 8 Gambar 2.3 Impeller Terbuka (http://macammakati.blogspot.com/2011/03/macam-macam-impeler-pomp) C. Impeler Setengah Terbuka Impeler jenis ini terbuka di sebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakang. digunakan untuk memompa zat cair yang mengandung sedikit kotoran, misalnya air yang bercampur pasir. Impeler setengah terbuka ditunjukkan pada gambar 2.4 Gambar 2.4 Impeller Setengah Terbuka (http://macammakati.blogspot.com/2011/03/macam-macam-impeler-pomp) 2.1.4.2 Klasifikasi Menurut Bentuk Rumah A. Pompa Volut Pada pompa volut zat cair lebih mudah mengalir dan tidak tersumbat atau zat cair pada impeller secara langsung dibawa ke rumah volut. Pompa volut ditunjuka pada gambar 2.5.
  5. 5. 9 Gambar 2.5 Pompa Volut (Sularso dan Haruo Tahara, 2004) B. Pompa Diffuser Pada pompa diffuser, dengan pemasangan diffuser sekeliling luar impeller, akan memperbaiki efisiensi pompa dan menambah kokoh rumah pompa. Dengan alas an tersebut pompa ini banyak dipakai pada pompa besar dengan head tinggi. Pompa diffuser ditunjukan pada gambar 2.6. Gambar 2.6 Pompa Difuser (Anis Samsudin dan Karnowo, 2008) 2.1.4.3 Klasifikasi Pompa Berdasarakan Jumlah Aliran A. Pompa Satu Aliran Masuk Pompa hisapan tunggal atau satu aliran masuk banyak dipakai kerena kontruksinya yang sederhana. Permasalhan pada pmpa ini adalah gaya aksial yang timbul dari sisi hisap dapat diatasi dengan menambah ruang penimbang, sehingga tidak perlu lagi menggunakan bantalan aksial yang besar. Pompa satu aliran masuk ditunjukan pada gambar 2.7.
  6. 6. 10 B. Pompa Dua Aliran Masuk Pompa dua aliran masuk banyak dipakai pada pompa besara atau sedang. Kontruksi pompa ini terdiri dari dua impeller saling membelakangi dan zat cair masuk dari kedua sisi impeller, dengan kontruksi seperti itu pemasalahan gaya aksial tidak akan muncul kerena saling mengimbangi. Debit zat cair keluar dua kali dari debit zat cair yang masuk lewat dua sisi impeller. Pompa jenis ini dapat beroperasi pada putaran yang tinggi. Untuk aliran masuk yang lebih dari dua, prinsip kerjanya sama dengan yang dua aliran masuk. Pompa dua aliran masuk ditunjukan pada gambar 2.7. Gambar 2.7 Klasifikasi Berdasarkan Aliran Masuk (Anis Samsudin dan Karnowo, 2008) 2.1.4.4 Klasifikasi Pompa Berdasarkan Jumlah Tingkat A. Pompa Satu Tingkat Pompa ini hanya mempunyai satu impeler, head total yang dihasilkan hanya berasal dari satu impeler. Maka head total dari pompa ini relatif rendah. Pompa satu tingkat ditunjukan pada gambar 2.8. Gambar 2.8 Pompa Satu Tingkat (Anis Samsudin dan Karnowo, 2008)
  7. 7. 11 B. Pompa Bertingkat Banyak Pompa ini mempunyai impeler sejumlah tingkatnya. Head total adalah jumlah dari setiap tingkat sehingga untuk pompa ini mempunyai head yang relatif tinggi. Kontruksi impeller biasanya menghadap satu arah tetapi untuk menghindari gaya aksial yang timbul dibuat saling membelakangi. Pada rumah pompa banyak tingkat biasanya dipasang diffuser tetapi ada uga yang menggunakan volut. Pemasangan diffuser pada rumah pompa banyak tingkat lebih menguntungkan daripada dengan rumah volut, karena aliran dari tingkat satu ke tingkat berikutnya akan lebih mudah dilakukan. Pompa bertingkat banyak ditunjukan pada gambar 2.9. Gambar 2.9 Pompa Bertingkat Banyak (Anis Samsudin dan Karnowo, 2008) 2.1.4.5 Klasifikasi Pompa Berdasarkan Letak Poros A. Pompa Jenis Poros Horizontal Pompa poros horizontal mempunyai poros dengan posisi mendatar. Pompa poros horizontal ditunjukan pada gambar 2.10. Gambar 2.10 Pompa Poros Horizontal (Sularso dan Haruo Tahara, 2004)
  8. 8. 12 B. Pompa Jenis Poros Vertikal Pompa poros tegak mempunyai poros dengan posisi tegak. Pompa aliran axial dan campuran banyak dibuat dengan poros tegak. Rumah pompa dipasang dengan ditopang pada lantai bagian tekan impeler rumah pompa poros pompa bagian isap bantalan poros bagian isap bantalan bagian tekan impeler rumah pompa poros pompa oleh pipa yang menyalurkan zat cair keluar pompa. Posisi poros pompa adalah tegak dan dipasang sepanjang sumbu pipa air keluar dan disambungkan dengan motor penggerak pada lantai. Poros dipegangi dengan beberapa bantalan, sehingga kokoh dan biasanya diselubungi pipa selubung yang berfungsi untuk saluran minyak pelumas. Pompa poros vertikal ditunjukan pada gambar 2.11. Gambar 2.11 Pompa Poros Vertikal (Sularso dan Haruo Tahara, 2004) 2.1.4.6 Klasifikasi Pompa Menurut Rangkaian Menurut rangakainnya, operasi rangkaian dibedakan menjadi dua yaitu operasi rangkaian paralel dan operasi rangkaian seri. A. Operasi rangkaian paralel dan seri dari pompa-pompa dengan karekteristik sama. Gambar 2.12 Operasi Rangkaian Paralel dan Seri dari Pompa- Pompa dengan Karekteristik Sama.(Sularso dan Haruo Tahara, 2004)
  9. 9. 13 Gambar di atas menunjukkan karakteristik sama dari pompa yang dipasang secara seri dan paralel. Untuk pompa tunggal diberi tanda (1), pompa seri (2), dan pompa paralel (3). Untuk rangkaian seri menghasilkan head kurva 2 diperoleh dari harga head kurva 1 dikalikan dua untuk kapasitas Q yang sama. Kurva untuk susunan paralel diberi tanda 3, harga kapasitas Q kurva 3 ini diperoleh dari harga kapasitas pada kurva 1 dikalikan dua untuk head yang sama. Kurva R3 menunjukkan tahanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan R1 dan R2. Jika sistem mempunyai kurva head kapasitas R1 maka titik kerja pompa 1 akan berada di A, jika disusun paralel pada kurva 3 maka titik kerjanya akan berada di B. Terlihat bahwa Q di titik B tidak sama dengan dua kali Q di titik A, ini terjadi karena ada kenaikan head sistem. Rangkaian seri digunakan untuk menaikkan head, sedangkan paralel untuk menaikkan kapasitas aliran. B. Operasi rangkaian seri dari pompa-pompa dengan karekteristik berbeda. Gambar 2.13 Operasi Rangkaian Seri dari Pompa - Pompa dengan Karekteristik Berbeda. (Sularso dan Haruo Tahara, 2004) Kurva (1) adalah dari pompa kapasitas kecil, kurva (2) dari pompa kapasitas besar, dan kurva (3) merupakan karakteristik operasi kedua pompa dalam rangkaian seri. Jika sistem pipa mempunyai kurva karakteristik R1 maka titik operasi dengan pompa susunan seri akan terletak di (C). Dalam keadaan ini pompa (1) bekerja di titik (D) dan pompa (2) di titik (E). Untuk sistem yang mempunyai karakteristik R2, kerja seri antara pompa (1) dan pompa (2) tidak dikehendaki. Disini head pompa (1) menjadi negatif sehingga akan menurunkan head pompa (2). Jadi untuk kurava sistem yang lebih rendah dari R2 lebih dipakai pompa (2) saja.
  10. 10. 14 2.2 Dasar Teori Perhitungan 2.2.1 Debit Perhitungan debit dapat dinyatakan pada persamaan 2.1 dengan pengambilan waktu selama 3 kali maka waktu rata-rata (t) adalah: 1 2 3 3 t t t t    ………………………………………………….(2.1) Sehingga diperoleh debit aliran sebagai berikut : v Q t  …………………………………………………………..(2.2) Dimana: Q = Debit (m3 /s) V = Volume fluida (m3 ) t = Waktu (s) 2.2.2 Persamaan Bernouli Energi total fluida adalah sama dengan jumlah ketiga tinggi-tekan (Head) + + = ………………………………………………..(2.3) Dan, karena energy tidak dapat ditimbul atau hilang begitu saja, H adalah konstan (dengan mengabaikan rugi – rugi). Persamaan ini dikenal dengan persamaan bernouli. Berbagai bentuk tinggi tekan dapat bervariasi besarnya pada penampang yang berbeda tetapi, dengan mengabaikan rugi – rugi penjumlahannya selalu sama. Pada laluan aktual, tinggi-tekan tidaklah tetap konstan disebabkan oleh rugi – rugi gesekan dan rugi- rrugi turbulensi (Austin H. Church, 1993).. Jadi persamaan itu dapat ditulis sebagai berikut: H = + + = + + …………………………...(2.4) Keterangan: v = Kecepatan aliran rata-rata (m/s) g = Percepatan gravitasi (m/s2 ) ρ = Kerapatan fluida (kg/m3 ) z = Tinggi letak dalam meter (m) H = Tinggi energi dalam meter (m)
  11. 11. 15 = Tinggi kecepatan dalam meter (m) = Tinggi tekanan dalam meter (m) 2.2.3 Persamaan Kontinuitas Sesudah tercapai kondisi – kondisi yang stedi, masa jenis fluida yang mengalir pada sebarang titik adalah konstan. Masa jenis fluida adalah sama dengan AV dimana V adalah kecepatan rata – rata pada penampang tersebut, A luas penampang, dan adalah masa jenis fluida. Untuk sebarang luas penampang a dan b ditunjukan pada persamaan 2.5. a Aa va = b Ab vb, ……………………………………………(2.5) Ini dikenal sebagai persamaan kontinuitas dan ini sangat penting dalam perhitungan – perhitungan aliran fluida. Untuk cairan – cairan seperti ini adalah konstan dan persamaan diatas akan menjadi yang ditunjukan pada persamaan 2.6. Q = v.A ………………………………………………………...(2.6) Di mana Q adalah jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu. Jadi begitu luas penampang mengecil secara perlahan – lahan kecepatan akan bertambah besar, dan sebaliknya. Dimana A adalah luas penampang pipa pada instalasi pompa sentrifugal. (Austin H. Church, 1993). Untuk mencari kecepatan rata – rata atau laju aliran fluida pada suatu penampang ditujukan pada persamaan 2.7. Q V A  ………………………………………………………….(2.7) Dimana: v = Laju aliran fluida (m/s) Q = Debit (m3 /s) A = Luas penampang pipa bagian dalam (m2 ) Luas penampnag pipa adalah 2 4 A d   ……………………………………………………….(2.8) Dimana: A = Luas penampang sebuah pipa (m2 )
  12. 12. 16 d = Diameter pipa (inch) Untuk mencari nilai dari laju aliran pada pipa hisap dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut : = . Jika = Maka . = . a a b b A v v A  ………………………………………………………(2.9) 2.2.4 Head Total Head total adalah energi angkat atau dapat digunakan sebagai perbandingan antara suatu energi pompa per satuan berat fluida. Pengukuran dilakukan dengan mengukur beda tekanan antara pipa isap dengan pipa tekan, satuannya adalah meter. Zat cair yang mengalir pada sebuah penampang akan mempunyai tekanan statis ρ ( dalam kgf/m3 ), kecepatan rata-rata ν (dalam m/s), dan ketinggian z (dalam m) diukur dari bidang-bidang refrensi. Maka zat cair pada penampang dikatakan mempunyai head total (dalam m). Head total pompa pada sebuah penampang adalah head yang terdiri dari beberapa head, diantaranya adalah head tekanan, head kecepatan, dan head potensial adalah energi mekanik total per satuan berat zat cair, dan dinyatakan dengan satuan tinggi kolom zat cair dalam meter (Sularso dan Haruo Tahara, 2004) . Ketiga head ini adalah energi mekanik yang dikandung oleh satu satuan berat (kgf) zat cair yang mengalir pada penampang, satuan energi per satuan berat adalah ekuivalen dengan satuan panjang yaitu meter, maka head total pompa pada penampang ditunjukkan pada persamaan 2.10. H = + + Z ..…………………………………...(2.10) Dimana: H = Head pompa (m) p = Tekanan statis ( N/m2 ) γ = Berat zat cair per satuan volume (kgf/m3 ) v = Kecepatan aliran fluida (m/s)
  13. 13. 17 g = Percepatan gravitasi Persamaan diatas dikenal dengan Theorema Bernoulli atau persamaan Bernoulli. 2.2.5 Head Tekan Head tekan adalah energi yang terkandung oleh fluida akibat tekanannya. Bila suatu manometer terbuka dihubungkan tegak lurus dengan aliran, fluida akan naik di dalam tabung ke ketinggian yang sama dengan P/y. (Austin H. Church, 1993). Head tekan pompa ditunjukan pada persamaan 2.11. H = …………………...………………………………(2.11) Dimana: Hp = Head Tekan (m) Pd = Tekanan Discharg (N/m2 ) Ps = Tekanan Suction (N/m2 ) = Berat per satuan volume zat cair yang di pompa (kgf/m3 ) Tekanan yang digunakan untuk menghitung head tekan adalah menggunakan tekanan absolut. Tekanan absolut adalah tekanan yang diukur terhadap tekanan nol absolute atau vakum absolut, sedang tekanan relatif atau tekanan terukur adalah tekanan yang diukur terhadap tekanan atmosfer setempat yang dapat dilihat pada persamaan 2.5. Tekanan terukur dapat lebih besar atau lebih kecil daripada tekanan atmosfer setempat. Tekanan terukur yang lebih besar daripada tekanan atmosfer setempat adalah tekanan positif, sedangkan yang lebih kecil dari pada tekanan atmosfer setempat adalah tekanan negative (web.ipb.ac.id/~erizal/mekflud/modul2.pdf, diakses 20/7/2013). Tekanan tersebut dapat dilihat pada gambar 2.12. = + …………………………………..(2.12) Dimana : Pabsolut = Tekanan absolut (N/m2 ) Patm = Tekanan atmosfer (N/m2 ) Pterukur = Tekanan terukur pada alat ukur pressure gauge.
  14. 14. 18 Gamabar 2.14 Satuan dan Skala Pengukuran Tekanan (web.ipb.ac.id/~erizal/mekflud/modul2.) 2.2.6 Head Kecepatan Head kecepatan adalah suatu ukuran energi kinetik yang dikandung satu satuan bobot fluida yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh persamaan yang biasa dipakai untuk energi kinetic (Austin H. Church, 1993). Head kecepatan pompa ditunjukan pada persamaan 2.13. H = …………………………………………………..(2.13) Dimana : V2 d = Kecepatan aliran fluida discharge (m/s) V2 s = Kecepatan aliran fluida suction (m/s) g = grafitasi 2.2.7 Torsi Diukur dengan menggunakan timbangan, untuk mengukur besarnya dengan cara mengalirkan gaya (F) dengan lengan pengukur momen (l). Satuannya adalah Nm (Careca F., dkk., 2011).. Torsi ditunjukan pada persamaan 2.14. T = F . L ……………………………………………………...(2.14) Dimana: T = Torsi (Nm) F = Gaya (kgf)
  15. 15. 19 L = Panjang lengan (m) 2.2.8 Daya Hidrolis Energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa per satuan waktu disebut daya hidrolis (Dietzel F., 1980).. Daya hidrolis ditunjukan pada persamaan 2.15. = . . . ……………………………………………..(2.15) Dimana : Ph = Daya hidrolis (watt) = Kerapatan fluida (kg/m3 ) Q = Kapasitas (m3 /s) H = Head pompa (m) 2.2.9 Daya Poros Daya poros adalah daya yang diperlukan untuk menggerakan sebuah pompa atau sering disebut (Break House Power) BHP. (Careca F., dkk., 2011).. Daya poros ditunjukan pada persamaan 2.16. = . = . . . ……………………………………...(2.16) Dimana : BHP = Daya poros (watt) T = Torsi (Nm) = Kecepatan sudut poros (rad/s) n = Putaran motor (rpm) 2.2.10 Effisiensi Pompa Effisiensi pompa adalah pembagian antara daya air dibagi daya poros. (Careca F., dkk., 2011). Effisiensi pompa ditunjukan pada persamaan 2.17. = 100% ……………………………………….(2.17) Dimana : = Effisiensi pompa Ph = Daya air (watt) BHP = Daya poros (watt)

×