4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sifat – Sifat Kimia dan Fisika Air

Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H2O: satu molekul air

tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom

oksigen. Air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada

kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K

(0 °C). Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki

kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-

garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik.

Keadaan air yang berbentuk cair merupakan suatu keadaan yang tidak umum

dalam kondisi normal, terlebih lagi dengan memperhatikan hubungan antara

hidrida-hidrida lain yang mirip dalam kolom oksigen pada tabel periodik,

yang mengisyaratkan bahwa air seharusnya berbentuk gas, sebagaimana

hidrogen sulfida. Dengan memperhatikan tabel periodik, terlihat bahwa

unsur-unsur yang mengelilingi oksigen adalah nitrogen, flor, dan fosfor,

sulfur dan klor. Semua elemen-elemen ini apabila berikatan dengan hidrogen

akan menghasilkan gas pada temperatur dan tekanan normal.

Alasan mengapa hidrogen berikatan dengan oksigen membentuk fase

berkeadaan cair, adalah karena oksigen lebih bersifat elektronegatif

ketimbang elemen-elemen lain tersebut (kecuali flor).Tarikan atom oksigen

pada elektron-elektron ikatan jauh lebih kuat daripada yang dilakukan oleh

atom hidrogen, meninggalkan jumlah muatan positif pada kedua atom

hidrogen, dan jumlah muatan negatif pada atom oksigen.

Adanya muatan pada tiap-tiap atom tersebut membuat molekul air memiliki

sejumlah momen dipol. Gaya tarik-menarik listrik antar molekul-molekul air

akibat adanya dipol ini membuat masing-masing molekul saling berdekatan,

membuatnya sulit untuk dipisahkan dan yang pada akhirnya menaikkan titik

didih air. Gaya tarik-menarik ini disebut sebagai ikatan hidrogen.

5

Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat

kimia. Air berada dalam kesetimbangan dinamis antara fase cair dan padat di

bawah tekanan dan temperatur standar. Dalam bentuk ion, air dapat

dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H+) yang berasosiasi (berikatan)

dengan sebuah ion hidroksida (OH-). Berikut adalah ketetapan fisik air pada

temperatur tertentu

Tabel 2.1. Sifat fisik air (Air dibawah 1 atm dan air jenuh di atas 100°)

Temperatur

(°C)

Kerapatan

( kg/l)

Viskositas

kinematik (m²/s)

Tekanan uap

(kgf/cm²)

0 0,9998 1,792 0,00623

5 1,0000 1,520 0,00889

10 0,9998 1,307 0,0I251

20 0,9983 1,004 0,02383

30 0,9957 0,801 0,04325

40 0,9923 0,658 4,07520

50 0,9880 0,554 0,12578

60 0,9832 0,475 0,20313

70 0,9777 0,413 0,3178

80 0,9716 0,365 0,4829

90 0,9652 0,326 0,7149

100 0,9581 0,295 1,0332

120 0,9431 0,244 2,0246

140 0,9261 0,211 3,685

160 0,9073 0,186 6,303

180 0,8869 0,168 10,224

200 0,8647 0,155 15,855

220 0,8403 0,130 23,656

240 0,814 0,136 34, I 38

260 0,784 0,131 47,869

280 0,751 0,128 65,468

300 0,712 0,127 87,621

(Tahara H., Sularso, 2000).

6

2.2. Deaerator

(Anggafauzian 2012) mengatakan deaerasi adalah perlakuan terhadap air

untuk menghilangkan gas-gas yang larut dalam air. Adapun gas-gas yang

larut dalam air adalah :

a. Oksigen ( O2 )

b. Karbondioksida ( CO2 )

c. Hidrogen ( H2S)

Pengaruh gas CO2 dalam air dapat menyebabkan air bersifat asam. Bila gas

ini terkandung dalam air, maka air menjadi korosif terhadap pipa yang akan

membentuk besi karbonat yang larut. Didalam air yang terkandung 2-50 ppm

CO2, air bersifat korosif. Gas yang mempercepat korosi adalah oksigen,

korosif yang terjadi mengakibatkan lubang-lubang. Untuk menghilangkan

gas-gas terlarut seperti oksigen, dapat dilakukan dengan cara mekanis atau

kimiawi.Metode deaerasi ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :

a. Metode deaerasi dengan sistem pemanasan

Proses deaerasi pemanasan adalah proses pemisahan yang dilakukan

dengan menggunakan peralatan mekanik yang telah dirancang

sedemikian rupa yang digunakan untuk proses kerja sesuai dengan yang

diinginkan. Prinsip dasar dari deaerasi dengan sitem pemanasan adalah

apabila temperatur dinaikkan pada air maka kelarutan dari gas-gas akan

berkurang atau turun. Jadi syarat-syarat terjadinya deaerasi secara

maksimal itu sangat tergantung pada temperatur. Jika temperatur tidak

sesuai dengan yang seharusnya, maka deaerasi tersebut tidak berjalan

baik.

b. Metode deaerasi dengan system penambahan zat kimia (perlakuan kimia)

Deaerasi dengan sistem penambahan zat kimia adalah dengan cara

memasukkan larutan kimia kedalam air.

7

2.2.1. Pengenalan Deaerator

Deaerator adalah alat yang bekerja untuk membuang gas-gas yang

terkandung dalam air ketel, sesudah melalui proses pemurnian air

(water treatment). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas

awal air pengisian ketel sebelum dimasukkan kedalam boiler. Deaerator

bekerja berdasarkan sifat 26dari oksigen yang kelarutannya pada air

akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Pengenalan deaerator

dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.1. Deaerator

Alat deaerator ini terdiri dari dua drum dimana drum yang lebih kecil

merupakan tempat pemanasan pendahuluan dan pembuangan gas-gas

dari bahan air ketel, sedangkan drum yang lebih besar adalah

merupakan tempat penampungan bahan air ketel yang jatuh dari drum

yang lebih kecil di atasnya. Pada drum yang lebih kecil terdapat spray

nozzle yang berfungsi untuk menyemprot bahan air ketel menjadi

butiran-butiran air halus agar proses pemanasan dan pembuangan gas-

gas dari bahan air ketel lebih sempurna. Juga pada drum yang lebih

kecil disediakan satu saluran vent agar gas-gas dapat terbuang (bersama

steam) ke atmosfer.

Unsur utama dalam menentukan keberhasilan dari proses ini adalah

kontak fisik antara bahan air ketel dengan panas yang diberikan oleh

uap. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada proses deaerator

adalah:

8

a. Jumlah aliran air kondensat

b. Jumlah aliran bahan air ketel

c. Tekanan dalam deaerator

d. Level air dalam deaerator

Jika deaerator tidak dapat bekerja dengan baik, dapat berpengaruh

buruk terhadap sistem air umpan, sistem kondensat, dan juga akan

menaikkan pemakaian bahan kimia. Untuk mencapai efisiensi deaerator

yang baik ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :

a. Pertahankan suhu dan tekanan yang setinggi mungkin sesuai

dengan rancangan

b. Pastikan steam / uap keluar / venting dari deaerator bahwa oksigen

dan gas-gas yang tidak terkondensasi ikut keluar

c. Lakukan inspeksi bagian dalam deaerator untuk memastikan

semua komponen tidak mengalami kerusakan

2.2.2. Bagian-Bagian Utama Deaerator

Untuk menunjang kerja deaerator, maka pada deaerator tersebut perlu

dilengkapi dengan instrumen pengkuran, yang berguna untuk me-

monitoring operasi atau kerja dari deaerator itu sendiri. Gambar

dibawah ini menunjukan tentang bagian-bagian utama dari deaerator

dan beberapa instrumen pengukuran yang melengkapinya.

Gambar 2.2 Komponen Deaerator

9

2.2.3. Jenis-Jenis Deaerator

Adapun jenis-jenis deaerator yang sering dijumpai adalah :

a. Deaerator Type Spray

Deaerator ini digunakan apabila air umpan perlu dipanaskan lebih

dahulu dengan mempergunakan uap sebagai pemanas. Seperti

gambar 2.3 dibawah ini, uap yang masuk kedalam deaerator aliran

memecahkan air menjadi serpihan-serpihan kecil yang

mengakibatkan gas-gas yang larut dalam air dipaksa keluar

sehingga konsentrasi oksigen dalam air turun.

Gambar 2.3. Deaerator Type Spray

b. Deaerator Tipe Vakum

Mekanisme kerja deaerator vakum adalah gas-gas yang larut dalam

air dihilangkan dengan mempergunakan ejector uap atau atau

dengan pompa vakum, untuk memperoleh vakum yang diperlukan,

mekanisme deaerator vakum dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut.

Besarnya vakum tergantung pada suhu air, akan tetapi biasanya

730 mmHg.

10

Gambar 2.4. Deaerator Tipe Vakum

c. Deaerator Type Tray

Pada deaerator tipe tray seperti yang terlihat pada gambar 2.5

dibawah, memaksimalkan sekat-sekat ( Tray ) sebagai media untuk

memperbesar ruang jatuh dari pada air sehingga molekul-molekul

air akan saling terpisah satu dengan yang lainnya, jadi tray pada

deaerator jenis ini adalah untuk memaksa molekul air untuk

menyebar sehingga mempermudah pelepasan udara.

Gambar 2.5. Deaerator Type Tray

11

2.3. Defenisi Pompa

(Sularso 2000) mengatakan pompa adalah mesin atau peralatan mekanis

(kerja putar poros) 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. Hal ini dicapai dengan

membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau suction dan tekanan

yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa.

(Frietz Dietzel 1993) mengatakan pompa adalah salah satu mesin fluida yang

termasuk dalam golongan mesin kerja. Pompa berfungsi untuk memindahkan

zat cair dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Disamping itu

pompa juga digunakan untuk memindahkan zat cair dari tempat yang lebih

tinggi ke tempat yang lebih rendah, misalnya pada sistim pemipaan yang

panjang dan berbelok-belok, sehingga mempunyai tekanan hidrolik yang

lebih tinggi.

Dari beberapa pengertian di atas, maka dapat diketahui bahwa pompa adalah

sebuah alat yang digunakan untuk menggerakkan fluida dengan memberikan

gaya tekan terhadap fluida yang akan dipindahkan. Dengan menggunakan

pompa, fluida dapat dipindahkan baik secara vertical maupun horizontal.

2.4. Jenis – jenis Pompa

(Austin H. Church 1986) mengatakan, secara garis besar, jenis-jenis pompa

dibagi menjadi 2 kelompok besar yaitu Pompa Perpindahan Positif (Positive

Displacement Pump) dan Pompa Dinamik (Dynamic Pump). Kedua jenis

pompa dibagi lagi menjadi beberapa jenis.

2.4.1. Pompa Perpindahan Positif (Positive Displacement Pump)

Cara kerja pompa ini adalah dengan memberikan gaya tertentu pada

volume fluida tetap dari sisi inlet menuju titik outlet pompa. Pompa

jenis ini memiliki kelebihan memberikan perpindahan fluida yang stabil

12

dan power density (gaya per satuan berat) yang besar. Jenis - jenis

pompa ini terbagi menjadi (Suhendra: 2019):

a. Pompa Reciprocating

Cara kerja pompa ini adalah mengubah energi mekanis dari

penggerak pompa menjadi energi dinamis terhadap cairan yang

dipindahkan. Perpindahan energi ke cairan terjadi melalui elemen

berupa gear/crank, cam yang bergerak secara memutar dan

memberikan dorongan terhadap piston yang selanjutnya menekan

fluida sehingga dapat mengalir. Sejumlah volume fluida akan

mengalir masuk melalui inlet menuju silinder, kemudian fluida

ditekan/dipompa keluar melalui outlet. Pompa jenis ini banyak

digunakan untuk mengalirkan fluida dengan nilai viskositas besar

seperti minyak mentah, lumpur dan lain - lain.

Gambar 2.6. Ilustrasi Pompa Reciprocating

b. Pompa Rotary

Seperti namanya, pompa ini menggerakan fluida dengan prinsip

rotasi. Kevakuman terbentuk oleh adanya rotasi dari pompa dan

selanjutnya menghisap fluida masuk. Keuntungan dari pompa jenis

ini adalah tingkat efisiensi yang tinggi karena udara yang terdapat

pada pipa alirannya akan keluar secara alami. Adapun kekurangan

dari pompa jenis ini adalah karena sifat alaminya maka clearence

antara sudu putar dan sudu pengikutnya harus sekecil mungkin dan

mengharuskan pompa berputar pada kecepatan rendah dan stabil.

Pompa rotary dapat dibedakan menjadi beberapa jenis yaitu:

13

External Gear Pump

Gambar 2.7. Rotary Pump Tipe External Gear

Internal Gear Pump

Gambar 2.8. Rotary Pump Tipe Internal Gear

Screw Pump

Gambar 2.9. Rotary pump tipe screw

Progressive Cavity Pump

Gambar 2.10. Rotary Pump Tipe Progressive Cavity

14

Rotary Lobe Pump dan Rotary Piston Pump

Gambar 2.11. Rotary Pump Tipe Rotary Lobe

Gambar 2.12. Rotary Pump Tipe Rotary Piston

Vane Pump

Gambar 2.13. Rotary Pump Tipe Vane

2.4.2. Pompa Dinamik (Dynamic Pump)

Pompa dinamik adalah jenis pompa yang dapat menghasilkan fluida

dengan kecepatan tinggi dan mengubah kecepatan fluida menjadi

tekanan melalui perubahan penampang aliran. Jika dibandingkan

dengan pompa tipe positive displacement pump, pompa ini memiliki

efisiensi yang lebih rendah. Meskipun demikian pompa jenis ini biaya

perawatannya lebih murah.

15

J. Karasik Igor, William C. Krutzsc (1978) mengatakan pompa dinamik

dapat bekerja pada fluida berkecepatan tinggi dan debit yang besar.

Jenis - jenis pompa dinamik yaitu:

a. Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal terdiri dari sebuah impeler yang di tengah -

tengahnya terdapat saluran inlet. Pada saat impeler berputar, fluida

mengalir menuju casing di sekitar impeler sebagai dampak dari gaya

sentrifugal. Casing ini berfungsi untuk menurunkan kecepatan fluida

sementara kecepatan putar impeler tetap tinggi. Kecepatan fluida

dikonversikan menjadi tekanan oleh casing sehingga fluida dapat

keluar melalui outlet. Pompa jenis ini memiliki keuntungan biaya

rendah, alirannya halus, bekerja pada kecepatan tinggi, dan memiliki

tekanan yang seragam.

Gambar 2.14. Pompa Sentrifugal

b. Pompa Aksial

Pompa aksial atau dikenal juga dengan pompa propeler

menghasilkan sebagian besar tekanannya dari propeler dan gaya

lifting dari sudu terhadap fluida. Pompa aksial terbagi menjadi dua

jenis yaitu pompa aksial vertikal (single-stage dan two-stage) dan

pompa aksial horizontal. Pada umumnya, pompa aksial yang banyak

digunakan adalah pompa aksial tipe vertikal sementara tipe

horizontal digunakan untuk kebutuhan fluida dengan debit besar dan

tekanan kecil.

16

Gambar 2.15. Pompa Aksial

c. Special-Effect Pump

Pompa jenis ini digunakan pada industri dengan kondisi tertentu.

beberapa jenis pompa yang termasuk kedalam jenis ini adalah jet-

eductor (injector), gas lift, hydraulic ram dan elektromagnetik.

Pompa injektor adalah sebuah alat yang menggunakan efek venturi

dari nozzle konvergen - divergen untuk mengkonversi energi

tekanan dari fluida bergerak menjadi energi gerak sehingga

menciptakan area bertekanan rendah dan dapat menghisap fluida di

sisi suction.

Gambar 2.16. Pompa Injeksi

Gas lift-pump adalah sebuah cara untuk mengangkat fluida di dalam

sebuah kolom dengan jalan menginjeksikan suatu gas tertentu yang

menyebabkan turunnya berat hidrostatik dari fluida tersebut

sehingga reservoir dapat mengangkatnya ke permukaan.

17

Gambar 2.17. Gas Lift-Pump

Pompa air hidraulik ram adalah pompa air siklik dengan

menggunakan tenaga hydro (Hydropower).

Gambar 2.18. Hidraulik Ram Pump

Pompa elektromagnetik adalah pompa yang menggerakan fluida

logam dengan jalan menggunakan gaya elektromagnetik.

18

2.5. Prinsip Dasar Pompa

Suatu pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeler atau lebih

yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang dipasangkan pada poros yang

berputar dan diselubungi dengan/oleh sebuah rumah (casing).Fluida

mamasuki impeler secara aksial didekat poros dan mempunyai energi

potensial, yang diberikan padanya oleh sudu-sudu. Begitu fluida

meninggalkan impeler pada kecepatan yang relatif tinggi, fluida itu

dikumpulkan didalam ‘volute’ atau suatu seri laluan diffuser yang

mentransformasikan energi kenetik menjadi tekanan (Suhendra: 2019). Ini

tentu saja diikuti oleh pengurangan kecepatan. Sesudah konversi

diselesaikan, fluida kemudian dikeluarkan dari mesin tersebut.

Adapun bagian-bagian utama pompa sentrifugal adalah poros, impeller dan

rumah pompa adalah sebagai berikut (Igor J. Karrasik, W. Krutzch, Warren

F Cincin, dkk: 1978)

Gambar 2.19. Bagian Dalam Pompa

Aksi itu sama untuk pompa-pompa dengan kekecualian bahwa volume gas

adalah berkurang begitu gas-gas tersebut melewati blower, sementara volume

19

fluida secara praktis adalah tetap begitu begitu fluida tersebut melewati

pompa.

Pompa-pompa sentrifugal pada dasarnya adalah mesin-mesin berkecepatan

tinggi (dibandingkan dengan jenis-jenis torak, rotary, atau pepindahan).

Perkembangan akhir-akhir ini pada turbin-turbin uap, dan motor-motor listrik

dan disain-disain sistem gigi kecepatan tinggi telah memperbesar pemakaian

dan penggunan pompa-pompa sentrifugal, seharusnya dapat bersaing dengan

unit-unit torak yang ada.

Garis-garis efesiensi adalah garis yang menyatakan efesiensi yang sama

untuk hubungan head dengan kapasitas atau daya dapat di tentukan batasan

putaran maksimum dan minimum dengan kata lain untuk mendapatkan

daerah operasi yang terbaik jika dilihat dari segi putaran pompa. Dan

keuntungannya adalah sebagai berikut :

a. Kontruksi yang lebih sempurna

b. Lebih mudah dioperasikan

c. Biaya perawatan yang rendah

d. Dapat di kopel langsung dengan elektromotor

Kerugiannya :

a. Effesiensi rendah pada kapasitas tinggi

b. Adanya kerugian pada pipa hisap karena bocor pada saat beroperasi

2.6. Komponen Utama Pompa

Adapun komponen utama pada pompa adalah sebagai berikut:

Gambar 2.20. Bagian – Bagian dari pompa

20

Keterangan gambar:

A. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana

poros pompa menembus casing.

B. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing

pompa melalui poros.Biasanya terbuat dari asbes atau Teflon.

C. Shaft (Poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama

beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar

lainnya.

D. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan

keausan pada stuffing box. Pada pompa multistage dapat sebagai leakage

joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.

E. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

F. Casing

Bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen

yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet

nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan

mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single

stage).

G. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

21

H. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi

energi kecepatanpada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga

cairan pada sisi isap secara terusmenerus akan masuk mengisi kekosongan

akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

I. Wearing Ring

Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang

melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan

cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.

J. Bearing

Bearing (bantalan) 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.

2.7. Defenisi Head (Tinggi Tekan) Pompa

Head pompa adalah energi yang diberikan ke dalam fluida dalam bentuk

tinggi tekan. Dimana tinggi tekan merupakan ketinggian fluida harus naik

untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satu

satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Dasar dari penentuan tinggi

tekan (head) pompa adalah persamaan Bernoulli. Untuk aplikasi pada

instalasi pompa, persamaan Bernoulli dalam bentuk energi “head” terdiri dari

empat head, antara lain head elevasi, head tekanan, head kecepatan, dan head

kerugian (gesekan aliran). Persamaan Bernouli dalam bentuk energi head

yaitu (Tim Pertamina: 2009) :

(Z + 𝑣2

2𝑔 +

𝑝

𝜌𝑔)

1+ 𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (Z +

𝑣2

2𝑔 +

𝑝

𝜌𝑔)

2 + 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 (2.1)

𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (𝑍1 − 𝑍2 + 𝑣1

2

2𝑔 −

𝑣22

2𝑔 +

𝑝1

2𝑔 −

𝑝2

𝜌𝑔) + 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 (2.2)

𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (∆𝑍 + ∆𝑣2

2𝑔+ ∆

𝑝

𝜌𝑔) (2.3)

ℎ𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 = (∆𝑍 + ∆𝑝

𝜌𝑔) (2.4)

22

Dimana :

∆𝑍 = ℎ𝑧 = head elevasi, perbedaan tinggi muka air sisi masuk dan

keluar (m)

∆𝑣2

2𝑔 = ℎ𝑣 = head kecepatan sisi masuk dan keluar (m)

∆𝑝

𝜌𝑔 = ℎ𝑝 = head tekanan sisi masuk dan keluar (m)

𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 = head kerugian

𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (ℎ𝑧 + ℎ𝑣 + ℎ𝑝) + 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠

2.7.1 Head Statis Total

Head statis adalah penjumlahan head elevasi dengan head tekanan.

Head statis dari head statis sisi masuk dan sisi keluar, adapun

persamaannya sebagai berikut (Sularso: 2000) :

𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑖𝑠𝑎𝑝 = (Z + 𝑝

𝜌𝑔)1

(2.5)

𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 = (Z + 𝑝

𝜌𝑔)2

(2.6)

𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 − 𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑖𝑠𝑎𝑝)

(2.7)

𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑍2 + 𝑝2

𝜌𝑔 - 𝑍1 +

𝑝1

𝜌𝑔)

(2.8)

Dimana :

ℎ𝑖 : Head statis total

ℎ𝑑 : Head statis pada sisi tekan

ℎ𝑠 : Head statis pada sisi isap

Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari

sumbu pompa (Suction lift).

Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari

sumbu pompa (Suction head).

23

Gambar 2.21 Head Statis Total

2.7.2 Head Kerugian (Loss)

Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian yang

terdiri dari kerugian gesek aliran di dalam perpipaan dan head kerugian

di dalam belokan-belokan (elbow), percabangan, dan perkatupan

(valve) (Sularso: 2000).

𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝐻𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘𝑎𝑛 + 𝐻𝑠𝑎𝑚𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 (2.9)

a. Head kerugian gesek di dalam pipa

Aliran fluida cair yang mengalir di dalam pipa adalah fluida viskos

sehingga faktor gesekan fluida dengan dinidng pipa tidak dapat

diabaikan. Untuk menghitung kerugian gesek dapat menggunakan

perumusan sebagai berikut :

𝑣 = 𝐶𝑅𝑝𝑆𝑞

Dimana :

R = 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑖𝑝𝑎

𝑠𝑎𝑙𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑙𝑢𝑖 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 (jari-jari hidrolik)

(2.10)

S = ℎ𝑓

𝐿 (gradien hidrolik) (2.11)

ℎ𝑓 = 𝑓𝐿

𝐷 ×

𝑣2

2𝑔 (head kerugian gesek dalam pipa) (2.12)

Dengan :

V = kecepatan rata-rata dalam pipa

24

C, p, q = koefisien-koefisien

f = koefisen kerugian gesek

g = percepatan gravitasi 𝑚/𝑠2

L = panjang pipa (m)

D = Diameter pipa (m)

Tabel 2.2. Perbedaan Kekasaran

Material Ft Mm

Glass,plastic 0 0

Concrete 0.0003-0.03 0.9-9

Wood stave 0.0016 0.5

Rubber, smoothed 0.000033 0.01

Copper or brass tubing 0.000005 0.0015

Cast iron 0.00085 0.26

Galvanized iron 0.0005 0.15

Wrought iron 0.00015 0.046

Stainless steel 0.000007 0.002

Commercial steel 0.00015 0.045

Sumber : Fluid Mechanicsedition 4 By Frank M.White

Perhitungan kerugian di dalam pipa dipengaruhi oleh pola aliran,

untuk aliran laminar dan turbulen akan menghasilkan nilai koefisien

yang berbeda. Hal ini dikarenakan karakteristik dari aliran tersebut.

Adapun rumus yang dipakai adalah sebagai berikut :

Aliran Laminar (Re < 2300)

λ = 64

𝑅𝑒 (2.13)

Aliran Turbulen (Re < 4000)

λ = 0,02 + 0,0005

𝐷 (2.14)

Sedangkan untuk mencari nilai Re dengan diketahui kapasitas

pompa dan ukuran penampang, maka rumus mencari nilai bilangan

Reeynold menjadi

25

Re = 𝑉𝑠𝑑𝑖𝑠

𝑣 (2.15)

Dengan :

Re = Bilangan Reynold

υ = viskositas kinematik

dis= diameter dalam pipa

Sehingga untuk mencari faktor gesek (f) didapat dengan cara yang

dijelaskan dengan persamaan di bawah ini :

f = 0.0001375 [1 + (2000𝑘

𝑑𝑖𝑠+

106

𝑅𝑒)

1/3

] (2.16)

b. Head kerugian di dalam jalur pipa

Kerugian head jenis ini terjadi karena fluida mengalami gangguan

aliran sehingga mengurangi energi alirannya. Secara umum rumus

kerugian head ini adalah yang ditunjukan pada persamaan (2.17),

dimana :

ℎ𝑙 = 𝑓.𝑣2

2𝑔 (2.17)

Tabel.2.3. Factor K Alat Kelengkapan Pipa Ulir Dan Alat Kelengkapan Flens

(Ashrae Fundamentals Handbook: 2001)

26

Kerugian head ini banyak terjadi pada:

a) Belokan ( Elbow )

b) Perkatupan sepanjang jalur pipa

Pemasangan katup pada pompa adalah untuk pengontrolan

kapaasitas, tetapi dengan pemasangan katup tersebut akan

mengakibatkan kerugian energi aliran karena aliran dihambat.

Dari uraian di atas secara umum head kerugian total pompa dapat

dituliskan sebagai berikut :

𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = ℎ𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 + ℎ𝑣 + ℎ𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘𝑎𝑛 + ℎ𝑠𝑎𝑚𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛

(2.18)

2.7.3 Head Total

Head total pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan air dengan

kapasitas yang telah ditentukan dari kondisi instalasi pompa yang akan

dilayani. Pada gambar di bawah ini (gambar 2.9) head total dapat

dirumuskan sebagai berikut:

Gambar 2.22 Instalasi Pompa dan Head Total

𝐻 = ℎ𝑠 + ∆ℎ𝑝 + ℎ𝑙 + 𝑣2

2𝑔 (2.19)

Dimana :

ℎ𝑠 = head statis total (Perbedaan tinggi muka air sisi keluar dan masuk.

ℎ𝑎 = ℎ𝑑 – ℎ𝑠)

∆ℎ𝑝 = perbedaan head tekan yang berada pada permukaan air (∆ℎ𝑝 =

ℎ𝑝2 - ℎ𝑝1)

27

ℎ𝑙 = berbagai kerugian head di perpipaan, katup, belokan, sambungnan,

dan lain-lain

𝑣2

2𝑔 = head kecepatan luar

2.8. Performansi Pompa

2.8.1 Kapasitas Pompa Sentrifugal

Kapasitas dari suatu pompa sentrifugal dapat dinyatakan dengan rumus

berikut:

Q = V.A V = 𝑄

𝐴 (2.20)

Dimana, bila untuk menghitung kecepatan alirannya menjadi:

𝑉𝑠 = 𝑄𝑃

𝐴𝑠 =

𝑄𝜋

4 × (𝐷)2

(2.21)

Dengan :

Q = Kapasitas Pompa (m)

V = Kecepatan aliran (m/s)

𝐴𝑠 = Luas Penampang Pipa (m2)

𝑑𝑖𝑠 = diameter dalam pipa (m)

2.8.2 Kecepatan Spesifik

Jenis impeller yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada

putaran spesifiknya. Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan

pompa untuk menghasilkan 1 m degan kapasitas 1 m3/s, dan dihitung

berdasarkan (Agustin H. Church: 1986)

𝑛𝑠 = 51,64 𝑛

𝑝√𝑄

𝐻𝑝0,75 (2.22)

Dimana :

𝑛𝑠 = kecepatan spesifik

𝑛 = putaran pompa (rpm)

Q = kapasitas pompa (m3/s)

𝐻𝑝 = head pompa (m)

28

2.8.3 Hubungan antara Kapasitas dengan Efisiensi Pompa Sentrifugal

Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diberikan pompa

kepada fluida dengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa.

Berubahnya kapasitas akan mempengaruhi efisiensi pompa dan daya

pompa.

Untuk menghitung efisiensi pompa, maka ada beberapa hal yang perlu

diperhitungkan yang nantinya akan mempenagruhi efisiensi pompa

seperti rugi-rugi yang terjadi pada pompa disebabkan oleh adanya

kebocoran, kerugian hidrolis, kerugian karena gesekan pada impeller

serta kerugian mekanis pada bantalan dan elemen berputar lainnya yang

dinyatakan pada persamaan 23 berikut ini :

BHP = FHP + HPL + HPDF + HPH + HPM (2.23)

Dimana :

FHP = daya kuda fluida (Hp)

HPL = daya kuda untuk mengatasi kebocoran yang terjadi (Hp)

HPDF = daya kuda untuk mengatasi gesekan pada cakra (Hp)

HPH = daya kuda untuk mengatasi kerugian hidrolis (Hp)

Sehingga untuk efisiensi pompa (η) dapat dicari dengan menggunakan

persamaan 24 (Austin H Chruch: 1986)

η = 𝐹𝐻𝑃

𝐵𝐻𝑃 × 100% (2.24)

Dimana daya kuda fluida (FHP) dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan (Austin H Chruch: 1986) :

FHP = 𝛾𝑄𝐻

75 (2.25)

Dengan :

γ = berat jenis cairan yang dipompa

Q = kapasitas pompa

H = head aktual (m)

Besar daya kuda untuk mengatasi kebocoran dapat diketahui dengan

menggunakan persamaan (AJ Stepanov: 1957) :

29

HPL = 𝛾𝑄𝐿𝐻

75 (2.26)

Dengan :

γ = berat jenis cairan yang dipompa

QL = jumlah kebocoran total yang terjadi (0.1 Q m3/s)

H = head pompa (m)

Besar daya kuda yang dipakai untuk mengatasi gesekan pada

cakra/impeller dapat diketahui dengan menggunakan persamaan

(Stephen Lazarkeiwick: 1965) :

hpdf = 0,16 × 𝛾 (𝑛

1000)

3

d5 (2.27)

Dengan :

γ= berat jenis fluida

n = putaran poros

d = dimeter impeller

Daya kuda untuk mengatasi kerugian hidrolis (HPH) dapat diketahui

dengan menggunakan persamaan (Austin H Church: 1986) :

HPH = 𝛾𝑄′ℎ𝑙𝑠

75 (2.28)

Dengan :

γ = berat jenis fluida

Q’ = kapsitas aliran ditambah kebocorn yang terjadi (1.1Q m3/s)

hls = kerugian hidrolis (m)

a. Hal yang mempengaruhi efisiensi pompa

Berbagai pengaruh pada pompa yang bisa menurunkan atau menaikan

efisiensinya. Adapun factor-faktor lain yang juga mempengaruhi dari

efisiensi pompa adalah sebagai berikut ini :

a) Kondisi permukaan pada permukaan dalam pompa.

b) Kerugian mekanis dari pompa

c) Diameter impeller

d) Kekentalan zat cair.

e) Kondisi zat cair yang dipompa

30

2.8.4 Daya Pompa Sentrifugal

Besarnya energi atau daya yang dibutuhkan untuk memutar poros pompa

dipengaruhi oleh kapasitas pompa, tinggi tekan total pompa, berat jenis

fluida yang dipompakan, serta efisiensi total pompa tersebut. Daya yang

dibutuhkan untuk memutar poros pompa (Psh) dirumuskan dengan

persamaan (Stephen Lazarkiewics: 1965)

Dengan :

Np = daya yang dibutuhkan pompa (kW)

Q = kapasitas pompa (m3/det)

H = Head total pompa (m)

γ = berat jenis fluida yang dipompa (kg/m3)

η = efisiensi total pompa

2.9 Kavitasi Pompa

2.9.1 Tekanan Uap Zat Cair

Tekanan uap dari zat cair adalah tekanan mutlak pada temperatur

tertentu dimana pada kondisi tersebut zat cair akan menguap atau

berubah fase dari cairan menjadi gas. Tekanan uap zat cair naik

demikian juga dengan temperatur zat cair tersebut. Pada tekanan

atmosfer temperatur pendidihan air pada suhu 100ºC, akan tetapi

apabila kondisi tekanan zat cair tersebut diturunkan tekanannya

dibawah 1 atm proses pendidihan memerlukan temperatur kurang dari

100ºC. Kondisi sebaliknya apabila kondisi tekanan zat cair naik labih

dari 1 atm maka akan dibutuhkan temperatur yang lebih tinggi dari

100ºC.

Pada instalasi pompa penurunan tekanan terjadi disepanjang perpipaan

terutama bagian pipa isap, didalam pompa sendiri penurunan tekanan

pompa terjadi pada bagian nosel isap, karena dibagian tersebut terjadi

penyempitan saluran yang mengakibatkan kenaikan kecepatan dan

penurunan tekanan.

31

2.9.2 Proses Terjadinya Kavitasi

Pada gambar 2.10 dan 2.11 terlihat terjadinya proses kavitasi di pompa.

Kavitasi terjadi bila tekanan fluida pada saat memasuki pompa turun

hingga di bawah tekanan uap jenuhnya (pada temperatur lingkungan),

gelembung-gelembung uap kecil akan mulai terbentuk. Gelembung-

gelembung uap ini akan terbawa oleh aliran fluida dan masuk pada

daerah yang bertekanan lebih tinggi, sehingga gelembung akan pecah

dan menimbulkan suara berisik dan getaran. Selain itu performansi

pompa akan turun secara tiba-tiba sehingga pompa tidak dapat

beroperasi dengan baik. Jika pompa dijalankan dalam keadaaan kavitasi

secara terus-menerus dalam jangka waktu lama, maka permukaan

dinding saluran di sekitar aliran akan termakan sehingga menjadi

berlubang-lubang. Peristiwa ini yang dinamakan erosi kavitasi, sebagai

akibat tumbukan gelembung-gelembung uap yang pecah pada dinding

secara terus-menerus.

Gambar 2.23 Proses Kavitasi Pada Pompa

Gambar 2.24 Proses Kavitasi Pada Pompa

32

Bagian–bagian yang sering terkena kavitasi adalah sudu-sudu impeler

dan difuser dan juga bagian dalam dinding rumah pompa. Pada pompa

diagonal dan pompa aksial (propeller pumps), kavitasi terjadi pada sudu

impeller dekat sisi masuk, pada bagian dalam dari dinding rumah

pompa, dan pada sisi masuk sudu difuser.

Penurunan tekanan pada umumnya disebabkan oleh beberapa hal,

antara lain :

a) Kenaikan gaya angkat statis (static lift) dari pompa sentrifugal.

b) Penurunan tekanan atmosfer seiring dengan bertambahnya

ketinggian/elevasi.

c) Penurunan tekanan absolut sistem, seperti dijumpai pada

pemompaan fluida dari tabung vakum.

d) Kenaikan temperatur fluida yang dipompa.

Secara umum dapat disimpulkan bahwa terjadinya kavitasi akan

mengakibatkan beberapa kerugian sebagai berikut :

a) Penurunan head dan kapasitas pemompaan

b) Penurunan efisiensi pompa

c) Pecahnya gelembung-gelembung uap saat melalui daerah yang

bertekanan lebih tinggi akan menyebabkan suara berisik, getaran

dan kerusakan pada beberapa komponen terutama impeler dan

difuser.

2.9.3 Faktor Penyebab Terjadinya Kavitasi

1. Penguapan (Vaporization)

Fluida menguap bila tekanannya menjadi sangat rendah atau

temperaturnya menjadi sangat tinggi. Setiap pompa sentrifugal

memerlukan head (tekanan) pada sisi isap untuk mencegah

penguapan. Tekanan yang diperlukan ini, disiapkan oleh pabrik

pembuat pompa dan dihitung berdasarkan asumsi bahwa air yang

dipompakan adalah 'fresh water' pada suhu 68°F.

33

Dan ini disebut Net Positive Suction Head Available ( NPSHA ).

Karena ada pengurangan tekanan ( head losses ) pada sisi suction (

karena adanya valve, elbow, reduser, dll ), maka perhitungan head

total pada sisi suction dan biasa disebut Net Positive Suction Head is

Required (NPSHR). Nilai keduanya mempengaruhi terjadinya

penguapan, maka untuk mencegah penguapan, syaratnya adalah:

NPSHA – Vp ≥ NPSHR

Dimana :

Vp = Vapor pressure fluida yang dipompa

2. Masuknya Udara Luar ke Dalam Sistem (Air Ingestion)

Pompa sentrifugal hanya mampu mengendalikan 0.5% udara dari

total volume. Lebih dari 6% udara, akibatnya bisa sangat berbahaya,

dapat merusak komponen pompa.

Udara dapat masuk ke dalam sistem melalui beberapa sebab, antara

lain:

a) Dari packing stuffing box.

Ini terjadi jika pompa dari kondensor, evaporator, atau peralatan

lainnya bekerja pada kondisi vakum,

b) letak valve di atas garis permukaan air (water line),

c) flens ( sambungan pipa ) yang bocor,

d) tarikan udara melalui pusaran cairan (vortexing fluyd),

e) jika 'bypass line' letaknya terlalu dekat dengan sisi isap, hal ini

akan menambah suhu udara pada sisi isap,

f) berkurangnya fluida pada sisi isap, hal ini dapat terjadi jika level

cairan terlalu rendah.

Keduanya, baik penguapan maupun masuknya udara ke dalam

sistem berpengaruh besar terhadap kinerja pompa, yaitu pada saat

gelembung - gelembung udara itu pecah ketika melewati 'eye

34

impeller' sampai pada sisi keluar (sisi dengan tekanan yang lebih

tinggi). Terkadang, dalam beberapa kasus dapat merusak impeller

atau casing. Pengaruh terbesar dari adanya jebakan udara ini adalah

berkurangnya kapasitas pompa.

3. Sirkulasi Balik di Dalam Sistem (Internal Recirculation)

Kondisi ini dapat terlihat pada sudut terluar (leading edge) impeller,

dekat dengan diameter luar, berputar balik ke bagian tengah kipas.

Ia dapat juga terjadi pada sisi awal isap pompa. Efek putaran balik

ini dapat menambah kecepatannya sampai ia menguap dan kemudian

'pecah' ketika melalui tempat yang tekanannya lebih tinggi. Ini selalu

terjadi pada pompa dengan NPSHA yang rendah. Untuk mengatasi

hal tersebut, kita harus tahu nilai Suction Spesific Speed, yang dapat

digunakan untuk mengontrol pompa saat beroperasi, berapa nilai

terdekat yang teraman terhadap nilai BEP (Best Efficiency Point)

pompa yang harus diambil untuk mencegah terjadinya masalah.

4. Pergolakan Aliran (Turbulence)

Aliran fluida diinginkan pada kecepatan yang konstan. Korosi dan

hambatan yang ada pada sistem perpipaan dapat merubah kecepatan

fluida dan setiap ada perubahan kecepatan, tekanannya juga berubah.

Untuk menghambat hal tersebut, perlu dilakukan perancangan

sistem perpipaan yang baik. Antara lain memenuhi kondisi jarak

minimum antara suction pump dengan elbow yang pertama minimal

sepuluh kali diameter pipa. Pada pengaturan banyak pompa, pasang

suction bells pada bays yang terpisah, sehingga satu sisi isap pompa

tidak akan mengganggu yang lainnya. Jika ini tidak memungkinkan,

beberapa buah pompa bisa dipasang pada satu bak isap ( sump ) yang

besar, dengan syarat sebagai berikut:

a) Posisi pompa tegak lurus dengan arah aliran,

b) jarak antara dua 'center line' pompa minimum dua kali suction

diameter,

35

c) semua pompa dalam keadaan 'runing',

d) bagian piping upstream paling tidak memiliki pipa yang lurus

dengan panjang minimal 10x diameter pipa,

e) setiap pompa harus memiliki kapasitas kurang dari 15.000 gpm,

f) batas toleransi dasar pompa seharusnya sekitar 30% diameter

pipa isap.

5. Vane Passing Syndrome

Kerusakan akibat kavitasi jenis ini terjadi ketika diameter luar

impeller lewat terlalu dekat dengan 'cutwater' pompa. Kecepatan

aliran fluida ini bertambah tatkala alirannya melalui lintasan kecil

tersebut, tekanan berkurang dan menyebabkan penguapan lokal.

Gelembung udara yang terbentuk kemudian pecah pada tempat yang

memiliki tekanan yang lebih tinggi, sedikit diluar alur cutwater. Hal

inilah yang menyebabkan kerusakan pada volute (rumah keong)

pompa. Untuk mencegah pergerakan poros yang berlebihan,

beberapa pabrik pembuat memasang bulkhead rings pada suction

eye. Pada sisi keluar (discharge), ring dapat dibuat untuk

memperpanjang sisi keluar dari dinding discharge sampai selubung

impeller.

2.9.4 Akibat Terjadinya Kavitasi

1. Kapasitas Pompa Berkurang

Ini terjadi karena gelembung-gelembung udara banyak mengambil

tempat (space), dan kita tidak bisa memompa cairan dan udara pada

tempat dan waktu yang sama. Otomatis cairan yang diperlukan

menjadi berkurang. Jika gelembung itu besar pada eye impeller,

pompa akan kehilangan pemasukan dan akhirnya perlu priming

(tambahan cairan pada sisi isap untuk menghilangkan udara).

36

2. Tekanan ( Head ) Kadang Berkurang

Gelembung-gelembung tidak seperti cairan. Ia dapat dikompresi

(compressible). Hasil kompresi ini yang menggantikan head,

sehingga head pompa sebenarnya menjadi berkurang.

3. Pembentukan Gelembung

Pada tekanan rendah karena mereka tidak bisa terbentuk pada

tekanan tinggi. Jika kecepatan fluida bertambah, maka tekanan

fluida akan berkurang. Ini artinya kecepatan fluida yang tinggi pasti

di daerah bertekanan rendah. Ini akan menjadi masalah setiap saat

jika ada aliran fluida melalui pipa terbatas, volute, atau perubahan

arah yang mendadak. Keadaan ini sama dengan aliran fluida pada

penampang kecil antara ujung impeller dengan volute cut water.

4. Bagian-bagian Pompa Rusak

Gelembung - gelembung itu pecah di dalam dirinya sendiri. Ini

dinamakan imploding kebalikan dari exploding. Gelembung-

gelembung itu pecah dari segala sisi, tetapi bila ia jatuh menghantam

bagian dari metal seperti impeller atau voluteia tidak bisa pecah dari

sisi tersebut, maka cairan masuk dari sisi kebalikannya pada

kecepatan yang tinggi dilanjutkan dengan gelombang kejutan yang

mampu merusak bagian pompa. Ada bentuk yang unik, yaitu bentuk

lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal seperti dipukul dengan

'ball peen hammer'.

Kerusakan ini kebanyakan terjadi membentuk sudut ke kanan pada

metal, tetapi pengalaman menunjukkan bahwa kecepatan tinggi

cairan kelihatannya datang dari segala sudut.

Semakin tinggi kapasitas pompa, semakin memungkinkan terjadinya

kavitasi. Nilai specific speed pump yang tinggi mempunyai bentuk

impeller yang memungkinkan untuk beroperasi pada kapasitas yang

tinggi dengan power yang rendah dan kecil kemungkinan terjadi

kavitasi. Hal ini biasanya dijumpai pada casing yang berbentuk pipa

dari pada casing yang berbentuk volute.

37

2.9.5 Pencegahan Kavitasi

Cara menghindari proses kavitasi yang paling tepat adalah dengan

memasang instalasi pompa dengan NPSH yang tersedia lebih besar dari

pada NPSH yang diperlukan. NPSH yang tersedia bisa diusahakan oleh

pemakai pompa sehingga nilainya lebih besar dari NPSH yang

diperlukan. Berikut ini hal-hal yang diperlukan untuk instalasi pompa :

a) Ketinggihan letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap

harus dibuat serendah mungkin agar head isap statis lebih rendah

pula. Pipa Isap harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa

dipakai pipa isap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang

berdiameter satu nomer lebih besar untuk mengurangi kerugian

gesek.

b) Tidak dibenarkan untuk mengurangi laju aliran dengan

menghambat aliran disisi isap.

c) Head total pompa harus ditentukan sedemikian hingga sesuai

dengan yang diperlukan pada kondisi operasi yang sesungguhnya.

d) Jika head pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head

terendah harus diadakan pengamanan terhadap terjadinya kavitasi.

Dalam beberapa hal terjadiny akavitasi tidak dapat dihindari dan

tidak mempengarui performa pompa, sehingga perlu dipilih bahan

impeler yang tahan erosi karena kavitasi.

2.10 Nett Posstive Suction Head ( NPSH ) sebagai parameter Kavitasi

Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai di

bawah tekakan uap jenuhnya. Jadi, untuk menghindari kavitasi harus

diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran di dalam pompa yang

mempunyai tekanan statis lebih rendah atau tekanan uap jenuh cairan pada

temperatur yang bersangkutan. Oleh karena itu, perlu diperhatikan dua jenis

tekanan yang memegamg peranan penting yang dipakai sebagai ukuran

keamanan pompa terhadap kavitasi. Yaitu tekanan yang ditentukan oleh

kondisi lingkungan tempat pompa dipasang dan tekanan yang ditentukan oleh

keadaan aliran di dalam pompa.

38

2.10.1 NPSH yang Tersedia ( NPSH Available )

Head isap positif netto yang tersedia atau NPSH available (NPSHa)

merupakan head yang dimiliki fluida pada sisi isap pompa (ekivalen

dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi dengan tekanan

uap jenuh fluida di tempat tersebut. Perhitungan NPSH available

dilakukan berdasarkan instalasi dan posisi/letak pompa, beberapa di

antaranya seperti berikut ini :

a) Pompa menghisap cairan dari tempat terbuka, posisi pompa di atas

permukaan cairan yang dihisap

Gambar 2.25 Instalasi dengan posisi pompa di atas permukaan cairan isap

b) Pompa menghisap cairan dari tangki terbuka, posisi pompa di

bawah permukaan cairan yang dihisap

Gambar 2.26 Instalasi dengan posisi pompa di bawah permukaan cairan isap

c) Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, letak pompa di

bawah cairan yang dihisap

39

Gambar 2.27 Instalasi dengan posisi pompa di bawah tangki isap tertutup

d) Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, pompa terletak di

atas permukaan yang dihisap

Gambar 2.28 Instalasi pompa dengan posisi pompa di atas tangki

isap tertutup

Besarnya NPSH yang tersedia untuk empat sistem di atas dapat

dirumuskan sebagai berikut:

NPSHa = Hsp ± 𝐻𝑠 - 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣𝑝

(2.30)

Dimana :

Hsp = tekanan atmosfer

𝐻𝑣𝑝 = tekanan uap jenuh

𝐻𝑠 = head isap statis

(+) untuk kondisi pompa di bawah permukaan cairan yang dihisap

(-) untuk kondisi pompa di atas permukaan cairan yang dihisap

𝐻𝑓 = head kerugian isap

40

Kavitasi akan terjadi apabila tekanan zat cair yang dipompa berada

dibawah tekanan uap jenuh zat cair tersebut, untuk menghindari

terjadinya kavitasi maka diusahakan agar tidak ada satu daerahpun

dalam proses pemompan yang memiliki tekanan dibawah tekanan uap

jenuh cairan pada temperatur operasi pemompaan. Terjadinya kavitasi

mempunyai kaitan dengan kondisi pompa pada sisi isap. Tekanan isap

minimum yang dimiliki pompa sehingga mampu memasukkan cairan

kepompa disebut net positive suction head (NPSH). Besarnya NPSH

dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain :

a) Tekanan absolut pada permukaan cairan yang dipompa.

b) Tekanan uap jenuh dari fluida yang dipompa pada temperatur

cairannya.

c) Ketinggian cairan dari poros pompa.

d) Kerugian yang disebabkan oleh gesekan atau turbulensi aliran

dalam pipa isap antar permukaan cairan hingga ke pompa.

2.10.2 Net Postive Head Required (NPSHr)

Head isap positif netto yang diperlukan atau NPSH Required (NPSHr)

adalah head minimal yang diperlukan untuk mencegah kavitasi pada

laju aliran fluida yang diberikan. Besarnya harga NPSHr biasanya

ditentukan dari pabrik pembuat pompa melalui beberapa pengujian.

Agar pompa dapat beroperasi dengan aman dan terhindar dari peristiwa

kavitasi, maka sebagai syarat utama adalah harga NPSH yang tersedia

(NPSHa) harus lebih besar daripada NPSH yang diperlukan (NPSHr).

Besarnya NPSHr berbeda untuk setiap pompa. Untuk suatu pompa

tertentu, NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan

pompanya. Adapun persamaan untuk menghitung NPSHr yaitu :

NPSHr = 𝜎𝐻N (2.31)

Dimana :

NPSHr = NPSH yang diperlukan

𝜎 = Koefisien kavitasi Thoma

𝐻N = Head Total pompa

41

Dimana, dalam mencari koefisien kavitasi Thoma, digunakan grafik

yang terdapat pada gambar 2.16 dengan cara interpolasi. Selain

mempergunakan koefisien thoma, sering juga dipergunakan bilangan

kecepatan spesifik isap S sebagai pengganti perhitungan dengan . Harga

S untuk pompa-pompa berbentuk umum adalah 1200. Harga ini tidak

tergantung pada ns. Sehingga persamaan NPSHr menjadi :

NPSHr = (𝑛

𝑠)

4/3

× 𝑄𝑁2/3 (2.32)

Dimana :

NPSHr = NPSH yang diperlukan

𝑄𝑁 = kapasitas pompa (m3/menit)

n = kecepatan spesifik pompa (rpm)

s = bilangan kecepatan spsesifik isap (1200)

Gambar 2.29 Hubungan antara koefisien kavitasi dan kecepatan

spesifik

42

2.11. Kurva – kurva Prestasi dan Kavitasi Pompa

Untuk pompa centrifugal yang beroperasi pada kecepatan konstan, laju aliran

yang melalui pompa adalah bergantung pada perbedaan tekanan atau

head pada pompa. Semakin rendah head pompa, semakin tinggi laju aliran.

Buku manual untuk pompa spesifik biasanya mengandung kurva laju aliran

pompa versus head pompa yang disebut kurva karakteristik pompa. Setelah

pompa diinstalasi pada sistem, pompa biasanya diuji untuk menjamin bahwa

laju aliran dan head pompa berada dalam spesifikasi yang dibutuhkan. Tipikal

Kurva karakteristik pompa centrifugal ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.30. Kurva Pompa Feeding Boiler

43

Ada beberapa istilah yang berhubungan dengan kurva karakteristik pompa

yang harus didefinisikan. Shutoff head adalah head maksimum yang dapat

dikembangkan oleh pompa centrifugal yang beroperasi pada kecepatan

tertentu. Pump runout adalah aliran maksimum yang dapat dikembangkan

oleh pompa centrifugal tanpa merusak pompa. Pompa sentrifugal harus

didesain dan dioperasikan serta dilindungi dari kondisi pump runout atau

operasi pada shutoff head.