materi pompa

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).

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.

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.

8

Gambar 2.3 Impeller Terbuka


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


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.

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.

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


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


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


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


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


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)

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.

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 33

t t tt ………………………………………………….(2.1)

Sehingga diperoleh debit aliran sebagai berikut :

vQt

…………………………………………………………..(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)

+ + 푧 = 퐻………………………………………………..(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 = + + 푧 = + + 푧 …………………………...(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)

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 휌AV dimana V adalah kecepatan rata – rata pada penampang tersebut, A

luas penampang, dan 휌 adalah masa jenis fluida. Untuk sebarang luas penampang

a dan b ditunjukan pada persamaan 2.5.

휌a Aa va = 휌b Ab vb, ……………………………………………(2.5)

Ini dikenal sebagai persamaan kontinuitas dan ini sangat penting dalam

perhitungan – perhitungan aliran fluida. Untuk cairan – cairan seperti ini 휌 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.

QVA

………………………………………………………….(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

4A d ……………………………………………………….(2.8)

Dimana:

A = Luas penampang sebuah pipa (m2)

16

d = Diameter pipa (inch)

Untuk mencari nilai dari laju aliran pada pipa hisap dapat dihitung menggunakan

persamaan sebagai berikut :

푄 = 퐴 . 푣

Jika 푄 = 푄

Maka 퐴 . 푣 = 퐴 . 푣

a ab

b

A vvA

………………………………………………………(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)

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)

훾 = 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.

푃 = 푃 + 푃 …………………………………..(2.12)

Dimana :

Pabsolut = Tekanan absolut (N/m2)

Patm = Tekanan atmosfer (N/m2)

Pterukur = Tekanan terukur pada alat ukur pressure gauge.

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 :

V2d = Kecepatan aliran fluida discharge (m/s)

V2s = 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)

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.

푃 = 휌 .푔 .푄 .퐻 ……………………………………………..(2.15)

Dimana :

Ph = Daya hidrolis (watt)

휌 = 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.

퐵퐻푃 = 푇 .휔 = . . . ……………………………………...(2.16)

Dimana :

BHP = Daya poros (watt)

T = Torsi (Nm)

휔 = 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.

휂 = 100% ……………………………………….(2.17)

Dimana :

휂 = Effisiensi pompa

Ph = Daya air (watt)

BHP = Daya poros (watt)

materi pompa

Documents