Kita diminta untuk menentukan jumlah tingkat suatu pompa. Head yang dibutuhkan setinggi 28 meter, kapasitas 36 meter kubik per jam. Pompa ini harus menggunakan impeler dengan putaran jenis sekitar 20 dengan satuan SI (m, rpm, m3/s) dengan kecepatan putar 1500 rpm.
Jawab:
Kapasitas yang diperlukan adalah Q = 36 m3/jam = 36/3600 m3/s = 0,01 m3/s. Dari sini diperoleh head:
meter
n
Q
n
H
s5
,
7
20
1
,
0
1500
20
01
,
0
1500
5 , 0 4 3 12Head tiap tingkat diperoleh sebesar H = (7,5) 4/3 = 14,6 meter.
Dengan demikian jumlah tingkat yang diperlukan adalah 28/14,6 = 2.
5.2. Spesifikasi dan Pemilihan Pompa
Pemilihan dan penentuan spesifikasi pompa biasanya berorientasi pada beberapa hal seperti: kebutuhan kapasitas, head, efisiensi, kondisi lingkungan, kondisi cairan yang akan dipompa, mobilitas, tekanan keluaran yang dibutuhkan, dan lainnya. Kecuali dalam penerapan khusus, pengguna biasanya tidak dipusingkan dengan hal-hal rinci dan rumit seperti ini. Cukup datang ke toko atau meminta saran pabrik/agen untuk memberikan pompa yang tepat untuk keperluan yang diberikan pengguna.
Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan dan penentuan spesifikasi pompa adalah:
Tabel 5.1. Faktor Pemilihan Pompa.
Faktor Kebutuhan Spesifikasi/Fitur yang dilihat
Kapasitas, besar atau kecil Jenis Impeler, Ukuran/Daya
Head, tinggi atau rendah Jenis Impeler, Ukuran/Daya
Tekanan keluaran, tinggi atau rendah Jenis Impeler, Jumlah tingkat, Ukuran/Daya
Faktor Kebutuhan Spesifikasi/Fitur yang dilihat
di atas
Sifat kimia zat cair, korosif atau lainnya Bahan impeler dan rumah pompa
Temperatur zat cair, tinggi atau rendah Bahan impeler dan rumah pompa
Kandungan padat/larutan/koagulasi/abrasif Jenis impeler, jenis pompa Faktor lingkungan: getaran, kebisingan,
temperatur, kelembaban
Jenis motor, dudukan
Pemeliharaan yang mudah dan murah Lihat klasifikasi pompa
Biasanya sulit untuk dapat memenuhi semua kriteria tersebut sehingga harus ada yang dikorbankan. Di sinilah kita perlu melakukan trade-off, kalau yang satu diutamakan, maka yang lain harus dikorbankan. Tentu saja semua hal di atas sudah kita bicarakan dalam beberapa bab di muka.
5.3. Optimalisasi Sistem
Sebaiknya sistem yang kita buat memiliki kerugian yang minimal. Namun apabila hal itu sulit dicapai kita mencari cara atau kondisi sistem yang optimal. Sebagai contoh, penggunaan pipa dengan diameter besar akan mengurangi head kerugian karena kecepatan aliran menjadi kecil. Akan tetapi tidak mungkin kita pasang pipa dengan diameter yang sangat besar karena ada keterbatasan tempat dan biaya. Berikut ini ada beberapa hal yang dapat memperkecil penurunan efisiensi sistem (memperkecil kerugian).
5.3.1. Pengaruh Udara
Udara yang masuk sistem (masuk angin) dapat mengurangi unjuk kerja sistem secara drastis. Hal ini terjadi jika pemipaan pada sisi isap kurang baik. Sisi isap merupakan sisi yang bertekanan sangat rendah sehingga jika ada sambungan yang tidak sempurna atau sedikit saja kebocoran, udara akan masuk dan akan sangat mengurangi kerendahan tekanan di sisi isap. Dari sinilah maka pompa tidak lagi dapat memompa cairan sesuai dengan kapasitas yang seharusnya. Dengan kata lain, unjuk kerja (performansi) pompa akan turun drastis. Oleh karena itu, harus diambil tindakan pencegahan terhadap udara yang bisa masuk ke dalam sistem:
1. Pemipaan dalam sisi isap harus benar-benar sempurna. Lebih baik menggunakan pipa yang berkualitas tinggi untuk sisi isap ini agar tidak mudah bermasalah, meskipun tentu harganya lebih tinggi pula.
2. Sambungan pipa harus diperhatikan karena lebih banyak terjadi kebocoran di sini. Ini akan dibicarakan lebih lanjut dalam pasal berikut.
5.3.2. Efisiensi Pemipaan dan Tadah Isap
Pemipaan memegang peranan penting dalam memperoleh sistem yang optimal, dan ini akan dibicarakan lebih mendalam pada pasal tentang instalasi pompa di belakang nanti.
Efisiensi tadah isap dan tadah keluar juga harus diperhatikan agar diperoleh sistem yang lebih baik. Ini juga akan dibicarakan pada pasal tentang instalasi pompa berikut.
5.3.3. Prinsip Efisiensi Pada Pompa
Memilih pompa yang benar, yang sesuai dengan kebutuhan. Jika pompa yang digunakan terlalu besar, efisiensi makin rendah.
Mengendalikan debit aliran dengan variasi kecepatan.
Jika kebutuhan sangat beragam dan perbedaannya cukup besar, gunakan pompa dalam susunan paralel untuk memenuhi kebutuhan tadi.
Membuang kran untuk pengendali aliran karena cara ini tidak efisien.
Membuang pengendalian by-pass (resirkulasi) yakni sebagian aliran dikembalikan ke sumbernya, karena cara ini membuang energi.
Pengendalian dengan saklar on/off bisa digunakan.
Memperbaiki keseimbangan impeler karena dapat lebih cepat merusak bearing.
5.4. Instalasi Sistem
Sebelum memasang atau melakukan instalasi pompa, ada beberapa hal yang harus diperhatikan agar instalasi yang ada tidak mudah rusak, mencapai efisiensi tinggi dan mudah dalam pemeliharaan.
5.4.1. Kondisi kerja:
Pompa harus beroperasi pada kondisi lingkungan kerja yang baik, sedemikian rupa sehingga panas yang dihasilkan bisa dibuang keluar. Temperatur yang dihasilkan pompa akan bertambah jika panas ini sulit dibebaskan ke udara sekitarnya. Jika hal ini terjadi maka pompa akan mudah terbakar pada beban kerja yang lebih berat atau dioperasikan dalam jangka waktu yang lebih lama. Oleh karena itu harus dipikirkan agar panas yang dihasilkan dapat mudah dibebaskan, selain juga kita harus mencegah panas masuk atau bertambah dari sumber lain seperti kena sinar matahari langsung atau berdekatan dengan sumber panas lain seperti kompor dan lainnya. Selain temperatur (panas), kelembaban juga harus diperhatikan karena udara yang sangat lembab akan menyebabkan komponen pompa mudah berkarat, terutama bearing (lager) yang merupakan komponen yang paling menderita beban dan berotasi. Pelumasan dalam bearing bisa berkurang karena umur penggunaan dan karena panas. Akibatnya gesekan bertambah dan akhirnya keausan juga bertambah. Jika hal ini diperkuat dengan kelembaban yang tinggi, maka bearing akan lebih cepat berkarat dan rusak. Jika bearing sudah jelek, maka rotor tidak berputar secara statis pada sumbunya, tetapi bergetar dan menimbulkan suara yang bising. Kalau kondisi ini terus dibiarkan, bearing bisa macet dan motor bisa terbakar. Oleh karena itulah maka di sini diperlukan ventilasi yang cukup agar kelembaban berkurang.
5.4.2. Pemeriksaan Sumur
Kedalaman permukaan air sumur harus dapat kita tentukan berkaitan dengan NPSH. Sumur yang terus dipompa dengan kapasitas yang lebih besar dari debit air sumur, akan mengalami penurunan permukaan dan bahkan akan habis. Dalam hal inilah permukaan air mencapai titik terendah. Di titik ini, NPSH yang tersedia mencapai titik terendah juga. Pada titik inilah
seharusnya perhitungan NPSH dilakukan, agar tidak terjadi resiko kavitasi. Jika pada titik ini aman, tidak terjadi kavitasi, maka apalagi pada titik yang lain. Dari sinilah maka kita perlu menentukan muka air terendah.
Penentuan titik ini dapat dilakukan dengan cara pemompaan terus-menerus. Jika kapasitas pompa tidak terlalu besar, maka pada titik tertentu akan terjadi keseimbangan, yaitu kapasitas pompa sama dengan debit air masuk. Hal ini terjadi karena makin dalam permukaan air, makin kecil kapasitas pompa sedangkan debit air sumur bahkan cenderung meningkat.
5.4.3. Tadah Isap
Yang harus diperhatikan dalam perencanaan tadah isap adalah bahwa tadah isap beserta ujung pipa isap harus dibuat sedemikian agar tidak mudah udara masuk ke dalam sistem (masuk angin) karena apabila hal ini terjadi, performansi sistem akan turun drastis, efisiensi rendah, kapasitas turun, berisik, getaran lebih besar yang pada gilirannya bisa lebih mempercepat kerusakan bearing dan sumbu (shaft). Selain itu, udara yang terus menerus masuk sistem dapat mempercepat korosi di dalam sistem. Yang kedua, selain harus mencegah masuk angin adalah mencegah terjadinya turbulensi sebelum masuk pipa isap apalagi di titik sebelum impeler. Turbulensi dapat menurunkan efisiensi karena gesekan dalam sistem makin besar dan dapat mempercepat keausan sistem. Jika ini masih terjadi pada impeler, akibat seperti tersebut tadi akan makin parah.
Ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan untuk mencegah terjadinya masuk angin dan turbulensi. Pertama, kedalaman ujung pipa isap harus cukup sedemikian agar tidak terjadi pusaran (vortex) yang tentu saja juga turbulensi lebih besar dan pusaran ini dapat menyebabkan udara terperangkap dan terisap ke dalam sistem. Selain kedalaman yang cukup, luas permukaan tadah isap juga harus cukup besar. Jika pompa digunakan untuk memompa cairan dalam bak penampung, maka pipa isap pompa tidak boleh berdekatan dengan pipa keluaran yang masuk tadah isap. Untuk itu perhatikan gambar berikut:
Gambar 5.4. Tadah Isap, pipa isap dan pipa pencatu.
Jarak A sebaiknya tidak terlalu dekat sebab gelembung udara akibat jatuhnya air dapat terisap masuk ke dalam sistem. Dalam kasus di mana kedekatan ini tidak bisa dihindari, maka gunakan baffle yakni suatu bidang yang berlubang-lubang sehingga gelembung udara akan pecah di sini jika terisap oleh pipa isap. Dengan demikian udara tidak akan terbawa masuk sistem.
Demikian pula dengan kedalaman penenggelaman ujung pipa isap B. Jika B tidak cukup dalam, maka akan terjadi pusaran (vortex) yang apabila hal ini terlalu kuat, bisa mengisap udara di atasnya, seperti tampak pada gambar di bawah:
Gambar 5.5. Pusaran.
Gambar di atas merupakan penampang pusaran air jika ujung pipa isap pompa terlalu dangkal. Jika ujung pipa isap terlalu dekat dengan permukaan, maka terjadi pusaran yang bergantung pada kekuatannya. Pada gambar A misalnya, pusaran paling lemah dan dangkal sedangkan pada F, pusaran paling kuat dan dalam. Pada kasus A, diameter pusaran cukup besar dan dangkal sedangkan di C sampai F, diameter kecil dan dalam. Namun demikian, jika suatu saat permukaan terus menurun, pusaran akan makin kuat seperti pada B, kemudian C. Di sini masih aman karena tidak ada udara yang masuk. Pada kasus D, jika ada kotoran atau sampah di permukaan, akan terisap namun udara masih belum masuk. Pada kasus E udara masuk sedikit tetapi ini sudah cukup menurunkan performansi pompa secara tajam. Pada kasus terakhir, F, udara masuk secara penuh. Meskipun kasus A sampai C masih aman, tetapi beresiko terjadi kasus yang lebih parah jika ada gangguan yang menyebabkan permukaan turun seperti ada gelombang akibat angin atau hal lain (misalnya pada penggunaan pompa di sungai atau laut). Kemudian berapakah kedalaman minimal ujung pipa isap tersebut? Hydraulic Institute [17,13] menguji dan mencari hubungan antara kedalaman dengan diameter ujung pipa isap dan kapasitas aliran sebagai berikut:
5 , 1
574
,
0
D
Q
D
S
(5.2)di sini S = kedalaman (submergence) dalam inci. D = diameter ujung pipa isap dalam inci. Q = kapasitas aliran dalam US GPM.
Sedangkan jarak bebas atau kelonggaran (clearance) antara ujung pipa isap dengan dasar tadah isap (sumur) C adalah:
D D
C 0,3 ~0,5 (5.3)
Dalam Sularso dan Tahara [2] disajikan hubungan antara kedalaman S dan diameter pipa isap d serta kelonggaran antara ujung pipa isap dengan dasar sumur (tadah isap) C yaitu:
d C d S 5 , 1 ~ 8 , 0 9 , 1 (5.4)