BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.4 Pengertian Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi mekanik menjadi energi fluida menggunakan gaya sentrifugal (Sularso, 2004), pompa sentrifugal terdiri dari sebuah impeller yang berputar di dalam sebuah rumah pompa (Casing). Pada rumah pompa dihubungkan dengan saluran hisap dan saluran keluar. Sedangkan impeller terdiri dari sebuah cakram yang terdapat sudu - sudu, arah putaran sudu - sudu itu biasanya diarahkan ke belakang terhadap arah putaran. Gambar pompa sentrifugal diperlihatkan pada (Gambar 2.2).
Gambar 2.2 Pompa sentrifugal. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
Keterangan : 1. Casing 2. Impeller 3. Shaft seal 4. Bearing housing 5. Shaft 6. Lubricating reservoir 7. Eye of impeller
2.4.1 Cara 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. 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, 2004).
Gambar 2.3. Lintasan aliran cairan di dalam pompa sentrifugal. Sumber : Sularso, 2004. Aliran buang Aliran masuk Rumah pompa Poros Putaran impeller
Kerja yang dilakukan atau daya yang diperlukan oleh pompa, dapat diketahui dengan cara menggambarkan segitiga kecepatan pada sisi masuk dan pada sisi keluar sudu pompa. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini
Gambar 2.4. Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pompa. Sumber : Manahan.1988
Keterangan :
V = Kecepatan absolut/mutlak air masuk sudu D = Diameter sudu pada sisi masuk
V = Kecepatan tangensial sudu pada sisi masuk
Vr = Kecepatan relatif air terhadap roda sudu pada sisi masuk Vf = Kecepatan aliran pada sisi masuk
N = Kecepatan sudu dalam rpm
Θ = Sudut sudu pada sisi masuk
Β = Sudut pada saat air meninggalkan sudu Ø = Sudut sudu pada sisi keluar
2.4.2 Kecepatan Spesifik Pompa
Kecepatan spesifik dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Dimana harga n, Q dan H adalah harga pada titik efisiensi maksimum pompa. Harga ns dpaat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jika ns sudah ditentukan maka bentuk impeller pompa tersebut sudah tertentu pula. Gambar berikut menunjukkan harga ns dalam hubungan dengan bentuk impeller.
Kecepatan spesifik yang didefinisikan dalam persamaan tersebut diatas adalah sama untuk pompa – pompa yang sebangun (atau sama bentuk impeller nya), meskipun ukuran dan putarannya berbeda. Dengan lain perkataan, harga n dapat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jadi jika n suatu pompa sudah ditentukan maka bentuk impeller pompa tersebut sudah tertentu pula.
Dalam menghitung ns untuk pompa sentrifugal jenis isapan ganda (double suction) harus dipakai harga Q/2 sebagai ganti Q. Karena kapasitas aliran yang melalui sebelah impeller adalah setengah dari kapasitas aliran seluruhnya. Adapun untuk pompa bertingkat banyak, head H yang dipakai dalam perhitungan ns adalah head per tingkat dari pompa tersebut. Perlu diperhatikan bahwa ns adalah bukan bilangan tak berdimensi. Jadi untuk bentuk impeller yang sama, besarnya angka ns dapat berbeda tergantung pada satuan yang dipakai untuk menyatakan n, Q, dan H.
Gambar 2.5. ns dan bentuk impeller. Sumber : Sularso, 2004
Pada prinsipnya pompa sentrifugal mempunyai dua komponen utama yaitu terdiri atas :
1. Elemen berputar yang terdiri atas impeller dan poros
2. Elemen stasioner (diam) yaitu rumah pompa (casing) yang mengalirkan fluida menuju ke impeller dengan tekanan dan kecepatan tinggi.
Pada sistem pompa untuk mendistribusikan suatu fluida harus dilengkapi dengan motor sebagai penggeraknya. Poros motor yang berputar akan dihubungkan dengan poros pompa menggunakan coupling. Sehingga secara keseluruhan bagian – bagian sistem kerja pompa terdiri dari tiga bagian yaitu : impeller side, coupling side, dan driver side.
1. Impeller side
Pada bagian impeller side terdiri dari beberapa komponen, yaitu : Impeller - Volute casing - Diffuser - Stuffing box - Shaft sleeve - Bearing housing - Coupling side.
2. Coupling side
Coupling side berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari shaft motor menuju shaft pompa. Pada bagian coupling side terdiri dari dua komponen, antara lain : Coupling - Shaft - Rubber coupling - Coupling housing. 3. Driver side
Driver side berfungsi sebagai sumber penggerak pada poros pompa yang nantinya akan memutar impeller. Driver side terdiri dari tiga komponen penting, antara lain : Frame - Stator – Rotor.
Adapun gambar bagian dari pompa sentrifugal beserta penggeraknya dapat dilihat seperti yang tertera pada sumber berikut :
Gambar 2.6 Bagian Pompa Sentrifugal beserta Penggeraknya. Sumber : Sularso. 2004
Pada umumnya unit penggerak pompa terdiri dari tiga jenis yaitu : 1. Pengerak motor listrik
Sistem penggerak motor listrik lebih sesuai dimana konstruksinya kecil dan sederhana, sehingga dapat digabungkan menjadi satu unit kesatuan dalam rumah pompa.
2. Pengerak motor bakar, dan turbin
Penggerak tipe motor bakar dan turbin sangat tidak ekonomis untuk perencanaan pompa karena konstruksinya berat, besar dan memerlukan sistem penunjang misalnya sistem pelumasan, pendinginan dan pembuangan gas hasil pembakaran.
Pompa digerakkan oleh motor listrik melalui kopling langsung sabuk v. Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Karena pompa digerakkan oleh motor listrik (motor penggerak), jadi daya guna kerja pompa adalah perbandingan antara gaya mekanis yang diberikan motor kepada pompa. Untuk mencari daya guna kerja pompa ada beberapa tahap menggunakan rumus yaitu sebagai berikut :
1. Daya yang diberikan motor pada pompa P = V . I . cos ø
Dimana :
P = Daya yang diberikan motor pada pompa V = Tegangan
2. Daya guna motor penggerak ( DGMP ) DGMP = Daya keluar x 100 %
Daya masuk 3. Putaran motor penggerak
Ns = 120 x f P
% Slip = Nteoritis - nactual x 100 % Nteoritis
Dimana :
Ns = Putaran f = Frekuwensi p = Jumlah Kutub 4. Daya yang diterima oleh pompa
Pp = √3 . V . I . cos ø . DGMP Dimana :
Pp = Daya yang diberikan motor pada pompa V = Tegangan
I = Arus
DGMP = Daya guna motor pompa
5. Daya guna kerja / performance kerja pompa (DGKP) DGKP = Daya yang diterima oleh pompa x 100 %
Daya masuk
2.4.3 Keuntungan dan Kerugian Pompa Sentrifugal 1. Keuntungan
Adapun dampak keuntungan pada pemakaian pompa sentrifugal ketimbang pemakaian pada pompa yang lain terdiri atas :
Merupakan jenis yang paling umum/ banyak digunakan Konstruksinya sederhana Operasinya andal Harganya murah Kapasitasnya besar Efisiensinya bagus
Dapat digunakan untuk suhu tinggi
2. Kerugian
Adapun dampak kerugian yang dialami pada pemakaian pompa sentrifugal ketimbang pemakaian pada pompa yang lain terdiri atas :
Cocok untuk cairan yang viskositasnya rendah
Tidak self priming, walaupun dengan desain khusus dapat dibuat menjadi self priming.
Tidak cocok untuk kapasitas yang kecil.
2.5 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu sebagai berikut :
2.5.1 Menurut Jenis Aliran Dalam Impeller 1. Pompa aliran radial
Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial), seperti yang terlihat pada sumber gambar berikut.
Gambar 2.7 Pompa sentrifugal aliran radial. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
2. Pompa aliran campur
Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring), sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial. Seperti yang terlihat pada (gambar 2.8) berikut :
Gambar 2.8. Pompa sentrifugal aliran campur. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
3. Pompa aliran aksial
Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial), seperti yang diterlihat pada (gambar 2.9) di halaman berikutnya :
Gambar 2.9. Pompa aliran aksial. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
2.5.2 Menurut Jenis Impeler 1. Impeler tertutup
Sudu‐sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. Seperti yang terlihat pada sumber berikut :
Gambar 2.10 Impeller tertutup. Sumber : Hendarji. 1981 2 Impeler setengah terbuka
Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, slurry, dll. Impeller setengah terbuka ditunjukkan pada (gambar 2.11).
Gambar 2.11 Impeller setengah terbuka. Sumber : Hendarji. 1981
3. Impeller terbuka
Impeller jenis ini tidak ada dindingnya di depan ataupun di belakang, bagian belakang ada sedikit dinding yang berdiri tegak untuk memperkuat sudu - sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk memompa zat cair yang banyak mengandung kotoran yang volumenya lebih besar dari butiran pasir, ( gambar 2.12 ) ini.
Gambar 2.12 Impeller terbuka. Sumber : Hendarji. 1981 2.5.3 Menurut Bentuk Rumah
1. Pompa volut dan Pompa aliran campur jenis volut.
Pada sebuah pompa sentrifugal, zat cair pada impeller secara langsung dibawa ke rumah volut, bentuk rumah pompanya seperti rumah keong /siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan. Pompa volut diperlihatkan pada sumber (gambar 2.13) sebagai berikut :
Gambar 2.13 Pompa volut. Sumber : sularso. 2004
2. Pompa Diffuser
Pompa sentrifugal ini dilengkapi dengan sudu diffuser di keliling luar impeller, konstruksi dan bagian-bagian dari pompa ini sama dengan pompa volut. Fungsi dari diffuser adalah untuk meningkatkan efisiensi pompa dan konstruksinya lebih kuat, maka konstruksi ini sering dipakai pada pompa besar dengan head tinggi. Pompa ini juga sering dipakai sebagai pompa bertingkat banyak karena aliran dari tingkat satu ke tingkat berikutnya dapat dilakukan tanpa menggunakan rumah volut. Pompa diffuser ditunjukkan seperti pada sumber berikut.
Gambar 2.14 Pompa diffuser. Sumber : sularso. 2004
2.5.4 Menurut Jumlah Tingkat 1. Pompa satu tingkat
Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah. Seperti yang diperlihatkan pada (gambar 2.15).
2. Pompa bertingkat banyak
Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir.
Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing‐masing impeler sehingga relatif tinggi. Pemasangan diffuser pada rumah pompa banyak tingkat lebih menguntungkan dari pada dengan rumah volut, karena aliran dari satu tingkat ketingkat berikutnya lebih mudah dilakukan. Pompa bertingkat banyak ditunjukkan seperti pada (gambar 2.16).
Gambar 2.15 Pompa satu tingkat. Sumber : Manga,1990.
Poros Pompa Bantalan Poros
Bagian Tekan
Rumah Pompa
Bagian Hisap Impeller
Gambar 2.16 Pompa banyak tingkat ( multistage).
Sumber : Manga. 1990.
2.5.5 Menurut Letak Poros
1. Pompa Jenis Poros Tegak (Vertical)
Pompa aliran campur dan pompa aliran aksial sering dibuat dengan poros tegak (vertical). Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa kolom oleh bantalan yang terbuat dari karet. pompa ini dapat dilihat pada (gambar2.17).
Gambar 2.8 Poros vertical. Sumber : Manga. 1990.
Poros Pompa Impeller
Bagian Hisab Bagian Tekan
Bantalan Rumah Pompa Discharge Casing Impeller Suction
2. Pompa jenis poros mendatar (Horizontal)
Pompa ini mempunyai poros dengan posisi mendatar, pompa jenis ini dapat dilihat pada (gambar 2.18), seperti yang tertera dibawah ini.
Gambar 2.18 Poros horizontal. Sumber : Hendarji. 1981.