TUGAS SARJANA
MESIN FLUIDA
ANALISA PERFORMANCE POMPA SENTRIFUGAL
TERHADAP KAPASITAS ALIRAN
OLEH :
NIM : 040421011 DIAN PRANATA BANGUN
FAKULTAS TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Pompa adalah mesin fluida yang banyak digunakan untuk mengalirkan fluida incompressible dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ketekanan yang lebih tinggi. Bila ditinjau dari tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu:
1. Pompa Tekanan Statis 2. Pompa Tekanan Dinamis
Pompa sentrifugal adalah termasuk kedalam jenis pompa tekanan dinamis,dimana pompa jenis ini memiliki impeller yang berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi.
Daya dari luar diberikan keporos untuk memutar impeller kedalam rumah pompa, maka fluida yang berada disekitar impeller juga akan ikut berputar akibat dari dorongan sudu-sudu impeller. Karena timbulnya gaya sentrifugal maka fluida mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu-sudu impeller. Head fluida akan bertambah besar karena fluida tersebut mengalami percepatan. Fluida yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran yang berbentuk volute mengelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nosel,didalam nosel kecepatan aliran fluida diubah menjadi head tekanan.
Besarnya daya yang dibutuhkan pompa sentrifugal merupakan fungsi dari kopel yang diberikan oleh motor penggerak yang dapat diukur dengan beberapa metode, diantaranya dengan menggunakan metode brake dynamometer,weirmeter dan metode rem prony.
Dalam proses untuk pengaturan kapasitas dari suatu instalasi pompa atau perubahan karakteristik (pengaturan dengan pembukaan katup) dapat dilakukan,tetapi hal ini berlaku bila penyimpangan kapasitas yang dibutuhkan dari kapasitas nominal hanya berlaku dalam waktu yang singkat,dan bila daya yang dibutuhkan mesin penggerak pompa pada kapasitas yang lebih kecil menjadi makin turun (berkurang dan tidak bertambah naik).
KATA PENGANTAR
Assalamu’ Alaikum Wr. Wb.
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, nikmst dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, dengan judul skripsi:
“Analisa Performance Pompa Sentrifugal Terhadap Kapasitas Aliran”.
Penulis berupaya semaksimal mungkin untukmendapatkan hasil terbaik, yang nantinya dapat dimanfaatkan oleh berbagai pihak yang membutuhkan. Namun penulis sadar bahwa skripsi ini jauh dari sempurna, baik dalam bahaa dan ruang lingkup pembahasannya. Hal ini tidak terlepas dari keterbatasan ilmu pengetahuan yang dimiliki oleh penulis. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritikan dan saran yang membangun dari berbagai pihak yang konstruktif demi kesempurnaan skripsi ini.
Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Tekad Sitepu selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu dalam membimbing penulis sehingga skripsi ini dapat selesai. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M Eng selaku dekan fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dan Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
seluruh keluarga yang selalu membantu dan memberikan dorongan moril maupun matril kepada penulis, sehingga mempengaruhi dalam kehidupan penulis semoga Allah SWT memberikan rahmat dan hidayah yang berlimpah kepada mereka atas jasa – jasanya kepada penulis, Amin.
Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan bagi pembaca sekalian. Semoga Allah SWT melimpahkan rahmat, nikmat,dan karunia kepada kita semua, Amin...
Wassalamu ‘Alaikum Wr. Wb.
Medan, Oktober 2008 Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI... iv
DAFTAR TABEL... vi
DAFTAR GAMBAR... vii
DAFTAR NOTASI... viii
BAB I PENDAHULUAN... 1
2.3. Pompa Sentrifugal... 16
2.3.1. Cara Kerja Pompa Sentrifugal... 19
3.3. Rancangan Kegiatan... 36
3.3.1. Persiapan Pendahuluan... 36
3.3.2. Persiapan Pengujian... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 41
4.1. Hasil Analisa Eksperimen... 42
4.2. Hasil Analisa Tekanan... 42
4.3. Hasil Analisa Kecepatan Air Impeller... 45
4.4. Hasil Analisa Kapasitas Aliran... 47
4.5. Hasil Analisa Daya Pompa... 48
4.6. Hasil Analisa Effisiensi Pompa... 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 52
5.1. Kesimpulan... 52
5.2. Saran... 55
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil eksperimen percobaan I ( sudut 600 Tabel 4.2. Hasil eksperimen percobaan II ( sudut 30
) 0 Tabel 4.3. Hasil eksperimen percobaan III ( sudut 100
) 0 Tabel 4.4. Hasil analisa eksperimen setiap percobaan
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Perubahan bentuk oleh penerapan gaya besar yang konstant
Gambar 2.2. Pompa putar 2 cuping, Pompa putar 3 cuping, pompa putar 4 cuping Gambar 2.3. Pompa bolak – balik ( reciprocating pump )
Gambar 2.4. Pompa aliran radial, Pompa aliran aksil, Pompa aliran campuran Gambar 2.5. Pompa zet
Gambar 2.6. Pompa sentrifugal
Gambar 2.7. Bagian dari Pompa sentrifugal Gambar 2.8. Segitiga aliran kecepatan fluida
Gambar 2.9. Segitiga kecepatan aliran fluida masuk impeller Gambar 2.10. Segitiga kecepatan aliran fluida keluar impeller
Gambar 2.11. Gaya yang diberikan pada suata partikel sepanjang lintasan Gambar 2.12. Momen torsi
Gambar 3.1. Pompa sentrifugal Gambar 3.2. Water Flo Meter Gambar 3.3. Stopwatch Gambar 3.4. Penampung air Gambar 3.5. Tacho Meter Gambar 3.6. Indikator gaya Gambar 3.7. Alat ukur tekanan Gambar 3.8. Jangka sorong Gambar 3.9. Gate Valve
Gambar 3.10. Dudukan dan instalasi pemipaan Gambar 3.11. Pipa PVC
Gambar 3.12. Elbow
Gambar 3.13. Sambungan pipa
Gambar 3.14. Saringan pipa ( foot valve ) Gambar 3.15. Bagan alir metode eksperimen
Gambar 4.1. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan tekanan isap Gambar 4.2. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan tekanan keluar Gambar 4.3. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kecepatan air masuk
impeller
Gambar 4.4. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kecepatan air keluar impeller
Gambar 4.5. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kapasitas aliran Gambar 4.6. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan daya indikator
pompa
Gambar 4.7. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan daya hidraulik pompa
DAFTAR NOTASI
Lebar impeller pada sisi masuk mm
2 C
Lebar impeller pada sisi keluar mm
1 C
Kecepatan mutlak aliran fluida masuk sudut impeller m/det 2
D
u Kecepatan absolute komponen tangensi m/det 1
D
Diameter sisi masuk impeller mm
2
F Gaya Kg
Diameter sisi keluar impeller mm
g Percepatan gravitasi m/det
H Tinggi kenaikan m
Kecepatan tangensial aliran fluida masuk m/det 2
V Volume m
Kecepatan tangensial aliran fluida keluar m/det W
3 1
W
Kecepatan relatif aliran fluida pada sisi masuk impeller m/det 2
ρ Kerapatan fluida Kg/m
Kecepatan relatif aliran fluida pada sisi keluar impeller m/det
β
2 1 Sudut masuk aliran fluida
β
0 2 Sudut keluar aliran fluida
ηρ Effisiensi pompa %
ABSTRAK
Pompa adalah mesin fluida yang banyak digunakan untuk mengalirkan fluida incompressible dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ketekanan yang lebih tinggi. Bila ditinjau dari tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu:
1. Pompa Tekanan Statis 2. Pompa Tekanan Dinamis
Pompa sentrifugal adalah termasuk kedalam jenis pompa tekanan dinamis,dimana pompa jenis ini memiliki impeller yang berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi.
Daya dari luar diberikan keporos untuk memutar impeller kedalam rumah pompa, maka fluida yang berada disekitar impeller juga akan ikut berputar akibat dari dorongan sudu-sudu impeller. Karena timbulnya gaya sentrifugal maka fluida mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu-sudu impeller. Head fluida akan bertambah besar karena fluida tersebut mengalami percepatan. Fluida yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran yang berbentuk volute mengelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nosel,didalam nosel kecepatan aliran fluida diubah menjadi head tekanan.
Besarnya daya yang dibutuhkan pompa sentrifugal merupakan fungsi dari kopel yang diberikan oleh motor penggerak yang dapat diukur dengan beberapa metode, diantaranya dengan menggunakan metode brake dynamometer,weirmeter dan metode rem prony.
Dalam proses untuk pengaturan kapasitas dari suatu instalasi pompa atau perubahan karakteristik (pengaturan dengan pembukaan katup) dapat dilakukan,tetapi hal ini berlaku bila penyimpangan kapasitas yang dibutuhkan dari kapasitas nominal hanya berlaku dalam waktu yang singkat,dan bila daya yang dibutuhkan mesin penggerak pompa pada kapasitas yang lebih kecil menjadi makin turun (berkurang dan tidak bertambah naik).
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latarbelakang
Pompa adalah mesin fluida yang banyak digunakan untuk mengalirkan fluida
incompressible dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari
tekanan yang rendah ketekanan yang lebih tinggi. Bila ditinjau dari tekanan yang
menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu:
1. Pompa Tekanan Statis
2. Pompa Tekanan Dinamis
Pompa sentrifugal adalah termasuk kedalam jenis pompa tekanan dinamis,dimana
pompa jenis ini memiliki impeller yang berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat
yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan
yang lebih tinggi.
Daya dari luar diberikan keporos untuk memutar impeller kedalam rumah pompa,
maka fluida yang berada disekitar impeller juga akan ikut berputar akibat dari dorongan
sudu-sudu impeller. Karena timbulnya gaya sentrifugal maka fluida mengalir dari tengah
impeller keluar melalui saluran diantara sudu-sudu impeller. Head fluida akan bertambah
besar karena fluida tersebut mengalami percepatan. Fluida yang keluar dari impeller
ditampung oleh saluran yang berbentuk volute mengelilingi impeller dan disalurkan
keluar pompa melalui nosel,didalam nosel kecepatan aliran fluida diubah menjadi head
Karakteristik pompa sentrifugal ditentukan oleh besaran-besaran seperti kapasitas,
tinggi tekanan fluida,sifat atau keadaan disisi bagian isap, daya yang dibutuhkan untuk
memutar pompa,kecepatan putar,efisiensi.
Besarnya daya yang dibutuhkan pompa sentrifugal merupakan fungsi dari kopel
yang diberikan oleh motor penggerak yang dapat diukur dengan beberapa metode,
diantaranya dengan menggunakan metode brake dynamometer,weirmeter dan metode
rem prony.
Dalam proses untuk pengaturan kapasitas dari suatu instalasi pompa atau
perubahan karakteristik (pengaturan dengan pembukaan katup) dapat dilakukan,tetapi hal
ini berlaku bila penyimpangan kapasitas yang dibutuhkan dari kapasitas nominal hanya
berlaku dalam waktu yang singkat,dan bila daya yang dibutuhkan mesin penggerak
pompa pada kapasitas yang lebih kecil menjadi makin turun (berkurang dan tidak
bertambah naik).
Pengaturan pompa sentrifugal dan instalasi pompa (system
pemipaan,katup-katup,dan lain-lain) adalah merupakan 2 buah system yang bekerja sama dan saling
mempengaruhi. Karakteristik instalasi dalam banyak hal terdiri dari bagian yang
statis,melalui bagianinilah terbentuknya kerugian tekanan yang terdapat didalam saluran
pipa dan kerugian tersebut jalannya berbanding kuadrat dengan bertambahnya tinggi
kenaikan.
1.2. Perumusan masalah
Mengingat penelitian yang sudah dilaksanakan dan masalah yang telah
teridentifikasi,untuk itu perlu adanya perumusan masalah tersebut. Maka perumusan
pompa.Berdasarkan hal ini maka peneliti mencoba mengembangkan pengaruh kapasitas
terhadap performance pompa sentrifugal.
1.3. Tujuan penelitian
Adapun tujuan umum dari penelitian yang dilakukan adalah :
1. Menganalisis pengaruh kapasitas terhadap performa pompa sentrifugal.
2. Mengetahui pengaruh kapasitas melalui pengaturan pembukaan katup terhadap
daya pompa yang dihasilkan.
3. Mendapatkan efisiensi pompa.
Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah :
1. Mengatur variasi kapasitas melalui pengaturan pembukaan katup yang
divariasikan pada posisi 60º,30º,100º.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat dari hasil penelitian yang dilakukan antara lain yaitu ;
Menghasilkan alat uji yang nantinya dapat dipergunakan secara praktis oleh
peneliti-peneliti lain,dan menghasilkan informasi-informasi yang bermanfaat berkaitan
dengan pengaruh kapasitas terhadap performance pompa guna menghasilkan effisiensi
pompa. Dan juga dapat menjadi model peraga dalam pengajaran agar nantinya
mahasiswa lebih memahami teori pompa sentrifugal dengan praktek langsung
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Mesin Fluida
Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi utuk merubah energi mekanik menjadi
energi potensial dan sebaliknya, merubah energi mekanik dalam bentuk fluida, dimana
fluida yang dimaksud adalah air, uap, dan gas.
Berdasarkan pengertian diatas maka secara umum mesin – mesin fluida dapat
digolongkan dalam dua golongan yaitu :
1. Golongan mesin – mesin kerja , yaitu berfungsi untuk merubah energi
mekanis menjadi energi fluida, contohnya : pompa, blower, compressor, dan
lain – lain.
2. Golongan mesin – mesin tenaga yang berfungsi untuk merubah energi fluida
menjadi energi mekanis seperti : turbin air, turbin uap, kincir angin, dan lain –
lain.
Pada pompa lingkup penggunaan pompa sangat luas dengan berbagai kebutuhan
terhadap kapasitas dan tinggi kenaikan yang berbeda – beda, kadang – kadang pompa
harus dibuat secara khusus sedemikian rupa sesuai dengan kebutuhan terhadap kapasitas
pompa yang diperlukan, tinggi kenaikan, dan bahan ( fluida ) yang akan dipompa, serta
terdapat juga persyaratan khusus dari mana pompa tersebut akan dipasang, dari
kemugkinan pemilihan mesin penggerak pompa dan dari masalah perawatan pompa
tersebut.
Fluida adalah zat cair yang berubah bentuk secara kontiniu ( terus menerus ) bila
terkena tegangan geser, brapan pun kecilnya tegangan gesr tersebut. Gaya geser adalah
komponen yang menyinggung permukaan dan gaya yang dibagi dengan luas permukaan
tersebut adalah tegangan geser rata – rata pada permukaan itu. Tegangan geser pada suatu
permukaan titik adalah nilai batas perbandingan gaya geser terhadap gaya luar hingga
menjadi titik tersebut.
Pada gambar 2.1. suatu zat ditempatkan diantara dua plat sejajar engan jarak yang
sedemikian luas sehngga pada keadaan tepi plat dapat diabaikan. Plat bawah dengan
terpasang tetap, pada suatu gaya ( F ) diterapkan pada plat atas yang mengarahkan
tegangan geser F/A pada zat apapun yang terdapat diantara plat – plat itu.
Adalah luas plat diatas, bila gaya F menyebabkan plat atas bergerak dengan suatu
kecepatan ( bukan nol ) yang steady, walaupun F kecil kita dapat menyimpulkan bahwa
zat diantara kedua lat tersebut adalah fluida.
Gambar 2.1. Perubahan bentuk oleh penerapan gaya geser yang konstan.
Fluida yang langsung bersetuhan dengan batas benda mempunyai kecepatan yang
sama pada batas yang tidak terdapat gelinciran ( slip ). Hal ini merupakan hasil
eksperimen yang telah dikaji pada percobaan – percobaan yang tidak terhitung jumlahnya
mengalir ke posisi yang baru terhadap plat dan kecepatan U, berubah secara seragam dari
nol pada plat yang diam ( stasioner ) sampai U, pada plat atas.
Pada percobaan – percobaan tersebut menunjukkan bahwa dengan besaran –
besaran lainnya dipertahankan dengan konstan, F berbanding lurus dengan a serta U dan
berbanding terbali dengan tebal t dalam bentuk persamaan
Disini adalah faktor kesebandingan dan pengaruh fluida yang bersangkutan
tercakup
didalamnya jika tegangan geser : σ = F
A
Pada perbandingan U/t adalah kecepatan sudut garis a, b atau laju perubahan
bentuk berkurangnya b, a, d. Kecepatan sudut tersebut juga dapat ditulis du/dy, karena
baik u/t ataupun du/dy adalah lebih umum. Karena hal ini berlaku pada situasi – situasi
dimana kecepatan sudut serta tegangan geser berubah dengan y. Gradien kecepatan du/dy
juga dapat dibayangkan sebagai lapisan yang bergerak relative terhadap lapisan yang
berdekatan, dalam bentuk differensialnya :
adalah merupakan hubungan antara tegangan geser dan laju perubahan bentuk – bentuk
sudut aliran fluida satu dimensi, faktor keseimbangan µ disebut viskositas.
2.2. Pompa
Seperti telah dijelaskan terdahulu, pompa adalah mesin fluida yang digunakan
ketempat yang lain, dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari
tekanan yang rendah ke tekanan yanglebih tinggi.
Dalam hal ini pembahasan pompa tidak terlepas dari pembahasan pipa isap (
suction pipe ) dan pipa tekan ( discharge ) yang secara keseluruhan juga tentang
pemompaan ( pumping system ).
2.2.1. Klasifikasi Pompa
Bila ditinjau dari segi tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa
dapat diklasifikasikan dalam 2 jenis yaitu :
1. Pompa tekanan statis
2. Pompa tekanan dinamis
1. Pompa Tekanan Statis
Pompa ini disebut juga “positive displacement” dimana head yang terjadi akibat
tekanan yang diberikan terhadap fluida dengan cara energi yang diberikan pada bagian
utama peralatan pompa menekan langsung fluida yang di pompakan. Jenis pompa yang
termasuk dalam golongan statis adalah :
a. Pompa putar ( Rotary Pump )
Pompa rotor tunggal ( Single rotor pump ) Pompa rotor ganda ( Multiple rotor pump )
b. Pompa bolak – balik ( Reciprocating Pump )
Pompa torak Pompa diafragma
Pompa rotary terdiri dari rumah pompa yang diam dan mempunyai roda gigi,
baling – baling, piston, nok ( cam ), segmen, sekrup da lain sebagainya yang beroperasi
dalam ruang bebas ( cleareance ) yang sempit. Sebagai ganti cairan pada pompa
sentrifugal, pompa rotary akan menerapkan cairan, mendorongnya melalui rumah pompa
yang tertutup, hampir sama dengan piston pompa torak. Akan tetapi tidak seperti pompa
torak, pompa rotary mengeluarkan cairan dengan aliran yang lancar ( smooth ). Sering
dianggap pompa untuk cairan kental, pompa rotary bukan terbatas pada bagian ini saja.
Pompa ini akan mengalirkan hampir setiap cairan yang tidak mengandung bahan – bahan
padat atraktif dan keras.
Susunan penggerak pompa rotary untuk desin aneka poros ( multishaft ) terdiri
dari dua jenis. Elemen pemompa pada poros yang digerakkan dapat menggerakkan
elemen pasangannya pada poros yang bebas akan tetapi, bila bahan – bahan abrasive
yang ada dalam cairan itu dapat menyebabkan keausan yang berlebihan atau bila elemen
pemompa itu fleksible, roda gigi pengatur waktu ( timing gear ) akan menggerakkan
poros yang bebas tadi. Ini akan memungkinkan elemen – elemen pemompa beropersi
dalam ruang bebas yang sempit tanpa terjadinya persentuhanyang keras.
Gambar 2.2. (a) Pompa putar 2 cuping, (b) pompa putar 3 cuping, (c) pompa putar 4
cuping.
Pompa bolak – balik mempunyai bagian utama berupa torak atau diafragma yang
bergerak bolak – balik didalam selinder untuk dapat mengalirkan fluida. Pompa ini
dilengkai dengan katup – katup, dimana fluida bertekanan rendah di hisap melalui katup
hisap ke ruang selinder, kemudian ditekan oleh torak atau diafragma hingga tekanan
statisnya naik dan sanggup mengalirkan fluida keluar melalui katup tekan.
Pompa bolak – balik memiliki langkah – langkah kerja, pada langkah hisap maka
terjadi kevakuman di dalam ruang silinder katup hisap terbuka maka cairan masuk ke
ruang silinder, pada saat langkah tekan katup hisap tertutup dan katup keluar terbuka,
sehingga fluida terdesak dan tekanan menjadi naik, kemudian aliran keluar melalui
saluran keluar. Proses tersebut berlangsung terus – menerus selama pompa bekerja.
Gambar 2.3. Pompa bolak – balik ( Reciprocating Pump )
2. Pompa Tekanan Dinamis
Pompa ini disebut juga dengan “ Non Positive Displacement Pump “,
pompatekanan dinamis terdiri dari poros, sudu – sudu impeller, rymah volut, dan salura
keluar. Energi mekanis dari luar diberikan pada poros pompa untuk memutar impeller.
Akibat putaran dari inpeler menyebabkan head dari fluida menjadi lebih tinggi karena
mengalami percepatan.
Ditinjau dari arah aliran yang mengalir melalui sudu – sudu gerak, maka pompa
tekanan dinamis digolongkan atas tiga bagian, yaitu :
Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran radial terletak pada bidang yang
tegak lurus terhadap poros dan head yang timbul akibat dari gaya sentrifugal itu sendiri.
Pompa aliran radial mempunyai head yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan pompa
jenis lain.
b. Pompa aliran aksial
Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran aksial terletak pada bidang yang
sejajar dengan sumbu poros dan head yang timbul akibat dari besarnya gaya angkat dari
sudu – sudu geraknya. Pompa aliran aksial mempunyai head yang lebih rendah tetapi
kapasitasnya lebih besar.
c. Pompa aliran campuran
Pada pompa ini fluida yang masuk sejajar dengan sumbu poros dan keluar sudu
dengan arah miring ( merupakan perpaduan dari pompa aliran radial da pompa aliran
aksial ). Pompa ini mempunyai head yang lebih rendah namun mempunyai kapasitas
lebih besar.
(a) (b) (c)
Gambar 2.4.(a) Pompa aliran radial, (b) Pompa aliran aksial, (c) Pompa aliran campuran
Jadi prinsip kerja dari pompa tekan dinamis adalah dengan mengubah energi
mekanis dari poros menjadi energi fluida, dan energi inilah yang menyebabkan
pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada fluida yang mengalir
Pada pompa tekanan dinamis terjadinya aliran fluida adalah akibat dari kenaikan
tekanan di dalam fluida bukan akibat pergeseran volme impeller pemindahannya seperti
yang terjadi pada pompa tekanan statis. Pada pompa tekanan dinamis dijumpai poros
putar dengan kurungan sudu disekelilingnya, dan melalui sudu – sudu inilah fluida
mengalir secara kontiniu. Secara umum pompa tekanan dinamis dapat digolongkan atas :
Pompa efek khusus merupakan salah satu jenis pompa tekanan dinamis, diman
tekanan di dalam fluida terjadi secara spesifik. Beberapa contoh dari pompa jenis ini
adalah pompa zet, pompa elektro magneti, hidrolik pompa dan gas lift pump.
Pompa elektro magnetik menggunakan prinsip elektro magnetik untuk
memindahkkan fluidanya. Sehingga yang biasa dipindahkan adalah cairan metal. Pompa
jenis ini banyak digunakan dalam instalasi nklir. Kelebihan pompa jenis ini dapat
memompakan fluida panas dan tidak mempunyai bagian yang bergerak sehingga tidak
terlalu ibing.
Pompa zet umumnya dikombinasikan bekerja bersama sama dengan pompa
sentrifugal. Karena dengan kombinasi ini diperoleh beberapa keuntungan, baik dari segi
mekanis maupun hydrolis. Keuntungan mekanis adalah tidak ada bagian yang bergerak
Gambar 2.5. Pompa Zet
2.2.2. Kavitasi Pompa
Sebagai pendekatan pompa, orang umumnya mengandaikan bahwa bila tekanan
mutlak dalam suatu titik dalam zat cair mencapai tekanan uap untuk temperatur
bersangkutan, rongga rongga dan gelembung – gelembung akan terbentuk, rongga –
rongga ini akan mengandung uap fluida gas bebas. Gejala pembentukan rongga dan
pecahnya rongga itu disebut dengan kapitasi, kapitasi yang sudah membahayakan akan
mengurangi unjuk kerja pompa atau menambah rugi – rugi mekanik dan menjadi berisik,
meningkatkan getaran dan mengkorosikan logam dari impeller.
Akan ada sebagian titik dalam zat cair didalam pompa dimana tekanan minimum
umumnya didaerah sparasi aliran dan begitu tekanan sekeliling berkurang, tekanan uap
akan tercapai dan kavitasi dimulai dititik tersebut. Sehubungan dengan kondisi ini akan
terjadi mutlak yang tetap dibagian muka masukan pompa untuk debit tertentu melalui
1. Faktor penyebab kapitasi
• Tekanan hisap ( Hs ) terlalu tinggi
• Penampang pipa ( poros impeller ) terlalu kecil • Adanya getaran dan lekukan pada pipa hisap
• Kecepatan putaran impeller lebih besar dari kecepatan aliran fluida
• Temperatur fluida yang terlalu tinggi
2. Pengaruh kapitasi
• Terjadinya erosi dan korosi pada bagian dimana kapitasi terjadi sehingga elemen
– elemen pompa menjadi rusak
• Perubahan energi kecepatan menjadi energi tekan oleh sudu – sudu menjadi
kurang sempurna dan akibatnya effisiensi akan turun
• Terjadi gesekan pada sudu – sudu impeller
3. Pencegahan kapitasi
Untuk menghindari terjadinya kavitasi pada pompa maka dengan mengusahakan
agar kecepatan aliran air masuk impeller sedkit besar dari pada kecepatan pada sisi hisap.
Seperti telah kita ketahui bahwa gesekan yang terjadi sebanding dengan harga kecepatan
pangkat dua, berarti kecepatan aliran air terjadi semakin kecil maka diameter dari eye of
impeller akan menjadi tidak sempurna.
Berdasarkan beberapa pertimbangan diatas maka harga kecepatan aliran masuk
impeller diambil sedikit lebih besar dari pada kecepatan aliran air pada sisi hisap, dan
masih berada dalam batasan yang diizinkan.
Dalam perencanaan instalasi pompa, hal - hal berikut ini harus diperhitungkan
1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap harus dibuat
serendah atau sedekat mungkin agar head hisap statis menjadi rendah.
2. Pipa suction pompa harus dibuat sependek mungkin jika terpaksa dipakai pipa
hisap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang diameternya satu nomor lebih
besar untuk mengurangi kerugian gesek.
3. Tidak dibenarkan sama sekali untuk memperkecil laju aliran dengan menghambat
aliran sisi hisap.
4. Jika pompa mempunyai head total yang berlebihan maka pompa akan bekerja
dengan kapasitas aliran yang berlebihan pula sehingga kemungkinan akan
terjadinya kapitasi menjadi lebih besar karena itu head total pompa harus
ditentukan sedemikian hingga sesuai dengan yang diperlukan pada kondisi operasi
yang sesengguhnya.
Tiga kelas pompa yang dignakan sekarang in adalah sentrifugal, rotari ( rotary )
dan torak ( reciprocating ). Istilah ini hanya berlaku pada mekanika fluida, bukan pada
design pompa itu sendiri. Hal ini penting, sebab banyak pompa dibuat dan dijual untuk
keperluan khusus, hanya dengan melihat detail design terbaik saja, sehingga masalah
yang berdasarkan kepada kelas dan jenis menjadi terlupakan.
Masing – masing kelas selanjutnya dibagi lagi menjadi sejumlah jenis yang
berbeda. Misalnya yang termasuk klasifikasi pompa rotari adalah pompa kam ( cam ),
sekrup, roda gigi, dan sebagainya. Masing – masing merupakan jenis yang khusus dari
pompa rotary. Untuk maju ke langkah yang berikutnya, dapat diperhatikan bahwa pompa
tiga-sekrup yang tersedia dengan rotor – rotor yang terbuat dari berbagai bahan yang
berbeda dengan empat cara penyeimbangan dorongan aksial.
The hydraulic Institute menyarankan bahwa klasifikasi standar hanya dianggap
berlaku untuk satu jenis saja, yang selanjutnya terserah kepada pembuat untuk membuat
detail yang akan dikembangkan dan telah distandardisasi untuk pompa tersebut. Jadi,
dalam memilih sebuah pompa, sering diperlukan ketelitian membandingkan detail demi
detail sejumlah pompa.
Dalam mengklasifikasikan standar pompa sentrifugal misalnya, The Hydraulic
Institute membaginya berdasarkan : tingkatan ( satu tingkat atau dua tingkat ), jenis
rumah pompa / casing ( rumah keong, lingkaran, atau difuser ), kedudukan ( poros
horizontal atau vertikal ), hisapan ( tunggal atau ganda ).
Bila kita tinjau bedasarkan bahannya, konstruksi The Hydraulic institute memakai
penandaan – penandaan sebagai berikut :
1. Sebagian brons
2. Serba brons
3. Brons dengan komposisi khusus
4. Serba besi
5. Sebagian baja tahan karat
6. Serba tahan karat.
Pompa yang bahannya sebagian brons mempunyai rumah yang terbuat dari besi
cor, impeller, rumah cincin ( casing ring ) dan selongsong ( bila dipakai ) dari brons. Pada
pompa serba brons setiap bagian yang berhubungan langsung dengan cairan terbuat dari
bagian yang terbuat dari komposisis brons yang sesuai dengan pengunaan pompa
tersebut. Pompa serba besi mempunyai bagian yang terbuat dari logam besi yang
berhubungan langsung dengan cairan yang dipompakan. Pada pompa yang terbuat dari
sebagian bahan tahan karat, rumah pompa dibuat dari bahan yang sesuai untuk
keperluaannya, sementara impeller, cincin impeller, dan selongsong poros ( bila dipakai
) terbuat dari baja tahan korosi yang sesuai dengan cairan yang akan dipompakan.pada
pompa serba baja tahan karat, bagian – bagian yang berhubungan langsung dengan cairan
terbuat dari baja tahan korosi yang sesuai dengan penggunaannya, sementara poros
adalah dari baja ahan korosi yang tingkatannya sama dengan bahan bagian – bagian
pompa selebihnya.
2.3. Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal dan instalasi pompa (sistem pemipaan, katup, dan lain-lain)
adalah merupakan 2 buah sistem yang bekerja sama dan saling mempengaruhi..
Dari garis pada diagram h – q pompa sentrifugal, yang sebagai garis karakteristik
pompa atau juga garis peredaman ( hasil pengaturan pembukaan katup ) yang diketahui
ketergantungan kenaikan h terhadap kapasitas q.
Untuk mengatur kapasitas q dari suatu instalasi pompa adalah sebagai berikut ;
Perubahan karakteristik instalasi melalui ( pengaturan pembukaan katup ) karakteristik
diubah dengan memelalui atau menggunakan katup yang dipasang didalam sistem pipa
saluran dengan meningkatkan besarnya kerugian arus aliran fluida maka akan
mengakibatkan perubahan dari karakteristik instalasi sehingga didapatkan titk potong
dengan cara memperbesar atau memperkecil pembukaan katup ) ini mudah dilaksanakan,
tetapi karena caranya dengan memperbesar kerugian arus aliran fluida akibatnya biaya
bekerjanya adalah tinggi.
Didalam titik perencanaan dengan petunjuk notasi besarnya daya untuk alat
penggerak adalah ;
Pyang perlu 1 = V1. φ . g . HB1 / η
Dalam hal ini H statik + tahanan pipa. Dengan kecilnya pembekuan katup
pencekikan berakibat kapasitas fluida didalam saluran tekanan berkurang menjadi V3
maka :
Pyang perlu 3 = V3 . Q . g . (HB3 + Hv3) / η
Bagaimanapun dayanya akan naik sebagai akibat pengaturan ini, tempat dari
instalasi tidak berubah dan disini ada tambahan Hv3.
Sewaktu keadaan tidak tetap ( H statik yang kecil ) P yang perlu 3 akan dapat lebih
besar dari P yang perlu 1, bila diperhatikan dari sisi instalasi pada suatu kapasitas dari sisi
instalasi pada suata kapasitas V3 tinggi kenaikan yang dibutuhkan hanya HB3. Tambahan
HV3
Pengaturan dengan katup ( throttle ) terutama pada pompa radial harus hati-hati
menggunakannya, karena meningkat keadaan hidrauliknya seperti yang ditunjukan oleh
gambar karakteristik pompa, bahwa pengaturan dengan sistem pengaturan katup adalah
yang paling cepat untuk diijinkan guna dipakai, tetapi hal ini terutama berlaku bila
penyimpangan kapasitas yang dibutuhkan kapasitas nominalnya hanya berlangsung adalah disebabkan oleh pengecilan pembukaan katup pencekik yang merupakan
dalam waktu yang singkat, dan bila daya yang dibutuhkan mesin penggerak pompa pada
kapasitas yang lebih kecil menjadi makin turun ( kurang dan tidak bertambah naik ).
Gambar 2.6. Pompa Sentrifugal.
Pompa sentrifugal terdiri dari beberapa jenis yaitu ;
Pompa jenis rumah keong ; pada jenis ini impeller membuang cairan dalam rumah
spiral yang berangsur – angsur berkembang, ini dibuat sedemikian rupa untuk
mengurangi kecepatan dapat diubah menadi tekanan statis. Rumah keong ini akan
menyeimbangkan beben – beben radial pada poros pompa sehingga beban akan saling
meniadakan, dengan demikian akan mengurangi pembebanan poros dan resultant
lenturan.
Pompa jenis difuser ; Pada jenis ini baling – baling pengarah tetap akan
mengelilingi runer atau impeller. Laluan – laluan yang berangsur – angsur
mengembang ini akan mengubah arah cairan dan mengkonversikannya menjadi tinggi
Pompa jenis turbin ; Pompa ini juga dikenal dengan pompa vorteks,peri – peri,
dan regeneratif, cairan pada jenis ini dipusar oleh baling – baling impeller dengan
kecepatan yang tinggi selama hampir dalam satu putaran didalam saluran yang
berbentuk cincin ( annular ), tempat impeller tadi berputar. Energi ditambahkan
kecairan kedalam bentuk impuls. Jadi pompa trubin menambah energi pada cairan
dalam sejumlah impuls.
Jenis aliran campuran dan airan aksial ; Pompa aliran campur menghasilkan tinggi
tekan ( head ) sebagian oleh pengangkatan ( lift ) baling – baling pada cairan.
Diameter sisi buang baling – baling ini lebih besar dari sisi masuknya. Pompa aliran
aksial menghasilkan tinggi tekan oleh propeler atau oleh aksi pengangkatan ( lift )
baling – baling pada cairan. Diameter baling – baling pada sisi hisap sama dengan
pada sisi buang. Pompa propeler merupakan jenis pompa aliran aksial.
2.3.1. Cara Kerja Pompa Sentrifugal
Berdasarkan gambar dapat dijelaskan cara kerja pompa sentrifugal sebagai berikut
:
Fluida masuk melalui saluran hisap Ds kemudian dalam arah aliran aksial mengalir
masuk kedalam impeller dengan kecepatan terbatas Cs. Sudu pompa dimulai dai D1,
lebar sudunya b1. kecepatan mutlak mengalirnya fluida C1 dan luas penampang yang
dilalui aliran fluida = D1 x π x b1 ; maka menurut persamaan kontinuitas didapat :
Dimana : b1 = lebar sudu (m)
Q = kapasitas aliran (m3/det)
D1 = diameter masuk sudu pompa ( m )
C1
Segitiga Aliran Kecepatan Fluida
= kecepatan mutlak aliran fluida masuk sudu impeller (m/det)
Dengan adanya sudu penampang yang dilewati fluida menjadi semakin sempit
dan dengan demikian kecepatan fluida mengalir masuk naik sekitar 10 %.
Pada titik 1 dar gambar 2.7. diperoleh kecepatan aliran fluida masukC1 yang
arahnya tegak lurus U1 di dapat dari :
Dimana : n = kecapatan putaran impeller dalam rpm
D1 = diameter masuk sudu pompa ( m )
Keterangan gambar :α
W1 = kecepatan relative aliran fluida pada sisi masuk
Β1 = sudut masuk aliran fluida
Lihat gambar segitiga berikut :
Gambar 2.9. Segiitiga kecepatan aliran fluida masuk impeller
Dari titik 1 ( pada gambar 2.7 ) fluidamengalir ke bagian belakang dari sudu
impeller yang melengkung, supaya mendapatkan paenghantaran dan pengaliran yang baik
maka jumlah sudu impeller harus tertentu, karena adanya gaya sentrifugal pada sudu
impeller.
Jadi akibat dari berputarnya impeller dengan kecepatan U dan bentuk sudu
impeller yang sedemikian rupa didapat kecepatan relative aliran fluida dibagian masuk
kontinuitas. Diameter impeller dibagian keluar D2 dan pada bagian masuk D1. Lebar sudu
b2 hanya sedikit lebih kecil dari pada dibagian masuk b1, sehingga pada umumnya W2
lebih kecil dari W1.
Pada titik 2 dari gambar 2.7. fluida mempunyai kecepatan keluar mutlak C2.
Kecepatan keliling impeller pada sisi keluar U2 adalah :
dimana : W2 = kecepatan relative aliran fluida pada sisi keluar impeller
β2 = sudut keluar aliran fluida
Untuk pompa sentrifugal sudut impeller yang berguna adalah 150 – 300 maksimum
sampai 500.
Gambar 2.10. Segitiga kecepatan aliran fluida keluar impeller
Jika pompa dibuat bertingkat, sesudah keluar dari sudu fluida melalui ruang 3
tanpa sudu dan sampai didalam sudu pengarah dengan kecepatan aliran fluida C4. tapi
bila konstruksi pompa dibuat sederhana dimana fluida yang keluar dari impeller langsung
masuk kedalam rumah pompa, maka kecepatan mutlak aliran fluida keluar C2 harus
diarahkan sedemikian rupa, perpindahan fluida dari impeller kerumah pompa sedapat
2.3.3. Persamaan Utama Pada Mesin Arus Aliran Fluida ( Persamaan Euler )
Perpindahan energi didalam sudu impeller adalah dari momen puntir yang bekerja
pada poros diteruskan sedemikian rupa oleh sudu impeller sehingga menimbulkan
kecepatan absolute fluida C2u dan C1u ( sudu impeller bekerja sebagai tuas untuk
meneruskan momen puntir poros dan menimbulkan arus kecepatan fluida ). Menurut
kaidah impuls, pada umumnya momen puntir diantara sisi bagian luar dan sisi bagian
masuk.
Dimana : m = massa fluida ( cairan )
r = panjang tuas yang bekerja (m)
dCu = besarnya perubahan komponen tangensial dari kecepata absolute dt fluida terhadap perubahan waktu.
Langkah demi langkah pada waktu melalui impeler dimana :
M = m/t x (( r2 x C2u ) – ( r1 x C1u ))
= m x (( r2 x C2u ) – ( r1 x C1u ))
Dimana : M = momen puntir ( kg / mm )
M = massa fluida ( cairan )
r1 = r2 = panjang tuas yang bekerja (m)
C1u = C2u = kecepatan absolute komponen tangensial ( m/det )
Momen puntir ini akan mendapat daya sesuai dengan daya yang diberikan poros
P = M x ω, dimana ω = adalah kecepatan sudut.
P = m x ( r2 x C2u – r1 x C1
Dan dengan r x ω = U = kecepatan keliling, persamaan diatas disederhanakan
kepersamaan utama Euler.
P = (( U2 x C2u ) ( U1 x C1u )) = kerja spesifik m
Dimana : U1 = kecepatan tangensial aliran fluida masuk ( m/det )
U2 = kecepatan tangensial aliran fluida keluar ( m/det )
Kerja spesifik Y (dalam satuan SI adalah Nm/kg ) adalah kerja mekanis dari poros yang
dipindahkan fluida, kerja tersebut menghisap dan memompakan massa fluida cair.
2.3.4. Hubungan Tingi Kenaikan H dengan Kerja Spesifik Y
Antara tinggi kenaikan H (m) dengan kerja spesifik Y ada hubungannya yaitu :
Y = g x H
Dimana : g = percepatan grafitasi ( m/det )
H = tinggi kenaikan ( m )
Y = kerja spesifik
Keterangan :
Dari persamaan Ueler ini didapat pengertian bahwa kecepatan dari suatu fluida
yang dipompakan tidak diperhitungkan. Demgam demikian tinggi kenaikan pompa tidak
tergantung kepada macamnya fluida yang dipompakan. Persamaan ini berlaku untuk
semua jenis fluida. Persamaan ini juga berlaku untuk kompresor dan ventilator.
Bila kecepatan aliran fluida masuk C1 diarahkan menjadi tegak lurus, maka C1u =
0
g = percepatan grafitasi ( m/det )
U2 = kecepatan tangensial aliran fluida masuk
C2u = kecepatan absolute komponen tangensial ( m/det )
2.3.5. Kecepatan Spesifik
Kecepatan spesifik adalah suatau istilah yang dipakai untuk memberikan
klasifikasi impeller yang berdasarkan prestasi proporsinya tanpa memperhatikan ukuran
aktual dan kecepatannya dimana impeller – impeller itu beroperasi karena kecepatan
spesifik itu adalah merupakan proporsi impeller. Kecepatan dari impeller adalah konstan
terhadap hal sederetan impeller – impeller yang mempunyai sudut – sudut dan proporsi
yang sama atau untuk salah satu porsi impeller yang beroperasi pada sembarang
kecepatan.
Kecepatan spesifik didefinisikan sebagai kecepatan dalam putaran per menit,
dimana suata porsi impeller akan beroperasi secara bersamaan, umumnya apabila
diperkecil akan dapat memberikan kapasitas teruji ( rating ) sebesra satu Gpm pada tinggi
tekan total sebesar 1 ft. Kecepatan speifikdiberi simbol ( Ns ) yang dinyatakan dengan :
Ns = n . √Q H ¾
Dimana : n = putaran pompa ( rpm )
Q = kapasitas pompa ( Gpm )
H = Head pompa ( ft )
Sedangkan menurut M. Khetagur of Marini Auxialiary and System bahwa
kecepatan spesifik itu adalah dihitung menggunakan rumus :
4√H
• Low speed impeller : Nsi = 40 s/d 80 3
Dimana : n = putaran pompa ( rpm )
Q = kapasitas pompa ( Gpm )
H = Head pompa ( ft )
51,65 = konstanta
Kecepatan spesifik untuk setiap jenis impeller :
• Moderate speed impeller : Nsi = 80 s/d 150 • High speed impeller : Nsi = 150 s/d 300
• Mixed flow impeller : Nsi = 300 s/d 600
• Axial flow : Nsi = 600 s/d 2000
2.3.6. Head Total Pompa Sentrifugal
Head total adalah ketinggian yang dapat dicapai oleh fluida oleh pemompaan
yaitu :
H = Hd – H5 + Vd2 – Vs2 2g 2g
2.3.7. Effisiensi Pompa
Perbandingan daya hidraulik terhadap bhp disebut sebagai gross effisiency
pompa, yaitu :
Gross effisiensi = QγH
2.3.8. Kurva Performance dan Hukum Affiantas
Variasi head dengan kapasitas pada putaran pompa merupakan satu karakteristik
pompa. Karakteristik yang lengkap dari pompa sentrifugal juga mencakup effisiensi dan
bhp. Head, kapasitas, dan bhp pompa bervariasi terhadap putaranmerupakan fitur dari
kurva karakteristik pompa sentrifugal. Variasi ini mengikuti aturan – aturan hukum
affintas pompa sentrifugal.
• Pada saat putaran berubah kapasitas berbanding lurus terhadap putaran. • Variasi head merupakan perbandingan pangkat dua putaran.
• Bhp berbanding pangkat tiga pada putaran.
Q1 = n1 ; H1 = n12 ; ( bhp )1 = n13 Q2 n2 H2 n22 ( bhp )2 n23
2.3.9. Break Horse Power ( bhp )
Dalam dunia teknik mesin kita tidak akan terlepas dari daya yang dihasilkan
ataupun yang dibutuhkan oleh suatu peralatan atau mesin. Daya dalam definisinya adalah
kerja per satuan waktu. Daya dalam satuannya yang sering digunakan adalah dalam
kilowatt ( KW ) dan horse power ( HP ), merupakan besaran turunan yang dapat
ditentukan dengan menggunakan alat ukur daya.
Jika suata gaya diberikan suatau partikel yang bergerak ∆x sepanjang lintasannya,
dengan Fx adalah besaran komponen gaya yang menyinggung lintasan, maka usaha yang
Gambar 2.11. Gaya yang diberikan pada suatu partikel sepanjang lintasan
Daya :
P = Fx . V
Daya sesaat :
P = Fx . V
Setiap gaya tertentu tidak lain adalah salah satu aspek interaksi bersamaan (
mutual interaction ). Antara dua buah benda. Sudah dibuktikan kalau suatau benda
melakukan gaya kepada benda yang lain maka benda kedua itu selalu melakukan gaya
pula kepada benda pertama, yang sama besarnya dengan arah berlawanan, dan
mempunyai garis kerja yang sama.
2.3.10. Momen Torsi
Besar dan efek yang ditimbulkan oleh suatau gaya pada suatau benda bergantung
pada suatu letak garis kerja gaya itu, jadi pada gambar 2.10. menyebabkan putaran pada
suatu benda.
Garis kerja gaya dapat diperinci dengan menentukan jarak tegak lurus antara
sebuah titian patokan dengan garis kerja gaya tersebut. Jarak tegak lurus dari titik ini ke
garis kerja suatau gaya disebut lengan momen dari gaya tersebut terhadap sumbu. Hasil
kali gaya teradap lengan momen disebut momen gaya itu terhadap sumbu atau juga
disebut gaya putar ( torque ).
Momen Torsi : Mt = Fx . r
Fx = Mt / r
Kecepatan keliling : V = 2 . π . r . n
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan waktu.
3.1.1. Tempat.
Penelitian ini dilakukan di laboratorium teknik program studi teknik mesin di
Universitas Medan Area.
3.1.2. Waktu.
Waktu penelitian dilaksanakan pada awal bulan Juni 2008 dan di akhiri pada
pertengahan bulan agustus 2008.
3.2. Alat dan bahan.
3.2.1. Alat.
a. Pompa Sentrifugal
Pada pelaksanan penelitian pompa sentrifugal tentu yang digunakan adalah jenis
pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal yang digunakan pada penelitian ini adalah pompa
sentrifugal yang sering digunakan oleh masyarakat sehari-hari.
Spesifikasi pompa :
- Merk Pompa : Sanho
- Model : DB – 125
- Kapasitas Maksimum : 42 ltr/mnt
- Suction Head : 9 m
- Discharge Head : 24 m
- Size : 1” x 1”
- Out put : 125 W
- Tegangan Arus : 220 V
- Frekuensi : 50 Hz
- Putaran : 2850 rpm
b. Water Flo Meter (alat ukur volume air keluar)
Alat ini digunakan untuk mengukur besar kapasitas air yang dihasilkan pada saat
pengujian dengan waktu yang ditentukan. Volume air yang keluar dihitung pada saat
Gambar 3.2. Indikator volume air keluar.
c. Stop watch.
Alat ini digunakan untuk menentukan waktu kecepatan aliran air keluar pada saat
pengujian dilakukan.
Gambar 3.3. Stopwatch.
d. Bak penampung air.
Alat ini digunakan untuk menampung air pada saat pengujian berlangsung.
3.4. Bak penampung air.
e. Alat ukur RPM (tacho meter).
Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros pompa pada saat pompa
Gambar 3.5. Tacho meter.
Spesifikasi alat :
- Display : 5 digits, 10 mm (0,4’) LCD
- Test Range : 2,5 to 99,999 rpm
- Resolution : 0,1 rpm (2,5 to 99,999 rpm)
1 rpm (Over 1,000 rpm)
- Accuracy : 0,05 % + 1 rpm
- Sampling Time 1 Sec : Over 60 rpm
- Test Range Select : Automatic
- Memory : Last Value, Max. Value, Min. Value
- Detection Distence : 50 to 250 mm / 2 to 10 inch
(typical max 350 mm / 14 inch)
- Time Base : Quartz Crystal
- Circuit : Exclusive one-chip of microcomputer LSI circuit
- Power Suply : 4 x 1,5 VA (UM-3)
- D.C Concumption : Approx. 80 mA (operation)
- Operation Temp : 0 to 500 C (32 to 1220
- Size : 1390 x 72 x 37 mm
- Weight : About 300 g
f. Alat ukur tegangan torsi.
Alat ini digunakan untuk mengukur besarnya gaya yang terjadi pada putaran
poros pompa. Besarnya gaya yang terjadi dihubungkan dengan jari-jari lengan gaya untuk
mendapatkan momen torsi, seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.6. Indikator gaya.
g. Alat ukur tekanan sisi masuk (suction) dan sisi keluar (discharge).
Alat ukur tekanan digunakan untuk mengukur tekanan air masuk dan tekanan air
keluar pada saat pengujian pengambilan data. Alat ini gabungan dari selang transparan
yang didalamnya terdapat air raksa sebanyak 100 cc, seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 3.7. Alat ukur tekanan.
Dalam pegukuran dimensi berupa diameter dalam, diameter luar jarak sudu
digunakan alat untuk mempermudah pengerjaan. Alat yang digunakan adalah jangka
sorong (Vernier Calliper), seperti pada gambar 3.9.
Gambar 3.8. Jangka sorong.
3.2.2. Bahan.
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bahan-bahan untuk instalasi
pemipaan pada saat penelitian.
a. Gate valve (Variasi kapasitas)
Alat ini digunakan sebagai pengatur pembukaan katup (variasi kapasitas) yang
dipasang pada sisi tekan pada saat pengujian.
a. katup 1000 b. katup 300 c. katup 600
Untuk melakukan penelitian diperlukan tempat agar semua yang dipergunakan
untuk penelitian berada dalam satu tempat. Untuk menempatkn seluruh alat penelitian Gambar 3.9. Gate Valve
pada sebuah dudukan yang didesign untuk tempat dudukan alat, bahan dan alat ukur yang
digunakan pada satu tempat, untuk memudahkan pada saat melekukan pengambilan data
– data yang diperlukan. Dudukan ini dibuat dari besi pelat siku yang diberi sebuah papan
panel untuk alat ukur.
Gambar 3.10. Dudukan dan instalasi pemipaan c. Pipa
Pipa yang digunakan adalah jenis pipa PVC yang biasa digunakan leh masyarakat
untuk instalasi pemipaan rumah – rumah, gedung kantor atau bangunan lainnya. Ukuran
diameter yang digunakan ¾ inchi dan ½ inchi.
Gambar 3.11. Pipa PVC
d. Elbow
Elbow yang dipakai pada instalasi ini adalah elbow 900 biasa untu ukuran pipa ¾
Gambar 3.12. Elbow
e. Sambungan pipa
Instalasi ini menggunakan sambungan pipa berulir, sambungan satu arah dan
sambungan pipa tiga arah untuk ukuran pipa yang berulir satu sisi dan yang tidak
memakai ulir untuk ukuran pipa ½ inchi.
Gambar 3.13. Sambungan pipa
f. Saringan (Foot valve)
Pada setiap instalasi pemipaan air selalu dipasangkan saringan dan foot valve
dengan tujuan agar kotoran tidak masuk kedalam instalasi dan agar air tetap berada dalam
pipa instalasi saat pompa tidak dihidupkan.
Gambar 3.14. saringan pipa (foot valve)
3.3 Rancangan Kegiatan
3.3.1. Persiapan Pendahuluan
Metode eksperimen yang dilakukan pada penelitian ini adalah melalui langkah –
langkah sebagai berikut:
a. Persiapan.
Sebelum melakukan penelitian terlebih dahulu melakukan persiapan.
Persiapan – persiapan yang harus dilaksanakan antara lain :
1. Melakukan survey terlebih dahulu dan melakukan study pustaka untuk
merencanakan apa yang akan diteliti.
2. Menyediakan alat, alat ukur, bahan dan perlengkapannya dengan
melakukan survey bahan – bahan yang diperlukan dilapangan
b. Membuat dudukan yang dibuat dari bahan besi dengan proses pengelasan yaitu las
listrik.
c. Membuat instalasi pemipaan.
d. Uji coba alat yang sudah terpasang dan instalasi pemipaan dam memeriksa kebocoran
pada instalasi pemipaan, apakah alat sudah bekerja dengan baik dan tidak terjadi
kebocoran pada system pemipaan.
e. Pengambilan data dilakukan setelah alat bekerja dengan baik dan sudah tidak ada
kebocoran pada pemipaannya. Pengambilan data dilakukan tiga kali pada setiap
pengaturan pembukaan katup untuk memperoleh variasi kapasitas pompa.
f. Setelah data – data yang diperlukan diperoleh dilakukan perhitungan dengan memakai
Gambar 3.15. Bagan Alir Metode Eksperimen Mulai
Survey & Studi Pustaka
Persiapan Bahan & Peralatan
Pembuatan Dudukan Dengan Proses Pengelasan
Pemasangan Instalasi Pemipaan
Uji Coba & Pemeriksaan Kebocoran Pada
Pemipaan
Pengambilan Data
Menganalisa Data
Kesimpulan
3.3.2. Persiapan Pengujian.
♦Merakit alat uji.
1. Memasang pompa sentrifugal pada posisi dudukan yang telah ditentukan.
2. Memasang pipa PVC dari bak isap ke pompa uji.
3. Lalu dari pompa, pipa disambungkan ke bak penampungan air.
4. Memasang alat ukur tekanan pada sisi isap (suction) pompa.
5. Dan alat ukur tekanan pada sisi tekan (discharge) pompa.
6. Dilanjutkan dengan memasang Gate Valve 90 0
7. Memasang alat ukur aliran (water flo meter) yang dipasang pada sisi tekan pompa
(discharge) untuk menentukan kapasitas aliran.
untuk pengaturan pembukaan
katup pompa yang dipasang pada sisi tekan (discharge) setelah alat ukur tekanan.
8. Memasang alat ukur tegangan torsi dengan cara menghubungkan alat ukur gaya
ke poros pompa lalu dipasang lengan gaya sebagai pengatur beban pada alat ukur
tersebut untuk mendapatkan momen torsi.
3.3.3. Pengujian Dan Pengambilan Data.
Setelah tahap persiapan alat uji selesai dilaksanakan maka pengambilan data
diawali dengan ;
1. Menghidupkan pompa beberapa saat untuk mendapatkan sirkulasi air yang baik
dan stabil.
2. Setelah air bersirkulasi dengan baik, dan penunjukan besaran-besaran telah stabil
seperti putaran pompa, tekanan di sisi isap, tekanan disisi tekan, dan alat ukur
3. Memvariasiakan kapasitas dengan cara mengatur pembukaan katup (gate valve)
pada sisi tekan pompa (discharge) dengan posisi sudut yang bervariasi seperti ;
300, 600 ,1000
4. Melanjutkan dengan memberikan beban pada alat ukur daya pompa dengan berat
dan variasi putaran tertentu.
. Untuk mendapatkan besaran-besaran seperti ; tekanan sisi isap,
tekanan sisi tekan, kecepatan aliran, daya pompa, putaran, dan alat ukr lainnya.
5. Setelah semua berjalan maka pencatatan dan pengujian dapat dilakukan dengan
mencatat angka yang tertera pada alat ukur aliran air, tekanan isap (suction),
tekanan keluar (discharge), dan putaran pada pompa. Pencatatan dimulai pada
saat penunjukan waktu pada stopwatch tepat pada angka 00.000.00.
6. Setelah stopwatch menunjukkan pada posisi 00.000.00, gate valve (pengaturan
pembuka katup) pada posisi yang telah ditentukan dan alat ukur laju aliran (water
flo meter) penunjukkan jarum alat ukur aliran tepat pada posisi 0, maka penelitian
dimulai dan diakhiri pada saat penunjukkan kembali pada posisi 0. Lalu kemudian
pada saat bersamaan cata angka-angka penujukkan pada alat ukur tekanan pada
sisi isap ( suction), tekanan sisi keluar (discharge), waktu pada stopwatch, putaran
pompa, dan daya pompa.
7. Pengukuran tekanan suction dan discharge dilakuakan dengan cara mengukur
selisih tinggi air raksa sebagai alat ukur tekanan pada saat sebelum dan sesudah
percobaan dilakukan.
8. Kemudian data-data hasil pengujian disusun kedalam tabel. Langkah tersebut
dilakukan berulang-ulang sampai 3 kali untuk mendapatkan hasil penelitian yang
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, maka penulis mendapatkan
data-data secara lengkap. Adapun hasil yang diperoleh pada penelitian tersebut dapat dilihat
pada beberapa tabel data hasil percobaan dibawah ini.
4.1. Tabel hasil eksperimen percobaan I (Sudut 30 0
Pembukaan
4.2. Tabel hasil eksperimen percobaan II (Sudut 60 0
Pembukaan
4.3. Tabel hasil eksperimen percobaan III (Sudut 100 0
Pembukaan
Tabel diatas merupakan hasil penelitian yang dilakukan pada saat percobaan
dilakukan, angka-angka yang tertera pada tabel diatas adalah merupakan angka yang
4.1. Hasil analisa eksperimen.
Ada beberapa variabel yang mempengaruhi performance pompa, variabel tersebut
dapat dianalisa sesuai dengan data yang didapatkan pada eksperimen, dimana variabel
tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
4.4. Tabel data analisa eksperimen setiap percobaan
Pembukaan
Tabel diatas merupakan hasil perhitungan data-data yang diperoleh pada
penelitian, nilai-nilai yang tertera pada tabel diatas merupakan nilai rata-rata dari setiap
percobaan yang dilakukan. Variasi kapasitas melalui pengaturan pembukaan katup
mempengaruhi kinerja pada pompa tersebut, bertambah besar pengaturan pembukaan
katup yang dilakukan maka hasil yang didapatkan pada besaran-besaran pompa akan
semakin besar, dan bertambah kecil pengaturan pembukaaan katup yang dilakukan maka
hasil yang didapatkan pada besaran-besaran pompa pun akan semakin kecil.
4.2. Hasil analisa tekanan.
Tekanan pada pompa terjadi akibat dorongan yang timbul pada saat pompa
bekerja, tekanan yang berubah-ubah disebabkan kapasitas aliran yang tidak stabil dan itu
perbandingan tekanan sisi isap (suction) dan grafik perbandingan sisi keluar (discharge)
Gambar 4.1. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan tekanan isap Ps (suction).
Dari grafik diatas penunjukan besaran persentase perbandingan antara
pembukaan katup dan tekanan masuk Ps (suction) menunjukkan besaran angka yang
semakin naik (besar). Pada saat percobaan pertama pembukaan katup pada posisi 60 0
(variasi kapasitas 33.33 %) tekanan isap Ps (suction) yang terjadi pada pompa mengecil,
pada saat percobaan kedua pembukaan katup pada posisi 30 0 (variasi kapasitas 66.67 %)
tekanan isap (Ps) yang terjadi pada pompa lebih besar daripercobaan yang pertama, dan
pada saat percobaan ketiga pembukaan katup pada posisi penuh 0 0 (variasi kapasitas
100%) maka tekanan isap Ps (suction) pada pompa yang terjadi akan semakin besar.
Tekanan isap (suction) yang berubah-ubah pada saat percobaan ini disebabkan adanya
paksaan pada pembukaan katupm sehingga tekanan isap pada pompa akan tidak stabil
seperti penunjukan besaran grafik perbandingan diatas. Dari grafik diatas dapat diketahui
pada pompa akan semakin besar, dan apabila pembukaan katup kita perkecil maka
tekanan isap pada pompa pun akan semakin menurun.
0
Gambar 4.2. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan tekanan keluar Pd (Discharge).
Pada grafik diatas hubungan perbandingan antara pembukaan katup dan tekanan
keluar Pd (discharge) menunjukkan besaran angka semakin menurun. Grafik
menunjukkan angka perbandingan berbanding terbalik dengan grafik sebelumnya, pada
(grafik 4.1), menunjukkan besaran angka yang semakin naik, sedangkan pada (grafik
4.2), diatas menunjukkan besaran angka yang semakin menurun. Dapat kita lihat pada
saat percobaan pertama pembukaan katup pada posisi 60 0 maka tekanan keluar Pd
(discharge) pada pompa sangat besar, dan pada saat percobaan kedua pembukaan katup
pada posisi 30 0, tekanan keluar Pd (discharge) pada pompa menunjukkan lebih kecil dari
percobaan pertama, dan apabila pembukaan katup pada posisi penuh yaitu pada
pembukaan 0 0, maka tekanan keluar (discharge) pada pompa akan semakin menurun ini
disebabkan adanya pengaturan pada pembukaan katup sehingga tekanan keluar
Dari uraian diatas dapatlah diketahui bahwa semakin besar pembukaan katup
maka tekanan keluar (discharge) pada pompa akan menurun, dan pada saat pembukaan
katup kita perkecil maka tekanan keluar (discharge) yang terjadi akan semakin besar.
4.3. Hasil analisa kecepatan air pada impeller.
Kecepatan air masuk impeller dan kecepatan air keluar impeller mempengaruhi
hasil kapasitas pada pompa. Adanya pengaturan pembukaan katup yang berubah-ubah
berpengaruh pada kecepatan air masuk impeller dan air keluar impeller. Hal itu dapat
dilihat pada penunjukkan hasil grafik perbandingan kecepatan air masuk impeller dan
kecepatan air keluar impeller dibawah ini :
5,95
Gambar 4.3. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kecepatan air masuk
impeller.
Dari hasil grafik diatas menunjukkan besaran angka yang semakin naik. Pada saat
percobaaan pertama pembukaan katup diperkecil (60 0) maka kecepatan air masuk
impeller yang terjadi akan semakin menurun, dan pada saat percobaan kedua pembukaan
sebelumnya, dan pada saat percobaan ketiga pembukaan katup pada posisi penuh yaitu
) maka kecepatan air masuk impeller pada pompa akan semakin besar. Ini
menunjukkan adanya hubungan antara pembukaan katup dan kecepatan air masuk
impeller pada pompa. Pembukaan katup pada pompa sangat mempengaruhi kecepatan air
masuk impeller ini dibuktikan dengan adanya penunjukkan besaran grafik diatas,
semakin besar pembukaan katup maka kecepatan air masuk impeller akan semakin besar
dan apabila pembukaan katup pada pompa diperkecil maka keccpatan air masuk impeller
akan semakin menurun.
Gambar 4.4. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kecepatan air keluar impeller.
Pada grafik diatas penunjukkan angka menunjukkan besaran angka yang semakin
naik sama halnya dengan grafik sebelumnya.
Dari grafik diatas pada percobaan pertama pembukaan katup pada posisi (60 0)
kecepatan air keluar impeller menunjukkkan besaran angka yang semakin menurun, dan
pada saat percobaan kedua pembukaan katup pada posisi (30 0) maka kecepatan air keluar
impeller lebih besar dari percobaan sebelumnya, dan pada percobaan ketiga pembukaan
Dari uraian tersebut dapatlah diketahui bahwa semakin besar pembukaan katup
maka kecepatan air keluar impeller akan semakin besar, dan begitu pula kecepatan air
masuk impeller pun semakin besar. Dan apabila pembukaan katup diperkecil maka
kecepatan air keluar impeller akan menurun, begitu juga dengan kecepatan air masuk
impeller pun juga semakin menurun.
4.4. Hasil analisa kapasitas aliran.
Nilai kapasitas aliran atau kapasitas pompa dipengaruhi oleh laju aliran pompa.
Pengaturan pembukaan katup yang berubah-ubah mempengaruhi nilai kapasitas aliran
pada pompa dimana perbedaan tersebut dapat dilihat pada grafik perbandingan dibawah
ini:
Gambar 4.5. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kapasitas aliran.
Pada grafik diatas menunjukkan besaran angka yang semakin besar atau naik, ini
menunjukkan adanya hubungan antara pembukaan katup dan kapasitas aliran pada saat
pompa bekerja.
Dari grafik diatas pada saat percobaan pertama pembukaan katup pada posisi (60 0) maka
percobaan kedua pembukaan katup pada posisi (30 0) kapasitas aliran air menunjukkan
besaran angka lebih besar dari percobaan sebelumnya, dan pada percobaan ketiga apabila
pembukaan katup pada posisi (0 0
13,7
) maka kapasitas aliran air menunjukkan besaran angka
yang semakin besar. Ini berarti apabila pembukaan katup kita variasikan maka besaran
kapasitas aliran air pun akan ikut berubah-ubah dan performa pompa pun pasti akan tidak
stabil seperti penunjukan grafik diatas.
Dari uraian diatas dapat diketahui bahwa pembukaan katup akan mempengaruhi
kapasitas aliran yang dibutuhkan, semakin besar pembukaan katup yang dilakukan maka
kapasitas yang dihasilkan akan semakin besar, dan apabila semakin kecil pembukaan
katup maka kapasitas yang dihasilkan pun akan semakin kecil.
4.5. Hasil analisa daya pompa.
Peningkatan daya pompa terjadi apabila sesuai dengan kebutuhan kinerja pompa
itu sendiri, adanya pengaturan pembukaan katup mempengaruhi daya pompa yang
dihasilkan pada saat pompa bekerja. Ini dapat dilihat pada penunjukkan grafik
perbandingan dibawah ini:
pompa Ni
Dari grafik diatas menunjukkan besaran angka yang semakin naik, pada saat
pompa bekerja daya indikator pompa merupakan salah satu besaran yang sangat perlu
diperhatikan karena daya indikator pompa merupakan performa pompa yang sangat
terpengaruhi terhadap besaran-besaran yang lain.
Dari grafik diatas pada saat percobaan pertama pembukaan katup pada posisi (60 0)
penunjukan besaran angka pada daya indikator pompa sangat menurun, dan pada saat
percobaan kedua pembukaan katup pada posisi (30 0) penunjukan besaran angka pada
daya indikator pompa lebih besar dari percobaan sebelumnya, dan pada saat pembukaan
katup pada posisi penuh (60 0
0
) maka penunjukan besaran angka pada daya indikator
pompa akan semakin besar ini menunjukan keterkaitannya antara pembukaan katup dan
daya indikator pompa ini akan berpengaruh pada performa pompa pada saat pompa
bekerja.
Dari uraian diatas dapatlah diketahui bahwa semakin besar pembukaan katup yang
dilakukan maka daya indikator pompa pun semakin besar (performance pompa semakin
besar), dan apabila pembukaan katup kecil maka daya indicator pompa yang dihasilkan
Gambar 4.7. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan daya hidraulik pompa Nd.
Dari grafik diatas hubungan perbandingan antara pembukan katup dan daya
pompa menunjukan persentase angka yang semakin naik.
Pada saat percobaan pertama posisi pengaturan pembukaan katup pada posisi (60 0), daya
pompa menunjukan persentase angka yang menurun, pada saat percobaan kedua
pengaturan pembukan katup pada posisi (30 0), daya pompa menunjukan persentase
angka yang semakin naik dari percobaan sebelumnya, dan pada saat pengaturan
pembukaan katup pada posisi (0 0), daya pompa menunjukkan persentaseangka yang
semakin naik.
Dari uraian diatas dapat diketahui bahwa apabila pembukaan katup diperbesar
pembukaannya maka daya pompa yang dihasilkan akan semakin besar, dan apabila
pembukaan katup diperkecil pembukaannya maka daya pompa yang dihasikan pun akan
semakin kecil (menurun).
4.6. Hasil analisa effesiensi pompa.
Sesuai dengan hasil eksperimen, effesiensi pompa menunjukkan adanya
0
Gambar 4.8. grafik perbandingan antara pembukaan katup dan effesiensi pompa.
Dari grafik diatas hubungan perbandingan antara pembukaan katup dan effesiensi
pompa menunjukan persentase angka yang semakin naik.
Pada saat percobaan pertama pengaturan pembukaan katup (60 0), effesiensi pompa
menunjukan besaran persentase angka yang menurun, pada saat percobaan kedua
pengaturan pembukaan katup pada posisi (30 0), effesiensi pompa menunjukan besaran
persentase angka yang semakin naik dari percobaan pertama, dan pada saat percobaan
ketiga pengaturan pembukaan katup pada posisi (0 0), effesiensi pompa menunjukan
besaran persentase angka yang sedikit naik dari percobaan yang kedua ini menunjukan
adanya hubungan antara variasi kapasitas terhadap effesiensi pompa yang dihasilkan.
Dari uraian diatas dapat diketahui bahwa semakin besar pembukaan katup yang
dilakukan maka effesiensi pompa yang dihasilkan akan semakin besar, dan apabila
pengaturan pembukaan katu kita perkecil maka effesiensi pompa yang dihasilkan akan
