Buku Ajar Pompa & Kompresor

(1)

BUKU BAHAN AJAR

POMPA DAN KOMPRESOR

Disusun Oleh :

Ir. Ali Mahmudi, M. Eng.

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

(2)

Pompa dan Kompresor ii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ... ii

DESKRIPSI MATA KULIAH ... 1

BAB I ... 2

DASAR-DASAR POMPA ... 2

1.1 Pengertian dan fungsi pompa ... 2

1.2 Klasifikasi Pompa ... 3

1.2.1 Pompa perpindahan positip ... 3

1.2.2 Pompa tekanan dinamik ... 6

1.3 Sifat fluida zat cair ... 12

1.4 Head dan kapasitas fluida ... 14

1.5 Sistem aliran fluida ... 15

1.6 Putaran spesifik pompa ... 17

1.7 Spesifikasi dan pemilihan pompa ... 18

1.8 Soal-soal ... 19

BAB II ... 21

POMPA SENTRIFUGAL ... 21

2.1 Prinsip kerja pompa sentrifugal ... 21

2.2 Impeler dan diagram kecepatan ... 22

2.3 Kurva dan efisiensi pompa sentrifugal ... 25

BAB III ... 31

KARAKTERISTIK & OPERASI POMPA ... 31

3.1 Karakteristik kinerja pompa ... 31

3.2 Kurva sistem pemompaan ... 34

3.3 Operasi pompa seri dan paralel ... 41

3.4 Persamaan afinitas/kesebangunan ... 43

3.5 Net Positive Suction Head (NPSH) ... 45

3.6 Kavitasi ... 46

3.7 Benturan air (water hammer) ... 47

(3)

Pompa dan Kompresor iii

BAB IV ... 49

KONSTRUKSI, PEMASANGAN DAN PERAWATAN POMPA ... 49

4.1 Konstuksi pompa ... 49

4.2 Pemasangan/instalasi pompa ... 54

4.3 Perawatan pompa ... 56

4.3.1 Perawatan berkala pompa ... 58

4.3.2 Perawatan prediktif pompa ... 59

4.3.3 Penelusuran gangguan ... 60

BAB V ... 62

DASAR-DASAR KOMPRESOR... 62

5.1 Prinsip kerja kompresor ... 62

5.2 Klasifikasi kompresor ... 64

5.3 Sifat-sifat udara dan gas ... 68

5.4 Prinsip kompresi... 69 5.5 Spesifikasi kompresor ... 73 5.6 Soal-soal ... 75 BAB VI ... 76 KOMPRESOR TORAK ... 76 6.1 Konstruksi kompresor ... 76

6.1.1 Silinder dan kepala silinder ... 76

6.1.2 Torak dan cincin torak ... 77

6.1.3 Katup ... 78

6.1.4 Poros engkol dan batang penggerak ... 80

6.1.5 Kotak engkol ... 81

6.1.6 Alat pengatur kapasitas ... 81

6.1.7 Pelumasan ... 83

6.1.8 Peralatan pembantu ... 86

6.1.9 Penggerak mula dan transmisi daya poros ... 87

6.2 Efisiensi dan daya kompresor ... 88

BAB VII ... 94

KOMPRESOR SENTRIFUGAL, BLOWER, FAN ... 94

7.1 Kompresor sentrifugal ... 94

7.2 Blower ... 97

7.3 Fan ... 98

(4)

Pompa dan Kompresor iv

BAB VIII ... 104

PEMASANGAN DAN PERAWATAN KOMPRESOR ... 104

8.1 Pemasangan dan operasi kompresor ... 104

8.2 Perawatan kompresor ... 105

8.2.1 Pemeriksaan ... 105

8.2.2 Gangguan dan mengatasinya ... 106

(5)

DESKRIPSI MATA KULIAH

Ringkasan Topik / Silabus

Pompa dan kompresor merupakan peralatan/mesin yang banyak digunakan di industri. Ruang lingkup mata kuliah pompa dan kompresor meliputi: klasifikasi, pemilihan dan aplikasi penggunaan, pompa sentrifugal, karakteritik dan operasi, perhitungan kinerja, konstruksi, pemasangan, perawatan dan perbaikan serta penelusuran gangguan

Tujuan Pembelajaran Umum

Mahasiswa mampu memahami dasar-dasar, jenis, prinsip kerja dan operasi, karakteristik kinerja, konstruksi, pemasangan dan perawatan pompa dan kompresor.

Tujuan Pembelajaran Khusus

1. Mahasiswa mampu menjelaskan prinsip operasi dan perawatan pompa yang meliputi: identifikasi klasifikasi dan jenis pompa; memilih sesuai dengan kebutuhan/penggunaan; memahami dan menerapkan sistem pompa pada sistem aliran fluida, karakteristik operasi dan kinerja pompa sentrifugal, NPSH dan kavitasi; melakukan perawatan dan perbaikan serta diagnosa tipe kerusakan dan penelusuran gangguan

2. Mahasiswa mampu menjelaskan prinsip operasi dan perawatan kompresor yang meliputi: identifikasi klasifikasi dan jenis kompresor, memilih sesuai dengan kebutuhan/ penggunaan, memahami dan menerapkan sistem kompresor pada sistem aliran udara tekan, operasi dan kinerja kompresor, blower dan fan, diagnosa tipe kerusakan dan penelusuran gangguan

(6)

BAB I

DASAR-DASAR POMPA

Memahami dasar-dasar pompa yang meliputi pengertian fungsi dan prinsip kerja, klasifikasi, sifat zat cair, sistem aliran fluida dengan pompa, spesifikasi dan pemilihan pompa.

1. Dapat menjelaskan pengertian, fungsi dan prinsip kerja pompa 2. Dapat menjelaskan klasifikasi dan jenis pompa

3. Dapat memahami sifat-sifat fluida cair

4. Dapat memahami aliran fluida pada sistem pipa dan pompa 5. Dapat memahami pengertian head, debit, dan daya pompa 6. Dapat memahami pengertian putaran spesifik

7. Dapat menjelaskan spesifikasi dan data untuk pemilihan pompa

1.1 Pengertian dan fungsi pompa

Pompa merupakan peralatan utama maupun sebagai pendukung utama yang sangat penting dalam dunia industri. Pemakaian pompa yang pada awalnya hanya terbatas pada penyediaan air untuk keperluan sehari-hari, tetapi seiring dengan berkembangnya teknologi di industri saat ini, pompa banyak digunakan untuk kebutuhan di berbagai sektor industri terutama di industri proses, industri kimia, industri tekstil, industri minyak, industri pembangkitan tenaga listrik, irigasi, perusahaan air bersih, untuk pelayanan gedung dan lain-lain.

Pompa berfungsi mengkonversikan energi mekanis poros dari penggerak mula menjadi energi potensial atau tekanan fluida (zat) cair. Pompa digunakan untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau mengalirkan cairan ke tempat yang menghasilkan tekanan atau ketinggian tertentu, dimana tidak dimungkinkannya cairan tersebut mengalir secara alami. Pompa juga dapat digunakan untuk mensirkulasikan cairan, misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan.

Penggunaan pompa yang demikian luas dengan berbagai macam jenis dan bentuknya, memerlukan pengetahuan yang cukup tentang berbagai penerapan dan pemilihan jenis atau tipe pompa yang tepat sesuai dengan kebutuhan, kondisi dan lingkungan operasi yang dilayaninya. Pengetahuan yang diperlukan tersebut mulai dari tujuan penggunaannya, jenis dan sifat zat cair yang dipompakan, keadaan lingkungan, karakteristik head dan kapasitasnya, pemilihan penggeraknya, bahkan sampai pada konstruksi, pemasangan/instalasi dan perawatannya.

(7)

Pompa dan Kompresor 3

1.2 Klasifikasi Pompa

Pompa bekerja karena adanya perbedaan tekanan antara sisi masuk dan sisi keluar oleh elemen bergerak pada pompa seperti piston, plunyer, lobe, impeler dan lain-lain. Berdasarkan kepada mekanisme konversi energinya, pompa secara umum diklasifikasikan menjadi dua kelompok seperti ditunjukkan pada Gambar I.1, yaitu:

1. Pompa tekanan statik atau pompa perpindahan positip (positive displacement pump)

2. Pompa tekanan dinamik atau pompa dinamik (dynamic pump)

Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai jenis pompa. Pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotari dan bolak-balik/resiprok. Meskipun pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi tersebut cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan.

Gambar I.1 Klasifikasi pompa

1.2.1 Pompa perpindahan positip

Pompa perpindahan positip (positive displacement pump) sering disebut juga dengan pompa tekanan statik adalah pompa yang mengalirkan zat cair dengan kapasitas atau debit tetap terhadap perubahan/variasi tekanan atau head, dan fluida berpindah karena menerima dorongan/desakan. Pompa perpindahan positip umumnya terdiri dari rumah pompa yang diam dan mempunyai elemen yang bergerak seperti roda gigi, baling-baling, piston, plunyer, membran, ulir/sekrup dan lain-lain. Contoh jenis pompa perpindahan positip diperlihatkan pada Gambar I.2.

(8)

Pompa dan Kompresor 4 Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi dimana cairan diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa perpindahan positif selanjutnya dapat digolongkan berdasarkan cara perpindahannya, yaitu pompa bolak-balik atau resiprok (reciprocating) dan pompa rotari.

Pompa bolak-balik atau resiprok (reciprocating pump)

Pompa bolak-balik atau resiprok adalah pompa yang mengubah energi mekanis poros dari penggerak pompa menjadi energi aliran dari zat cair yang dipindahkan dengan menggunakan elemen yang bergerak bolak-balik dalam silinder. Pompa bolak-balik umumnya digunakan untuk pemompaan cairan kental dan sumur minyak. Termasuk jenis ini adalah pompa torak/piston, pompa plunyer dan pompa diafragma/membran (Gambar I.2.a, b dan c).

Gambar I.2 Pompa perpindahan positip

Kelebihan pompa bolak-balik :

- Tekanan yang dihasilkan tinggi, karena hanya dibatasi oleh tenaga dari unit pompa dan bagian dari unit pompa.

- Tekanan yang dihasilkan tidak tergantung kapasitasnya. - Pompa dapat bekerja dengan pengisapan kering

- Menghasilkan tekanan tertentu pada setiap putaran atau langkah permenit Kelemahan pompa bolak-balik:

- Gaya inersia yang timbul karena gerak bolak–balik dari piston mengakibatkan gerakan yang tidak mantap dari cairan di dalam pipa isap dan pipa tekan.

(9)

Pompa dan Kompresor 5 - Kerja pompa membutuhkan katup–katup, sehingga dari segi ekonomi kurang

baik.

- Membutuhkan dimensi yang besar untuk mendapatkan kapasitas yang tinggi. - Bekerja tidak maksimal apabila digunakan untuk cairan yang bercampur zat

padat

Sedangkan pompa diafragma atau membran (Gambar I.2.c) adalah pompa yang komponen utamanya berupa membran yang fleksibel sebagai elemen pemindah positif. Pompa ini umumnya untuk kapasitas kecil, dipakai untuk aliran jernih atau yang mengandung padatan misalnya bubur kertas kental, air selokan bahkan campuran air dan pasir. Pompa jenis ini kemungkinan tersumbatnya kecil dan tahan terhadap korosi oleh bahan-bahan kimia yang dipompanya, dikarenakan bagian yang berhubungan langsung dengan fluida adalah diafragma.

Kelebihan pompa diafragma: - Pemeliharaan mudah dan murah

- Dapat memompakan zat cair yang mengandung lumpur - Apabila bekerja tanpa beban tidak terlalu merusak pompa - Tidak memerlukan perapat mekanis (mechanical seal). Kekurangan pompa diafragma antara lain :

- Aliran yang dihasilkan berdenyut

- Besar kapasitas sangat bergantung pada ukuran besar kecilnya pompa - Kapasitas rendah (bila dibandingkan dengan pompa sentrifugal) - Efesiansi rendah pada kapasitas tinggi.

Pompa rotari

Pompa rotari merupakan pompa dimana energi dari mesin penggerak ditransmisikan dengan menggunakan elemen yang berputar di dalam rumah pompa (casing). Pompa-pompa tersebut digunakan untuk layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri. Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif termasuk pompa rotari, jika pipa pengantarnya tersumbat, tekanan akan naik ke nilai yang sangat tinggi dimana hal ini dapat merusak pompa.

Termasuk dalam jenis pompa rotari adalah: a. Pompa roda gigi (gear pump), Gambar I.2.d

Pompa roda gigi adalah pompa yang rotornya berupa roda gigi b. Pompa ulir/sekrup (screw pump), Gambar I.2.e.

Pompa ulir merupakan pompa yang rotornya berupa ulir/skrup c. Pompa vane (vane pump), Gambar I.2.f.

Pompa vane adalah pompa yang impelling elementnya berupa baling-baling (vane) yang dapat bergerak bebas pada slot dalam rotornya. Pemasangan rotor dibuat eksentrik terhadap permukaan dalam casing.

d. Pompa lobe (lobe pump), Gambar I.2 g.

Pompa ini mirip dengan pompa roda gigi dalam hal aksinya dan mempunyai duarotor atau lebih dengan dua, tiga atau empat cuping atau lebih pada masing-masing rotor.

(10)

Pompa dan Kompresor 6 Karakteristik pompa rotari:

- Ukuran keseluruhan lebih kecil sehingga lebih ringan - Aliran zat cair yang dihasilkan uniform

- Dapat bekerja dengan putaran tinggi sehingga dapat dihubungkan dengan tenaga penggeraknya

- Tekanan yang dihasilkan dapat cukup tingi - Dapat bekerja pada pengisapan kering

- Dapat dipasang/bekerja dengan berbagai posisi.

1.2.2 Pompa tekanan dinamik

Pompa tekanan dinamik adalah pompa yang mengalirkan zat cair dengan kapasitas atau debit bervariasi bergantung pada tekanan atau head, dan fluida berpindah karena kecepatan/perubahan aliran. Pompa jenis ini menambahkan energi fluida dengan menaikkan kecepatannya, yang selanjutnya mengubahnya menjadi energi tekan dengan melewatkannya pada sebuah saluran yang meluas. Pompa ini terbagi menjadi beberapa jenis, yaitu jenis yang berputar (sentrifugal): pompa radial, pompa aksial, pompa aliran campur (mixed flow), dan jenis yang tak berputar seperti pompa jet dan pompa hidram. Contoh pompa tekanan dinamis seperti ditunjukkan pada Gambar I.3.

Pompa sentrifugal

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Klasifikasi menurut arah aliran:

1) Pompa aliran radial (sentrifugal), Gambar I. 3 a, b.

Pompa aliran radial merupakan pompa yang arah aliran fluida zat cair saat keluar dari impeler tegak lurus dengan poros pompa.

2) Pompa aliran aksial, Gambar I.3.c.

Pompa aliran aksial merupakan pompa yang arah aliran fluida saat keluar dari impeler bergerak sepanjang permukaan silinder searah poros pompa. 3) Pompa aliran campur, Gambar I.3.d.

Pompa aliran campur merupakan yang mana fluida saat keluar dari impeler bergerak sepanjang permukaan kerucut sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial

(11)

(12)

Pompa dan Kompresor 8 b. Klasifikasi menurut impeler:

1) Impeler tertutup, Gambar I.4.a

Impeler tertutup merupakan impeler yang sudu-sudunya ditutup oleh dua buah dinding baik dibelakang maupun di depan sudu, pompa jenis ini cocok untuk fluida dengan sedikit sekali kotoran.

2) Impeler setengah terbuka, Gambar I.4.b.

Impeler jenis ini terbuka dibagian muka namun tertutup dibagian belakangnya. Pompa jenis ini digunakan untuk cairan yang mengandung sidikit kotoran.

3) Impeler terbuka, Gambar I.4.c.

Impeler ini terbuka di bagian depan maupun bagian belakangnya. Pompa ini digunakan untuk pemompaan fluida yang mengandung kotoran cukup tinggi.

Gambar I.4 Bentuk impeler pompa

c. Klasifikasi menurut bentuk rumah: 1) Pompa volut, Gambar I.3.a.

Pompa volut merupakan pompa yang bentuk rumah (casing)nya seperti rumah keong dengan tujuan untuk mengubah energi kinetic menjadi energi tekan fluida

2) Pompa diffuser, Gambar I.3.b.

Pompa difuser adalah pompa yang menggunakan difuser sebagai pengganti rumah keong.

3) Pompa aliran campur jenis volut, Gambar I.3.c.

Pompa ini merupakan pompa yang menggunakan impeler jenis campur serta sebuah rumah volut.

(13)

Pompa dan Kompresor 9 d. Klasifikasi menurut jumlah tingkat:

1) Pompa satu tingkat, Gambar I.5.a.

Pompa satu tingkat hanya mempunyai satu impeler sehingga head total yang dihasilkannya relatif rendah.

2) Pompa bertingkat banyak, Gambar I.5.b.

Pompa bertingkat banyak memiliki beberapa impeler yang disusun secara berderet pada satu poros, sehingga zat cair yang keluar dari impeler yang pertama dimasukkan ke impeler yang kedua hingga impeler tingkat terakhir, dengan demikian head total yang dihasilkannya pun relatif tinggi yang merupakan penjumlahan head dari masing-masing impeler.

Gambar I.5 Pompa sentrifugal

e. Klasifikasi menurut posisi/letak poros: 1) Poros mendatar/horisontal (Gambar I.6) 2) Poros tegak/vertikal (Gambar I.7)

Gambar I.6 Pompa datar/horisontal

(14)

Gambar I.7 Pompa tegak/vertikal

f. Klasifikasi menurut sisi masuk impeler: 1) Pompa isapan tunggal, Gambar I.5.a.

Pompa isapan tunggal merupakan pompa yang hanya menggunakan satu sisi sebagai, akibat dari hal ini adalah timbulnya gaya aksial ke arah sisi hisap pompa karena fluida masuk pada satu sisi impeler saja, sedangkan tekanan yang bekerja pada masing-masing tidak sama. Gaya ini dapat ditahan oleh bantalan aksial pada pompa ukuran kecil, untuk pompa ukuran besar dipakai cara tertentu untuk mengatasi masalah gaya ini.

2) Pompa isapan ganda, Gambar I.8.

Pompa isapan ganda menggunakan dua sisi sebagai tempat isapan, pada pompa jenis ini gaya aksial yang timbul dapat dinetralkan karena pompa memasukkan zat cair dari dua sisi impeler sehingga gaya aksial yang timbul saling meniadakan. Pompa isapan ganda juga bertujuan untuk meningkatkan kapasitas/debit aliran.

.

(15)

Pompa dan Kompresor 11 e. Klasifikasi Menurut Belahan Rumah

1) Pompa jenis belahan mendatar, Gambar I.9.

Pompa jenis ini mempunyai rumah yang dapat dibelah menjadi bagian bawah dan bagian atas oleh bidang mendatar yang melalui sumbu poros. Jadi bagian yang berputar dapat diangkat setelah rumah belahan atas dibuka. Karena nosel isap dan nosel keluar keduanya terpasang pada rumah belahan bawah, maka pada waktu pompa dibuka, pipa isap dan pipa keluar tidak perlu dilepaskan. Dengan demikian pembongkaran dapat dilakukan Iebih mudah. Pompa jenis rumah terbelah sering dipakai pada pompa berukuran menengah dan besar dengan poros mendatar.

Gambar I.9 Pompa jenis belah mendatar

2) Pompa jenis belahan radial, Gambar I.10.

Rumah pompa jenis mi terbagi oleh sebuah bidang yang tegak lurus poros, seperti diperlihatkan dalam. Pompa mi mempunyai konstruksi yang relatip sederhana serta menguntungkan sebagai bejana bertekanan karena bidang belahan tidak mudah bocor. Sebab itu konstruksi seperti mi sering dipakai untuk pompa-pompa kecil dengan poros mendatar. Jenis mi juga sesuai untuk pompa berporos tegak di mana bagianbagian yang berputar dapat dibongkar ke atas sepanjang poros.

3) Pompa jenis berderet, Gambar I.11

Jenis mi terdapat pada pompa bertingkat banyak yang di mana rumah pompa terbagi oleh bidang-bidang tegak lurus poros sesuai dengan jumlah tingkat yang ada. Pompa jenis ini pada dasarnya mirip jenis belahan radial yang tidak mudah bocor oleh tekanan dan dalam. Selain itu, masing-masing tingkat biasanya dibuat dengan bentuk dan ukuran yang sama sehingga dapat disusun dalam jumlah yang sesuai untuk mendapatkan head total pompa yang dikehendaki.

(16)

Gambar I.10 Pompa jenis belah radial

Gambar I.11 Pompa jenis berderet

1.3 Sifat fluida zat cair

Sifat-sifat fluida zat cair yang perlu diperhatikan pada sistem aliran : a. Viskositas fluida

Fluida atau zat cair yang bergerak akan mengalami tahanan atau geseran (friksi) pedalaman, akibat variasi kecepatan dalam fluida atau adanya kecepatan relatif diantara lapisan fluida yang berdekatan. Sifat friksi pedalaman fluida disebut viskositas ( ).

Viskositas dipengaruhi oleh suhu (temperatur).Viskositas akan menurun dengan kenaikan suhu, dan sebaliknya akan naik dengan turunnya suhu. Koefisien viskositas , sering juga disebut dengan viskositas dinamik untuk membedakannya dengan viskositas kinematik , yang didefinisikan sebagai:  =  /  , dimana  adalah massa jenis. Semakin besar viskositas, friksi dalam aliran pipa dan jumlah daya yang diperlukan oleh pompa akan meningkat, sedangkan head, debit/kapasitas, dan efisiensi pompa akan berkurang.

Viskositas biasanya ditentukan dengan suatu alat yang disebut viskometer. Beberapa jenis viskometer antara lain viskometer Redwood, viskometer Stoke, dan viskometer tabung U.

(17)

Pompa dan Kompresor 13 b. Tekanan

Tekanan secara umum dapat didefinisikan sebagai gaya persatuan luas. Tekanan bekerja pada permukaan fluida dalam arah normalnya. Fluida tidak mempunyai tegangan normal tarik, hanya kompresi dan disebut sebagai tekanan. Pada suatu titik dalam fluida yang diam, tekanan dalam semua arah adalah sama.

Ada beberapa istilah yang berhubungan dengan tekanan seperti tekanan atmosfer, tekanan terukur (gauge), tekanan vakum, tekanan absolut, dan tekanan absolut nol (tekanan hampa). Hubungan antara tekanan tersebut dapat ditunjukkan dengan diagram pada Gambar I.12.

Gambar I.12 Diagram tekanan

Tekanan absolut (P abs) = P atm + Pg = P atm – Pv

Misalkan P atm = 1 bar dan tekanan terukur positipnya adalah 350 kPa, maka P abs = 100 kPa + 350 kPa = 450 kPa.

Jika P atm = 1 bar dan tekanan vakumnya = 5,5 psig, maka P abs = 9 psia.

c. Massa jenis, berat jenis, volume jenis, gravitasi jenis

Masa jenis _       ₃. (₃ ) ) ( ft m lb m kg V M  M = massa, V = volume Berat jenis

 

 : _ ₃_ m N g SI  Air: 1000 ₃ m kg   , dan 9810 ₃ m N   Sistem British , 62,4 ₃ , 62,4 ₃ ft lbf dan ft lbm Air



 

(18)

Pompa dan Kompresor 14 Volume jenis _       lbm ft kg m v 3 , / 3 1 ) ( 

Gravitasi jenis (specific gravity, disingkat sp gr atau s.g ) O H p zat gr Sp 2 .  

Contoh : minyak mempunyai harga Sp.gr = 0,9, maka :

Massa jenis minyak ( ) = (0,9)(1000) [kg/m3] = 900 [kg/m3] Volume jenis minyak (v) = 1/=(1/900) [m3/kg] = 0,001 [m3/kg] Berat jenis minyak ( ) =  g=(900)(9,81) [N/m3] = 8829 [N/m3]

1.4 Head dan kapasitas fluida

Head atau tinggi tekan dan kapasitas atau debit aliran merupakan besaran utama dalam pompa. Persyaratan utama sebuah pompa adalah bahwa pompa dapat mengalirkan jumlah cairan yang sesuai ke tinggi tekan yang ada pada sistem pompa.

Head

Tekanan suatu fluida cair P dapat diasumsikan sebagai tekanan pada suatu kolom vertikal berisi fluida dimana karena pengaruh beratnya memberikan tekanan yang sebanding dengan tekanan di semua titik. Tinggi kolom ini disebut head statis, H dan dinyatakan dalam satuan meter (m) atau feet (ft). Head statis pada suatu tekanan tertentu bergantung pada berat fluida menurut rumus berikut : P H =

γ

P atau H =

ρ g

dimana ρ massa jenis,

γ

berat jenis dan g gravitasi.

Sebuah pompa sentrifugal menciptakan kecepatan fluida. Energi kecepatan ini kemudian ditransformasikan ke energi tekanan saat fluida lepas dari pompa. Oleh karenanya, head yang tercipta bisa dikatakan sebanding dengan energi kecepatan impeler. Hubungan ini dinyatakan pada persamaan berikut:

(19)

Pompa dan Kompresor 15 dimana;

H = head total

v = Kecepatan impeler

Head sebuah pompa dapat diperkirakan dengan menghitung kecepatan impeler dan memasukkannya pada rumus di atas. Itulah sebabnya mengapa dalam pompa selalu mendasarkan pada pemahaman head fluida dan bukan pada tekanan.

Kapasitas

Kapasitas atau debit (Q) dalam satuan SI dinyatakan dalam m3/s dan dalam satuan British adalah gallon per menit (gpm) atau cubic feet per menit (cfm). Karena cairan tidak dapat dimampatkan, ada hubungan langsung antara debit pompa dan kecepatan aliran. Hubungan tersebut terlihat sebagai berikut:

Q = A. V

Q = (π/4. D

2

). V

dimana :

Q = kapasitas/debit aliran A = luas penampang pipa V = kecepatan aliran D = diameter pipa

1.5 Sistem aliran fluida

Dalam sistem aliran fluida pada sistem pompa dan pipa ada beberapa persamaan yang umum digunakan:

1) Persamaan kontinuitas sepanjang aliran titik 1 dan 2: Q = V . A = V1.A1 = V2.A2 = tetap

di mana Q = kapasitas/debit aliran, V = kecepatan aliran fluida dan A = luas penampang pipa

2) Persamaan energi aliran (Persamaan Birnoulli) antara dua titik permukaan fluida,

P1/ + Z1 + V12/2g + Hp = P2/ + Z2 + V22/2g + HL

dimana : P = tekanan, Z = ketinggian,  = ρg = berat jenis, g = gravitasi, Hp = head pompa dan HL = rugi head pipa.

(20)

Rugi head pipa:

HL = Hf + Hm

Hf = rugi gesek pipa (rugi mayor)

Hm = rugi komponen perpipaan (rugi minor) seperti belokan, katup, dll.

Persamaan Darcy:

HL = (f.L/d +  K) V2/2g Hf = (f.L/d) V2/2g

dimana f = koefisien gesek pipa, L = panjang pipa, D = diameter pipa’

Untuk aliran laminar, Re < 2300, f = 64/Re

Untuk aliran turbulen, Re > 2300, Formula Darcy : f = 0,020 + 0,0005/D. D = diameter pipa (m)

Kerugian minor:

Hm = K. V2/2g , K= fitting factor.

3) Persamaan Head Pompa (Hp)

Hp = (P2-P1)/ + (Z2-Z1) + (V22 - V12)/2g + HL

Jika P1=P2 dan V1 = V2, maka:

Hp = (Z2-Z1) + HL = Hs + HL, Hs = head statik 4) Perhitungan daya pompa (Np)

Dalam satuan SI:

Np =ρg QHp/p

dimana Np[W], Q[m3/s], Hp[m], p = efisiensi pompa

atau Np = 9,81QHp/p , dan Np dalam satuan kW Dalam satuan Metrik (Teknik):

(21)

1.6 Putaran spesifik pompa

Putaran spesifik (ns) adalah besaran yang dapat digunakan untuk pemilihan jenis pompa, dan harganya dapat ditentukan sesuai persamaan:

dimana n = putaran pompa (rpm), Q = kapasitas/debit aliran (m3/menit), H = head total (m), dan n, Q, dan H adalah harga-harga pada titik efisiensi maksimum pompa.

Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa pompa dengan head total yang tinggi dan kapasitas aliran yang kecil cenderung mempunyai harga

ns

yang kecil. Sebaliknya dengan head total yang rendah dan kapasitas aliran yang besar, harga ns pompa akan menjadi besar. Selanjutnya, apabila kapasitas aliran dan head total tetap sama, harga ns akan berubah jika putaran n berubah. Dalam hal ini ns akan bertambah besar jika putaran n menjadi lebih tinggi.

Gambar I.13 memperlihatkan harga

ns dalam hubungannya dengan bentuk

impeler yang bersangkutan. Di sini juga diperlihatkan jenis pompa yang sesuai dengan harga ns yang ada. Jika harga ns kecil, impeler akan berjenis sentrifugal (atau radial). Lebar saluran di dalam impeler akan bertambah besar jika harga ns bertambah besar. Bila ns bertambah lebih lanjut, maka akan dicapai bentuk aliran campur. Di sini aliran melalui impeler akan mempunyai arah diagonal (menyudut) terhadap sumbu poros. Jika

ns diperbesar lagi maka aliran akan

berarah aksial atau sejajar dengan sumbu poros.

(22)

Pompa dan Kompresor 18 Dalam menghitung

ns, untuk pompa sentrifugal jenis isapan ganda (double

suction) harus dipakai harga Q/2 sebagai ganti Q dalam persamaan, karena kapasitas aliran yang melalui sebelah impeler adalah setengah dan kapasitas aliran keseluruhan. Adapun untuk pompa bertingkat banyak, head H yang dipakai dalam perhitungan ns adalah head per tingkat dan pompa tersebut.

1.7 Spesifikasi dan pemilihan pompa

Dalam memilih suatu pompa untuk suatu kebutuhan, terlebih dahulu harus diketahui head dan kapasitas/debit aliran yang diperlukan. Selain itu, agar pompa dapat bekerja dengan baik, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang teresedia pada sisi masuk/isap pompa yang terpasang pada instalasinya. Atas dasar tekanan isap ini maka putaran pompa dapat ditentukan. Contoh data yang umumnya diperlukan untuk memilih pompa disajikan pada Tabel I.1.

Dalam merencanakan instalasi suatu pompa, persyaratan khusus sering dijumpai. Jenis-jenis pompa yang harus dipertimbangkan terlebih dahulu untuk berbagai kondisi instalasi antara lain sebagai berikut:

(1) Ruangan terbatas : pompa tegak

(2) Sumur dalam : pompa tegak jenis sumur dalam (submersible) (3) Fluktuasi permukaan air isap : pompa tegak

(4) Ruang dapat terendam : pompa tegak

(5) Air limbah/lumpur : pompa volut(sentrifugal, diffuser)

(6) Mencegah pengotoran : pompa volut(sentrifugal, diffuser) mendatar atau pompa tegak dengan pelumas air.

(23)

Tabel I-1 Spesifikasi pompa

1.8 Soal-soal

1. Jelaskan pengertian dan fungsi pompa 2. Klasifikasikan semua jenis pompa

3. Apa yang dimaksud dengan pompa tekanan statik atau pompa perpindahan positip?

4. Apa yang dimaksud dengan pompa tekanan dinamik atau pompa dinamik? 5. Jelaskan perbedaan prinsip utama antara pompa tekanan statik dan pompa

tekanan dinamik

6. Gambarkan diagram instalasi sistem pompa dan pipa

7. a. Jelaskan singkat apa yang dimaksud dengan rugi head mayor dan rugi head minor pada aliran fluida dalam perpipaan.

b. Tuliskan persamaan rugi head menurut Darcy. Sebutkan arti notasi dan satuan yang digunakan dalam satuan SI

(24)

Pompa dan Kompresor 20 pompa, dan sebutkan arti notasi besaran dan satuan yang digunakan.pada suatu sistem aliran fluida dengan pompa.

9. Sebuah instalasi pompa dan pipa seperti gambar di bawah. L= 120 m, d pipa = 4 inci, Q = (600 + 50 A) liter/menit, p= 0,85, Koefisien gesek pipa(f) = 0,02. Hitung : Rugi head pipa (HL), head pompa (Hp)dan daya pompa (Np)

K= 4.5 K= 1,5 K= 1,5 K= 1,5 K= 1,5 K= 2,5 K= 1,5 K= 1,5 K= 1 K= 1 Pompa

10. Apa yang dimaksuddengan putaran spesifik? Tuliskan persamaan untuk menghitung putaran spesifik dan jelaskan arti notasi yang digunakan.

(25)

BAB II

POMPA SENTRIFUGAL

Mampu memahami prisip kerja, diagram kecepatan dan dimensi impeler, head dan kapasitas/debit, kurva karakteritikdan efisiensi pompa sentrifugal

1. Dapat mengetahui tentang prinsip kerja pompa sentrifugal

2. Dapat mengetahui bentuk dan jenis impeler, menjelaskan segitiga kecepatan, dapat menghitung sederhana dimensi impeler

3. Dapat memahami pengertian efisiensi hidrolik, efisiensi volumetrik, dan efisiensi mekanik, serta karakteristik pompa sentrifugal

2.1 Prinsip kerja pompa sentrifugal

Pompa sentrifugal adalah salah satu jenis peralatan pompa yang paling banyak digunakan di industri dan yang paling sederhana dalam berbagai proses operasinya. Fungsinya adalah untuk mengkonversi energi mekanis poros menjadi energi kecepatan atau energi kinetik dan kemudian menjadi energi tekanan cairan yang dipompa.

Ciri-ciri dan karakteritik pompa sentrifugal :

- Mampu bekerja pada putaran tinggi karena dapat langsung dikopling dengan motor penggerak mulanya.

- Bentuk lebih kecil dan bobot lebih ringan dibanding dengan pompa jenis torak - Keausan yang terjadi cukup kecil karena sedikit sekali komponen yang

bergesekan

- Biasanya beroperasi pada kapasitas yang besar namun pada head yang rendah hingga sedang. Untuk mendapatkan head yang tinggi, maka digunakan pompa sentrifugal bertingkat banyak

Pada pompa sentrifugal, motor penggerak akan memutar impeler pompa, sehingga zat cair yang ada didalamnya akan ikut berputar karena dorongan sudu-sudu. Akibatnya akan timbul gaya sentrifugal yang menyebabkan cairan meninggalkan impeler dengan kecepatan tinggi, selanjutnya energi kinetik diubah menjadi energi tekanan fluida dengan melewatkannya pada casing yang berupa saluran dengan penampang yang semakin meluas/membesar.

Perubahan energi yang terjadi berdasarkan dari dua bagian utama pompa, impeler dan volut atau difuser. Impeler adalah bagian yang berputar yang mengubah energi mekanis poros menjadi energi kinetik. Rumah keong (volute

(26)

Pompa dan Kompresor 22 casing) adalah bagian stasioner yang mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan.

Energi yang diciptakan oleh gaya sentrifugal adalah energi kinetik. Jumlah energi yang diberikan kepada cairan adalah proporsional terhadap kecepatan di tepi atau ujung baling-baling impeller. Semakin cepat impeler berputar atau impeller yang lebih besar, maka semakin tinggi kecepatan cairan di ujung baling-baling dan semakin besar energi diberikan kepada cairan.

Energi kinetik cairan yang keluar dari impeler dimanfaatkan dengan menciptakan suatu resistensi terhadap aliran. Hambatan pertama adalah dibuat oleh volut pompa (casing) yang menangkap cairan dan memperlambat ke bawah. Dalam nosel keluar, cairan lebih lanjut berkurang kecepatannya yang diubah menjadi tekanan sesuai dengan prinsip Birnoulli. Gambar II.1 menggambarkan sisi penampang pompa sentrifugal yang menunjukkan gerakan cairan.

Gambar II.1 Sisi penampang pompa sentrifugal

2.2 Impeler dan diagram kecepatan

Pompa Sentrifugal adalah pompa yang memindahkan fluida dengan memanfaatkan gaya sentrifugal dari perputaran impeler seperti ditunjukkan pada Gambar II.2.

(27)

Gambar II.2 Komponen utama pompa sentrifugal

Diagram segitiga kecepatan yang terjadi pada impeler pompa sentrifugal ditunjukkan pada Gambar II.3. Notasi atau simbol yang digunakan adalah sebagai berikut:

C = kecepatan absolut U = kecepatan tangensial W = kecepatan relatif Cr = kecepatan radial

Cx = proyeksi kecepatan absolut dalam arah tangensial Wx = proyeksi kecepatan relatif dalam arah tangensial α = sudut pengarah

β = sudut blade ω = kecepatan sudut r = jari-jari impeler

Subskrip 1 dan 2 masing-masing adalah merepresentasikan posisi impeler pada sisi masuk dan keluar. Besarnya kecepatan tangensial U = ω.r = (2 Л r n)/60 rad/s dan n adalah putaran impeler (rpm)

(28)

Gambar II.3 Diagram kecepatan pada impeler

Perhitungan head dan kapasitas yang dihasilkan impeler

Parameter besaran utama pada pompa sentrifugal adalah tinggi tekan (head), H dan kapasitas/debit, Q. Persamaan untuk menghitung head pompa didasarkan diagram kecepatan pada Gambar II.3. Head teoritik yang dihasilkan impeller merupakan energi fluida (E) persatuan berat (mg) yang dapat ditentukan dengan persamaan :

H = E/mg = 1/g (U2

.Cx

2

– U

1

.Cx

1

)

Pada pompa sentrifugal, kondisi pada sisi aliran masuk dibuat sedemikian rupa dalam arah radial atau

α

1

=

90o, sehingga Cr1 = C1 atau Cx1 = 0, dan

persamaan head teoritik impeler menjadi: H = 1/g ( U2

.Cx

2

)

Persamaan untuk menetukan kapasitas aliran (debit) :

Q = Cr

1.

A

1

= Cr

2.

A

2

= Cr

1.

2Л r

1

. b = Cr

2.

2Л r

2

. b

dimana b adalah lebar impeler.

Daya fluida yang dihasilkan oleh impeler pompa, P = ρ g Q H/ηp

(29)

2.3 Kurva dan efisiensi pompa sentrifugal

Efek variasi kapasitas aliran pada kecepatan aliran masuk dan keluar ditunjukkan pada Gambar II.4 dan II.5. Sedangkan efek variasi sudut blade sisi keluar β2 ditunjukkan pada Gambar II.6

Gambar II.4 Efek variasi laju aliran sisi akiran masuk

Gambar II.5 Efek variasi laju aliran pada sisi aliran keluar

(30)

Pompa dan Kompresor 26 Kurva karakteritik teoritik pompa sentrifugal dengan variasi sudut baling-baling (blade) keluar ditunjukkan pada Gambar II.7

Gambar II.7 Karakteristik teoritik pada variasi sudut blade keluar

Dalam rancangan pompa sentrifugal, pada umumnya dibuat sudut baling-baling keluar β2 < 90o , dan dengan kondisi rugi-rugi dan slip, maka kurva karakteristik akhir dapat dilihat pada Gambar II.8.

Gambar II.8 Karakteristi akhir pompa sentrifugal

(31)

Pompa dan Kompresor 27 Rugi-rugi dan efisiensi pompa sentrifugal

Rugi-rugi daya pada pompa sentrifugal meliputi rugi daya mekanis, rugi daya hidrolik (terdiri dari rugi daya impeler dan rugi daya casing), dan rugi daya karena kebocoran zat cair (rugi volumetrik).

Gambar II.9 menunjukkan rugi-rugi daya terhadap daya inputnya. Segi-empat OABC menggambarkan daya input total dari poros Pi, sementara OADEFC menggambarkan rugi daya mekanis, EFGI menggambarkan rugi pada impeler, MLGK menggambarkan rugi pada casing, dan DJKI menggambarkan rugi kebocoran zat cair (rugi volumetrik). Daya keluaran fluida berguna pompa, Po digambarkan pada bidang JBLM dan dapat dinyatakan besarnya, Po = ρgQH. Efisiensi total, ηtot adalah rasio daya keluaran Po terhadap input Pi,

ηtot = Po/Pi = ηi. ηc ηv ηm

dimana ηi = efisiensi impeler, ηc = efisiensi casing, ηv = efisiensi volumetrik (kebocoran) dan ηm = efisensi mekanis.

Gambar II.9 Rugi-rugi pada pompa sentrifugal

Pengaruh impeler

Dari pembahasan diatas tentang karakteristik impeler pompa sentrifugal dengan rugi-ruginya, maka secara umum digambarkan kurva kinerja pompa antara head (H) dan kapasitas (Q) seperti pada Gambar II.10.

(32)

H

Q

Gambar II.10 Kurva H-Q pompa sentrifugal

Semakin lebar impeler pompa sentrifugal biasanya akan mengubah kurva head-debit atau kapasitas (H-Q). Gambar II-10 menunjukkan bahwa impeler yang lebih lebar akan mengalirkan debit air yang lebih banyak dibandingksn dengan impeler yang lebih tipis dan umumnya mempunyai kurva H-Q yang lebih rata. Pompa dengan impeler yang lebih tipis mempunyai debit yang lebih kecil dan kurva yang lebih curam.

Gambar II.11 Pengaruh lebar impeler dan kurva H-Q

Perubahan jarak bagi (pitch) baling-baling impeler juga akan mengubah kinerjanya. Baling radial atau yang menyerupai jeruji (spokelike) biasanya mempunyai kurva H-Q yang rata (Gambar II-11). Baling-baling yang membengkok ke belakang akan memberikan kurva H-Q yang lebih curam.

(33)

Gambar II.12 Pengaruh jarak bagi (pitch) dan kurva H-Q

Dengan memperbanyak jumlah baling-baling (blade) pada impeler juga akan menghasilkan kurva H-Q yang lebih rata (Gambar 4-35). Dengan mengurangi jumlah baling-baling akan memberikan kurva yang lebih curam seperti yang ditunjukkan pada Gambar II-12.

(34)

2.4 Soal-soal

Gambarkan sketsa pompa sentrifugal Jelaskan prinsip kerja pompa sentrifugal

Gambarkan sketsa sebuah impeler pompa sentrifugal dengan diagram segitiga kecepatan

Tuliskan persamaan untuk menentukan head dan debit teoritik yang dihasilkan impeler. Jelaskan arti notasi yang digunakan

Sebuah impeler pompa sentrifugal bekerja pada putaran (1450 + 50 A) rpm. Data dimensi impeler adalah sbb: diameter dalam 100 mm, diameter luar 500 mm, lebar 64 mm, 1= 20o, 2= 30o, dan 1= 90o.

Tentukan :

a. Diagram segitiga kecepatan pada impeler b. Head dan kapasitas/debit teoritik yang dihasilkan impeler c. Daya poros input jika efisiensi pompa {total}= 0,85

Sebutkan rugi-rugi daya pada pompa sentrifugal

Jelaskan pengertian tentang efisiensi hidrolik, efisiensi volumetrik, efisiensi mekanik dan efisiensi total pompa

Gambarkan dan jelaskan karakteristik akhir pada diagram H-Q yang dihasilkan pompa sentrifugal

Jelaskan pengaruh lebar impeler terhadap kurva H-Q

Jelaskan pengaruh jumlah baling-baling (blade) pada impeler pompa sentrifugal terhadap kurva H-Q yang dihasilkan

(35)

BAB III

KARAKTERISTIK & OPERASI POMPA

Memahami karakteristik kinerja, kurva H-Q pompa dan sistem pemompaan, operasi pompa sentrifugal, NPSH, kavitasi, dan benturan air.

1. Memahami kurva karakteristik operasi (Kurva H - Q) pompa sentrifugal 2. Memahami kurva H-Q sistem pemompaan

3. Memahami prinsip persamaan/hukum afinitas (kesebangunan)

4. Memahami prinsip operasi dan karakteritik sistem pompa seri dan paralel 5. Memahami prinsip dan kriteria NPSH yang tersedia dan yang diperluan 6. Mehahami pengertian tentang kavitasi pompa

7. Mehahami pengertian tentang benturan air pada sistem pompa

3.1 Karakteristik kinerja pompa

Kinerja atau performansi pompa sentrifugal dapat ditunjukkan dalam kurva karakteristik secara grafik sewperti diperlihatkan pada Gambar III.1. Kurva karakteristik menunjukkan head total, H (Total Dynamic Head, TDH), daya (P), efisiensi, dan Net Positive Suction Head (NPSH), semuanya di plot terhadap kapasitas atau debit pompa (Q).

Gambar III.1 Kurva karakresitik pompa

Operasi sebuah pompa dapat mempengaruhi kinerjanya apabila kapasitasnya melebihi harga pada titik efisiensi optimumnya. Jika pompa sentrifugal dengan

(36)

Pompa dan Kompresor 32 dioperasikan pada kapasitas di atas harga normalnya, maka daya poros akan naik melebihi daya normalnya, menyebabkan efisiensinya menurun sehingga dapat menyebabkan terjadinya panas. Untuk mengatasi hal ini harus dipilih motor penggerak dengan daya yang cukup besar sesuai dengan pola operasi pompa yang berlaku agar motor tidak mengalami pembebanan lebih. Jika cara mi tidak mungkin dilakukan maka laju aliran dalam pipa harus dibatasi dengan memasang katup pengatur atau cara lain.

NPSH yang diperlukan akan naik pada laju aliran yang melebihi harga normalnya. Jadi perlu disediakan NPSH pada laju aliran maksimum yang lebih besar dan pada NPSH yang diperlukan. Jika hal mi tidak mungkin, maka laju aliran harus dibatasi dengan katup pengatur aliran agar tidak terjadi kavitasi. Gambar III.2, III.3, dan III.4 adalah kurva tak berdimensi yang menggambarkan bentuk umum kurva karakteristik pada beberapa jenis pompa. Head, daya, dan efisensi yang ditunjukkan dalam persen dari harga disain atau pada kondisi best efficiency point (BEP).

Gambar III.2 menunjukkan bahwa kurva head untuk sebuah pompa sentrifugal radial relatif datar dan bahwa head berkurang secara gradual pada kapasitas aliran yang meningkat. Kurva daya meningkat secara gradual terhadap kenaikan kapasitas (sampai dengan kapasitas maksimum)

.

Gambar III.2 Karakteristik pompa sentrifugal aliran radial

Pompa sentrifugal aliran campur (mixed flow) dan pompa aksial/propeler memiliki perbedaan karakteristik yang signifikan (Gambar III.3 dan III.4). Kurva head untuk pompa aliran campur lebih curam dibanding pompa radial. Shut-off/maximum head umumnya 150 % hinggá 200% dari harga head disain (Gambar III.3). Daya relatif konstan terhadap debit. Untuk pompa aksial, head dan daya meningkat tajam kearah shut-off (Gambar III.4).

(37)

Gambar III.3 Karakteristik pompa aliran campur

Gambar III.4 Karakteritik pompa aliran aksial

Perbedaan karakteristik diantara ketiga jenis pompa di atas tidaklah absolut, dan ada banyak pompa dapat merupakan kombinasi ketiganya. Contoh Pompa Vane Francis memiliki karakteristik antara pompa jenis radial dan jenis aliran campur. Sebagian besar pompa turbin (pompa difusor) juga memiliki karakteristik antara pompa jenis radial dan jenis aliran campur tergantung pada putaran spesifiknya.

(38)

Pompa dan Kompresor 34 Gambar III.5 menunjukkan kurva pompa dari sebuah manufaktur. Pompa akan bekerja pada putaran tertentu dengan variasi diameter impeler dari minimum hingga maksimum.

Gambar III.5 Kurva kinerja pompa

3.2 Kurva sistem pemompaan

Suatu pompa dengan suatu jenis impeler dan dengan suatu kecepatan, akan menaikkan fluida pada ketinggian tertentu tanpa perlu menghiraukan berat fluida sebagaimana terlihat pada Gambar III.6: Besaran head statis dalam sebuah sistem pemompaan dimana pompa terletak di posisi lebih tinggi dari tangki tempat penghisapan. (Static Suction Head).

(39)

Gambar III.6 Posisi pompa lebih tinggi permukaan isap

Head isap (suction head) terjadi saat sumber suplai di atas garis tengah pompa. Jadi head isap statik adalah jarak vertikal dari garis tengah pompa hingga ketinggian fluida yang dipompa. Gambar III.7 menunjukkan head statik di sebuah sistem pemompaan dimana pompa terletak lebih rendah dari sisi permukaan iisap (Static Suction Head).

Gambar III.7 Posisi pompa lebih rendah dari permukaan isap

(40)

Pompa dan Kompresor 36 Head keluaran static (Static Discharge Head), adalah jarak vertikal antar garis datar pompa (centerline) dengan garis permukaan fluida cair pada sisi keluaran (discharge).

Head Statik Total (Total Static Head), adalah jarak vertikal antara garis permukaan fluida pada sisi isap (source) dan titik terluar pada sisi discharge atau garis permukaan fluida pada sisi discharge.

Head Tahanan/Gesekan (Friction Head), adalah head yang diperlukan untuk mengatasi hambatan aliran pada pipa dan fitting. Hal ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa,jumlah dan tipe fitting, kecepatan aliran, dan sifat dari fluida yang mengalir.

Total Dynamic Suction Head (hs) adalah besarnya Static suction lift ditambah dengan head kecepatan pada flens sisi isap ditambah dengan total friction head pada sisi isap. Total Dynamic Suction Lift ditentukan pada pengetesan pompa yaitu nilai yang terbaca pada gauge sisi isap, dikonversikan ke feet kolom air dengan dikoreksikan ke centerline pompa ditambah dengan head kecepatan pada titik di tempat gauge terpasang.

Total Dynamic Discharge Head (hd), adalah besarnya Static discharge head ditambah dengan head kecepatan pada flens sisi tekan ditambah dengan total friction head pada sisi tekan. Total Dynamic Discharge head ditentukan pada pengetesan pompa yaitu nilai yang terbaca pada gauge sisi tekan, dikonversikan ke feet kolom air dengan dikoreksikan ke centerline pompa ditambah dengan head kecepatan pada titik di tempat gauge terpasang.

Total Head (H) atau Total Dynamic Head (TDH), adalah besarnya total dynamic discharge head dikurangi dengan total dynamic suction head

TDH = hd + hs (pada suction lift) TDH = hd - hs (pada suction head)

Untuk putaran dan diameter impeler tertentu, pompa sentrifugal mempunyai kurva performansi yang tertentu pula. Kurva sitem pipa akibat gesekan pipa mempunyai bentuk parabola karena fungsi kuadrat debit/kapasitas.

Dalam operasinya, pompa harus dapat memenuhi operasi sistem pipa. Karena itu, disamping kurva kapasitas pompa perlu diketahui pula kurva head-kapasitas darn sistem.

Besarnya head sistem, yaitu head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair melalui sistem pipa, adalah sama dengan head untuk mengatasi kerugian gesek ditambah head statis sistem. Head statis ini adalah head potensial dan beda tekanan statis pada kedua permukaan zat keluar. Jika kurva mi digambarkan dalam diagram berbentuk seperti diperlihatkan dalam Gambar III.8.

Titik perpotongan antara kurva head-kapasitas dan pompa dan dan sistem merupakan titik kerjo pompa dan sistem. Pada titik ini head yang diperlukan oleh sistem sama dengan head yang dapat diberikan oleh pompa pada laju aliran yang sama.

Kurva head-kapasitas (H-Q) dan sistem dapat berubah misalnya karena head statis atau tahanan sistem pipa berubah. Jika hal demikian terjadi maka titik kerja pompa-sistem juga akan berubah. Gambar III.9 memberikan eontoh di

(41)

Pompa dan Kompresor 37 mana kurva H-Q sistem berubah dan S1 menjadi S2 karena head statisnya naik dan Hst1 menjadi Hst2. Di sini titik kerja berubah dan K, ke K2 dan laju aliran berubah dan Q1 menjadi Q2. Gambar III.10 memberikan contoh perubahan kurva sistem dan S1 menjadi S2 karena kenaikan tahanan sistem pipa. Kenaikan tahanan semacam mi dapat terjadi misalnya karena katup pengatur aliran diperkecil pembukaannya. Di sini titik kerja akan berubah dan K1 ke K2 dan laju aliran mengecil dan Q1 menjadi Q2.

Gambar III.8 Kurva pompa dan sistem pipa

(42)

Gambar III.10 Variasi head tahanan/gesekan

Kurva Pompa - Sistem Pipa (tanpa head statis)

Gambar III.11 tidak ada head statik dan kurva mulai dari debit nol dan kurva sistem hanya dipengaruhi kurva sistem dari rugi head gesekan. Kapasitas fluida dapat diatur dengan katup throttling.

Gambar III.11 Kurva sistem pemopaan (tanpa head statik)

(43)

Pompa dan Kompresor 39 Kurva sistem dengan head statik positip (Gambar III.12).

Gambar III.12 Kurva sistem dengan head statik positip

Kurva sistem dengan head negatif atau gravitasi (Gambar III.13)

(44)

Kurva sistem dengan head statik positip yang dominan (Gambar III.14)

Gambar III.14 Kurva sistem dengan head statik dominan

Kurva sistem dengan variasi putaran dan tekanan (Gambar III.15)

Gambar III.15 Kurva sistem dengan variasi putaran dan tekanan

(45)

Pompa dan Kompresor 41 Karakteritik instalasi (Gambar III.16)

Gambar III.16 Kurva dan karakteristik instalasi

3.3 Operasi pompa seri dan paralel

Operasi pompa seri

Tujuan melakukan instalasi pompa secara seri (Gambar III.16) adalah untuk menambah head, sedangkan kapasisitas/debitnya tetap. Besar head dan kapasitas dapat dinyatakan sebagai berikut:

H total = H1 + H2 dan Q total = Q1 = Q2

(46)

Pompa dan Kompresor 42 Operasi pompa paralel

Tujuan melakukan instalasi pompa secara paralel (Gambar III.17) adalah untuk menambah kapasitas, sedangkan head nya tetap. Besar head dan kapasitas dapat dinyatakan sebagai berikut:

H total = H1 = H2 dan Q total = Q1 + Q2

Gambar III.18 Pompa sejenis diparalelkan

Gambar III.18 menunjukkan operasi pompa seri atau paralel dengan pompa yang tak sejenis.

(47)

3.4 Persamaan afinitas/kesebangunan

Hukum afinitas/kesebangunan mengekpresikan hubungan persamaan diantara beberapa variabel utama dalam performansi pompa. Hukum afinitas berlaku untuk semua jenis pompa sentrifugal dan pompa aliran aksial.

Q = kapasitas (m3/h, GPM) H = head total, (m, ft)

P = daya (kW) atau BHP = Brake Horsepower (HP) N atau n = putaran pompa, rpm

D = diameter impeler (m, inchi)

Untuk kondisi dmana diameter impeler pompa adalah tetap/konstan dan putaran berubah, maka persamaan afinitasnya dapat dituliskan:

Bila kondisi putaran tetap/konstan dan diameter impeler berubah, maka persamaan afinitas dapat ditulis:

Sedangkan jika kondisi putaran dan diameter impeler berubah, maka persamaan afinitas dapat dituliskan:

A. Q1/Q2= (N1/N2)(D1/D2)3 B. H1/H2 = (N1/N2)2(D1/D2)2 C. BHP1/BHP2 = (N1/N2)3(D1/D2)5

(48)

Pompa dan Kompresor 44 Contoh

Lihat Gambar III.20, putaran pompa N = 1750 rpm. Diamter impeler pompa = 13“ (asumsi). Bagaimana bila putaran pompa 2000 rpm?

Gambar III.20 Kurva performansi pompa

Dari diagram: N = 1750 rpm, D = 13“ Q = 300 GPM H = 160 ft BHP = 20 Hp

(49)

Pompa dan Kompresor 45 Ini adalah kondisi efisiensi terbaik (BEP) pada putaran 2000 rpm. Dengan cara yang sama maka dapat dibuat kurva baru seperti ditunjukkan pada Gambar III.21..

Gambar III.21 Kurvapada putaran 1750 dan 2000 rpm

3.5 Net Positive Suction Head (NPSH)

Dalam disain system instalasi pompa dan pipa, suatu hal penting adalah menyediakan kecukupan NPSHav (NPSH tersedia) agar pompa beroperasi dengan baik. Ketidakcukupan NPSHAV menyebabkan keterbatasan serius dalam pemilihan pompa

Ada 2 jenis NPSH, yaitu:

1) NPSH tersedia (NPSHAV), ditentukan dari kondisi instalasi.

(50)

Pompa dan Kompresor 46 Persamaan untuk menetukan NPSH yang tersedia,

NPSHAV= Pa/ - Pv/ - Hs - HL [m] Pa = tekanan atmosfer [Pa]

Pv = tekanan uap [Pa] Hs= head statik [m]

+ pompa di atas permukaan air - pompa di bwh permukaan air HL = rugi head pipa

Persamaan untuk menetukan NPSH yang diperlukan,

NPSHRE = ((NQ)/S)1/3

N = putaran pompa [rpm] Q = debit pompa[m3/menit,]

S = suction specific speed, tetapan pompa [S = 9000] Data NPSHRE juga dapat diperoleh dari katalog pompa

Persyaratan agar pompa dapat menghisap fluida cair/air: NPSHAV > NPSHRE

Agar lebih aman diberikan faktor keamanan atau rasio margin sebesar 1,3: NPSHAV > 1,3 NPSHRE

3.6 Kavitasi

Kavitasi pompa: gejala menguap nya zat cair yang sedang mengalir karena tekanan berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya.

Air pada tekanan 1 atm akan mendidih pada suhu 100oC, namun jika tekanan lebih rendah, maka air akan menguap pada suhu yang lebih rendah. Jika tekanan hisap rendah, air pd suhu kamar dapat mengaup.

Kavitasi dapat menyebabkan pompa tidak bekerja. Salah satu fenomena yang harus dihindari dalam pengoperasian pompa adalah kavitasi. Jika fluida berada dalam fasa cair, dari segi energi tidak menjadi soal apakah tekanan pompa berada jauh di atas maupun di bawah tekanan atmosfer. Namun, jika tekanan

(51)

Pompa dan Kompresor 47 isap hanya sedikit lebih tinggi dari tekanan uap, sebagian zat cair mungkin berubah menjadi uap (flash) di dalam pompa.

Fenomena ini terjadi apabila terdapat fraksi uap yang masuk ke dalam pompa, membentuk gelembung yang terbawa ke daerah bertekanan lebih tinggi, lalu tiba-tiba pecah. Kavitasi menyebabkan pelepasan logam, getaran, kebisingan, melemahnya aliran, dan berkurangnya efisiensi. Untuk menghindari fenomena ini, maka Required Net Positive Suction Head (NPSH)Re harus dipenuhi. (NPSH)Re sama dengan total head cairan pada garis pusat pompa dikurangi tekanan uap p. Nilai NPSH yang diperlukan adalah 5 sampai 10 feet untuk pompa sentrifugal kecil, tetapi meningkat dengan kapasitas pompa, kecepatan impeller, dan tekanan discharge.

Pengaruh kavitasi:

- Berkurangnya kapasitas pompa - Berkurangnya head (pressure)

- Terbentuknya gelembung-gelembung udara pada area bertekanan rendah di dalam selubung pompa (volute)

- Suara bising saat pompa berjalan.

- Kerusakan pada impeller atau selubung pompa (volute).

3.7 Benturan air (water hammer)

Benturan air (water hammer) adalah terjadinya perubahan kecepatan secara tiba-tiba (misalnya pada saat penutupan katup) pada sistem aliran fluida pipa dan pompa sehinga menyebabkan kenaikan tekanan yang besar pula pada sistem. Gejala mi terjadi bila suatu aliran zat cair di dalam pipa dengan tiba-tiba dihentikan misalnya dengan menutup katup secara sangat cepat. Di sini seolah-olah zat cair mem bentur katup sehingga timbul tekanan yang melonjak dan diikuti fluktuasi tekanan di sepanjang pipa untuk beberapa saat.

Pada pipa yang dihubungkan dengan pompa gejala benturan air ini juga dapat terjadi. Misalnya, bila sebuah pompa yang sedang bekerja tiba-tiba mati (karena dimatikan atau karena listrik padam), maka aliran air akan terhalang impeler sehingga mengalami perlambatan yang mendadak. Di sini terjadi lonjakan tekanan pada pompa dan pipa, seperti peristiwa penutupan katup secara tiba-tiba. Lonjakan tekanan juga dapat terjadi jika pompa dijalankan dengan tiba-tiba atau katup dibuka secara cepat.

Besarnya lonjakan atau jatuhnya tekanan karena benturan air, tergantung pada laju perubahan kecepatan aliran. Dalam hal katup, tergantung pada kecepatan penutupan atau pembukaan katup, dan dalam hal pompa, tergantung pada cara menjalankan dan menghentikan pompa. Selain itu, panjang pipa, kecepatan aliran, dan karakteristik pompa, merupakan faktor-faktor yang sangat menentukan besarnya lonjakan atau jatuhnya tekanan karena benturan air.

(52)

3.8 Soal-soal

1. Gambarkan karakteristik head, daya, efisiensi dan NPSH yang diperlukan dalam kurva H-Q.

2. Apa yang dimaksud dengan best efficiency point (BEP) pada pompa?

3. Jelskan perbedaan karakteristik antara pompa sentrifugal radial, pompa aliran campur dan pompa aksial

4. Gambarkan dan jelaskan karakteristik sistem pemompaan (pompa dan sistem pipa) dalam kurva H-Q. Apa yang dimaksud dengan titik operasi atau kerja pompa?

5. Apa tujuan dilakukan operasi pompa secara seri dan paralel? Gambarkan karakteristik pompa seri dan paralel dalam kurva H-Q

6. Sebuah pompa sentrifugal beroperasi pada head 40 m, debit 0,5 m3/s dan putaran 2900 rpm. Bila putarannya dinaikkan (20 + 5 A) %, berdasarkan persamaan afinitas/kesebangunan, tentukan besarnya head dan debit yang baru tersebut.

7. Air pada tekanan 1 bar dan suhu 20o C harus dipompakan dengan debit (45 +5 A) m3/jam. Putaran pompa 2900 rpm. Sisi isap pompa terletak 6,0 m di atas permukaan air dan rugi head pipa isap sebesar 0,75 m. Tekanan uap air pada 20oC adalah 2385 Pa. Harga tetapan pompa (S) = 1200. Tentukan : a. NPSH yang tersedia

b. NPSH yang diperlukan c. Apa yang dapat anda simpulkan?

8. Hasil pengujian pompa sentrifugal untuk fluida air (γ = 9810 N/m3) diperoleh data sbb:

Head, H [m] 38 36 33 30 26 21 15 10

Efisiensi, η [%] 30 40 60 70 80 65 50 40

Debit, Q [l/mnt] 20 40 60 70 120 160 180 200 a. Plot diagram head dan efisiensi terhadap debit.

b. Tentukan head, debit, dan hitung daya pompa pada efisiensi tertingginya. 9. Apa yang dimaksud dengan kavitasi pompa, dan bagaimana pengaruhnya

terhadap kinerja pompa?

10. Apa yang dimaksud dengan benturan air (water hammer), dan bagaimana pengaruhnya terhadap kondisi pompa?

(53)

BAB IV

KONSTRUKSI, PEMASANGAN DAN

PERAWATAN POMPA

Memahami prinsip dasar konstruksi, pemasangan/instalasi, penggerak mula, dan perawatan pompa

1. Mampu mengenal dan memahami prinsip konstruksi pompa dan bagian-bagian utamanya

2. Mampu memahami prinsip pemasangan/instalasi pompa 3. Mampu mengenal jenis penggerak mula pompa

4. Mampu memahami prinsip perawatan dan penelusuran gangguan pompa

4.1 Konstuksi pompa

Komponen utama dari pompa sentrifugal terlihat pada Gambar IV.1 yang terdiri dari :

- Komponen berputar: impeler yang disambungkan ke sebuah poros - Komponen satis: casing, penutup casing, dan bantalan (bearings)

(54)

Pompa dan Kompresor 50 Impeler

Impeler merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah terpasang. Impeler biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi tuang atau stainless steel, namun bahan-bahan lain juga digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis impelernya, maka penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan impeler dalam kondisi yang baik sesuai yang diinginkan seperti telah dijelaskan pada bab sebelumnya. umlah impeler menentukan jumlah tahapan pompa. Pompa satu tahap memiliki satu impeler dan sangat cocok untuk layanan tekanan atau head rendah. Pompa dua tahap memiliki dua impeler yang terpasang secara seri untuk layanan head sedang. Pompa multi-tahap memiliki tiga impeler atau lebih terpasang seri untuk layanan head yang tinggi.

Impeler dapat digolongkan atas dasar:

1) Arah utama aliran dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial, aliran campuran

2) Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda 3) Bentuk atau konstruksi mekanis (Gambar IV.2):

Impeler yang tertutup memiliki baling-baling (vanes) yang ditutupi oleh mantel/ penutup pada kedua sisinya. Biasanya digunakan untuk pompa air, dimana baling-baling seluruhnya mengurung air. Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi keluaran ke sisi hisap, yang akan mengurangi efisiensi pompa. Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeler dan rumah/wadah pompa. Penyambungan ini dilakukan oleh cincin yang dipasang diatas bagian penutup impeler atau dibagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari impeler tertutup ini adalah resiko yang tinggi terhadap rintangan.

Impeler terbuka dan semi terbuka, kemungkinan tersumbatnya kecil. Akan tetapi utnuk menghindari terjadinya penyumbatan melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate pompa harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeler yang benar.



(55)

Pompa dan Kompresor 51 Poros rotor

Poros rotor memindahkan torsi dari motor ke impeler selama start-up dan operasi pompa.

Rumah/wadah

Fungsi utama rumah pompa adalah menutup impeler pada penghisapan dan pengiriman pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada ujung penghisapan dapat sekecil sepersepuluh tekanan atmosfir dan pada ujung pengiriman dapat dua puluh kali tekanan atmosfir pada pompa satu tahap. Untuk pompa multi-tahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah dirancang untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang cukup.

Fungsi rumah pompa yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan impeler. Oleh karena itu wadah pompa harus dirancang untuk:

- Memberikan kemudahan mengakses ke seluruh bagian pompa untuk pemeriksaan, perawatan dan perbaikan

- Membuat wadah anti bocor dengan memberikan kotak penjejal

- Menghubungkan pipa-pipa hisapan dan pengiriman ke flens secara langsung - Mudah dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor listrik) tanpa

kehilangan daya.

Gambar IV.3 Potongan rumah volut pompa

Terdapat dua jenis rumah/wadah

- Rumah/wadah volute (Gambar IV.3) memiliki impeler yang dipasang dibagian dalam wadah. Salah satu tujuan utamanya adalah membantu kesetimbangan tekanan hidrolik pada batang torak pompa. Walau begitu, mengoperasikan

(56)

Pompa dan Kompresor 52 pompa dengan wadah volute pada kapasitas yang lebih rendah dari yang direkomendasikan pabrik pembuatnya dapat mengakibatkan tekanan lateral pada batang torak pompa. Hal ini dapat meningkatkan pemakaian sil, bantalan poros, dan batang torak itu sendiri. Wadah volute ganda digunakan bilamana gaya radial menjadi cukup berarti pada kapasitas yang berkurang.

- Rumah/wadah bulat memiliki baling-baling penyebaran stasioner disekeliling impeler yang mengubah kecepatan menjadi energi tekanan. Wadah tersebut banyak digunakan untuk pompa multi-tahap.

Rumah/wadah dapat dirancang sebagai:

Rumah/wadah padat (Gambar IV.4): seluruh wadah dan nosel dimuat dalam satu cetakan atau potongan yang sudah dibuat pabrik pembuatnya.

Rumah/wadah terbelah: dua bagian atau lebih disambungkan bersama. Bilamana bagian wadah dibagi oleh bidang horisontal, wadahnya disebut terbelah secara horisontal atau wadah yang terbelah secara aksial.

Gambar IV.4 Rumah/wadah padat

(57)

Pompa dan Kompresor 53 Konstruksi pompa sentrifugal dengan isapan ujung dapat dilihat seperti Gambar IV.5 dan IV.6

Gambar IV.5 Pompa tunggal dengan isapan ujung

(58)

Gambar IV.6 Pompa bertingkat banyak

4.2 Pemasangan/instalasi pompa

Gambar pemasangan/instalasi pompa dinyatakan dalam gambar kerja. Gambar kerja dinyatakan dalam gambar sket, kemudian dinyatakan dalam gambar instalasi. Perencanaan sistem pemompaan merupakan hal yang penting dan memberikan efek terhadap keberhasilan pengoperasian pompa sentrifugal Komponen utama dalam sistem pemompaan (Gambar IV.7) adalah: - Pompa (beberapa jenis pompa telah dijelaskan pada Bab I).

(59)

Pompa dan Kompresor 55 - Mesin penggerak mula: motor listrik, mesin diesel, mesin bensin atau mesin

gas

- Pemipaan yang digunakan untuk mengalirkan fluida cair

- Katup/kran (valves), digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistim - Sambungan (fittings), pengendalian dan instrumentasi lainnya

- Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan (misalnya tekanan, aliran) yang menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin hidrolik.

Gambar IV.7 Instalasi sistem pemompaan

Pertimbangan instalasi pompa

Hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam instalasi pompa antara lain sebagai berikut:

- Penyangganya harus kuat

- Pemilihan ukuran diameter pipa tekan harus tepat agar gesekannya minimum. - Pemilihan ukuran pipa bagian isap lebih penting.

- Gangguan pada pompa sentrifugal disebabkan karena kondisi ukuran pipa isap yang tidak tepat.Fungsi pipa isap adalah mengalirkan fluida, denga tekanan yang cukup pada pompa mencegah kavitasi pada impeler pompa.

- Pipa isap harus tidak pernah lebih kecil dari pada flens pipa dalam beberapa kasus sebaiknya paling sedikit satu ukuran lebih besar.

- Panjang pipa isap sebaiknya sependek dan selurus mungkin, kecepatannya 5-8 feet/s.

- Semakin tinggi kecepatan, maka semakin tinggi kehilangan tinggi tekan karena gesekan dan dapat mengakibatkan terjadinya uap dan masuknya udara.

- Elbow dan sambungan tee yang diletakkan dekat dengan nosel pompa bagian isap akan mengakibatkan torbulensi sehingga dapat menyebabkan getaran, kavitasi dan lenturan poros yang berlebihan. Khususnya pada pompa dengan tenaga yang besar menyebabkan kerusakan bantalan secara dini.

- Lokasi pompa sedekat mungkin dengan sumber yang akan dipompa dengan pipa isap sependek mungkin.

- Pompa juga ditempatkan pada tempat yang mana terdapat ruangan yang cukup untuk mengoperasikan, pemeliharaan dan inspeksi.