BAB II LANDASAN TEORI

(1)

Tugas Akhir

Universitas Mercu Buana

Teknik Mesin 4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Definisi Tentang Pompa Hydrant

Hydrant merupakan suatu sistem keamanan untuk perlindungan kebakaran yang mekanisme kerjanya menggunakan sistem pompa air dengan tekanan cukup tinggi yang dapat bekerja secara otomatis apabila terjadi kebakaran pada ruang atau bagian utama dari suatu bangunan. Pompa yang dipakai untuk sistem hydrant ini adalah sebuah rangkaian pompa yang terpasang secara bersamaan yang dimana terdiri dari pompa utama (Main Electric Pump), Jockey Pump dan Diesel Pump. Material peralatan hydrant terbuat dari bahan tahan korosi seperti kuningan, tembaga, monel, stainless steel, atau material bahan korosi lainnya.

2.2 Jenis Pompa Untuk Sistem Hydrant

Pipa pemadam adalah pipa tertutup yang bertekanan tertentu. Untuk menjaga tekanan dalam pipa dan mengalirkan air pada saat terjadi kebakaran, digunakan pompa untuk sprinkler dan hydrant dari tiga macam pompa yang dipasang pararel.

1. Main Electric Pump

Disebut juga sebagai pompa utama, yang berfungsi memadamkan api bila terjadi kebakaran dan bekerja secara otomatis apabila hydrant atau sprinkler digunakan.

(2)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 5

2. Jockey Pump

Pompa ini berfungsi untuk menjaga atau mempertahankan tekanan dalam pipa agar tetap berada pada batas yang ditentukan. Penurunan tekanan bisa diakibatkan oleh kebocoran pada instalasi pipa, seperti pada sambungan pipa. Pompa ini mempunyai head yang tinggi dengan kapasitas kecil. Pengaturan tekanan dilakukan dengan manometer tekanan, yang dipasang pada tiap rangkaian pada masing-masing lantai.

3. Diesel Pump

Pompa ini digunakan apabila terjadi kebakaran dalam keadaan seluruh aliran listrik mati dan juga sebagai cadangan apabila keadaan pompa utama rusak, pompa ini memiliki kapasitas yang sama besar dengan kapasitas Main Electric Pump.

2.2.1 Tinjauan Umum Mengenai Pompa

Pompa adalah suatu mesin fluida yang digerakkan oleh suatu penggerak mula dengan maksud untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang diinginkan, misalnya ke tempat yang lebih tinggi atau jauh jaraknya.

2.2.2 Pemakaian Pompa

Pada zaman modern ini, telah dikembangkan berbagai macam pompa yang sesuai denga fungsinya masing-masing, seperti berfungsi sebagai berikut :

• Untuk sirkulasi air.

(3)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 6

• Untuk meningkatkan kecepatan air sehingga air tersebut dapat digunakan untuk memotong, menggali atau mengupas.

• Untuk memompa cairan atau bahan kimia yang akan diproses.

Untuk dalam memilih pompa yang dimaksudkan, haruslah diketahui kapasitas aliran (Q) dan head (H) yang akan diperlukan tergantung dari kebutuhan perencanaan pompa tersebut.

2.2.3 Klasifikasi Pompa

Pada dasarnya pompa terbagi atas dua golongan besar, yaitu :

1. Displacement pump / pompa pemindahan / pompa pendesak pemindahan zat cairnya didapat dengan mendesak zat cair keluar. Yang termasuk jenis pompa ini adalah ;

• Pompa torak / Pluyer. • Pompa diafragma. • Pompa berputar. • Pompa roda gigi. • Pompa ulir.

• Pompa kerja ganda (double acting pump).

Kategori pompa pendesak mempunyai effisiensi yang tinggi yaitu 85 % sampai 90%.

2. Dynamic Pump / pompa tekanan dinamis pemindah zat cairnya dengan memberi kerja mekanis pada fluida yang menggunakan kipas/sudu/impeller. Energi mekanis yang dihasilkan dari putaran impller diubah ke dalam bentuk

(4)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 7

kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekan, head kecepatan dan head potensial pada zat cair. Yang termasuk pompa jenis ini adalah :

• Pompa sentrifugal, yang terdiri dari pompa volut dan pompa difuser. • Pompa tumbukan.

• Pompa jet.

• Pompa aliran campur. • Pompa aliran aksial.

Kategori pompa tekan dinamis ini mempunyai efisiensi lebih rendah dari pompa pendesak.

2.2.4 Alternatif Pemilahan Pompa

Secara garis besar, pompa terdiri dari pompa sentrifugal dan pompa torak. Pompa sentrifugal termasuk jenis pompa yang paling sering dan banyak digunakan. Pemilihan pompa untuk mengalirkan fluida ini didasarkan pada sifat itu sendiri dan kondisi yang diinginkan. Alternatif pemilahan pompa berdasarkan dari hasil analisa lapangan, maka pompa sentrifugal lebih banyak mempunyai keuntungan dari pada pompa torak.

2.3 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Suatu pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeller atau lebih yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang dipasangkan pada poros dan diselubungi oleh sebuah rumah (casing) yang berbentuk volute. Fluida memasuki impeller secara aksial didekat poros dan mempunyai energi, baik energi kinetik maupun

(5)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 8

energi potensial, yang diberikan padanya oleh sudu-sudu. Begitu fluida meninggalkan impeller pada kecepatan yang relatif tinggi, fluida dikumpulkan didalam volute yang mentrasformasikan energi kinetik menjadi tekanan disertai dengan pengurangan kecepatan.

Dengan cara demikian, pompa sentrifugal akan dapat memindahkan atau memompakan fluida ketempat-tempat yang lebih jauh atau lebih tinggi, jadi dalam hal ini pompa menambahkan energi pada fluida sehingga energi yang terkandung menjadi lebih besar.

Gambar 2.1 Aliran fluida di dalam pompa sentrifugal Menurut caranya merubah tenaga kinetik menjadi tenaga tekan, maka pompa sentrifugal ini dapat dibagi menjadi dua macam cara, yaitu :

1. Volute Centifugal Pump

Pada jenis ini, kecepatan fluida yang keluar dari impeller diperkecil dan tekanannya diperbesar pada saluran spiral di dalam casing. Saluran yang berbentuk spiral disebut volute.

(6)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 9

Gambar 2.2 Volute Centrifugal Pump 2. Difuser Centrifugal Pump

Pompa jenis ini digunakan difuser yang dipasang mengelilingi impeller, guna dari difuser ini adalah untuk menurunkan kecepatan aliran yang keluar dari impeller sehingga energi kinetik aliran dapat diubah menjadi energi tekan secara efisien. Difuser ini digunakan pada pompa yang bertingkat, sehingga difuserini juga berfungsi sebagai pengarah aliran dari dischange impeller sebelum ke suctioan impeller berikutnya.

Gambar 2.3 Difuser Centrifugal Pump 2.4 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut : • Bentuk rumah pompanya

(7)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 10

• Aliran cairannya • Jumlah tingkatnya • Cara isapannya

2.4.1 Klasifikasi Menurut Desain Rumah Pompa Dibedakan atas tiga tipe yaitu :

•

Pompa Volute, dimana rumah pompanya berbentuk spiral volute.

•

Pompa Difuser, dimana rumah pompa terdapat difuser yang mengelilingi impeller.

• Pompa Volute Ganda, dimaksudkan agar beban radial pada poros pompa tidak terlalu besar.

2.4.2 Klasifikasi Menurut Bentuk Impeller Dibedakan atas :

• Impeller terbuka (Open Type Impeller) • Impeller sebagian (Semi Open Type Impeller) • Impeller tertutup (Closed Type Impeller)

2.4.3 Klasifikasi Menurut Posisi Porosnya

Klasifikasi menurut posisi porosnya maka pompa dapat dibedakan atas : • Pompa Vertikal

(8)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 11

Gambar 2.4 Pompa Vertikal • Pompa Horizontal

Pompa ini mempunyai poros dengan posisi mendatar, untuk lebih jelasnya lihat gambar 2.5.

(9)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 12

2.4.4 Klasifikasi Menurut Aliran Cairan Dibedakan atas :

• Pompa Aliran Aksial, dimana arah aliran cairan sejajar sumbu poros. • Pompa Aliran Radial, dimana arah aliran cairan tegak lurus sumbu poros. • Pompa Aliran Campuran, dimana arah aliran tidak aksial maupun radial. 2.4.5 Klasifikasi Menurut Susunan Tingkat

Dibedakan atas :

• Pompa Satu Tingkat (Single Stage)

Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller, sehingga relatif rendah.

Gambar 2.6 Pompa Satu Tingkat • Pompa Bertingkat Banyak (Multi Stage)

Pompa ini menggunakan beberapa impeller yang dipasang secara seri pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeller pertama dimasukkan ke impeller berikutnya dan seterusnya hingga impeller yang terakhir. Panas (Head) total pompa merupakan penjumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relatif tinggi.

(10)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 13

Gambar 2.7 Pompa Bertingkat Banyak 2.4.6 Klasifikasi Menurut Cara Isapan Pompa

Dibadakan atas :

• Pompa Isapan Tunggal

Pada pompa jenis ini, zat cair masuk dari satu sisi impeller. Konstruksi yang sangat sederhana, sehingga umumnya banyak dipakai. Namun tekanan yang bekerja pada masing sisi isap tidak sama sehingga akan timbul gaya aksial yang arahnya menuju ke sisi isap menuju ke sisi ganda.

• Pompa Isapan Ganda

Pada pompa jenis ini zat cair masuk melalui kedua sisi impeller tersebut dipasang saling bertolak belakang sehingga gaya aksial yang timbul akibat tekanan yang bekerja pada masing-masing sisi impeller akan saling membagi. Laju aliran total sama dengan dua kali laju aliran yang masuk mulai masing-masing impaller. Dibandingkan dengan pompa isapan tunggal yang sama kapasitasnya, pompa isapan ganda mempunyai kemampuan isapan yang lebih baik.

(11)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 14

Gambar 2.8 Pompa Isapan Tunggal dan Pompa Isapan Ganda 2.4.7 Konstruksi Pompa Sentrifugal

Komponen - komponen utama pompa sentrifugal :

Gambar 2.9 Konstruksi Pompa Sentrifugal 1. Rumah Pompa

Rumah pompa pada pompa sentrifugal berfungsi untuk menampung fluida yang keluar dari impeller. Selain itu, rumah pompa berfungsi untuk memudahkan dan mengarahkan fluida yang akan disalurkan keluar pompa. Rumah pompa

(12)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 15

biasanya berbentuk volute (spiral) seperti bentuk pada rumah keong. Untuk air dingin yang mempunyai tekanan relatif rendah, rumah pompa biasanya terbuat dari bahan besi cor. Untuk tekanan yang melebihi 0,0689 bar (100 Psi) digunakan dari bahan semi baja, yaitu besi cor berkualitas tinggi. Untuk cairan yang sifatnya korosif yang dapat memberikan reaksi asam seperti air garam, bahan rumah pompa terbuat dari brons atau baja tahan karat.

Pompa dengan poros horizontal, menurut letak saluran isapnya maka rumah pompa dapat dibagi menjadi empat macam yaitu :

• Saluran isap samping (Side Suction)

Gambar 2.10 Saluran Isapan Samping • Saluran isap ijung (End Suction)

(13)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 16

• Saluran isap bawah (Bottom Suction)

Gambar 2.12 Saluran Isap Bawah • Saluran isap atas (Top Suction)

Gambar 2.13 Saluran Isap Atas 2. Impeller

Impeller, dalam pembuatannya, biasanya dicor dalam satu kesatuan. Impeller berfungsi untuk mengarahkan air dan memutar fluida agar timbul gaya sentrifugal. Agar dapat diperoleh efisiensi yang tinggi, permukaan impeller harus dibuat sehalus mungkin, baik dalam saluran pada sudu-sudu maupun pada bagian luar impeller.

Sudu-sudu dari impeller yang berputar memberikan energi kecepatan kepada fluida. Energi kecepatan ini dalam pompa diubah menjadi tekanan. Bentuk impeller dan sudu-sudu harus disesuaikan dengan jenis fluida, tekanan naik yang

(14)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 17

dibutuhkan, volume aliran, jumlah putaran dan sebagainya. Bentuk, ukuran dan jumlah sudu mempunyai pengaruh besar terhadap tekanan naik dan volume aliran.

Impeller disebut "terbuka" jika tidak mempunyai dinding (tameng), "setengah terbuka" atau "tertutup" jika dilengkapi dengan dinding pada sisi sebelah masuk atau keluar, "tertutup" jika kedua sisinya diberi dinding. Dari ketiga impeller di atas, impeller tertutup adalah impeller yang paling banyak digunakan, karena impeller ini mempunyai efisiensi yang lebih besar untuk jangka waktu lebih lama.

Menurut bentuknya impeller dibagi menjadi : a. Radial Impeller

b. Francis vane atau Screw vane Impeller c. Propeler atau Axial flow Impeller d. Mixed flow Impeller

Menurut jenis mekaniknya dibagi menjadi : a. Open Impeller

Jenis Open Impeller biasanya dipakai pada pompa yang kecil, mudah mengalirkan cairan yang bersifat mengkikis. Bentuknya sama dengan radial impeller.

b. Semi-Open Impeller

Semi-Open Impeller mempunyai dinding pada bagian belakang atau salah satu sisi impellernya. Kadang-kadang dinding itu diberi kipas untuk mengurangi tekanan bagian hub impeller.

(15)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 18

c. Closed Impellerer

Closed Impellerer sering dipakai pada pompa sentrifugal tingkat tunggal saluran isap ujung untuk cairan yang jernih. Jenis ini mencegah kemungkinan terjadinya slip yang biasanya timbul pada open-impeller dan semi—open impeller.

3. Ring penahan Aus

Wear ring atau cincin penahan aus digunakan untuk mencegah kebocoran

pada celah antara impeller dan rumah pompa. Cincin penahan aus ini mempunyai celah yang sangat kecil, yang satu dipasang pada impeller dan yang satu lagi dipasang pada rumah pompa. Cincin penahan aus pada impeller biasanya diulirkan ke impeller dengan ulir yang arah putarnya berlawanan arah dengan arah putaran impeller. Cincin panahan aus untuk rumah pompa dapat dibuat tidak berputar pada kedudukannya. Pemilahan wear ring tergantung dari jenis cairan yang dialirkan, perbedaan tekanan dan kecepatan putaran. Jenis yang paling banyak digunakan adalah flat type dan L type.

4. Poros

Fungsi poros adalah untuk mentransmisikan momen torsi dar motor penggerak ke impeller pada saat mulai strat maupun selama pompa bekerja. Letak poros pada pompa dapat horizontal maupun vertikal.

5. Seal / Paking

Fungsi seal / paking adalah untuk mencegah fluida keluar melalui poros dan menahan udara mengalir masuk ke dalam pompa. Paking untuk poros dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :

(16)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 19

a. Stuffing box (gland paking)

Stuffing box terdiri dari suatu ruangan yang diisi oleh cincin-cincin paking dari katun, benang asbes atau bahan buatan biasanya PTFE (Polyetra Floucthyleen) atau teflon yang tahan terhadap segala macam cairan dan temperatur. Untuk paking yang terbuat dari metal ( metal putih, kuningan, alumunium ) harus dilumasi gemuk yang dililitkan dengan teras asbes.

Untuk mendapatkan paking yang terdiri dari cincin-cincin ditekan dari luar dengan penekanan paking (gland). Untuk tekanan sampai 50 N/cm² cukup 4 cincin paking. Penampang cincin suffing box berbentuk bujur sangkar dengan sisi sebesar 0,25 kali diameter poros.

b. Seal Mekanik

Seal mekanik membentuk permukaan datar dua buah cincin bersinggungan saling meluncur, terjadi suatu penurunan pada tekanan pada lapisan cairan antara kedua cincin tersebut disebabkan oleh gesekan cairan. Seal mekanik dipakai untuk :

• Tekanan tinggi dan kecpatan keliling tinggi. • Tidak boleh ada kebocoran.

• Sifat fluida yang dipompa melarutkan paking seperti bensin, petroleum propan.

(17)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 20

Gambar 2.14 Mechanical Seal Komponen seal mekanik terdiri dari :

• Suatu permukaan seal yang tidak berputar. • Suatu cincin seal yang berputar bersama poros.

• Pegas ulir dilandasi diafragma yang menekan kedua cincin tersebut. Ada 2 macam seal mekanik yaitu:

• Internal seal

Bagian yang berputar terletak di dalam box dan berhubungan langsung dengan fluida yang dipompa.

• External seal

Bagian yang berputar terletak di luar box dan berhubungan langsung dengan udara.

6. Bantalan (bearing)

Fungsi bantalan pada pompa sentrifugal adalah untuk menjaga poros tetap lurus akibat adanya gaya radial dan aksial ketika pompa bekerja. Jenis bantalan yang sering dipakai :

(18)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 21

a. Single row deep groove ball bearing

Paling banyak dipakai pada pompa sentrifugal kecuali untuk ukuran besar. Bantalan ini baik untuk menahan beban aksial dan radial.

b. Double row deep groove ball bearing

Digunakan jika beban lebih besar dari pada yang diijinkan pada single row deep groove ball bearing.

c. Seal aligning ball bearing

Dipakai untuk beban besar dan putaran tinggi, tetapi hanya dapat menahan gaya aksial yang tidak terlalu besar.

d. Angular contact ball bearing

Digunakan menahan gaya aksial yang besar. Untuk gaya dari satu arah dipakai single row type dan untuk dua arah dipakai double row type.

7. Kopling

Kopling digunakan untuk memindahkan gerak putar dan torsi dari motor penggerak ke motor pompa yang akan digerakkan. Dengan adanya kopling ketidak lurusan poros pompa dan poros motor listrik dapat diatur.

Ada dua macam jenis kopling : − Rigid coupings

(19)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 22

Yang paling sering dipakai untuk pompa sentrifugal adalah dengan bushing dari karet kopling fleksibel.

8. Pelat Pondasi dan Penumpu

Pelat pondasi berfungsi untuk menyatukan kaki pompa dengan pondasi sehingga tidak bergeser, penumpu berguna untuk meluruskan pompa penggerak dan tidak bergeser. Penumpu juga berguna untuk meluruskan poros pompa motor penggerak dan poros serta menyerap, getaran-getaran yang terjadi ketika pompa bekerja.

2.5 Head Zat Cair

Gambar 2.15 Aliran Melalui Pipa

Head adalah tinggi atau permukaan zai cair terhadap suatu bidang tertentu. Dalam pembahasan ini telah dilakukan pengujian terhadap total head pada pompa pendingin sekunder, dimana perhitungan head total sendiri merupakan selisih antara discharge head dan suction head.

(20)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 23

Aliran suatu zat cair (misalnya air) melalui suatu penampang saluran. Pada penampang tersebut zat cair mempunyai tekanan statis p (N/m²), kecepatan rata-rata v (m/s) dan ketinggian z (m) diukur dari bidang referensi.

Maka zat cair tersebut pada penampang yang bersangkutan mempunyai Head Total (H) : Z g v p H + ⋅ + = 2 2 γ Dimana : p/γ : Head tekanan v² / 2g : Head kecepatan Z : Head potensial

Ketika head tersebut diatas tidak lain adalah energi mekanik yang dikandung oleh satuan berat (1 kg/m³) zat cair yang mengalir pada penampang yang bersangkutan. Head total tersebut dinyatakan dengan satuan tinggi kolom cairan zat cair dalam meter. Dalam satuan SI, head (H) dinyatakan sebagai energi spesifik Y, yaitu energi mekanik yang dikandung oleh cairan persatuan massa (1kg) zat cair. Satuan Y adalah J/kg, maka energi spesifik tekanan p/ρ, kecepatan v²/2 dan potensial gZ.

Makan persamaan energi spesifik total sebagai berikut :

Z g v p H g Y = ⋅ = + + ⋅ 2 2 ρ

(21)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 24

Dimana, ρ = massa zat cair per satuan volume (kg/m³) 2.6 Hukum Kesebangunan

Jika dua buah pompa sentrifugal yang geometris sebangun satu sama lain, maka kondisi aliran sebangun pula, berlaku hubungan sebagai berikut :

3 2 2 3 1 1 2 1 3 2 2 3 1 1 2 1 3 2 2 3 1 1 2 1 _; _; D n D n P P D n D n H H D n D n Q Q ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = Dimana ; D : Diameter impeller (m) Q : Kapasitas aliran (m³/s) H : Head pompa (m) P : Daya poros pompa (W) n : Putaran pompa (rpm)

Hubungan yang dinyatakan diatas tersebut "Hukum Kesebangunan Pompa". Hukum ini sangat penting untuk menaksir perubahan performansi pompa bila putaran dirubah. Hukum ini juga berguna untuk memperkirakan performansi pompa yang direncanakan apabila pompa tersebut geometris sebangun dengan pompa yang sudah diketahui performansinya.

2.7 Head Total Pompa

Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah air seperti direncanakan, dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa. Seperti pada gambar berikut :

(22)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 25

Gambar 2.16 Head Total Pompa Head total yang dapat ditulis sebagai berikut :

g v h h h H d p a +Δ + + _⋅ = 2 2 1 Dimana :

H : Head total pompa (m) ha : Head statis pompa (m)

Head ini adalah perbedaan tinggi antara muka air sisi keluar dan sisi isap, tanda psitif (+) dipakai apabila muka air di sisi keluar lebih tinggi dari pada sisi isap.

Δhp : Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan

Air (m), Δhp = hp2 - hp1

h1 : Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan, dll

(m), h1 = h1d + h1s

Vd²/2.g : Head kecepatan (m)

(23)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 26

(

2 2

)

1 2 1 s d p a v v g h h h H ⋅ − ⋅ + + Δ + =

Dalam hal pompa menerima energi dari aliran yang masuk ke sisi isapannya, seperti pada pompa penguat (pompa booster), maka head total pompa dapat dihitung dengan rumus berikut :

Dimana :

ha : Perbedaan tinggi antara sembarang (A) di pipa keluar, dan

sembarang titik (B) di titik isap (m) (lihat gambar di bawah). Δhp : Perbedaan head tekanan (A) dan titik (B) (m).

h1 : Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan dan lain-lain, antara

titik (A) dan titik (B) (m).

Vd : Kecepatan aliran rata-rata di titik (A) (m/s).

Vs : Kecepatan aliran rata-rata di titik (B) (m/s).

Gambar 2.17 Head Pompa

Apabila permukaan air berubah-ubah dengan perbedaan besar, Head Statis total harus ditentukan dengan mempertimbangkan karakteristik pompa, besarnya selisih perubahan permukaan air dan dasar yang dipakai untuk menentukan jumlah air yang harus di pompa.

(24)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 27 H g Y = ⋅ γ P x h_p =10

Adapun hubungan antara tekanan dan Head tekanan dapat diperoleh dari rumus berikut :

Dimana,

hp : Head tekanan (m)

P : Tekanan (N/m²)

γ : Berat persatuan volume zat cair yang dipompa (N/m³)

Menurut ISO, energi spesifik Y (J/kg) kadang-kadang dipakai sebagai pengganti sebagai pengganti head H (m). adapun hubungannya adalah sebagai berikut :

Sebagaimana diutarakan sebelumnya, untuk menentukan head total yang harus disediakan pompa, perlu dihitung dahulu head kerugian h1.

2.8 Putaran Spesifik

Putaran spesifik adalah untuk 1 tingkat dimana impeller dapat memindahkan cairan sebanyak 1 m³/s dengan head 1 m atau dapat dituliskan sebagai berikut : ns = ₃_/₄ 2 / 1 H Q n⋅ Dimana :

(25)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 28 C3µ = k .C2µ C2µ µ2 C3 _C 2 a2 a3 ß2 ß3 W2 W3 µ2 C2m= C3m

n : Putaran poros pompa (rpm) Q : kapasitas pompa (m³/s) H : Head total pompa (m)

Putaran spesifik ini menentukan bentuk sudu-sudu yang dipakai sebagai impeller pada pompa sentrifugal. Bentuk sudu-sudu impeller tersebut adalah :

a. ns = 12 – 35 impeller jenis radial b. ns = 35 – 80 impeller Francis

c. ns = 80 – 160 impeller jenis mixed flow d. ns = 160 – 400 impeller jenis propeler 2.9 Segitiga Kecepatan

Untuk setiap titik pada garis aliran, dapat digambarkan segitiga kecepatan. Segitiga kecepatan digunakan untuk mengetahui besaran-besaran kecepatan pada titik tersebut atau sudut yang dibentuk oleh kecepatan-kecepatan tersebut. Hal ini dalam rangka perencanaan dimensi pompa sentrifugal.

Gambar 2.18 Segitiga Kecepatan Dimana :

C3 : Kecepatan absolut air masuk sudu

(26)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 29

U : Kecepatan tangensial

α : Sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan tangensial β : Sudut antara kecepatan relatif dengan kecepatan tangensial W : Kecepatan relatif air

Dalam memilih pompa yang tepat bagi keperluan tertentu, karakteristik pompa seperti diuraikan di atas sangat penting untuk diperhatikan dan dipertimbangkan.

2.10 Performansi

Bentuk pompa pada umumnya tergantung pada ns, jadi dapat dimengerti

bila karakteristiknya juga akan tergantung pada ns. karakteristik sebuah pompa

dapat digambarkan dalam kurva-kurva karakteristik yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros, efisiensi pompa terhadap kapasitas. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan pada putaran yang tetap.

(27)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 30

Dari gambar terlihat bahwa kurva head-kapasitas menjadi curam pada pompa dengan harga ns yang semakin besar. Kurva daya terhadap kapasitas

mempunyai harga minimum bila kapasitas aliran sama dengan nol pada pompa sentrifugal dengan ns kecil. Kurva efisiensi terhadap kapasitas dari pompa

sentrifugal umumnya berbentuk mendekati busur lingkaran. Harga efisiensinya hanya sedikit menurun bila kapasitas berubah menjahui harga optimunnya. Dalam memilih pompa yang tepat bagi keperluan tertentu, karakteristik pompa seperti diuraikan di atas sangat penting untuk diperhatikan dan dipertimbangkan.

2.11 Daya pompa dan Efisiensi

Parameter-parameter lain yang juga perlu diperhatikan dalam kurva karakteristik pompa adalah daya yang diperlukan pompa tingkat efisiensi. Rumusan secara garis besar untuk daya pompa yang diperlukan adalah :

Dimana :

Pp : Daya pompa (kW)

Pw : Daya air

ηp : Efisiensi pompa (berasal dari grafik efisiensi pompa)

Rumusan untuk daya air adalah : Pw = ρ x g x Q x H

Dimana :

ρ : Massa jenis fluida (kg/m³)

P w p P P

η

=

(28)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 31

Q : Kapasitas pompa (m³/detik)

H : Head pompa (m)

g : Percepatan gravitasi (m/s²)

Sedangkan untuk rumusan daya motor penggerak adalah :

Pm = t p P η α) 1 ( + Dimana : Pm : Daya motor (kW) Pp : Daya pompa (kW)

α : Faktor cadangan (tabel faktor cadangan) ηt : Efisiensi transmisi (tabel efisiensi transmisi)

2.12 Kavitasi

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena tekanan berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya atau tekanan sisi isap pompa lebih rendah dari tekanan uap jenuh fluida pada temperatur fluida tersebur. Akibat zat cair mendidih dan akan berbentuk gelembung-gelembung uap zat cair, yang terjadi pada zat cair yang mengalirkan di dalam pompa. Gelembung-gelembung tersebut akan terbentuk terus-menerus dan kemudian pecah,. Sehingga pada dinding saluran disekitar aliran yang berkavitasi akan mengalami kerusakan. Pada pompa bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isap pompa, karena tempat-tempat yang bertekanan rendah dengan fluida yang berkecepatan tinggi sangat rawan terhadap terjadi kavitasi. Kavitasi akan timbul apabila tekanan

(29)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 32

neto sisi isap pompa turun menjadi lebih rendah dari tekanan uap pada temperatur cairnya maka dapat timbul gelembung udara yang menyebabkan kavitasi tersebut.

Akibat-akibat yang dapat ditimbulkan oleh kavitasi antara lain : • Sudu-sudu impeller dapat termakan karena erosi kavitasi. • Menimbulkan suara yang berisik.

• Menimbulkan kejutan-kejuatan dan vibrasi.

• Permukaan dinding akan termakan sehingga berlubang-lubang.

Agar tidak terjadi kavitasi harus diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan.

Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan 2.13 NPSH (Net Positive Suction Head) Yang Tersedia

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki zat cair pada sisi isap pompa (ekivalen dengan tekanan mutlak pada sisi pompa), dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair tersebut. Oleh karena itu besarnya NPSH yang tersedia dapat dibuat dengan persamaan :

hsv = a v hs his g P g P ₋ ₋ ₋ ⋅ ρ. ρ

(30)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 33

Dimana :

hsv : NPSH yang tersedia (m)

Pa : Tekanan atmosfer (N/m³)

Pv : Tekanan uap jenuh pada temperatur yang besangkutan (N/m³)

ρ : Massa jenis fluida (kg/m³) g : Percepatan gravitasi (m/s²) hs : Head isap statis (m)

his : Kerugian head pada posisi isap (m)

Dengan demikian NPSH yang tersedia adalah merupakan tekanan absolut yang masih tersedia atau tersisa pada sisi isap pompa setelah dikurangi dengan tekanan uap air pada suhu yang bersangkutan.

2.14 NPSH Yang Diperlukan

Tekanan terendah di dalam pompa bisanya terletak disuatu titik dekat setelah sisi masuk sudu impeller. Di bagian ini tekanan adalah lebih rendah dari pada tekanan pada bagian sisi isap atau lubang isap pompa. Hal ini dapat disebabkan oleh karena adanya kerugian head di nosel isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat.

Jadi agar tidak terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada lubang isap pompa dikurangi dengan penurunan tekanan di dalam pompa, harus lebih tinggi

(31)

Tugas Akhir

Teknik Mesin 34

dari pada tekanan uap jenuh zat cair. Head tekanan besarnya sama dengan penurunan tekanan ini disebut dengan NPSH yang diperlukan. Agar pompa dapat beroperasi dengan tidak mengalami kavitasi maka NPSH yang tersedia harus lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan.

Jika head total pompa pada titik efisien maksimum dinyatakan sebagai H dan NPSH yang diperlukan untuk titik ini adalah NPSHr, maka didefinisikan sebagai :

NPSHr = σ . H Dimana :

σ : Koefisien kavitasi thoma NPSHr : NPSH yang diperlukan H : Head pompa

2.15 Berbagai Pengaruh Pada NPSH Yang Tersedia

NPSH yang tersedia tergantung pada berbagai faktor, seperti tekanan atmosfer atau tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair tekanan uap air pada temperatur yang bersangkutan dan head isap statis. Adapun besarnya NPSH yang tersedia dapat dihitung dari kondisi instalasi pompa terpasang, dalam hal ini NPSH yang tersedia harus lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan.