BAB II PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL 2.1 Pendahuluan 2.1.1 Latar Belakang

BAB II

PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL

2.1 Pendahuluan 2.1.1 Latar Belakang

Pompa merupakan mesin konversi energi yang mengubah bentuk energi mekanik poros menjadi energi spesifik (head) fluida yang memiliki wujud air. Energi mekanik pompa yang menunjukkan kemampuan dari suatu pompa mengangkat fluida untuk mencapai ketinggian tertentu adalah berupa head pompa, ditunjukkan oleh besarnya perbedaan antara energi fluida di sisi isap dengan energi fluida di sisi tekan. Energi fluida merupakan jumlah dari energi tekanan,energi kinetik dan energi karena elevasi (ketinggian).

Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan persatuan waktu (debit atau kapasitas pompa) dan head (tinggi energi angkat). Pada umumnya pompa dapat digunakan untuk bermacam-macam keperluan, untuk menaikkan fluida ke sebuah reservoir, untuk mengalirkan fluida dalam proses industry, untuk pengairan, irigasi, dan sebagainya.

Dalam praktikum ini digunakan pompa sentrifugal, karena banyak digunakan dalam kehidupan manusia sehari-hari, terutama pada bidang industri. Secara umum pompa sentrifugal digunakan untuk kepentingan pemindahan fluida dari satu tempat ke tempat yang lain. Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal. Pada industri perkapalan pompa sentrifugal banyak digunakan untuk memperlancar proses kerja di kapal.

2.1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari pengujian pompa sentrifugal ini adalah untuk mendapatkan kurva karakteristik dari :

a. Kapasitas terhadap head dan efisiensi b. Kapasitas terhadap daya

c. Kapasitas terhadap torsi

2.2 Tinjauan Pustaka 2.2.1 Dasar Teori Pompa

2.2.1.1 Pengertian Fluida, Debit dan Head

Fluida didefinisikan sebagai zat atau substansi yang akan mengalami deformasi secara berkesinambungan apabila terkena gaya geser (gaya tangensial) sekecil apapun. Berdasarkan mampu mampatnya fluida dibagi menjadi 2 yaitu compressible fluid dan incompressible fluid. Berdasarkan sifat alirannya fluida dibagi menjadi 3 yaitu aliran laminer, transisi dan turbulen. Berdasarkan hubungan antara laju deformasi dan tegangan gesernya fluida dibagi menjadi 2 yaitu newtonian fluid dan non-newtonian fluid. Berdasarkan gaya yang bekerja pada fluida dan gerakannya, fluida dibagi 2 yaitu fluida statis dan dinamis.

Debit / kapasitas merupakan volum fluida yang dapat dialirkan per satuan waktu. Pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan venturimeter, orifice, pitot tube dan lain-lain. Satuan dari kapasitas (Q) adalah m3_{/s, liter/s, atau ft}3_/s.

Head didefinisikan sebagai energi per satuan berat fluida. Satuan dari head (H) adalah meter atau feet fluida. Di dalam pompa, head diukur dengan cara menghitung beda tekanan total antara pipa isap dan pipa tekan, bila pengukuran dilakukan pada ketinggian yang sama. Menurut persamaan Bernoulli, terdapat tiga macam head dari sistem instalasi aliran, yaitu head kecepatan, head potensial dan head tekanan.

a. Head tekanan

Adalah perbedaan head yang disebabkan perbedaan tekanan statis (head tekanan) fluida pada sisi tekan dan sisi isap. Head tekanan dituliskan dengan rumus sebagai berikut:

P

γ =

P_d

γ −

P_s

γ (18)

P

γ : Head tekanan (m) P_d

γ : Head tekanan fluida pada sisi tekan (m) Ps

γ : Head tekanan fluida pada sisi isap (m)

b. Head kecepatan

Adalah perbedaan antara head kecepatan zat cair pada sisi tekan dengan head kecepatan zat cair pada sisi isap. Head kecepatan dituliskan dengan rumus sebagai berikut:

h_k=Vd

2

2g− Vs

2

2g (19)

Keterangan :

h_k : Head kecepatan (m)

Vd

2

2g : Head kecepatan zat cair pada sisi tekan (m)

Vs

2

2g : Head kecepatan zat cair pada sisi isap (m) c. Head potensial / elevasi

Adalah perbedaan ketinggian antara fluida pada sisi tekan dengan ketinggian fluida pada sisi isap. Head elevasi dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

Z=Z_d−Z_s (20) Keterangan :

Z : Head statis total (m)

Z_d : Head statis pada sisi tekan (m)

Z_s : Head statis pada sisi isap (m)

2.2.1.2 Pengertian Pompa

Pompa adalah jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida melalui pipa dari satu tempat ke tempat lain. Dalam menjalankan fungsinya tersebut, pompa mengubah energi mekanik poros yang menggerakkan sudu-sudu pompa mejadi energi kinetik dan tekanan pada fluida.

Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan per satuan waktu (kapasitas) dan energi angkat (head) dari pompa.

Merupakan volum fluida yang dapat dialirkan persatuan waktu. Dalam pengujian ini pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan venturimeter. Satuan dari kapasitas (Q) yang digunakan dalam pengujian ini adalah m3_/s.

b. Putaran (n)

Yang dimaksud dengan putaran disini adalah putaran poros (impeler) pompa, dinyatakan dalam satuan rpm. Putaran diukur dengan menggunakan tachometer.

c. Torsi (T)

Torsi didapatkan dari pengukuran gaya dengan menggunakandinamometer, kemudian hasilnya dikalikan dengan lengan pengukur momen (L). Satuan dari torsi adalah Nm.

d. Daya (P)

Daya dibagi menjadi dua macam, yaitu daya poros yang merupakan daya dari motor listrik, serta daya air yang dihasilkan oleh pompa. Satuan daya adalah Watt.

e. Efisiensi ( η ₎

Merupakan perbandingan antara daya air yang dihasilkan dari pompa, dengan daya poros dari motor listrik.

2.2.1.3 Pengertian Kavitasi

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Sehingga fluida dapat menguap ketika tekanannya cukup rendah pada temperatur fluida tersebut. Dalam hal ini temperatur fluida lebih besar dari temperatur jenuhnya.

Mekanisme dari kavitasi ini adalah berawal dari kecepatan air yang tinggi sehingga tekanannya rendah dan menyebabkan titik didihnya menurun. Karena fluida mencapai titik didihnya maka menguap dan timbul gelembung-gelembung yang pada kecepatan tinggi akan menabrak bagian sudu.

yang mudah mengalami kavitasi adalah sisi isapnya. Kavitasi akan timbul jika tekanan isapnya terlalu rendah. Kavitasi di dalam pompa dapat mengakibatkan:

a. Suara yang berisik dan getaran dari pompa.

b. Performasi pompa akan menurun secara tiba-tiba, sehingga pompa tidak dapat bekerja dengan baik.

c. Jika pompa dijalankan dalam keadaan kavitasi secara terus menerus dalam jangka lama, maka permukaan dinding akan termakan sehingga menjadi berlubang-lubang. Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagai akibat dari tumbukan gelembung uap yang pecah pada dinding secara terus menerus.

Karena kavitasi mengakibatkan banyak sekali kerugian pada pompa, maka kavitasi perlu dihindari. Adapun cara-cara untuk mencegah kavitasi antara lain:

a) Tekanan gas diperbesar di dalam pipa-pipa dimana fluida yang mengalir dipompakan.

b) Sebuah pompa booster dipasang pada ujung pipa isap.

c) Sebuah axial wheel atau helical wheel dipasang tepat di depan impeler pada poros yang sama. Hal ini dimaksudkan untuk membuat pusaran (whirl) terhadap aliran. Cara ini merupakan pilihan yang paling baik. Akan tetapi, apabila kecepatan putaran (n) dan debitnya (Q) sama dengan kecepatan putaran dan debit dari impeler, maka kavitasi justru akan terjadi pada runner pembantu itu sendiri. Oleh karena itu, dalam pemasangan runner pembantu ini diperlukan pertimbangan yang sungguh-sungguh sebelum pemasangannya.

Macam - macam tipe kavitasi pada pompa sentrifugal berdasarkan penyebabnya yaitu:

1. Suction cavitation (kavitasi pada suction)

Kavitasi jenis ini terjadi akibat kekurangan NPSHA (NPSH aktual). Aturan

umumnya adalah NPSHA minimal harus sama atau lebih besar dari NPSHR (NPSH

yang dibutuhkan) untuk menghindari suction cavitation. Perbedaan yang besar antara NPSHA dengan NPSHR dapat menyebabkan resiko kerusakan pada pompa

terutama pada air yang relatif dingin (kurang dari 150 ºF). 2. Recirculation Cavitation

discharge side dimana bisa terjadi pada saat yang bersamaan ataupun terpisah. Keduanya terjadi akibat fenomena yang sama yaitu aliran balik pada jarak yang berdekatan satu sama lain.

2.2.1.4 Pengertian NPSH

Net Positive Suction Head (NPSH) adalah tekanan awal bernilai positif yang terdapat pada sisi inlet pompa. Seperti diuraikan sebelumnya, bahwa kavitasi akan terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Untuk menghindari kavitasi harus diusahakan agar tidak ada satu bagian dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang memegang peranan. Pertama, tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang. Kedua, tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa.

Oleh karena itu, didefinisikan suatu tekanan kavitasi atau jika dinyatakan dalam satuan Head disebut dengan Net Positive Suction Head (NPSH). Jadi, NPSH dapat dinyatakan sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.

Gambar 2.1 NPSH bila tekanan atmosfer bekerja pada permukan air yang dihisap. Sumber: Sularso (2000:44)

a. NPSH yang Tersedia

cair di tempat tersebut. Pada pompa yang mengisap zat cair dari tempat terbuka dengan tekanan atmosfer pada permukaan zat cair seperti diperlihatkan pada gambar 2.1, maka besarnya NPSH yang tersedia adalah:

h_sv=Pa

γ −

P_v

γ −hs−hl (21)

Keterangan:

h_sv = NPSH yang tersedia (m)

P_a = Tekanan atmosfer (N/m2₎

P_v = Tekanan uap jenuh pada temperatur fluida (N/m2₎

γ = Berat jenis cairan (N/m3₎

h_s = Head isap statis (m)

h_l = Head losses (m)

dengan hs bertanda positif (+) jika pompa terletak di atas permukaan zat cair yang

dihisap dan negatif (-) jika pompa terletak di bawah permukaan zat cair yang dihisap.

Dari persamaan tersebut, dapat dilihat bahwa NPSH yang tersedia merupakan head tekanan absolut yang masih tersisa pada sisi isap pompa setelah dikurangi head tekanan uap, head isap statis dan head loss . Besarnya tergantung pada kondisi luar pompa dimana pompa tersebut dipasang.

Jika zat cair dihisap dari tangki tertutup seperti pada gambar 2.2, maka Pa

menyatakan tekanan absolut yang bekerja pada permukaan zat cair di dalam tangki tertutup tersebut. Jika tekanan di atas permukan zat cair sama dengan tekanan uap jenuhnya, maka Pa = Pv, sehingga :

h_sv=−h_s−h_l (22)

Harga hs adalah negatif (-) karena permukaan zat cair dalam tangki lebih tinggi

daripada sisi isap pompa. Pemasangan pompa semacam ini diperlukan untuk

mendapatkan harga h_sv atau NPSH yang positif (+).

b. NPSH yang Diperlukan

Tekanan terendah di dalam pompa besarnya terdapat di suatu titik didekat (setelah) sisi masuk sudu impeler. Di tempat tersebut, tekanannya lebih rendah daripada tekanan pada sisi isap pompa. Hal ini disebabkan kerugian head di nosel isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu.

Jadi, agar tidak terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada lubang masuk pompa dikurangi penurunan tekanan di dalam pompa, harus lebih tinggi daripada tekanan uap zat cair. Head tekanan yang besarnya sama dengan penurunan tekanan ini disebut NPSH yang diperlukan.Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi persyaratan sebagai berikut :

NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan

Harga dari NPSH yang diperlukan, diperoleh dari pabrik pompa yang bersangkutan.

2.2.1.5 Klasifikasi Pompa

Menurut prinsip kerjanya, pompa diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu:

A. Positive Displacement Pump

menghasilkan head yang tinggi dengan kapasitas rendah. Pompa ini dibagi lagi menjadi:

1. Reciprocating Pump (pompa torak)

Pada pompa ini, tekanan dihasilkan oleh gerak bolak-balik translasi dari elemen-elemennya, dengan perantaran crankshaft, camshaft, dan lain-lainnya. Pompa jenis ini dilengkapi dengan katup masuk dan katup buang yang mengatur aliran fluida keluar atau masuk ruang kerja. Katup-katup ini bekerja secara otomatis dan derajat pembukaannya tergantung pada fluida yang dihasilkan. Tekanan yang dihasilkan sangat tinggi, yaitu lebih dari 10 atm. Kecepatan putar rendah yaitu 250 sampai 500 rpm. Oleh karena itu, dimensinya besar dan sangat berat. Pompa ini banyak dipakai pada pabrik minyak dan industri kimia untuk memompa cairan kental, dan untuk pompa air ketel pada PLTU. Skema pompa torak ditunjukkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Skema pompa torak. Sumber: Karrasik (2008)

Tekanan yang dihasilkan dari pompa ini adalah akibat gerak putar dari elemen-elemennya atau gerak gabungan berputar. Bagian utama dari pompa jenis ini adalah :

 rumah pompa yang stasioner

 rotor, yang di dalamnya terdapat elemen-elemen yang berputar

dalam rumah pompa

Prinsip kerjanya adalah fluida yang masuk ditekan oleh elemen-elemen yang memindahkannya ke sisi buang kemudian menekannya ke pipa tekan. Karena tidak memiliki katup-katup, maka pompa ini dapat bekerja terbalik, sebagai pompa maupun sebagai motor. Pompa ini bekerja pada putaran yang tinggi sampai dengan 5000 rpm atau lebih. Karena keuntungan tersebut, pompa ini banyak dipakai untuk pompa pelumas dan pada hydraulic power transmission. Yang termasuk jenis pompa ini adalah:

a. Gear Pump (Pompa Roda Gigi)

Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya dua buah roda gigi berpasangan yang terletak dalam rumah pompa akan menghisap dan menekan fluida yang dipompakan. Fluida yang mengisi ruang antar gigi ditekan ke sisi buang. Akibat diisinya ruang antar sisi tersebut maka pompa ini dapat beroperasi. Aplikasi dari pompa ini adalah pada sistem pelumasan, karena pompa ini menghasilkan head yang tinggi dan debit yang rendah. Contoh pompa roda gigi terdapat pada gambar 2.4.

b. Pompa Piston

Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya selubung putar menyebabkan piston bergerak sesuai dengan posisi ujung piston di atas piring dakian. Fluida terhisap ke dalam silinder dan ditekan ke saluran buang akibat gerakan naik turun piston. Fungsi dari pompa ini adalah untuk pemenuhan kebutuhan head tingi dan kapasitas rendah. Skema pompa piston ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Skema pompa piston. Sumber: Sutikno (1998:30)

B. Dynamic Pump

Merupakan pompa yang ruang kerjanya tidak berubah selama pompa bekerja. Untuk merubah kenaikan tekanan, tidak harus mengubah volume aliran fluida. Dalam pompa ini terjadi perubahan energi, dari energi mekanik menjadi energi kinetik, kemudian menjadi energi tekanan. Pompa ini memiliki elemen utama sebuah rotor dengan suatu impeler yang berputar dengan kecepatan tinggi. Yang termasuk di dalam jenis pompa ini adalah pompa aksial dan pompa sentrifugal.

1. Pompa Aksial

Gambar 2.6 Pompa aksial Sumber: Kurtz (2005:101)

2. Pompa Sentrifugal

Elemen pokok dari pompa ini adalah sebuah rotor dengan sudu-sudu yang berputar pada kecepatan tinggi. Fluida yang masuk dipercepat oleh impeler yang menaikkan tekanan maupun kecepatannya, dan melempar fluida keluar melalui volute atau rumah siput. Pompa ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan head medium sampai tinggi dengan kapasitas aliran medium. Dalam aplikasinya, pompa sentrifugal banyak digunakan untuk proses pengisian air pada ketel dan pompa rumah tangga. Bagian-bagian dari pompa sentrifugal adalah stuffling box, packing, shaft, shaft sleeve, vane, casing, eye of impeller, impeller, casing wear ring dan discharge nozzle.

Sumber: Dietzel (1980:244)

2.2.2 Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya 2.2.2.1 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan melalui sebuah bidang tegak lurus poros pompa. Konstruksi dari pompa sentrifugal dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.8 Bagian-bagian pompa sentrifugal Sumber: Sularso (2000:75)

Impeler dipasang pada satu ujung poros dan pada ujung yang lain dipasang kopling untuk meneruskan daya dari penggerak. Poros ditumpu oleh dua buah bantalan. Sebuah paking atau perapat dipasang pada bagian rumah yang ditembus poros, untuk mencegah air bocor keluar atau udara masuk dalam pompa.

a. Impeler

dalam rumah siput, kecepatan air secara berangsur-angsur diubah menjadi tekanan statis. Jenis-jenis impeler ditunjukkan pada gambar 2.9. Jenis-jenis impeler yaitu:

• Impeler Tertutup

Disebut sebagai impeler tertutup karena baling-baling pada impeler tetutupi oleh mantel di kedua sisi. Jenis impeler ini banyak digunakan pada pompa air dengan tujuan mengurung air agar tidak berpindah dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan. Impeler jenis ini memiliki kelemahan pada kesulitan yang akan didapat jika terdapat rintangan atau sumbatan.

• Impeler Terbuka dan Semi Terbuka

Dengan kondisinya yang terbuka atau semi terbuka, maka kemungkinan adanya sumbatan pun jauh berkurang. Hal ini memungkinkan adanya pemeriksaan impeler dengan mudah. Namun, jenis impeler ini hanya dapat diatur secara manual untuk mendapatkan setelan terbaik.

• Impeler Pompa Berpusar/Vortex

Pompa yang digunakan untuk memompa bahan-bahan yang lebih padat ataupun berserabut dari fluida cair, impeler vortex dapat menjadi pilihan yang baik. Pompa jenis ini 50% kurang efisien dari rancangan konvensionalnya.

Gambar 2.9 Jenis impeler Sumber: (2015)

b. Rumah Pompa

1. Berfungsi sebagai pengarah fluida yang dilemparkan impeler. Akibat gaya sentrifugal yang menuju sisi tekan, sebagian energi kinetik fluida diubah menjadi tekanan.

2. Menutup impeler pada sisi penghisapan

dan pengiriman pada ujung pompa sehingga berbentuk tangki tekanan.

3. Memberikan media pendukung dan

bantalan poros untuk batang torak dan impeler.

Gambar 2.10 Desain rumah pompa Sumber: Edward (1996:20)

c. Poros Pompa

Sebagai penerus putaran pengerak kepada impeler dan pompa. Poros pompa dibedakan menjadi dua, yaitu :

 Poros pompa datar atau horizontal

 Poros pompa tegak atau vertikal

d. Cincin Penahan Keausan atau Cincin Perapat (Waring Ring)

Untuk mencegah keausan rumah pompa dan impeler pada sambungan yang bergerak (running joint), maka dipasang cincin penahan keausan (waring ring) yang disebut juga cincin rumah pompa atau cincin perapat.

Bantalan yang banyak dipakai pada pompa sentrifugal adalah bantalan anti gesek, selongsong, rol bola, dan bantalan kingsbury. Bantalan anti gesek dapat berupa baris tungal atau ganda. Bantalan rol banyak dipakai untuk poros pompa berukuran besar. Skema bantalan poros ditunjukkan oleh gambar 2.11.

(a) (c)

(b) (d)

Gambar 2.11 Bantalan praktis untuk pompa (a) rol, (b) horizontal, (c) vertikal dan (d) kingsbury

Sumber: Edward (1996:22)

f. Selongsong Poros

Berfungsi utuk mencegah kebocoran udara ke dalam pompa bila beroperasi dengan tinggi isap (suction lift) dan untuk mendistribusikan cairan perapat secara merata di sekeliling ruang cincin (anular space) antara lubang peti dan permukaan selongsong poros. Selongsong poros disebut juga sangkar perapat atau cincin lantern. Skema selongsong poros pompa ditunjukkan oleh gambar 2.12.

Selongsong poros ini menerima cairan yang bertekanan dari pompa atau sumber tersendiri lainnya. Kadang-kadang digunakan minyak gemuk sebagai medium perapat apabila cairan yang bersih tidak tersedia atau tidak dapat dipakai (pompa air kotor).

g. Peti Gasket

Berfungsi untuk mencegah udara bocor ke dalam rumah pompa bila tekanan di dalamnya berada di bawah tekanan atmosfer.

h. Perapat Poros (Perapat Mekanis)

Digunakan untuk mencegah kebocoran di sekeliling poros. Perapat poros ini juga dipakai apabila peti gasket tidak dapat mencegah kebocoran secara maksimal. Permukaan perapat tegak lurus terhadap poros pompa dan biasanya terdiri dari dua bagian yang dihaluskan dan dilumasi. Perapat poros dibedakan menjadi dua, yaitu jenis dalam dan jenis luar. Jenis luar dipakai apabila cairan yang dipompa berpasir dan tidak diinginka adanya kebocoran pada peti gasket. Jenis dalam digunakan untuk cairan yang mudah menguap. Skema perapat mekanis dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Perapat Mekanis Sumber: Edward (1996:24)

2.2.2.2 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

tekanan vakum pada sisi isap pompa, akibatnya fluida terhisap masuk ke dalam impeler. Di dalam impeler, fluida mendapatkan percepatan sedemikian rupa dan terkena gaya sentrifugal, sehingga fluida mengalir keluar dari impeler dengan kecepatan tertentu. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan berubah menjadi energi tekanan di dalam rumah pompa. Besarnya tekanan yang timbul tergantung pada besarnya kecepatan fluida.

2.2.3 Teori dan Persamaan yang Mendukung Percobaan 2.2.3.1 Persamaan Bernoulli

Syarat – syarat berlakunya persamaan Bernoulli adalah: - Aliran steady

- Aliran incompressible

- Aliran tanpa gesekan (inviscid flow)

- Aliran menurut garis arus (sepanjang streamline)

Suatu aliran fluida incompresible yang memiliki tekanan (P), kecepatan (v), dan beda ketinggian (z) mempunyai energi aliran fluida sebesar :

 Persamaan energi :

m. g . z+P .∀+m v

2

2 =c (23)

m. g . z+P .m ρ+

m v2

2 =c (24)

 Persamaan energi spesifik tiap satuan massa:

g . z+P

ρ+ v2

2=c( Nm

kg ) (25)

 Persamaan energi spesifik tiap satuan berat (head):

z+ P

ρg+ v2

2g=c(m) (26)

 Persamaan Bernoulli umumnya ditulis dalam bentuk :

z₁+ P1

ρ⋅g+ v

12

2g=z2+

P₂ ρ⋅g+

v

22

2g ₍₂₇₎

P

ρ

⋅g

_{adalah head tekanan}

v2

2g _{adalah head kecepatan}

Sebagai contoh adalah aliran air di dalam pipa, pada posisi 1 air mempunyai tekanan P1, luas penampang A1, dan kecepatan v1. Perubahan bentuk energi akan terjadi

bila pada posisi 2 penampangnya diperkecil. Dengan demikian, kecepatan air akan naik menjadi v2 dan tekanan P2 akan berkurang. Hal ini dapat terlihat jelas apabila letak pipa

dalam keadaan horizontal (z1=z2).

Jadi, persamaan Bernoulli dapat dinyatakan sebagai berikut:“pada tiap saat dan tiap posisi yang ditinjau dari suatu aliran di dalam pipa tanpa gesekan yang tidak bergerak akan mempunyai jumlah energi ketinggian tempat, tekanan, dan kecepatan yang sama besarnya”.

2.2.3.2 Persamaan Kontinuitas

Disebut juga hukum kekekalan massa, menyatakan bahwa laju perubahan massa

fluida yang terdapat dalam ruang yang ditinjau pada selang waktu t harus sama dengan perbedaan antara jumlah massa yang masuk dan laju massa yang keluar ke dan dari elemen fluida yang ditinjau.

Terdapat aliran fluida pada satu saluran dengan perubahan luas penampang seperti terlihat pada gambar 2.14. Pada fluida tak termampatkan, massa jenis fluida selalu sama di setiap titik yang dilaluinya. Massa fluida yang mengalir dalam pipa dengan luas penampang A1 selama selang waktu tertentu:

ρ=m

V (28)

m=ρV (29)

V1=A1L1=A1v1∆ t (31)

´

m₁=ρ A₁v₁ (32)

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama dengan massa fluida yang keluar, maka:

´

m₁= ´m₂ (33)

ρ A₁v₁=ρ A₂v₂ (34)

A₁v₁=A₂v₂ (35)

Keterangan:

A₁=¿ Luas penampang 1 A₂=¿ Luas penampang 2

v₁=¿ Kecepatan aliran fluida pada penampang 1 v₂=¿ _{Kecepatan aliran fluida pada penampang 2}

Av=¿ Laju aliran volume V/t atau debit

2.2.3.3 Segitiga Kecepatan

Fluida mengalir kedalam pompa dikarenakan terhisap oleh impeler yang berputar. Diasumsikan bahwa aliran fluida yang terjadi adalah aliran dua dimensi, dan bahwa fluida mengikuti sudu-sudu impeler dengan tepat, maka kecepatan masuk dan keluar untuk suatu impeler yang mempunyai sudu-sudu mengarah ke belakang ditunjukkan pada gambar 2.15. u adalah kecepatan keliling suatu titik pada impeler, w adalah kecepatan partikel fluida relatif terhadap impeler, dan c adalah kecepatan absolut fluida (kecepatan relatif suatu titik pada impeler relatif terhadap frame yang diam / tanah). c merupakan hasil penjumlahan secara vektor dari u dan w. Diagram segitiga kecepatan masuk dan keluar impeler dapat dilihat pada gambar 2.15.

Sudut antara c dan u disebut α, sudut antara w dan perpanjangan u disebut β. Sudut β juga merupakan sudut yang dibuat antara garis singgung terhadap sudu impeler dan suatu garis dalam arah gerakan sudu. Umumnya diagram kecepatan fluida pada impeler seperti pada gambar diatas disederhanakan menjadi bentuk segitiga kecepatan seperti pada Gambar 2.16. Kecepatan relatif w dan kecepatan absolut c dapat diuraikan menjadi komponen kecepatan tangensial diberi subscript u (searah u) dan komponen kecepatan meridional dengan subscript m yang dapat dilihat pada gambar 2.16.

Gambar 2.16 Diagram segitiga kecepatan masuk dan keluar Sumber: Church (1986:77)

2.2.3.4 Karakteristik Instalasi Pompa Seri dan Pompa Paralel

a. Pompa Seri

Instalasi pompa yang disusun seri bertujuan untuk memperoleh fluida dengan nilai head tekanan yang sangat tinggi dengan kapasitas fluida yang rendah. Grafik pada gambar 2.17 menunjukkan bahwa head total yang tinggi pada pompa yang tersusun seri diperoleh dengan menjumlahkan head pompa 1 dengan head pompa 2:

Gambar 2.17 Operasi seri dari pompa dengan karakteristik berbeda Sumber: Sularso (2000:95)

b. Pompa Paralel

Instalasi pompa yang disusun paralel bertujuan untuk memperoleh fluida dengan kapasitas yang tinggi namun head tekanan yang diperoleh rendah. Pada gambar 2.18 didapatkan kapasitas (Q) aliran yang tinggi diperoleh dengan cara menjumlahkan kapasitas aliran pompa 1 (Q1) dengan kapasitas aliran pompa 2 (Q2).

Qtotal= Q 1 + Q2 (37)

Gambar 2.18 Operasi paralel dari pompa dengan karakteristik berbeda Sumber: Sularso (2000:94)

2.2.4 Rumus Perhitungan 2.2.4.1 Pompa Tunggal

1. Head (H)

H=Pd−Ps

γ (m) (38) Keterangan:

P_d : Tekanan buang (N/m2₎

P_s : Tekanan buang (N/m2₎

: berat jenis air = water . g (N)

2. Kapasitas (Q)

(39)

Keterangan:

h = beda ketinggian fluida pada manometer (mmHg) Q=0, 189

3. Putaran (n)

Satuan : rpm 4. Torsi (T)

(40) Keterangan:

F = Gaya / beban (N)

L = Panjang lengan momen = 0,179 m 5. Daya (W)

 Daya Poros (W1) :

(41) Keterangan:

k = konstanta brake = 53,35 n = putaran (rpm)

 Daya Air (W2) :

W₂=

(

P_d−P_s

)

.Q(Watt) ₍₄₂₎

6. Efisiensi ( η ₎

(43)

2.2.4.2 Pompa Seri

1. Head

H₁=Pd1−Ps1

γ

H₂=Pd2−Ps2

γ

(44)

2. Kapasitas (Q)

Q=0, 189

1000

√

h (m

3_/s)

Keterangan:

h = beda ketinggian fluida pada manometer (mmHg) 3. Torsi (T)

T

₁

=F

₁

⋅L

(

N

.

m

)

T

₂

=F

₂

⋅L

(

N

.

m)

(45) Keterangan:

F = Gaya / beban (N)

L = Panjang lengan momen = 0,179 m 4. Daya (W)

 Daya Poros (W1) :

T=F⋅L

W₁=F⋅n

k (Watt)

η=W2

W₁×100

H

_Total

=

H

₁

+

H

₂

(

m

)

W_1,1=F₁⋅n1

k (Watt)

W_1,2=F₂⋅n2

k (Watt)

W_1,Total=W_1,1+W_1,2 (Watt)

Keterangan:

k = konstanta brake = 53,35 n = putaran (rpm)

 Daya Air (W2) :

W

_2,1

=(

P

_d1

−

P

_s1

)⋅

Q

(

Watt

)

W

_2,2

=(

P

_d2

−

P

_s2

)⋅

Q

(

Watt

)

W

_2,Total

=

W

_2,1

+

W

_2,2

(

Watt

)

5. Efisiensi ( η _{) :}

η

=

W

2, Total

W

_1,Total

×

100

2.2.4.3 Pompa Paralel

1. Head

H₁=

P_d

1−Ps1

γ (m)

H₂=

P_d

2−Ps2

γ (m)

(46)

2. Kapasitas (Q)

Q=0, 189

1000

√

h (m

3_/s)

Keterangan:

h = beda ketinggian fluida pada manometer (mmHg). 3. Torsi (T)

T

₁

=F

₁

⋅L

(

N

.

m

)

T

₂

=

F

₂

⋅L

(

N

.

m)

T

_Total

=

T

₁

+

T

₂

Keterangan:

F = Gaya / beban (N)

H_Total=H1+H2

L = Panjang lengan momen = 0,179 m 4. Daya (W)

 Daya Poros (W1) :

W_1,1=F₁⋅n1

k (Watt)

W_1,2=F₂⋅n2

k (Watt)

W_1,Total=W_1,1+W_1,2 (Watt)

Keterangan:

k = konstanta brake = 53,35 n = putaran (rpm)

 Daya Air (W2) :

W

_2,1

=(

P

_d

1

−

P

s1

)⋅

Q

2

(

Watt

)

W

_2,2

=(

P

_d

2

−

P

s2

)⋅

Q

2

(

Watt

)

W

_2,Total

=

W

_2,1

+

W

_2,2

(

Watt

)

5. Efisiensi ( η ₎

η

=

W

2,Total

W

_1,Total

×

100

2.3 Pelaksanaan Percobaan 2.3.1 Variabel yang Diamati 2.3.1.1 Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variabel yang dapat ditentukan sendiri dan tidak dipengaruhi variabel lain. Dalam percobaan pompa sentrifugal ini, variabel bebas yang diamati adalah besarnya kecepatan putaran poros dan putaran katup.

2.3.1.2 Variabel Terikat

Variabel terikat adalah variabel yang nilainya dipengaruhi variabel bebas. Variabel terikat dalam percobaan pompa sentrifugal ini antara lain:

a. Besarnya head pompa yang ditentukan dari perbedaan tekanan isap dan tekanan buang.

b. Besarnya daya air dan daya poros dari pompa.

c. Besarnya kapasitas pompa yang ditentukan oleh beda ketinggian fluida pada manometer.

2.3.1.3 Variabel Terkontrol

Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga variabel bebas dan variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang diteliti. Variabel kontrol dalam percobaan pompa sentrifugal ini adalah besarnya kecepatan putaran motor yang dijaga konstan.

2.3.2 Spesifikasi Peralatan yang Digunakan

Dalam pengujian pompa sentrifugal ini, digunakan perangkat pompa sentrifugal dengan spesifikasi sebagai berikut :

Equipment : Two Stage Centrifugal Pump

Serial No. : TE 83/5806

Date : 8 Maret 1982

Suplied to : Karl Klub KG (for Indonesia) Electrical Supply : 220 Volt, 1 Phase, 50 Hz

1st _{Stage 2}nd _Stage

Driving motor type Neco Shunt Neco Shunt

Serial no. C 166415.C C 166415.B

Speed Variable 0 to 3000

rev/min

Variable 0 to 3000 rev/min

Power 0,75 KW (1 HP) 0,75 KW (1 HP)

Electrical control type

Neco electrical 2AF ISO

Neco electrical 2AF ISO

Pump type Stuart no 25/2 Stuart no 25/2

Max head 13 m 13 m

Max flow 130 L/minute 130 L/minute

Power Constant :

Watts=

Newton

×rev

/min

53

,

35

Tachometer : Compand Type M 48, No. 62637 Venturi

Calibration :

v

=

0,2

√

h

Literature : Winning Diagram 41109

Gambar 2.19 Skema Instalasi Pompa

Sumber: Buku Panduan Praktikum Mesin-Mesin Fluida FT-UB

Instalasi percobaan ini terdiri dari 2 pompa sentrifugal, yaitu pompa I (P1) dan

pompa II (P2) yang masing-masing digerakkan oleh sebuah motor listrik (M) yang

dihubungkan dengan neraca pegas. Sebuah panel pengaturan dan alat ukur (manometer raksa dan manometer bourdon). Jaringan pipa dilengkapi dengan dua katup isap yaitu katup pompa I (A) dan katup pompa II (B). Instalasi percobaan juga dilengkapi dengan sebuah katup pengatur aliran tunggal, seri dan paralel (C), sebuah katup pengatur keluaran (D) dan sebuah venturi (V).

2.3.4 Langkah Percobaan

1. Periksa kedudukan alat ukur agar tidak menyimpang. 2. Pastikan tangki terisi air.

3. Pastikan dinamometer dalam keadan setimbang.

4. Katup A dibuka, katup B ditutup (pengujian pompa tunggal). 5. Pompa I dihidupkan .

6. Besar putaran dilihat pada tachometer digital, jaga putaran tetap konstan. 7. Dalam keadan katup buang tertutup, catat data pada alat ukur.

8. Ulangi langkah 7 dengan memutar katup buang 180o_{, tiap pengambilan data.}

Lakukan hingga terbuka penuh.

9. Untuk mengakhiri pengujian, putar perlahan pengatur kecepatan agar kecepatan melambat. Katup buang ditutup kembali, matikan mesin.

10. Pada pengujian pompa seri, katup C diputar 180o _{sehingga keluaran dari}

pompa I masuk ke sisi isap pompaII. Pompa I dan pompa II dihidupkan. Lakukan langkah 7 - 9 untuk proses pengambilan data.

11. Pada pengujian pompa paralel, katup C diubah kedudukannya 180o _(seperti

kedudukan awal). Katup B dibuka, pompa I dan pompa II dinyalakan, Langkah 7 -9 diulangi lagi untuk proses pengambilan data pengujian pompa paralel.