BAB III TINJAUAN PUSTAKA A. Pengertian Pompa
Pompa adalah suatu mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat lain melalui media pipa dengan cara memberikan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus-menerus. Pompa beroperasi dengan mengadakan perbedaan tekanan antara bagian masuk ( suction) suction) dengan bagian keluar (discharge (discharge). ). Dengan kata lain pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi energi kecepatan, dimana energi ini digunakan untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran (Sutrisno,1995).
B. Klasifikasi Pompa
Berdasarkan cara pemindahan dan pemberian energi pada cairan pompa dapat diklasifikasi sebagai berikut: a. Pompa Pemindah Positif
Pompa Pemindah Positif Adalah pompa dengan ruangan kerja yang secara periodik berubah-ubah dari besar ke kecil atau sebaliknya selama pompa bekerja. Energi yang diberikan kepada cairan merupakan energi potensial (tekanan), sehingga cairan berpindah dari volume-pervolume. 1. Pompa gerak traslasi / bolak-balik atau pompa Reciprocating pompa Reciprocating . Jenisnya seperti pompa torak, pompa pluyer, dan pompa diaphragma.
25
26
2. Pompa gerak berputar atau pompa Rotary. Jenisnya pompa roda gigi, pompa lobe, pompa vane, pompa ulir.
b. Pompa Pemindah Non Positif
Pompa Pemindah Non Positif Adalah suatu pompa dengan volume ruang yang tidak berubah pada saat pompa bekerja. Energi yang diberikan pada cairan adalah energi kinetis (kecepatan), sehingga cairan berpindah karena adanya perubahan energi kecepatan menjadi energi tekanan didalam rumah pompa. 1. Pompa Sentrifugal ( Impeller ). Jenisnya R adial flow, Mixed Flow, dan Axial Flow. 2. Pompa Jet. Jenisnya turbin- Impeller (Sutrisno,1995).
Gambar 11. Klasifikasi Pompa Sumber: Sutrisno (1995)
27
C. Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal merupakan salah satu jenis dari pompa pemindah non positif yang prinsip kerjanya merubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (tekanan) melalui suatu impelling element (impeler) yang berputar dalam suatu casing (Sutrisno,1995).Secara sederhana pompa ini bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal dimana benda yang berotasi akan menimbulkan gaya ke arah luar (gaya sentrifugal). Besar gaya sentrifugal sangat bergantung pada massa benda, kecepatan putar dan jari-jari lintasan. Kapasitas yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal sebanding dengan putaran, sementara total head (tekanan) yang dihasilkan sebanding dengan pangkat dua dari kecepatan putar (Dzulqornain, 2015).
D. Klasifikasi Pompa sentrifugal
Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan berdasarkan : 1. Kapasitas dan tekanan Discharge Tabel 2. Klasifikasi Berdasarkan Kapasitas dan Tekanan Discharge Tekanan
Kapasitas
Rendah
5 kg/cm2
20 m3/hr
Menengah
> 5 kg/cm2
>20 sd 60 m 3/hr
Tinggi
> 50 kg/cm 2
>60 m3/hr
Sumber: Sutrisno (1995)
28
2. Jumlah atau Susunan I mpeller dan Tingkat ( stage)
a. Single Stage yaitu terdiri dari satu impeller dan satu casing. b. Multi Stage yaitu terdiri dari beberapa impeller yang tesusun seri dalam suatu casing. c. Multi Impeller yaitu terdiri dari beberapa impeller yang berlawanan arah dalam suatu casing. d. Multi Impeller Multi Stage kombinasi antara Multi Impeller dan Multi Stage.
3. Lubang Pemasukan pada I mpeller
a. Single Admission ( suction) yaitu cairan masuk kepompa melewati satu sisi impeller. b. Double Admission ( suction) yaitu cairan masuk kepompa melewati kedua sisi impeller.
4. Rancang Bangun Casing
a. Single Casing yaitu pompa yang terdiri dari satu Casing , dapat Vertical Split atau Horizontal Split . b. Sectional ( Modular ) casing yaitu pompa yang terdiri dari beberapa casing yang tersusun vertical split ,terutama untuk Multi Stage.
5. Posisi Poros I mpeller
a. Poros tegak lurus (Vertical Shaft). b. Poros pompa mendatar (Horizontal Shaft).
29
6. Cara Pemasukan Awal
a. Self Priming Pump yaitu pompa yang dilengkapi dengan vacuum device (tidak perlu dipancing sudah menghisap sendiri). b. Non Priming Pump yaitu perlu dipancing pada saat start.
E. Bagian Utama dan Fungsi Pompa
Gambar 12. Penampang pompa Sumber: Dzulqornain (2012)
1. Casing
Casing merupakan bagian dalam pompa yang berfungsi untuk melindungi komponen yang berada di dalamnya. Casing dapat berfungsi sebagai tempat dudukan inlet nozzle dan outlet nozzle. Selain itu casing ini berfungsi untuk mengarahkan aliran dalam pompa (Sutrisno, 1995). 2. Bearing
Berfungsi untuk mendukung poros dan beban yang ada dan untuk memperkecil gesekan (Sutrisno, 1995).
30
3. Nozzle inlet dan outlet
Berfungsi untuk menghubungkan pompa dengan instalasi pipa suction dan discharge (Sutrisno, 1995). 4. Poros ( Shaft )
Merupakan penghubung antara sumber putaran dengan impeller. Biasanya terbuat dari baja atau stainless steel dengan ukuran yang disesuaikan dimensi impeller. Jika terlalu kecil maka dapat meningkatkan vibrasi, mempercepat umur hidup bearing dan mengurangi umur hidup pompa (Sutrisno, 1995). 5. Stuffing Box
Berfungsi untuk tempat kedudukan
mechanical packing
atau
mechanical seal , dimana poros pompa menembus casing (Sutrisno, 1995). 6. Mechanical Seal
Berfungsi untuk menghindari kebocoran yang terjadi di dalam pompa karena seal ini di tempatkan pada stuffing box pada pompa dimana banyak terdapat celah (Sutrisno, 1995). 7. I mpeller
Impeller merupakan komponen penting dalam pompa yang berfungsi untuk mengonversi energi mekanis dari putaran poros untuk meningkatkan tekanan fluida (Sutrisno, 1995).
31
8. Volute
Berfungsi untuk mengumpulkan fluida hasil keluaran dari impeller dan mengarahkan fluida ke discharge nozzle dimana pada komponen ini akan menyebabkan tekanan dinamik dari impeller diubah menjadi tekanan statis (Sutrisno, 1995).
F. Unjuk Kerja
Unjuk kerja adalah kinerja yang dihasilkan oleh sebuah pompa sentrifugal dalam mengalirkan cairan. Untuk mengetahui unjuk kerja suatu pompa diperlukan data instalasi dan kondisi operasi sehingga dapat menghitung parameter yang terkait dengan unjuk kerja. Secara sederhana sistem perpompaan dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 13. Instalasi Pompa Sumber: Sutrisno (1995)
32
Suatu
instalasi
pompa
secara
ideal
mempunyai
peralatan
perlengkapan sebagai berikut: 1. Unit Pompa dari penggerak. 2. Instalasi pipa hisap ( suction pipe). 3. instalasi pipa tekan (discharge pipe). Secara sederhana dapat ditunjukan seperti gambar 15, dengan keterangan: Zsl
= Static suction lift (tinggi hisap statis) (m).
Zsd
= Dinamic suction Head (tinggi hisap dinamis) (m).
Zd
= Static discharge Head (tinggi tekan statis) (m).
Zt
= Total static Head (tinggi total statis) (m).
Pa
= Tekanan udara luar (1 atm= 1.033 kg/cm2= 10 mka).
Po
= Tekanan dalam bejana tertutup (kg/m2 g).
Ps
= Suction pressure gauge (Tekanan manometer suction) (kg/m2).
Pd
= Discharge pressure gauge (Tekanan manometer discharge).
Y
= Beda tinggi manometer Pd dan Ps (m).
γ
= Berat jenis cairan (kg/m3).
g
= Percepatan Grafitasi bumi (m/s2).
Unjuk kerja pompa sentrifugal berkaitan dengan beberapa parameter yaitu: 1. Kapasitas 2. Head 3. Daya 4. Efisiensi
dan
33
1. Kapasitas
Kapasitas pompa adalah sejumlah volume cairan yang dihasilkan pompa secara kontinyu dalam tiap satuan waktu. Kapasitas yang dihasilkan pompa dapat dihitung berdasarkan instalasi perpipaan pada sisi hisap ( suction) atau sisi tekan (discharge), dengan menggunakan persamaan menurut Sutrisno, 1995 sebagai berikut: Q = As x Vs = Ad x Vd, m 3/det....………………....................................(1) Keterangan : Q
= Kapasitas (m3/det)
As
= Luas penampang pipa suction,
Ds
= Garis tengah bagian pipa suction (m)
Vs
= Kecepatan cairan pada pipa suction (m/det)
Ad
= Luas penampang pipa suction,
Dd
= Garis tengah bagian pipa discharge (m)
Vd
= kecepatan cairan pada pipa discharge (m/det)
m
2
ds
(m2)
2
4
m
2
dd
2
4
(m2)
Sehingga : =
4
2 × =
4
2 × , m3/det ..................................................(2)
atau Vs
4.Q
...............................................................................................(3)
. Ds 4.Q ..............................................................................................(4) 2 . Dd
Vd
2
34
2. Head
Head adalah energi setiap satuan berat dengan unit satuan panjang. Sedang yang dimaksud Head pompa adalah Head total yang merupakan selisih antara Head pada sisi discharge dengan Head pada sisi suction yang terdiri dari:
Head tekanan (P/γ) (m)
Head kecepatan (V2/2g) (m)
Head potensial (Z) (m)
Head rugi-rugi akibat gesekan cairan dengan media sepanjang pengaliran. Head total pompa dinyatakan dalam satuan panjang kolom cairan
dan dapat dihitung berdasarkan instalasi gambar 15 sebagai berikut:
a)Head Suction (Hs)
Besarnya Head pada sisi suction (Hs) dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Hs
Ps γ
Pa Vs 2 Zs hls ,m ............…………….…………(5) 2g γ
Dimana : Hs
= Head Suction (m)
(+)
= Untuk level cairan di atas pompa
(-)
= Untuk level cairan di bawah pompa
hls
= Kerugian head sepanjang sisi suction (m)
Vs
= Kecepatan cairan pada pipa suction (m/dt)
35
g
= Percepatan gravitasi (m/dt2)
γ
= Berat spesifik cairan (kg/m3)
b) H ead Discharge
Besarnya Head pada sisi discharge dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Hd
Pd γ
Pa Vd 2 , m..............................................(6) Zd hld 2g γ
Keterangan: Bila bejana tertutup Pa diganti Po Hd
= Head Discharge (m)
Hld
= Kerugian head sepanjang sisi discharge (m)
Vd
= Kecepatan cairan pada pipa discharge (m/dt)
c) H ead Total (H)
H = (Hd – Hs) , m ...................................................................................(7)
d) Kerugian H ead (Head Loss)
Kerugian Head ( Head loss) dapat dinyatakan dengan rumus: hl hlp hlf , m ....................................................................................(8)
Keterangan: hl
= Kerugian head pada sistem perpipaan (m)
hlp
= Kerugian head pada pipa (m)
hlf
= Kerugian head pada fitting dan valve (m)
36
i) Kerugian Head pada pipa (hlp)
Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa lurus yang dinyatakan dengan rumus: hlp
f
L V2 D 2g
…................................................................................(9)
Dimana : L = Panjang pipa (m) V = Kecepatan rata-rata cairan dalam pipa (m/dt) D = Diameter dalam pipa (m) (lampiran 3) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/dt2) f
= Faktor gesekan pipa (lampiran 5)
Menentukan Faktor gesekan (f) sebagai fungsi dari Angka Reynold (Rn) dan kekasaran relatif (ε).
Menghitung Re (Angka Reynold ) Rn
V D
............................................................................(10)
Keterangan :
ρ
= Density cairan, (gr/cm3)
V
= Kecepatan aliran, (cm/det)
D
= Garis tengah pipa bagian dalam, (cm)
μ
= Viscositas absolut (lampiran 1) (gr/cm.det) (Poise)
Menghitung Kekasaran Relatif ( ε)
Kekasaran relatif pipa dapat ditentukan melalui (lampiran 4), berdasarkan garis tengah nominal pipa (Dn) dan bahan pipa.
37
Berdasarkan Angka Reynold (Rn) dan kekasaran relatif (ε) maka faktor gesekan pipa (f) dapat ditentukan melalui (lampiran 5), sehingga kerugian head pada pipa (hlp) dapat dihitung.
ii) Kerugian H ead pada Fitting (hlf)
Kerugian Head pada Fitting dan Valve (hlf) dapat dihitung dengan menggunakan rumus: hlf
nk
V2 2g
....................…………………………………….........(11)
Keterangan : n = Jumlah fitting/valve untuk diameter yang sama k = Faktor gesekan pada fitting dan valve untuk ukuran dan jenis yang sama (lampiran 6) V = Kecepatan cairan (m/dt) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)
iii) Kerugian Head dengan panjang ekivalen
Secara lebih sederhana kerugian head pada system perpipaan dapat dihitung menggunakan rumus: Le.V 2 hl f D.2 g Keterangan :
Le
..........……………………………….…............(12)
= Panjang pipa ditambah panjang ekivalen fitting dan valve
Untuk ukuran yang sama, (m) Le
= L + Lef
L
= Panjang pipa (m)
38
Lef
= Panjang ekivalen fitting, valve (m)
Makarumus (12) menjadi: hl f
( L Lef ).V 2
.................................................................(13)
D.2 g Pada rancang bangun pompa, head sistem yang diperoleh berdasarkan perhitungan instalasi dapat diekivalensikan dengan head pompa atau head yang diperlukan atau dibangkitkan pompa (Sutrisno,1995).
3. Daya
Daya adalah kerja setiap satuan waktu. Sedangkan daya pompa adalah kerja pompa yg diperlukan untuk memindahkan cairan secara kontinyu setiap satuan waktu. Yang masing-masing dapat dihitung dengan menggunakan persamaan rumus menurut Sutrisno, 1995 sebagai berikut: a) Daya cairan / H ydrolic Horse Power (N) N
Q x H x γ
75
, Hp……...........……….……………………….............(14)
b) Daya Poros/ Brake Horse Power (Np) Np
N
, Hp atau
ηp
Np
QxHxY
75 x ηp
, KW ........................................………..………..........(15)
c) Daya Penggerak (Nd) Np
Np
, PK ………..........................................................................(16)
η trans
Keterangan:
39
Q
= Kapasitas yang dihasilkan (m3/det)
H
= Head sistem (m)
γ
= Berat jenis cairan (kg/m3)
ῃop
= Efisiensi over all pompa
t
= Efisiensitransmisi (0,80-0,98)
75
= Angka konversi, 1 Hp metris= 75 (kg m/det)
d) Aliran Fluida i) Kecepatan Aliran Linier V
Q
.........................................................................................(18)
A Keterangan :
V = Kecepatan aliran laminer (ft/det) Q = Kecepatan aliran volume trik (ft/det) A = Luas Penampang (ft2) ii) Ukuran Pipa dan Fitting
Besar atau kecilnya ukuran pipa dan fitting akan mempengaruhi besar kecilnya tenaga perpompaan. Untuk mendapatkan diameter bagian dalam dari ukuran yang dipakai bisa dilihat dari lampiran.
iii ) Kekasaran Dinding Pipa Bagian Dalam
Tingkat kekasarann relatif pada dinding dalam pipa akan berbeda-beda, untuk pipa tua dan berkarat akan mempunyai tahanan yang besar yang akan menyebabkan penurunan tekanan yang besar. Besar kecilnya kekasaran relatif (E/D) dapat dilihat pada lampiran 4.
40
Kemudian dapat pula dicari faktor gesekan (f) dengan menggunakan grafik lampiran 5. Sedangkan untuk menghitung Friction
Head (hf) dapat
menggunakan persamaan: hf f
L D
V 2 2 g
........................................................................(19)
Keterangan : Hf
= Besarnyafriksi (ft)
F
= Faktorfriksi
L
= Panjang sistem perpipaan (ft)
D
= Diameter dalam pipa (ft)
V
= Kecepatan aliran laminer (ft/sec)
G
= Gravitasi standart (32,17 ft/sec)
