N BAHAN AJAR MATA KULIAH MESIN FLUIDA - 2 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN TAHUN 2010
Issued Date : 20 November 2008
1
Pompa Pengelompokan Dewasa ini terdapat berbagai jenis pompa, dimana dua berikut ini adalah yang paling umum yaitu: - Pompa Torak - Pompa Sentrifugal 1.Pompa Torak Mekanisme torak terdiri dan sebuah torak atau pemindah (displacer) yang bergerak di dalam silinder. Cairan masuk atau keluar melalui katup yang disediakan. Dengan memakai batang penghubung dan poros engkol diberikan gerakan bolak balik pada piston. Pompa Isap Pompa isap (gambar 34) digunakan hanya untuk menaikkan air sampai permukaan silinder. Pada Iangkah isap torak menjadikan hampa sebagian di dalam silinder dan tekanan atmosfir mendorong cairan dalam bak penampung ke dalam silinder. Secara teoritik, daya angkat tidak dapat melampaui tinggi angkat cairan yang sebanding dengan tekanan atmosfir yaitu 10,4 mka. Bila tekanan air turun di bawah tekanan uap, maka air akan menguap di dalam silinder dan pompa berhenti berfungsi. Dalam keadaan operasi lazimnya daya angkat yang tersedia dibatasi di sekitar 0,8 m pada temperatur kamar.
2
Gambar 34 Pompa Tekan Pompa tekan (gambar 35) adalah sama dengan pompa isap tetapi pada langkah tekan cairan ditekan kedalam sebuah pipa hantar dan dapat di naikkan hingga suatu ketinggian diatas pompa. Pembatasan-pembatasan yang sama dalam daya angkat dari bak air menuju silinder pompa juga beriaku seperti halnya pompa isap. Pompa kerja tunggal memberikan satu kali pengaliran untuk tiap putaran poros engkol dari setiap silinder (gambar 35).
3
Pompa Kerja Ganda Pompa kerja ganda (gambar 36) memberikan dua kali pengaliran untuk tiap putaran poros engkol dari setiap silinder.
Gambar 36 Pompa Bersilinder Ganda Pompa bersilinder ganda mempunyai dua atau Iebih silinder. Tiga silinder umum digunakan dengan tiga poros engkol yang disusun dengan beda sudut 120° memberikan aliran yang Iebih konstan. Koefisien Pengeluaran Jika A adalah luas torak, L adalah panjang langkah, n adalah kecepatan putar dari poros engkol dalam putaran/detik dan w adalah berat spesifik cairan, sehingga berat keluaran teoritik per detik = w.A.L.n. Jika W adalah berat keluaran sebenarnya per detik, maka
Koefisien pengeluaran =
W w. A.L.N 4
Dan umumnya kurang dari satu yang dikarenakan kebocoran. Kemungkinan lain dalam menyatakan prestasi volumetrik adalah:
Presentasi slip =
volume langkah − vol keluaran x 100 Volume langkah
Jika tinggi angkat hantar adalah rendah dan terdapat pipa isap yang panjang, maka inersia fluida dapat mengakibatkan katup hantar terbuka dengan mudah sehingga cairan mengalir lurus ke dalam silinder memberikan volume keluaran yang lebih besar dari volume langkah. Dengan demikian koefisien keluaran lebih dari satu dan slip yang negatip. Pemisahan (Separasi) Pemisahan (separasi) terjadi jika tekanan pada permukaan torak sama dengan tekanan uap, dalam keadaan ini cairan dipisahkan dari permukaan torak oleh uap. Gambar 37 menunjukkan diagram tekanan volume teoritik dalam silinder dari sebuah pompa torak yang tidak dilengkapi dengan bejana udara. Diperlihatkan dengan jelas pengaruh dari percepatan dan gesekan pada pipa isap dan pipa hantar. Kondisi-kondisi tersebut memungkinkan terjadinya keadaan pemisahan. Contoh Soal 14 Berikut dapat memberikan gambaran bagi sebuah pompa torak yang tidak dilengkapi dengan bejana udara:
5
Panjang langkah = 0,3 m; diameter pipa isap = 75 mm; panjang pipa isap = 6 m; tinggi angkat isap = 3 m. Tekanan atmosfir ekivalen dengan 10,2 m kolom air dan dapat dianggap separasi akan terjadi jika tekanan tinggi angkat absolut di dalam silinder berada dalam keadaan 2,4 m kolom air. Dengan menganggap f = 0,06
dan A/as= 5. Jika pemisahan dapat dihindarkan, Tentukan putaran
maksimum dimana pompa dapat bekerja. Pemecahan Jika Hs = tinggi angkat isap (gambar 37a) dan Hd = tinggi angkat hantar dan pengaruh hidrolik jaringan pipa diabaikan, maka diagram tekanan volume atau diagram indikator adalah seperti ditunjukkan dalam gambar 37(a). Selama langkah isap, tekanan adalah konstan sebesar Hs dan sebesar Hd selama langkah tekanan.
6
7
Gambar 37 (c) Luas abcd
= kerja yang dilakukan pada Iangkah isap.
Luas cdef
= kerja yang dilakukan pada Iangkah tekan.
Pengaruh hidrolik dari pipa isap dan hantar akan mengubah diagram tersebut yaitu melalui ; a. Pengaruh percepatan dan perlambatan aliran di dalam pipa. b. Rugi-rugi gesekan dalam pipa. Untuk pompa bersilinder satu dan kerja tunggal, pengaruh-pengaruh di atas dapat di hitung sampai berikut: A). Aliran pada pipa isap berfluktuasi dari nol pada awal Iangkah isap ke maksimum pada pertengahan Iangkah dan kembali ke nol pada akhir Iangkah. 8
Tinggi angkat sisi isap (Has) diperlukan untuk percepatan aliran pada awal Iangkah dan sama, tinggi angkat sebaliknya diperluakan untuk mengalirkan sampai berhenti pada akhir Iangkah. Sama pertama Iangkah pengeluaran akan terjadi tinggi angkat percepatan Had pada pipa pengeluaran. Dengan mengasumsikan perpindahan harmonik dari piston, dari gambar 38.
Gambar 38. Gerak harmonik sederhana ω adalah kecepatan angular dan engkol dan 0 adalah perpindahan engkol tersebut dad titik mati, 0 = ω t dan Perpindahan torak = x = r — r cos 0 = r (1- cos ω t)
Kecepatan Torak
V=
dx dt
= ω r sin ω t Untuk pipa tersebut (isap dan keluaran) dengan luas penampang a, percepatan aliran dalam pipa aa,
9
A A 2 aa =dv/dt ( V ) = ω r cos θ a a =
A 2 ω r cos θ a
Massa cairan dalam pipa = ρ a L Jika Ha adalah tinggi angkat percepatan yang menimbulkan percepatan tersebut. Gaya yang terjadi pada Fa = ρ g Ha a => P.a Dan jika gaya = massa x percepatan ρ g Ha a = ρ a L x Ha =
A 2 ω r cos θ a
L A L A 2 . .ω r cos θ => utk sisi hisap Has = s . .ω 2 r cos θ g as g a
Perpindahan dari torak bergantung pada cos θ juga, dengan demikian jika Ha digambarkan ke dalam diagram indikator akan memberikan suatu garis lurus seperti gambar 37(b). Untuk langkah isap: 0
- Pada permulaan langkah θ = 0 dan Has =
l s .A.ω 2 .r g as
- Pada pertengahan langkah θ = 900 dan Has = 0 l s .A.ω 2 .r - Pada akhir langkah θ = 180 dan Has = − g as 0
Besaran-besaran di atas bila dicantumkan dalam diagram indikator akan memberikan
kondisi
seperti
ditunjukkan
dalam
gambar
37(b).
Adanya
percepatan pada permulaan langkah memerlukan kenaikan tinggi angkat isap yang diperlukan dari ab ke ab' dan penurunan dari dc ke dc' pada akhir langkah. Penambahan tinggi angkat isap yang diperlukan menjadi ab' memperbesar 10
kecenderungan terjadinya pemisahan dan karena Ha bergantung pada ω akan terdapat putaran maksimum dimana bila dilampaui maka pemisahan atau separasi akan terjadi. Demikian pula pada langkah tekanan sebesar tekanan. Had
l d .A.ω 2 .r =g ad
pada permulaan langkah dan pengurangan pada akhir
langkah tekan b). Kerugian tinggi angkat di dalam pipa (isap dan hantar) pada setiap langkah bergantung di kecepatan v, yang dapat dihitung dari persamaan yaitu,
4.f .l.v 2 4f l A Hf = = ω r sin θ d2g 2gd a
2
Dapat dilihat bahwa pengaruh gesekan memberikan koreksi fungsi parabolik pada diagram indikator dan ini ditunjukkan dalam gambar 37 (c). Untuk langkah isap, - Pada permulaan dan akhir langkah sin θ = 0 dan Hfs = 0 - Pada pertengahan langkah 4. f .l s A x ω r θ = 90 dan Hfs = 2 g d s as
2
0
Demikian pula selama langkah tekan, kerugian maksimum terjadi pada pertengahan langkah dimana 4.f .l d A x ω r Hfd = 2 g dd ad
2
11
Dengan memperhitungkan geometri parabola dan kemudian jika Ŵg adalah berat persatuan waktu maka kerja yang dilakukan untuk melawan friksi adalah,
2 4 f .ls - Pada langkah isap 3 2 g ds
2
A ω r x Ŵg as
2 4 f .l d - Pada langkah tekan 3 2 g. d d
2
A ω r x Ŵg ad
Jadi kerja total kerja yang dilakukan oleh pompa = Ŵg (Hs + Hd +
2 2 H fs + H 3 3
fd
)
Pemisahan/separasi akan terjadi pada permulaan langkah isap jika tinggi angkat di dalam silinder kurang dari 2,4 m kolom air absolut. Besamya tinggi angkat di dalam silinder = Hat – Hs – Has – Hfs H = Hat – Hs -
l s .A 2 ω r=0 g.a s
Bila Hat
A = 10,2 m, Hs = 3 m, Has = 0 H = 2,4 m, ls = 6 m , = as
2
25 125 = 9 25
= ½ langkah = 0,15 m 6 25 2 2,4 = 10,2 – 3 – 0 - x x ω x 0,15 9 9 ω2 = 18,8 ω = 4,33 rad/dtk Diperoleh putaran maksimum =
ω x 60 = 41,4 putaran/ menit 2π
Contoh soal 15. Terangkan alasan untuk pemasangan bejana udara yang besar pada pipa isap dan pipa hantar dari pompa torak sedekat mungkin dengan silinder. Sebuah pompa torak yang bekerja dengan gerak harmonik sederhana 12
menggunakan bejana udara yang besar dekat dengan silinder pompa pada pipa isap dan pipa hantar. Tunjukkan dengan bertitik tolak dari prinsip pertama bahwa pada kasus pompa kerja tunggal, perbandingan dengan tanpa bejana udara, adalah (3/(2π2)). Anggap bahawa koefisien friksi tidak bervariasi terhadap kecepatan. Penyelesaian: Kegunaan pemasangan bejana udara yang besar dekat dengan silinder adalah untuk menghaluskan aliran di dalam pipa isap dan pipa hantar, dengan demikian aliran di dalam kedua pipa tersebut baik selama langkah isap maupun langkah tekan relatif konstan selama langkah tekan katup isap bertutup, aliran dalam pipa isap akan mengalir ke dalam bejana udara (ruang hampa) pada pipa isap gambar 39. Sedangkan selama langkah isap aliran di dalam pipa hantar dipertahankan melalui pelepasan cairan karena tekanannya berada di bawah tekanan udara dalam bejana pada sisi tekan yang menerima sebagian cairan dari silinder pada langkah tekan. Umumnya jika dipasang bejana udara yang cukup besar, kecepatan aliran pada pipa dapat di anggap konstan. Kecapatan pada pipa isap =
Q as
13
Kecepatan pada pipa isap =
Q as
Dimana Q = debit, as = luas pipa isap, ad = luas pipa pengeluaran. Karena kecepatan fluida konstan maka di dalam pipa tidak akan timbul tinggi angkat akibat percepatan kecuali untuk jarak yang pendek antara bejana udara dan silinder. Hal ini akan mengurangi resiko terjadinya pemisahan/separasi dan memungkinkan pompa untuk beropeasi pada putaran yang Iebih tinggi dan debit yang lebih besar. Karena debit menjadi kontinu, maka kecepatan di dalam pipa dapat dikurangi, dengan demikian kerugian tinggi angkat berkurang. Untuk pompa kerja tunggal: Tanpa bejana udara. Dari contoh dengan menganggap gerakan harmonik sederhana, kecepatan aliran di dalam pipa adalah v = A/a ω r sin θ dan kerugian tinggi angkat 2
4f l A maksimum akibat gesekan H fs = ω r dan karena bagian gesekan pada 2gd a 14
diagram indikator adalah suatu parabola (gambar 37 c), maka kerja yang
dilakukan untuk melawan gesekan persatuan berat =
2 4 f .l A x ω r 3 2gd a
2
- Dengan pemasangan bejana udara. Debit = luas torak x panjang langkah x putaran/detik
ω 2π
Q= 2r. An = 2r.A.
Kecepatan aliran di dalam pipa =
Q adalah konstan a
4 f .l A Kerugian tinggi angkat yang tetap pada gesekan = ω r 2.g d a
2
= kerja yang dilakukan untuk melawan gesekan per satuan berat. Kerja yang dilakukan untuk melawan friksi tanpa bejana udara memberikan 2
1 = π = 3 /( 2π 2 ) 2/3
Contoh soal 16. Sebuah pompa torak kerja ganda dengan diameter 175 mm dengan panjang langkah 350 mm mengisap air dari sebuah sumber yang berada 3 m di bawah pompa dan mengalirkannya ke suatu ketinggian 46 m di atas pompa. Diameter pipa isap dan tekan adalah 100 mm dengan panjang masing-masing adalah 6 m dan 75 m. Anggaplah torak pompa mempunyai gerakan harmonik sederhana dan membuat 40 langkah ganda per menit. Pompa dilengkapi dengan bejana udara yang cukup besar pada kedua sisi pompa. Bejana udara pada sisi isap 15
terletak 1,5 m dari silinder, sedangkan pada sisi tekan terletak 4,5 dari silinder. Koefisien friksi pipa adalah 0,008. Tentukan perbedaan tekanan diantara dua sisi piston pada permulaan langkah. Penyelesian: Pada permulaan langkah, tekanan pada salah satu sisi torak adalah maksimum dan pada sisi yang lain minimum, masing-masing terdiri dari tinggi angkat percepatan untuk panjang pipa di antara bejana udara dan silinder + tinggi angkat kecepatan. Jika pompa membuat 40 langkah ganda per menit, karena pompa dari jenis kerja ganda, maka. Debit Q = luas x panjang langkah x 2 x putaran/detik = ¼ π x 0,1752 x 0,35 x 2 x
40 60
= 11,22.10 -3 m/dtk Luas pipa isap as = luas pipa hantar ad = ¼ π x 0,12 = 7,85 . 10-3 m2 Kecepatan di dalam pipa vs = vd → ds = dd
16
17
Soal Latihan 1. Suatu pompa torak kerja ganda memiliki diameter silinder 15 cm dan langkah 30 cm digunakan menaikkan air dengan ketinggian total 30 m. Tentukan daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pompa tersebut, jika putaran poros engkol 60 rpm (Jawab : 4,23 hp) 2. Suatu pompa torak kerja tunggal memiliki diameter piston 200 mm dan langkah 300 mm, dipasang 4 m di atas permukaan level sumber air. Diameter pipa hisap 75 mm dengan panjang 5 m. Jika separasi terjadi pada 2,4 mka tentukan putaran maksimum agar pompa beroperasi tanpa separasi, barometer menunjukkan pembacaan 10,4 mka (Jawab : 25,8 rpm) 3. Suatu pompa torak kerja tunggal memiliki diameter piston 80 mm dan langkah 30 cm. Head hisap 3 m dan panjang pipa hisap 6 m. Jika separasi terjadi pada 2,5 mka, tentukan putaran maksimum agar pompa beroperasi tanpa separasi, barometer menunjukkan pembacaan 10,3 mka (Jawab : 58,6 rpm) (ds) 4. Suatu pompa torak kerja tunggal digunakan memompakan minyak pelumas dengan berat spesifik 0,8; memiliki diameter piston 15 cm dan langkah 22 cm dipasang 2 m di atas permukaan level sumber minyak pelumas. Diameter pipa hisap 10 cm dan panjang 8 m. Tentukan putaran maksimum agar pompa beroperasi tanpa separasi, separasi terjadi pada tekanan 0,2 kg/cm2 (Jawab : 19,1 rpm)
18
Pompa Sentrifugal Sebuah pompa sentrifugal pada dasamya terdiri dari sebuah runner atau impeller yang membawa sudu-sudu berputar di dalam rumah pompa seperti ditunjukka dalam gambar 40. Cairan memasuki pompa melalui sumbu putar impeller. Di dalam impeller dengan kecepatan dan tekanannya bertambah. Kerja dibutuhkan untuk melakukan hal tersebut.
a.
Volute casing
b. Vortex casing
c. Volute casing with guide
Gambar 40 Pada rumah pompa sebagian energi kinetik fluida diubah menjadi energi tekanan sebelum masuk ke dalam pipa hantar. Gambar 40 (a) menunjukkan sebuah rumah siput dimana luas penampang membesar ke arah sisi tekan agar dapat menurunkan kecepatan cairan dan menaikkan tekanan yang dibutuhkan untuk mengatasi tinggi angkat hantar. Rumah pompa jenis ini mempunyai efisiensi yang rendah karena adanya kerugian energi yang besar akibat aliran pusaran. Gambar 40 (b) menunjukkan sebuah pompa dengan ruangan vortex atau ruangan pusaran air dimana pada hakekatnya adalah merupakan gabungan sebuah ruang melingkar dan sebuah lengkung spiral. Ruangan jenis ini 19
mempuyai efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan jenis pertama. Efisiensi yang lebih tinggi masih dapat dicapai yaitu dengan menggunakan difusor yang terdiri dari sudu-sudu pengarah yang diam seperti ditunjukkan dalam gambar 40 (c). Pompa jenis ini dikenal sebagai pompa turbin karena serupa dengan turbin yang bekerja dalam arah kebalikan dan memang dapat dipergunakan sebagai turbin yang bekerja dalam arah kebalikan dan memang dipergunakan sebagai turbin.
Gambar 41 Menunjukkan sebuah instalasi pompa dengan pipa isap dan pipa hantarnya. Hs = tinggi angkat hisap Hd = tinggi angkat hantar H = tinggi angkat statik H = Hs + Hd Kerugian tinggi angkat akan terjadi pada jaringan pipa akibat gesekan disamping itu pada sambungan berupa
20
Hfs = Kerugian tinggi angkat pada pipa hisap Hfd = kerugian tinggi angkat pada pipa hantar Jika Vs dan Vd adalah kecepatan pada pipa hisap dan pipa hantar, Vs2 = tinggi angkat akibat kecepatan pada pipa hisap 2g
Vd2 = tinggi angkat akibat kecepatan pada pipa hantar 2g
Tinggi angkat efektif He yang harus disediakan pompa harus sama dengan tinggi angkat total (hisap dan hantar) ditambah kerugian akibat gesekan dan energi kinetik fluida pada sisi tekan: Vd2 He = Hs + Hd + Hfs + Hfd + 2g
Jika manometer atau pengukur tekanan diletakkan pada ketinggian yang sama pada sisi masuk dan sisi keluar pompa, Tinggi angkat hisap manometrik,
Hms=Hs+Hfs+
Vs2 2g
Tinggi angkat hantar manometrik, Vd2 Vs2 − Hmd = Hd+Hfd+ 2g 2g
Tinggi angkat manometrik total Hm
= Hms + Hmd 21
Vd2 = Hs + Hd + Hfs + Hfd + 2g = Kenaikan tingi angkat pompa secara keseluruhan Efisiensi-efisiensi Untuk sebuah instalasi pompa dengan pipa hisap dan pipa hantaranya, jika W adalah berat debit yang dikeluakan per detik Ha adalah tinggi angkat fluida, maka
Efisiensi keseluruhan =
kerja yang digunakan untuk memindahka n energi yang dimasukkan ke poros pompa
Efisiensi manometrik =
tinggi angkat keseluruha n yang dilayani pompa energi per satuan berat yang diberikan ke fluida oleh impeler
= Efisiensi mekanik =
Hm U 1 .Vw1 / g
energi per satuan berat yang diberikan ke fluida oleh impeler energi mekanik per satuan berat yang diberikan ke poros
Contoh soal 17. Sebuah pompa sentrifugal mempunyai sebuah impeler dengan radius luar r1 dan radius dalam r dengan kecepatan keliling U1 dan U. Jika aliran masuk impeller secara radial, kerja persatuan berat fluida yang diperlukan oleh impeler dapat dinyatakan dalam besaran-besaran pada sisi keluar yaitu Vw1 dan kecepatan keliling U1. Diameter luar dari impeler sebuah pompa adalah 1,2 m dan kecepatan keliling adalah 9 meter/detik. Air masuk secara radial dari impeler dengan komponen radial dari kecepatan di sisi ke luar adalah 1,5 m/detik. Sudu-sudu dilengkungkan ke arah belakang pada sisi keluar dan membentuk sudut 30 ° terhadap keliling. Jika debit pompa adalah 3,4 m3/mnt, tentukan momen putar yang akan terjadi pada poros?
22
Penyelesaian: Pada gambar 42 ditunjukkan segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar dari sebuah sudu impeler. Untuk menghindari kejutan pada sudu maka kecepatan relatif pada sisi masuk diusahakan mempunyai arah tangensial terhadap sudu. Kondisi ini tidak akan ada untuk semua harga kecepatan putar dan debit yang dikeluarkan. Pada sisi keluar kecepatan relatif juga dalam arah tangensial terhadap sudut. Kecepatan absolut V1 pada sisi keluar didapatkan dari penjumlahan vektorial Vr1 dan U1. Seringkali kondisi tersebut sesuai dengan anggapan diatas mengenai komponen-komponen arah radial dengan tangensial Vf1, dan Vw1. Catatan : Bahwa harga – harga yang sering diberikan untuk sudut adalah (1800 - α ) dan (1800 - β ) Debit yang dikeluarkan = luas keliling x kecepatan radial Q = 2π r b Vf = 2π r1 b1 Vf1
Gambar 42
23
Jika ω = kecepatan sudut dari impeler, U= ω.r dan U1= ω.r1 Segitiga kecepatan pada sisi keluar
Vw1 =U1 – Vr1 cos Φ = V1 cos α Pada saat melewati impeler kemponen tangensial dari kecepatan absolut fluida akan berubah yang akan mengakibatkan suatu perubahan pada momen momentum : Torsi pada impeler T = laju perubahan momen-momentum. Dengan menganggap bahwa V adalah radial dan kecepatan tangensial pada sisi masuk adalah nol, untuk satuan massa fluida. V = Vf → Vw = 0 sehingga momen momentum Vw r = 0 Momen momentum pada sisi masuk = 0 Perubahan momen momentun = Vw1. r1 Massa yang mengalir per detik Torsi pada impeler :
= ρ Q , dimana ρ= massa jenis T = ρ Q.Vw1.r1
Kerja yang dihasilkan per detik W = torsi x kecepatan sudut = ρ Q.Vw1.r1 ω = ρ Q.Vw1.U1 Berat yang mengalir per detik
=ρQg
Kerja yang dilakukan persatuan berat =
Vw1 U1 g
Momen Torsi pada poros T = ρ Q.Vw1.r1 Vf1 = 1,5 m/dtk 24
Vr1 = Vf1 / sin Φ = 1,5 / 0,5
= 3 m/dtk
Vr1 cos Φ = 3 cos 300 = 2,6 m/dtk Vw1 = U1 – Vr1 cos Φ = 9 – 2,6 = 6,4 m/dtk Jika ρ = 1000 kg/m3, Q = 3,4/60 m3/dtk , r1 = 0,6 m Maka torsi pada poros
T = ρ.Q.Vw1.r1 = 1000 x 3,4/60 x 6,4 x 0,6 = 217,6 Nm
Kerja yang dilakukan persatuan berat
= Vw1.U1/g = 6,4 x 9/9,81 = 5,87 m
Contoh soal 18. Jika tinggi angkat statik untuk pompa adalah h meter, kecepatan putar N rpm dan diameter luar impeler d meter, dapat ditunjukkan bahwa kecepatan putar pompa pada saat start dan tidak terjadi aliran adalah: N = 83,5 h/D Penyelesaian: Pada kondisi tidak mengalir, gaya akibat aliran vortex terbentuk oleh impeler. Pemompaan dapat dimulai jika perbedaan tekanan dari pusat vortex dengan bagian luar dari vortex adalah sama dengan tinggi angkat statik. Pada saat tidak terjadi aliran berarti Vf =0 dengan demikian U1 = V1 U12 = h dimana U1 = kecepatan keliling sehingga: 2g U1 =
2gh tetapi juga U1 =
πdN = 60 N=
πdN oleh karena itu 60
2gh 60 2 g h πd
= 83,5
h d 25
Untuk contoh soal di atas, sebuah pompa mengalirkan air sebanyak 1,27 3
m per menit pada putaran 1200 rpm. Diameter impeler adalah 350 mm dan lebar sudu pada sisi luar 12,7 mm. Perbedaan tekanan diantara flens pada sisi masuk dan flens pada sisi keluar adalah 272 kN/m2 Bila efisiensi manometrik adalah 63%. Tentukan sudu-sudu impeler pada sisi keluar. Untuk kondisi ini segitiga kecepatan pada sisi luar adalah seperti ditunjukkan dalam gambar 42. Sudut sudu pada sisi keluar dapat dihitung dari tan Φ =
vf1 U 1 - v w1
kecepatan keliling U1 = kecepatan aliran Vf1 =
π D1 N π x 0,35 x 1200 = = 22 m/dtk 60 60
Q 1,27 / 60 = = 1,52 m / dtk π D1 b1 π x 0,35 x 0,0127
Karena efisiensi manometrik dan kenaikan tekanan melalui pompa diketahui, kerja yang dihasilkan per satuan berat dapat dihitung melalui perhitungan kerja persatuan berat W di atas (lihat contoh soal 17) Kerja yang dihasilkan persatuan berat = =
U 1 Vw1 =W g
kenaikan tinggi angkat melalui pompa p / ρ g = efisiensi mekanik ηm
272.103 / 1000.9,81 0,63 = 44,05 m =
Dapat juga dicari kecepatan pusar air sebesar Vw1 = 44,05 .9,81/22 = 19,6 m/dtk Jadi tan Φ =
Vf 1 U1 - Vw1
=
1,52 = 0,633 22 − 19,6
atau Φ = 300 20’ 26
soal 19. Sebuah blower sentrifugal mempunyai sebuah impeler dengan diameter luar 500mm, lebar 75 mm dan sudu 70° terhadap keliling terluar. Blower mengalirkan udara yang massa jenisnya 1,25 kg/m3 pada laju 3,1 m3/s pada putaran 900 rpm dan dengan perbedaan tekanan 33 m kolom air. Daya yang dimasukkan ke poros blower adalah 1,65 kw dan efisiensi mekanik adalah 93%. Dengan menganggap udara masuk impeler secara radial dan mengabaikan ketebalan sudu, tentukan efisiensi manomatrik dan efisiensi keseluruhan. Tentukan juga daya yang hilang karena (a) gesekan pada bantalan dan windage, (b) difusor, dan (c) impeler. Penyelesaian: Efisiensi manomatik =
tinggi angkat manomatik ker ja yang dilakukan / satuan berat pada impeler
Karena fluida adalah udara, perbedaan tekanan manometrik perlu dinyatakan dalam tinggi angkat udara. Tinggi angkat manometrik Dan contoh soal 18, maka kerja yang dilakukan persatuan berat pada impeller Kondisi kecepatan ke luar adalah sama dengan yang ditunjukkan dalam gambar 41. Kecepatan keliling pada sisi ke luar Kerugian-kerugian: (a).Efisiensi mekanik 93%, oleh karena itu, Kerugian pada bantalan dan windage =
7 daya yang dimasukkan 100
= 0,07 x 1,65 = 0,115 kW (a). Kerugian pada difusor adalah perbedaan diantara daya yang dimasukkan ke dalam fluida yang meninggalkan impeler dengan daya keluaran. Kerja yang dilakukan pada impeler per detik =
27
Wx
V1 .Vw1 g
=38,1 x 33,8 = 1290W= 1,29 kW Daya keluaran = 1,005 kW, maka daya yang hilang pada difusor = 1,29 — 1,005 = 0,285 kW. (c). Kerugian pada impeler= daya yang diberikan — kerugian bantalan — kerugian difusor — daya keluaran = 1,65 — 0,115 — 0,285 1,005 = 1,65 —1,405 = 0,245 kW Contoh soal 20. Sebuah pompa sentrifugal berputar pada 700 rpm mengalirkan 9 m3/menit untuk tinggi angkat 19,8 m. Sudut sudu pada sisi ke luar 135° dari arah gerakan sudu sisip. Anggap bahwa kecepatan relatif dari air pada sisi keluar adalah tangensial terhadap sudu dan kecepatan absolut pada sisi masuk adalah radial. Kecepatan aliran konstan pada 1,8 m/detik.Tentukan diameter impeler yang diperlukan, (a). Jika energi kinetik pada sisi ke luar dari impeler dapat seluruhya dikompensasikan (b) Jika 40% dari energi ini tidak dapat dikompensasikan. (c) Pada kasus (b) Tentukan pula lebar sudu dengan perhitungkan juga ketebalan sudu pada luas impeler bagian sisi ke luar yaitu sebesar 8% sudut. Penyelesaian: Diagram kecepatan pada sisi ke luar adalah sama seperti yang ditunjukkan gambar 42, dengan θ= 180° -135° = 45°. (a). Jika energi kinetik dapat dikompensasikan seluruhnya, maka kerja yang statik + tinggi angkat akibat kecepatan atau,
28
U1.Vw1 V2 =H + 1 g 2g Atau 2 U1.Vw1 = 2.g.H + V12
……………………………………………..…….(1)
Dari segitiga kecepatan sisi keluar diperoleh Vw1 = U1 – Vf1 tan 45o = U1 - 1,8 m/detik …………………………………………..……………(2)
Dari segitiga V1 – Vw1 – Vf1 V12 = Vw12 + Vf12
berlaku dalil phytagoras
……………………………………………………………………3)
Dengan mensubstitusi persamaan 2 ke persamaan 3 maka: V12 = (U1 - 1,8)2 +1,82 = U12 - 3,6U1 + 3,24 + 3,24 V12 = U12 - 3,6U1 + 6,48 …………………………………………………………..…4) Kemudian persamaan 2 dan 4 disubstitusi ke persamaan 1 diperoleh 2U1 (U1 – 1,8) = U12 - 3,6U1 + 6,48 + 2gH Untuk H = 19,8 maka persamaannya menjadi 2U12 - 3,6U1 - U12 + 3,6U1 - 6,48 - 384,55 = 0 U12 – 391,03 = 0 U1 = 19,77 m/dtk (U1 yang lain sebesar – 19,77 tidak digunakan) Maka diameter impeller diperoleh dari persamaan
π . D1.N 19,77.60 atau D1 = = 0,539 m 60 π .700 D1 = 539 mm
U1 =
Dapat juga dihitung Vw1 = 19,77 - 1,8 = 17,97 m/dtk
29
b.
Apabila 40% dari energi kinetik tidak dapat dikompensasikan maka 60% adalah kerugian. Kerja yang dilakukan/satuan berat pada impeler = tinggi angkat + 0,6 tinggi angkat akibat kecepatan.
U1 .v w1 v12 − 0,6 =H g 2g 2 U1Vw1 − 0,6V12 = 2 g H 2 U1 (U1 − 1,8) − 0,6V12 = 2 g H 2 U1 (U1 − 1,8) − 0,6(U12 - 3,6U1 + 6,48) = 2 g H 2 U12 - 3,6 U1 − 0,6 U12 + 2,16 U1 − 3,89 = 2 . 9,8 . 19,8 1,4 U12 - 1,44 U1 = 388,05 atau U12 - 1,029 U1 − 277,17 = 0 1,029 ± (−1,029) 2 − 4.1.( −277,17) 2.1 1,029 ± 33,30 U11, 2 = 2 U11 = 17,165 m / dtk U11, 2 =
D1 =
60 . U1 60 . 17,165 = = 0,469 m πN π . 700
D1 = 470 mm Q = 0,92. π . D1 . b1 . Vf1 b1 =
Q 90 / 60 = = 0,613 m 0,92. π . D1 .Vf1 0,92 . π . 0,470 . 1,8
b1 = 613 mm Contoh 21 a). Terangkan yang dimaksud dengan putaran spesifik dari sebuah pompa sentrifugal dan tunjukkan bahwa harganya adalah N.Q/H3/4, dimana N adalah kecepatan putaran impeler, Q debit yang dikeluarkan dan H tinggi angkat operasi. b). Sebuah pompa sentrifugal mempunyai empat tingkat paralel mengalirkan 11 m3/menit cairan pada tinggi angkat 24,7 m. Diameter impeler adalah 225 30
mm dan kecepatan putar 1700 rpm. Tentukan kecepatan spesifik pompa c). Sebuah pompa dengan jumlah tingkat yang identik dipasang seri, konstruksinya sama dengan pompa yang pertama dan berputar pada 1250 rpm dan mengalirkan 14,5 m3/menit pada tinggi angkat 248 m. Tentukan diameter impeler dan jumlah tingkat yang diperlukan. Penyelesaian: Bagian a. Putaran spesifik digunakan sebagai suatu dasar perbandingan dari prestasi pompa yang berbeda dan didefinisikan sebagai putaran teoritik dimana pompa yang diberikan akan mengalir debit satuan untuk tinggi angkat satuan. Sebagai contoh, putaran dalam rpm dimana pompa akan mengalirkan debit 1 satuan (m3) pada tinggi angkat 1 satuan (m). Putaran spesifik dari pompa yang diberikan pada sistem satuan yang dipilih. Untuk menentukan putaran teoritik ini debit keluaran satuan pada tinggi angkat satuan, diperlukan untuk tujuan skala operasi pompa. Anggapan untuk menerapkan prosedur ini adalah bahwa geometri harus yang serupa dan semua dimensi linier sebanding dengan diameter impeler. Demikian pula segitiga kecepatan kasus sebangun dan semua kecepatan sebanding, dengan akar dari tinggi angkat H. Lebar dari impeler b ~ diameter D Kecepatan impeler U ~ H1/2 Jika putaran impeler adalah N Rpm, maka U ~ ND atau D ~
U H 1/ 2 atau D ~ N N
Debit yang dikeluarkan Q ~ luas aliran x kecepatan aliran ~ πDbVf karena Vf ~ H1/2 Sedangkan, b ~ D jadi
2
Q~D H
1 2
31
2
H Q ~ N H 3/ 2 Q ~ 2 N
H 3/ 2 N 2 ~ Q
H
→
H 3/ 4 N~ 1 Q 2
H 3/ 4 N = Ns .................( Ns sebagai kons tan ta pembanding ) Q atau N s=
N Q H 3/ 4
Putaran spesifik N s =
NQ1 / 2 H 3/ 4
Bagian b. Untuk pompa dengan 4 buah yang dihubungkan secara paralel, maka debit yang dikeluarkan untuk tiap tingkat = 11/4 m3/mnt atau Q = 2,75 m3/mnt Tinggi angkat operasi H = 24,7 m
Putaran spesifik N s =
NQ1 / 2 1700 .2,751 / 2 = = 254 H 3/ 4 24,73 / 4
Bagian c. Untuk pompa bertingkat ganda, jika setiap tingkat adalah sama dengan pompa yang pertama, maka kecepatan putar spesifik tiap tingkat Ns = 254, seluruh debit yang dikeluarkan adalah Q1 = 14,5 m3/mnt pada putaran N1 = 1250 rpm. Putaran spesifik N=
N1Q1
1/ 2
3/ 4
H1
→ 254 =
1250.14,51 / 2 3/ 4 H1
Maka H13 / 4 = 18,7 → H1 = 49,64 m maka tinggi angkat total yang diperlukan adalah Httl = 248 m 32
Jumlah tingkat yang diperlukan adalah = 248/H1 = 5 Dari persamaan kesebangunan pompa diperoleh: H N = H 1 N 1
2
2
D N H1 jadi D1 = D D1 N1 H
Untuk D = 0,225 m ; N = 1700 rpm; N1 =1250 rpm; H = 24,7 m ; dan H1 = 49,64 m maka didapat diameter impeller D1 = 0,225 . (1700/1250) . (49,64/27,7)1/2 = 0,443 m = 433 mm Contoh soal 22 Sebuah pompa sentrifugal berputar pada 1000 rpm dan memberikan hubungan antara tinggi angkat dan debit keluaran sebagai berikut
Debit (m3/menit)
0
Tinggi angkat (m)
22,5 22,2 21,6 19,5 14,1 0
4,5
9,0
13,5 18,0 22,5
Pompa dihubungkan dengan pipa isap dap pipa tekan berdiameter 300 mm dengan panjang total adalah 69 m dan dikeluarkan ke atmosfer yang letaknya 15 m di atas ketinggian bak air. Kerugian akibat pemasukan adalah ekivalen dengan penambahan pipa sepanjang 6 m dan f dianggap 0,006. Hitung debit yang dikeluarkan dalam m3/menit. Jika diinginkan untuk mengatur aliran dengan putaran pompa, perkirakanlah putaran yang harus diberikan untuk mengurangi aliran menjadi ½ kalinya. Penyelesaian: Tinggi angkat yang diperlukan oleh pompa= tinggi angkat statik + tinggi angkat akibat friksi + tinggi angkat akibat kecepatan. H=15 + Hf + Hv 33
Hf dan Hv bergantung pada debit yang dikeluarkan, Qo. Jika digambarkan besaran-besaran tersebut dalam diagram karakteristik pompa seperti ditunjukkan dalam gambar 43 perpotongan dua kurva akan memberikan debit yang dihasilkan. Kerugian angkat karena friksi. Hf = 4.f.l.v2/2.g.d
→ Q = πd2/4 v → v =4Q/πd2
Hf = 0,33 . f. L. Q2/(d5) = 0,330 . 0,006 x (69+6) Q2/0,35, yaitu Q dalam m3/detik. Jika q = debit dalam m3/menit, kemudian q = 60 Q maka Kerugian tinggi angkat akibat gesekan =0,330 . 0,006 x 75 x q2/ 0,35 x 3600 = 16,97.10-3.q2 Tinggi angkat akibat kecepatan, Hv Hv = v2/2g = Q2 / 2g (π/4 . d2)2 = q2 x 16/3600 x 2g x (0,3)4 = 2,83 x 10-3 q2 Jadi tinggi angkat yang diperlukan adalah H= 5 + 19,8 x 103.q2 Untuk q dalam m3/menit. Persamaan tersebut dapat di gambarkan dalam diagram karakteristik atau disajikan dalam bentuk tabel sebagai berikut Debit q (m3/menit) Tinggi angkat yang ada (m) Tinggi angkat yang diperlukan
0 22,5 15
4,5 22,2 15,4
9,0 13,5 21,6 19,5 16,6 18,6
18,0 14,1 21,5
22,5 0 25,1
Gambar 43 adalah penyajian dari data diatas. dimana dapat dilihat bahwa kondisi operasi dan instalasi pompa ditunjukkan oleh titik A yang merupakan perpotongan antara karakteristik pipa dan karakteristik pompa. Jadi artinya bahwa tinggi angkat yang tersedia = tinggi angkat yang diperlukan. Tinggi angkat operasi HA=19 m, Debit QA=14 m3/menit 34
Gambar 43. Akibat penurunan putaran Untuk mendapatkan debit aliran setengahnya akan ada. sebuah titik operasi yang baru dimana debit, qB = 7 m3/menit. Hg = 16,0 m Untuk setiap kecepatan putar dapat digambarkan kurva-kurva H terhadap q dari pompa, serupa dengan yang telah digambarkan untuk N = 1000 put/menit. Sehingga persoalan adalah mencari kecepatan putaran pompa N2 untuk harga H dan q yang diwakili oleh titik B. Karena untuk pompa yang diberikan q ~ N dan H ~ N2 kita peroleh; q qB = ............................................(1) N N 2 H HB ..........................................( 2) = N 2 N 22
q Eliminasi N memberikan, H=HB qB
2
Subtitusi harga HB= 16,0 m dan qB = 7 m3/menit 35
H= 16,0. q2 / 72 = 0,327q2
Fungsi ini adalah sebuah parabola yang melalui sumbu dan titik B dan memotong kurva semula H terhadap q yaitu untuk N1 = 1000 rpm di titik C, yaitu harga HC = 21,9 m dan qc = 8,2 m3/menit Kurva ini tempat kedudukan hargaharga H dan q akibat perubahan N yang dihasilkan dari persamaan (1) dan (2). Dengan demikian harga kecepatan putar N2 yang diperlukan untuk mendapat kondisi operasi HB dan qB dapat ditentukan dari persamaan (1), yaitu: qc/N1= qB/N2
Atau N2=N1
HB HC
= 1000
16 21,9
= 855 rpm Dengan menggunakan persamaan (1) dan (2) dapat dilakukan skala berdasarkan harga dan karakteristik pompa pada putaran 855 rpm dengan demikian dapat digambarkan seperti yang ditunjukkan pada gambar 43. Prestasi Dari Barbagai Pompa Pendahuluan. Pada dua bab terdahulu yaitu pada pembahasan pompa sentrifugal dan pompa torak, telah dikemukakan bahwa pompa akan diperlukan untuk memindahkan sejumlah air ke ketinggian yang tertentu. Oleh karena itu penting sekali untuk mengetahui cara penggunaan pompa pada kondisi yang berlainan secara tepat. Variasi Kecepatan dan Diameter pada Pompa Sentrifugal Lazimnya terdapat sedikit perbedaan antara kebutuhan tinggi angkat atau debit 36
pompa dengan tinggi angkat atau debit yang dirancang. (Apabila perubahan yang terjadi adalah besar, maka suatu pompa baru dirancang dan dibuat dengan dimensi yang berbeda sama sekali). Pada kasus demikian dapat dilakukan sedikit pengaturan pada pompa untuk menyesuaikan pada kondisi baru tersebut yaitu dengan, 1. Mengubah kecepatan impeler pompa. 2. Mengubah diameter impeler pompa. Pengaruh dan dua perubahan diatas pada sisi tekan baik terhadap tinggi angkat air, maupun daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa akan dibahas dalam bab ini. Pengaruh Perubahan Kecepatan Suatu pompa sentrifugal yang kecepatannya diubah untuk menyesuaikan dengan kondisi-kondisi baru tertentu akan berpengaruh terhadap karakteristik secara keseluruhan. Misalkan
N = putaran yang dirancang dalam r.p.m. Q = debit pompa dengan putaran N r.p.m yang dirancang. H = tinggi angkat air denga putaran N r.p.m yang dirancang. P = daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa dengan putaran N r.p.m. N1 = putaran baru yang diubah untuk menyesuaikan kondisikondisi baru tertentu.
Q1, H1, P1 adalah besara-besaran yang berhubungan dengan putaran N1 rpm yang baru. Bila putaran impeler dirubah dari N ke N1 akan terlihat bahwa bentuk segitiga kecepatan akan tetap sama (yaitu sudut-sudut segitiga kecepatan tetap sama), 37
karena perubahan harga kecepatan-kecepatannya yang terjadi akan sebanding. Dan persamaan kecepatan tengensial pada sisi masuk,
Terlihat bawa U
=
πDN 60
~N Dengan cara yang serupa U1 ~ N1 Dan Vw1 ̴ N1
(jika Vw1 ̴ U1)
Demikain pula kecepatan aliran Vf ̴ U
̴N
( jika U ̴ N )
Karena debit,Q = π D.b.Vf ̴ Vf ̴N
(jika Vf ̴ N)
Dengan cara yang sama Q1 ̴ N1 Q N = Q1 N1
Jadi
……………………(1)
Terlihat dari persamaan di atas ternyata debit pompa sentrifugal adalah sebanding dengan putaran impelernya . Dari persamaan tinggi angkat pompa H =η x
Vw1U1 g
̴ Vw1.U1
H ̴ N.N
H ̴ N2
Atau
Dengan cara yang serupa H1 ̴ N12 , didapat H N = H1 N1
2
………………(2)
38
Terlihat bahwa tinggi angka suatu pompa sentrifugal sebanding dengan kwadrat putaran impelernya. Dari persamaan daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa P = W.Q.Vw.U/75.g P ̴ Q. Vw.U
̴ N.N.N
Atau
P ̴ N3
Dengan cara yang serupa didapat P1 ~ N13 …………………………………………………(3) Maka: P N = P1 N1
3
Jadi terlihat bahwa daya yang diperlukan untuk menggerakkan suatu pompa sentrifugal sebanding dengan pangkat tiga putaran impelernya. Perlu dicatat bahwa rugi-rugi hidrolik akan berubah, bertambah atau berkurang, sebanding dengan putaran impeler. Rugi-rugi mekanik adalah relatif kecil pada putaran tinggi, jadi efisiensi mekanik akan bertambah sedikit dengan kenaikan putaran impeler. Contoh soal 23. Sebuah pompa sentrifugal mengalirkan air 30 liter/detik, pada tinggi angkat 12 meter dan putaran 1450 rpm memerlukan daya 6 HP. Tentukan besarnya debit, tinggi angkat pompa dan daya yang diperlukan, jika pompa berputar pada putaran 1800 rpm. Penyelesaian Debit , Q = 30 liter/detik Tinggi angkat, H= 12 meter Putaran, N= 1450 rpm Putaran baru, N1 = 1800 rpm Misalkan Q1 debit pada putaran baru N1, Dengan menggunakan hubungan, 39
Q N = Q1 N1 Q1 = Q .
N1 N
= 30 x
1800 liter / menit 1450
= 37,2 liter/ menit Berapa % ∆H dan %∆ P ?? Tinggi angkat pompa berdasarkan putaran yang baru, N1 dapat ditentukan dari: Misalkan H1 = tinggi angkat berdasarkan putaran yang baru. Dengan menggunakan hubungan, H N = H1 N1
2
Atau N H1 = H N1 = 18,5 m
2
Daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa berdasarkan putaran yang baru, N1 didapat dari: Misalkan P1 = daya yang diperlukan berdasarkan putaran yang baru. Dengan demikian hubungan, P N = P1 N1
3
N Atau P1 = P x N1
3
1800 = 6x 1450
3
40
= 11,5 hp Pengaruh Variasi Diameter Telah ditunjukkan bahwa variasi putaran dan diameter suatu pompa sentrifugal dan pengaruhnya pada kebutuhan tinggi angkat atau debit pompa dapat dipakai untuk mengatasi perubahan-perubahan kondisi operasi. Cara yang pertama (yaitu dengan memvariasikan putaran impelerpompa) sering tidak mungkin untuk dilaksanakan karena impeler pompa digerakkan oleh motor yang putarannya konstan, jadi dalam banyak kasus diameter impelerIah yang diubah, diperbesar atau diperkecil untuk menyesuaikan terhadap perubahan tinggi angkat atau debit. Ini dilakukan dengan cara mengubah sudu-sudu impeler atau memasang ring impelerkeluarnya. Sekarang perhatikan suatu pompa sentrifugal yang diameternya diubah untuk menyesuaikan kondisi baru. Misalkan :
D = diameter terluar pompa Q = debit pompa dengan diameter D H = tinggi angkat air dengan diameter D P = daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa yang berdiameter D. D1 = diameter terluar yang baru untuk menyesuaikan perubahan yang diinginkan, dan Q1, H1, P1 = besaran-besaran yang berkaitan dengan diameter D1
Bila diameter impeler diubah dari D ke D1, maka bentuk segitiga kecepatannya tetap (yaitu sudut-sudut segitiga akan tetap sama), karena perubahan harga kecepatan-kecepatannya akan sebanding. Kita tahu bahwa kecepatan tangensial impeler, 41
U= Atau
π DN 60
U~D
Dengan cara yang sama, kecepatan aliran: Vf ~ U ~D
(D ~ U)
Karena debit keluaran adalah, Q = π D.b.Vf Maka
→ dengan asumsi b konstan
Q ~ D.Vf ~ D.D
(D ~ Vf)
Q ~ D2
Dan
Dengan cara yang serupa, Q1 ~ D12 Q Q1
=
D2 D12
2
D D1 ................................... (1) =
Jadi debit pompa sentrifugal terlihat akan sebanding dengan kwadrat diameter impeler-nya. Dan persamaan tinggi angkat air , H=ηx
VWl .U l g
~ Vw1 . U1 ~D . D H ~ D2 2 Dengan cara yang sama H1 ~ D1
jadi
D H D2 = ( 2 ) = H1 D1 D1
2
42
Terlihat bahwa tinggi angkat air sebuah pompa sentrifugal sebanding dengan kwadrat diameter impeler-nya. Demikian pula dari persamaan daya yang diperlukan untuk menggerakkan suatu P= pompa,
W Q VW 1U1 g x 75 ~ Q . U 1 . U1 ~ D2 . D . D
Atau
P ~ D4
Dan dengan cara yang sama P1 ~ D14 , diperoleh,
P D4 D = ( 4 ) = P1 D1 D1
4
Jadi terlihat bahwa daya yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa sentrifugal sebanding denga pangkat empat dari diameter impeler-nya. Contoh soal 24 Sebuah pompa sentrifugal dibuat untuk mengalirkan air untuk tinggi angkat 22,5 m. Kemudian pompa ini diperlukan untuk mengalirkan sejumlah air yang sama pada tinggi angkat 20 m. Hitung pengurangan diameter impeler yang diperlukan dari diameter semulanya yaitu dari 300 mm tanpa mengurangi putaran impelernya. Penyelesaian: Diketahui
Tinggi angkat semula, H = 22,5 m Tinggi angkat yang baru, H1 = 20 m Diameter impeler semula, D = 300 mm= 0,3 m 43
Misalkan D1 = diameter impeler yang baru. Dengan menggunakan persamaan H D = H 1 D1
2
2
22,5 0,3 0,09 = = 20 D1 D12 0,09 x 20 D12 = = 0,08 22,5 Jadi D1 = 0,283 m= 283 mm. Jadi pengurangannya adalah sebesar ∆D = 300 – 283 = 17 mm Kecepatan Spesifik Pompa Sentrifugal Kecepatan spesifik suatu pompa sentrifugal dapat didefinisikan sebagai kecepatan putar suatu pompa semu (imajiner) yang indentik dengan pompa yang akan mengeluarkan 1 liter air dengan tinggi angkat 1 meter. Misalkan Ns = kecepatan spesifik pompa D1 =diameter terluar impeler N = putaran impeler dalam rpm U1 = kecepatan tangensial impeler pada sisi luar H1 = tinggi angkat pompa dalam meter Telah ditunjukkan bahwa kecepatan tangensial impeler. U~ U=
H π.D1 .N 60
D1 N ~ N ~ D1 ~
H …………………….(1) H N 44
Jika
Q = debit keluaran pompa, dalam m3/detik b1 = lebar impeler pada sisi luar,m Vf1 = kecepatan fluida pada sisi keluar, m
Maka keluaran pompa, Q = π D1.b1.Vf1 Sedangkan, b1 ~ D1 Vf 1 ~ H jadi
Q ~ D12 H 2
H ~ N H 3/ 2 ~ 2 N
H
H 3/ 2 N ~ Q H 3/ 4 N = Ns .................( Ns sebagai kons tan ta pembanding ) Q 2
atau = N
Q H 3/ 4
Contoh Soal 25. Hitunglah kecepatan spesifik suatu pompa sentrifugal untuk memenuhi kebutuhan 750 liter per detik air pada tinggi angkat 15 meter dan putaran 725 rpm. Jawab: Diketahui, Debit keluaran, Q = 750 liter/detik = 0,75 m3/detik Tinggi angkat, H = 15 m Kecepatan, N = 725 rpm Jika Ns = kecepatan spesifik pompa, 45
Dengan menggunakan persamaan, Ns= N Q /H 3/4 dapat dihitung Ns = 725 0,75 /153/4 = 82,4 rpm
Contoh Soal 26. Suatu pompa sentrifugal bertingkat ganda dan diseri diperlukan untuk mengalirkan air 9000 liter per menit dari suatu pertambangan, tinggi angkat total termasuk gesekan 500 meter, jika putaran pompa adalah 2900 rpm, tentukanlah jumlah tingkat minimum yang diperlukan, dengan ketentuan kecepatan spesifik per tingkat tidak kurang dari 60. Jawab. Diketahui: Keluaran, Q = 9000 liter/menit = 150 liter/detik = 0,15 m3/detik. Tinggi angkat total = 500 m Kecepatan pompa, N = 2900 rpm Kecepatan spesifik, Ns = 60 Jika H = tinggi angkat air per tingkat. Dengan menggunakan persamaan: Ns = N
Q H 3/ 4
Diperoleh, 60 = 2900 0,15 /H3/4 Atau H3/4 =18,72 H = 50 m Jadi jumlah tingkat =
500 = 10. 50
Pemilihan Pompa Sentrifugal berdasarkan Kecepatan Spesifik Kecepatan spesifik pompa, seperti halnya pada turbin, dapat membantu untuk 46
menentukan jenis pompa sentrifugal. Tabel di bawah ini memberikan jenis-jenis pompa sentrifugal berikut kecepatan spesifiknya. Jenis pompa sentrifugal
Kecepatan Spesifik Ns 10 ~ 30
Pompa kecepatan rendah, dengan aliran radial pada sisi keluar.
2.
30 ~ 50
Pompa kecepatan sedang, dengan aliran radial pada sisi keluar.
3.
50 ~ 80
Pompa kecepatan tinggi, dengan aliran radial pada sisi keluar.
4.
80 ~ 160
Pompa kecepatan tinggi, dengan aliran campuran (mixed flow) pada sisi keluar.
5.
160 ~ 500
Pompa kecepatan tinggi, dengan aliran aksial pada sisi keluar.
6.
di atas 500
No 1.
Pompa kecepatan tinggi.
Contoh soal 27. Suatu pompa sentrifugal memompakan air sebanyak 120 liter per detik dan mengatasi tinggi angkat sebesar 85 meter pada putaran 900 rpm. Tentukan kecepatan spesifik pompa dan jenis impeler yang harus dipilih ? Jawab: Keluaran, Q = 120 liter/detik = 0,12 m3/detik Tinggi angkat, H = 85 m Kecepatan, N = 900 rpm Jika, Ns = kecepatan spesifik pompa. Dengan menggunakan persamaan, Ns = N
Q H 3/ 4
Diperoleh, Ns = 900 x
0,12 = 11,14 rpm. 853 / 4
Karena kecepatan spesifik diperoleh 11,14 rpm, maka dapat dipilih pompa sentrifugal dengan kecepatan rendah, jenis aliran radial pada sisi keluar. TINGGI ANGKAT ISAP (kerugian gesekan, kavitasi dalam pompa dan 47
impeler tidak termasuk) Pada bagian terdahulu telah dibahas mengenai istilah tinggi angkat isap. Pada kenyataannya tinggi angkat isap adalah suatu hal yang terpenting untuk kelancaran dan efisiensi kerja dari pompa sentrifugal. Secara singkat dapat dikemukakan bahwa sebuah pompa (sentrifugal atau torak) mengangkat air dari suatu reservoar (sumber air) karena adanya tekanan atmosfir yang bekerja pada permukaan sumber air. Pompa mengurangi tekanan pada rumah pompa (casing) sehingga tekanan atmosfir dapat mendorong air ke sisi isap. Karena tekanan pompa tidak boleh Iebih rendah darn tekanan uap fluida, maka perbedaan tekanan mempunyai batas yaitu tekanan atmosfir dikurangi tekanan uapnya. Perbedaan tekanan tersebut dipakai untuk mengangkat air di pipa isap. Akan ditunjukkan bahwa perbedaan tekanan tersebut harus cukup: 1. Mengangkat air sampai ketinggian sisi isap (Hs). 1.
Untuk mengatasi kerugian gesekkan pada pipa isap (Hfs) dan
2. Untuk menghasilkan tinggi angkat akibat kecepatan. (Vs2 / 2g) Suatu pompa mengalirkan air dari suatu reservoir dimana, pa = tekanan atmosfir, dalam kg/cm2 pv = tekanan uap, dalam kg/cm2 Ha = tekanan atmosfir, dalam meter Hv = tekanan uap dalam meter dan w = berat spesifik cairan, Diketahui bahwa,
48
pa pv − = Ha − Hv w w pa − pv V2 = H s + H fs + s w 2g Atau Hs =
pa − pv V2 − H fs − s dalam bentuk p a dan p v w 2g
Vs2 = H a − Hv − H fs − 2g
dalam bentuk H a dan H v
Yaitu Hs adalah tinggi angkat sisi isap. Dalam keadaan sebenarya, harga Hs dihindarkan untuk sama dengan hasil yang didapat dari hubungan di atas, umumnya dibatasi antara 5 - 6 meter saja. Tekanan Uap Tekanan uap atau umumnya disebut tekanan jenuh dari suatu cairan dapat didefinisikan sebagai tekanan yang fase cairan berubah menjadi uap pada temperatur tersebut. Tekanan uap adalah fungsi dari tempratur. Makin tinggi temperatur, tekanan uap juga semakin tinggi. Dalam prakteknya, tekanan pada setiap titik tidak akan lebih kecil dari pada tekanan uap pada setiap sistem pompa. Gelembung-gelembung uap jika terbentuk dapat mengakibatkan korosi pada pipa isap dan bagian-bagian yang lain. Tinggi Angkat Isap Positif Netto (NPSH; Net Positif Suction Head) Untuk menghasilkan debit tertentu maka pompa membutuhkan masukan fluida pada sisi isap sejumlah yang sama. Untuk tujuan ini perlu diperhatikan bahwa tekanan absolut fluida pada sisi isap besarnya harus dibuat sedemikian sehingga tekanan tersebut melebihi tekanan uap, dan perbedaan yang terjadi harus mampu mengatasi : 1.
Efek masuk atau kerugian gesekkan antara titik pemasukan pompa dan
impeler, dan 2.
Kerugian kejut yang terjadi pada sisi masuk impeler. 49
Harga ini didefinisikan sebagai Net Positive Suction Head (NPSH) yang tidak lain adalah tekanan absolut. Pada sisi masuk pompa yang besamya sama dengan tinggi angkat atmosfir ditambah tinggi angkat akibat kecepatan, dikurangi tinggi angkat tekanan uap fluida pada temperatur pemompaan, dan koreksi dengan ketinggian sumbu pusat pompa bila pompa horisontal atau ketinggian sisi masuk pada impeler tingkat pertama kedudukan pompa vertikal. NPSHAv = ± Hs + Ha - Hv + Vs2/2g - Hfs (m) + Hs = bila kedudukan pompa di bawah ketinggian permukaan air - Hs = bila kedudukan pompa di atas ketinggian permukaan air. NPSH yang diperlukan ditentukan oleh pabrik pembuat pompa dan merupakan fungsi dari kecepatan dan kapasitas pompa. NPSH yang tersedia menunjukkan tingkat energi dari fluida terhadap kondisi pada tekanan uap penuh sisi masuk pompa yang sepenuhnya ditentukan oleh sistem pemompaan. Agar pemasukan dapat berlangsung. NPSHAV ≥ NPSHRe Jadi sekurang-kurangnya NPSH yang tersedia harus sama dengan NPSH yang dibutuhkan pada setiap kondisi. Bila ini tidak dipenuhi, sejumlah fluida akan menguap pada sisi masuk pompa dan gelembung-gelembung uap akan terbawa masuk ke impeler. Gelembung-gelembung tersebut mangakibatkan timbulnya getaran yang cukup keras pada suatu tempat di bagian dan pipa isap (biasanya pada suatu tempat di impeler) dalam bentuk suara ketukan yang keras dan sering disertai dengan kerusakan pada logam disekitar tempat tersebut. Gejala ini dikenal sebagai kavitasi dan umumnya harus dihindari. Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal. 50
Kavitasi pada pompa sentrifugal terjadi bila pompa bekerja dengan tinggi angkat sisi isap yang terlalu tinggi atau kondisi lingkungan yang membuat uap tekanan penuh yang tinggi. Apabila hal ini terjadi akan dapat merusak impeler. Kavitasi dapat dihindari dengan cara sbb: 1. Temperatur fluida dibuat serendah mungkin agar tekanan uap jenuh rendah dan menghasilkan peningkatan NPSH. 2. Kecepatan fluida pada pipa isap diusahakan rendah. 3. Sedapat mungkin dihindari pemakaian belokan tajam pada pipa isap untuk mengurangi kerugian tinggi angkat. Pemancingan Pompa Sentrifugal Telah dibahas bahwa tekanan yang ditimbulkan oleh impeler pompa sentrifugal adalah sebanding dengan harga densitas dari fluida, jadi jika impeler beroperasi dengan fluida udara, maka tekanan yang dibangkitkan sangat kecil untuk dapat mengisap air melalui pipa isap. Untuk menghindari ini pada permulaan operasi pompa harus dipancing dengan mengisi air ke dalam impeler. Untuk melakukan ini dapat ditunjuk prosedur, mula-mula seluruh pipa isap dan impeler diisi dengan air. Katup keluar ditutup kemudian pompa distart. Impeler yang berputar akan mendorong air ke dalam pipa keluar, bila ini telah dilakukan katup keluar dapat dibuka dan air akan terhisap melalui pipa isap. Kurva Karakteristik Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal seperti halnya turbin dirancang dan dibuat untuk bekerja pada suatu kondisi tertentu (atau dalam daerah kerja terbatas) baik dalam debit keluaran, kecepatan, daya yang dibutuhkan, efisiensi rill. Akan tetapi sering sebelum pompa digunakan pada kondisi yang berbeda dengan kondisi yang telah dirancangkan. Oleh karena itu, untuk tujuan tersebut penting untuk mengetahui karakteristik dari pompa pada berbagai kondisi. Karakteristik itu umumnya disajikan dalam bentuk grafik dan, dikenal sebagai kurva karakteristik. 51
Terdapat beberapa jenis kurva karakteristik, beberapa yang terpenting diantaranya: 1. Kurva karakteristik kecapatan, dan 2. Kurva karakteristik keluaran dengan variabel kecepatan.
Gambar 44. Kurva karakteristik kecepatan vs keluaran Gambar 44 menunjukkan prestasi dari pompa sentrifugal pada tinggi angkat konstan, yang pada dasamya garis lurus, yang menunjukkan bahwa debit keluaran akan bertambah dengan bertambahnya kecepatan putar.
Gambar 45 Ganbar 45 menunjukkan prestasi suatu pompa sentrifugal pada kondisi tinggi angkat dan debit keluaran konstan. Bentuk kurva adalah parabolik yang menunjukkan bahwa daya bertambah secara parabolik dengan meningkatnya kecepatan putar.
52
Gambar 46 Kurva karakteristik kecepatan vs head. Gambar 46 menunjukkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada debit keluaran konstan. Bentuk kurva adalah parabolik dan menunjukkan bahwa tinggi angkat akan bertambah secara parabolik dengan kenaikan kecepatan putaran. Kurva karakteristik debit keluaran sebagai fungsi kecepatan putar. Gambar 44 menunjukkan prestasi dan pompa sentrifugal pada tinggi angkat konstan, yang pada dasamya garis lurus, yang menunjukkan bahwa debit keluaran akan bertambah secara parabolik dengan bertambahnya kecepatan putar. Kurva karakteristik debit keluaran sebagai fungsi kecepatan putar.
Gambar 47. Kurva karakteristik keluaran vs head. 53
Gambar 47 memperlihatkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada berbagai kondisi kecepatan putar. Bentuk kurva adalah parabolik yang menunjukkan bahwa untuk suatu harga putaran tertentu, tinggi angkat manometrik berkurang secara parabolik dengan bertambahnya keluaran.
Gambar 48 Kurva karakteristik keluaran vs daya Gambar 48 memperlihatkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada berbagai kecepatan. Bentuknya hampir berupa garis lurus yang menunjukkan bahwa untuk suatu harga kecepatan putar tertentu, daya bertambah dengan bertambah besarya debit keluaran.
Gambar 49 Kurva karakteristik keluaran vs efisiensi.
54
Gambar 49 memperlihatkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada berbagai kecepatan putaran. Bentuk kurva adalah parabolik, yang menunjukkan bahwa untuk suatu harga kecepatan putar, efisiensi bertambah dengan meningkatkan debit keluaran. Kemudian setelah melewati suatu harga debit keluaran tertentu, efisiensi akan menurun. Kegunaan taksiran dalam pemilihan pompa sentrifugal Pabrik pembuat pompa sering membantu pembeli dalam pemilihan pompa sentrifugal dengan pertolongan diagram-diagram yang dicantumkan dalam katalog-katalog. Tedampir disajikan beberapa diagram yang dikutip dari sebuah katalog pabrik pembuat pompa. Pemecahan contoh soal berikut ini menunjukkan penggunaan diagram-diagram tersebut. Contoh 28 Pilih pompa sentrifugal meliputi jenis impeler, daya, efisiensi dan tinggi angkat isap, jika pada tinggi angkat 10 meter dan keluaran 50 m3/jam (13,9 liter/detik), dan pompa akan ditempatkan di suatu lokasi yang terletak ketinggian 200 meter diatas permukaan taut Jawab: Dan gambar karakteristik pompa terlampir diperoleh. (catatan : titik-titik yang di dapat ditandai dengan 0). Pompa type : AZ 65 — 200 , 1450 rpm Impeler type : 620/34 (Catatan : sehubungan dengan batasan kapasitas [keluaran] kita harus memilih impeler lebih besar yang terdekat, yaitu 620/34). Daya
: 1,9 kW
Efisiensi
: n 69 % 55
Head isap
:8m
Karena adanya kerugian gesekan, tinggi angkat isap sebuah pompa sentrifugal pada kondisi berikut Contoh 29. Analog dengan contoh 28, tentukan spesifik suatu pompa sentrifugal pada kondisi berikut: H = 40 m; Q= 108 m3/jam = 30 1/det Lokasi dimana pompa dipasang adalah 2500 m diatas permukaan laut. Jawab: Dan gambar -gambar diagram karakteristik pompa terlampir diperoleh, Jadi, pompa AZ 65-200 , 2900 rpm Impeler
: 620/222 (type yang lebih besar dari pada contoh a).
Daya
: 16,5 kW
Efisiensi
: n 71 %
Head isap sampai dengan 500 m diatas permukaan laut, adalah 4,8 m. Koreksi untuk lokasi sampai dengan 2500 di atas permukaan laut: Tabel bagian bawah, Jadi,
Tekanan amosfir pada 500 m
= 9,7
Tekanan atmosfir pada 2500
= 7,7 -
Perbedaan
=2
(m)
Sehingga, head isap efektif, dengan mengabaikan gesekan 4,8 —2 = 2,8 m.
56
Penampang melintang sebuah pompa sentrifugal dari katalog pembuat seperti ditunjukkan dalam gambar terlampir.
57
58
Kurva diatas berlaku untuk = 1,0 pada 10 Engler Satuan standard dapat dipilih sesuai dengan selera kurva Q/H dapat digunakan sampai penuh tanpa lebih pada motornya. Kurva diatas digambarkan untuk kecepatan asinkron kondisi sebenarnya dari motor yang bersangkutan.
59
Kurva diatas berlaku untuk y = 1,0 pada 10 Engler Dipilih satuan standard; kurva Q/H dapat digunakan sampai penuh tanpa terjadi overload pada motor, Kurva diatas digambarkan untuk kecepatan asinkron sebenarnya dari motor ybs.
60
Soal Latihan 1. Hitunglah sudut sudu pada sisi masuk suatu pompa sentrifugal yang memiliki diameter dalam 300 mm dan diameter luar 600 mm. Sudut sudu dibengkokkan dengan sudut 45° pada sisi keluar, dan aliran masuk pompa radial, Pompa berputar pada 1.000 rpm dan kecepatan aliran melalui impeler konstan pada 3 m/detik . Juga tentukan kerja per kg air dan besar dan sudut kecepatan absolut air ke luar sudu? (Jawab :10°49'; 28,58 m/det; 6 °2'; 892,9 Nm) 2. Suatu pompa sentrifugal memompakan 7.500 liter per menit air pada head 20,5 meter ketika berputar pada 600 rpm. Diameter luar impeler 60 cm, rasio diameter adalah sebesar 2. Luas area aliran melalui impeler 600 cm2. Sudu keluar dibelokkan 45°. Air memasuki impeler dengan arah radial tanpa ada kejutan . Hitunglah : (a) efisiensi manomerik (b) sudut sudu pada sisi masuk . (Jawab:63,44%; 11021'). 3. Suatu pompa sentrifugal mengalirkan 50 liter air per detik pada tinggi angkat total 24 meter dan putaran 1500 rpm. Kecepatan aliran konstan pada 2,4 meter/detik dan sudu keluar dibelokkan sebesar 30° pada sisi keluar. Diameter impeler pada sisi masuk ½ dari diameter pada sisi keluar. Jika efisiensi manometrik 80%, tentukan : (a) Sudut sudu pada sisi masuk (b) daya dibutuhkan untuk menggerakkan pompa . (Jawab :13 ° 55'; 20 hp)
61
Perancangan Pompa Khusus Pendahuluan Pada bab-bab terdahulu telah dibahas pompa-pompa sentrifugal dan torak. Tetapi kadang-kadang pada instalasi Industri dari pusat tenaga, minyak dan cairan Iainnya yang dipompakan dengan kondisi yang berbeda. Kebanyakan peralatan konvensional seperti motor listrik, motor diesel, atau bensin, lain sumber daya seperti air terjun, udara bertekanan, atau uap selalu dipergunakan untuk mengalirkan cairan. Ada beberapa jenis pompa yang perlu di bahas: Pompa Pancar (Jet Pump) Pompa jenis ini dalam bentuknya yang sederhana, terdiri dari pipa dengan ujung sebagian dalamnya berbentuk konvergen. Uap (atau kadang-kadang di pakai air) dialiran melalui sebuah nosel dengan tekanan yang tinggi. Seperti terlihat pada gambar 54. Tenaga tekan dari uap tersebut di konversikan dalam bentuk tenaga kinetik melewati nosel Akibatnya tekanan pada bagian pipa konvergen akan menurun dan air terisap kedalam pipa. Air yang terisap setelah melewati jet akan di bawa masuk ke pipa pengeluaran.
Gambar 54 Pada bagian ini tenaga kinetik (kinetic head) uap air dikonversikan menjadi 62
bentuk tenaga tekan (pressure head) dan mendorong air ke dalam pipa pengeluaran. Air Lift Pump Pompa jenis ini terdiri sebuah pipa vertikal dengan salah satu ujungnya terbenam cairan yang akan dialirkan. Udara bertekanan dialirkan ke dasar pipa tersebut melalui sebuah nosel, lihat gambar 55.
Gambar 55 Efisiensi pompa jenis ini sangat rendah (± 25 %) hal ini disebabkan oleh kerugian tenaga dan udara bertekanan yang tercampur dengan cairan. Pompa ini mempunyai keuntungan: 1.Memerlukan perancangan yang sederhana. 2. Tidak terjadi keausan dan keretakan, hal ini disebabkan karena tidak ada bagian yang bergerak. 3.Tidak memerlukan pelumasan. 4.Biaya perawatannya murah.
63
Rotary pump (pompa rotasi) Pompa rotasi ini bentuknya mirip dengan pompa sentrifugal, tetapi cara kerjanya berbeda. Pompa ini memiliki keuntungan yang merupakan gabungan antara pompa sentrifugal dan pompa torak (yaitu, pengeluaran yang konstan, hal ini merupakan keuntungan pompa sentrifugal dan tekanan konstan keuntungan dan pompa torak). Yang termasuk pompa rotasi ini antara lain: 1. Pompa roda gigi luar (External gear pump) 2. Pompa roda gigi dalam (Internal gear pump) 3. Pompa tekanan rendah (Lobe pump) 4. Pompa sirip ( Vane pump) Pompa Roda Gigi Luar (External Gear Pump) Pompa roda gigi luar pada bentuk sederhananya terdiri dari dua bush roda gigi lurus yang sama yaitu A dan B, bekerja dengan celah antara roda gigi dan rumah pompa yang kecil. Roda gigi tersebut dirancang agar dapat membentuk hubungan yang rapat pada titik kontaknya seperti ditunjukkan pada gambar 56.
Gambar 56 Salah satu roda giginya dihubungkan dengan poros tenaga, sedang Iainya 64
berfungsi sebagai roda gigi yang digerakkan. Sebelum di jalankan pompa ini harus terisi penuh dengan air. Setelah roda gigi beputar, air akan terperangkap antara gigi-giginya dan akan dialirkan pada sisi pengeluaran. Putaran roda gigi-gigi tersebut akan menimbulkan tekanan yang akan mendorong air ke dalam pipa pengeluaran. Jika di perhatikan akan diketahui bahwa gigi dari roda gigi tersebut berfungsi seperti torak atau plunyer pada pompa torak yaitu menekan air kedalam pipa pengeluaran. Pompa Roda Gigi Dalam ( Internal Gear Pump) Pompa roda gigi dalam ini terdiri dari dua bush roda gigi lurus yang mengalami kontak pada sebelah dalam dan dirancang agar dapat membentuk hubungan yang rapat pada titik kontaknya serta dilengkapi dengan sebuah rusuk (cresccuf), seperti di tunjukkan pada gambar 57.
Gambar 57 Rusuk tersebut membentuk garis pemisah yang terietak diantara dua roda gigi yang berfungsi sebagai sekat antara sisi isap dan sisi tekan. Hal ini dilakukan dengan menempatkan roda gigi dalam eksentris terhadap rda gigi luar. Roda gigi 65
dalam dihubungkan Iangsung dengan poros penggerak dan roda gigi luar sebagai roda gigi yang digerakkan. Pompa jenis ini harus terisi air (cairan) sebelum dijalankan. Pada saat roda gigi berputar, gigi-giginya akan saling menangkap pada bagian sisi isap. Akibatnya ruang antara roda gigi akan membesar dan cairan akan mengalir ke dalamnya. Jika putaran roda gigi ini diteruskan cairan akan terjebak antara gigigigi dan rusuk pembatas antara dua roda gigi tersebut dan mengalir ke sisi pengeluaran. Jika diperhatikan akan diketahui bahwa pada gigi dari roda gigi, seperti pompa roda gigi luar, kenyataannya mini) dengan piston atau plunyer dan pompa torak yang menekan cairan ke pipa penyaluran. Lobe Pump ( Pompa Tekanan Rendah)
Gambar 58 Cara kerja pompa jenis ini mirip dengan pompa roda gigi. Ada beberapa bentuk perangcangan dari pompa rotasi tiga lobe ini. Tetapi roda putarnya biasanya terdiri dari dua atau tiga lobe, dan kadang-kadang bias lebih, tetapi cara kerjanya 66
tetap sama. Gambar 58 menunjukkan dua buah tipe dari lobe pump. Lobe ini dirancang agar apat membentuk sebuah hubungan yang rapat pada titik kontaknya. Piringan tersebut mempunyai sejumlah alur (umumnya 4 sampai 8), tempat sudu (sirip) pompa. sudu-sudu tersebut dapat bergeser secara radial didalam alur-alumya. Jika rotan memutar piringan, sudu-sudu akan tertekan ke rumah hal tersebut disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal, dan membentuk sebuah sekat cairan yang cukup rapat. Pada saat piringan berputar, cairan akan terjebak dalam rongga yang dibentuk oleh sudu-sudu dan rumah pompa. Sudusudu tersebut akan mnimbulkan tekanan dan menekan cairan ke dalam saluran pengeluaran.
Gambar 59 Pada beberapa rancangan dipakai per yang berfungsi menekan sudu-sudu pompa ke rumah pompanya. Tetapi kebanyakan rancangan, mempergunakan sudu-sudu berayun. Pada jenis ini sudu bergerak ke luar disebabkan oleh gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh putaran piringan.
67
Kompresor Pendahuluan. Macam-macam gas biasanya banyak dipergunakan dalam industri dan unit Petrokimia. Udara bertekanan juga banyak dipergunakan diantaranya adalah: 1) Dipergunakan untuk mengoperasikan mesin perkakas pneumatic unit kecil seperti: mesin keeling dan mesin bor, untuk menggunakan unit besar misalnya road drills dan sebgainya. 2) Utuk sand blasting, running hosists, group pumps dan pile drivers. 3) Untuk dapur tinggi (blast fumance). 4) Untuk starting motor bakar dan beberapa peralatan lainnya. Mesin yang menghasilkan gas yang bertekanan tinggi ini disebut sebagai kompresor.
Sebuah
megkompresikan
dan
kompresor
udara
mengalirkan
mengisap
udara
udara
bertekanan
dari
kedalam
atmosfir, tabung
penampung, dari sini udara dapat dialirkan ke tempat yang memerlukannya dengan mempegunakan instalasi pipa. Kompresor dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu: 1. Kompresor Torak (Reciprocating Compressor) 2. Kompresor Rotasi (Rotary Compressor) Pada dasarnya kompresor rotasi terdiri dari tiga kelompok yaitu, kompresor radial,
(Radial
Compressor)
atau
kompresor
sentrifugai
(Centrifugal
Compressor), kompresor aliran aksial (axial flow compressor) dan positive displacement compressor (misalnya root blower). Kompresor Torak Kompresor torak satu tingkat ditunjukkan pada gambar 60 (a) dan (b). Kompresor tersebut terdiri dari torak yang bergerak bolak-balik dalam silinder. Torak digerakkan oleh batang torak dan engkol yang ditempatkan dalam rumah engkol. Katup isap (inlet valve) dan katup tekan (out let valve) ditempat pada 68
kepala silinder. Katup-katup tersebut bisanya jenis tekanan diferensial, maksudnya adalah katup tersebut akan beroperasi akibat pebedaan tekanan yang bekerja pada katup-katup tersebut. Langkah kerja kompresor jenis ini adalah sebagi berikut: Pada gambar 60 a, torak bergerak turun dalam silinder, hal ini menyebabkan tekanan dalam silinder turun lebih rendah dari pada tekanan diluar silinder. Keadaan tersebut akan menyebabkan katup isap terbuka. Setelah tekanan dalam silinder sama dengan tekanan luar, katup isap akan kembali pada kedudukannya semula. Dengan demikian silinder telah terisi oleh udara baru selama langkah isap ini katup tekan dalam keadaan tertutup. Pada gambar 60 b, torak bergerak ke atas dan menyebabkan kenaikan tekanan udara dalam silinder jika tekanan udara tersebut lebih tinggi dari pada tekanan di luar katup tekanan akan menyebabkan tekan terbuka dan udara dalam silinder dialirkan sampai pada akhir langkah. Pada akhir langkah kompresi ini katup tekan akan kembali pada kedudukannya semula dan langkah kerja berikutnya berulang seperti pada proses di atas.
Gambar 60 Kompresor jenis ini dapat dihasilkan tekanan tinggi dengan aliran udara yang 69
terputus-putus (intermittent). Kompresor Rotasi (Rotary Compressor) Gambar 61 menunjukkan sebuah kompresor radial, yang terdiri dari sebuah impeler yang berotasi, biasanya bekerja pada putaran tinggi (berkisar antara 20.000 sampai 30.000 rpm) dalam rumah pompa. Impeler ini terdiri dari piringan tempat memasang sudu-sudu radial. Sudu-sudu tersebut akan membentuk udara kedalam sel-sel. Impeler ini dilidungi oleh rumah pompa. Udara yang keluar dari impeler tersebut ditekan ke dalam deiusor, hal ini akan membantu mengarahkan aliran udara kedalam rumah keong (volute). Difusor ini juga berfungsi memperlambat aliran udara, perlambatan ini akan mengakibatkan kenaikan tekanan udara, selama secara teoritis tidak ada kerugian tenaga pada aliran udara tersebut. Rumah keong ini adalah merupakan peralatan pengumpul pada kompersor ini, rumah keong ini mempunyai bentuk yang membesar ke arah pengeluaran.
Gambar 61 Hal ini diperlukan untuk mengumpulkan udara di dalam rumah keong tersebut, sehingga ruangan yang lebih luas diperlukan untuk mengalirkan udara yang 70
makin mengikat jumlahnya. Udara bertekanan yang ada dalam kompresor tersebut dialirkan keluar melalui saluran pengeluaran. K ompresor jenis ini menghasilkan udara yang konstan dengan kapasitas besar pada tekanan menengah. Perbandingan kompresi yang dihasilkan oleh kompresor ini berkisar antara 4 atau 6: 1. Gambar 62 menunjukkan kompresor aliran aksial (axial — flow compressor). Pada kompresor jenis ini mempunai sudu-sudu putar. Sudu tetap ini terpasang pada rumah kompresor, sedang sudu geraknya terpanjang pada drum yang dapat diputar oleh sebuah poros sudu gerak ini akan mendorong udara dalam kompresor.
Gambar 62
Gambar 62 Sedangkan sudu tetap berfungsi sebagai sudu-sudu pengarah dan sebagai difusor. Sudut sudu tersebut diseduaikan sehingga menghasilkan aliran udara yang merata dari sudu ke sudu. Udara tersebut mengalir secara aksial dalam kompresor dan dialirkan lewat saluran pengaliran pada ujung akhir kompresor.
71
Kompresor jenis ini mempunyai putaran yang tinggi (10.000 sampai 30.000 rpm) dan umumnya dengan jumlah aliran udara yang besar. Perbandingan tekanan kompresinya sebesar 10 : 1 atau lebih. Axial-flow compressor ini kebanyakan digunakan pada mesin turbin dari sebuah pesawat terbang.
72
