ABSTRACT Pump is one of fluid machines which are often used in households and industries. Its function is to converts driver energy into the kinetic energy and to move fluid from a place to another place. Impeller is one of the parts in the pump. It is like propeller. Usually we call it ‘Sudu -sudu’ in Indonesian language. The function is to produce pressure by accelerating fluid particles to a high velocity providing them with velocity energy. Because of the rotation of impeller, so the pump can move the fluid from a place to another place. In this experiment, it will be done some activities in slow rotation and high rotation pump. So, it is get some data like variable control (length and diameter of pipe), manipulation variable (Q, rotation) and response variable ((high of surface, pressure, force). On the ship, impeller is used to centrifugal pumps like ballast pump and fresh water pump.
ABSTRAK
Pompa adalah salah satu jenis mesin fluida yang sering dijumpai di rumah tangga maupun industri. Fungsi pompa adalah memindahkan fluida cair dari satu tempat ke tempat dan mengubah energy poros menjadi energy kinetik. Impeller adalah salah satu komponen didalam pompa. Bentuk impeller adalah seperti baling-baling atau biasanya dinamakan sudu. Fungsi impeller adalah menghasilkan tekanan dengan memberi akselerasi pada fluida (velocity energy). Karena putaran impeller-lah sebuah pompa dapat memindahkan fluida cair dari tempat yang satu ke tempat yang lainnya. Tujuan praktikum ini adalah untuk mengetahui performansi sebuah pompa. Dalam praktikum ini akan dilakukan percobaan pompa pada putaran tinggi dan putaran rendah sehingga akan didapat data-data seperti, variable control (panjang dan diameter pipa), variable manipulasi (kapasitas air/Q, putaran) dan variable respon (ketinggian permukaan/H, tekanan/P, gaya/F). Pada kapal, impeller ini biasa digunakan pada pompa sentrifugal seperti pada pompa ballast dan pompa air tawar
1
BAB I DASAR TEORI
Impeller pada pompa adalah suatu bagian yang mengubah energi mekanik (energi pada sudu-sudu impeller) diteruskan kepada daya pompa dan akibat adanya efesiensi (adanya kerugian gesekan cairan) karena perubahan arah aliran pada sudu-sudu impeller. Bentuk impeller adalah seperti baling-baling atau biasanya dinamakan sudu. Fungsi impeller adalah menghasilkan tekanan dengan memberi akselerasi pada fluida (velocity energy). Karena putaran impeller-lah sebuah pompa dapat memindahkan fluida cair dari tempat yang satu ke tempat yang lainnya.
Jenis-jenis impeller menurut konstruksinya 1. Impeller tertutup Impeler yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi oleh mantel (penutup) pada kedua sisinya. Biasanya digunakan untuk pompa air, dimana baling-baling seluruhnya mengurung air. Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan, yang akan mengurangi efisiensi pompa. Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeler dan wadah pompa. 2. Impeller terbuka Semi-open impeller dibangun dengan pelat bundar (web) yang melekat pada satu sisi dari pisau (blade). Impeller telah terpasang pada pelat melingkar kedua sisi dari pisau (blade). 3. Impeller semi-terbuka Semi-open impeller dibangun dengan pelat bundar (web) yang melekat pada satu sisi dari pisau (blade). Impeller telah terpasang pada pelat melingkar kedua sisi dari pisau
2
http://www.engineersedge.com/pumps/impellar_classification.htm
Jenis-jenis impeller berdasarkan arah aliran 1. Aliran radial Impeller ini digunakan untuk memompakan cairan dengan kapasitas besar 2. Aliran aksial Impeller ini digunakan untuk memompakan cairan dengan kapasitas besar 3. Aliran aksial-radial Impeller ini digunakan untuk memompakan cairan dengan kapasitas besar dengan total head yang relatif
rendah dibandingkan dengan radial
impeller tapi lebih tinggi daripada aksial impeller. Impeller ini dapat terbuka dan tertutup.
Gambar mixed flow impeller (kombinasi tertutup dan terbuka/radial dan aksial) http://www.engineersedge.com/pumps/impellar_classification.htm
3
Gambar impeller axial http://www.engineersedge.com/pumps/impellar_classification.htm
Jenis-jenis impeller berdasarkan isapannya 1. Isapan tunggal Impeller isap tunggal
memungkinkan cairan untuk memasuki pusat
baling-baling hanya dari satu arah 2. Isapan ganda Sebuah double-suction impeller memungkinkan cairan masuk ke tengah impeller blades dari kedua belah pihak secara bersamaan
http://www.engineersedge.com/pumps/impellar_classification.htm
Karakteristik-karakteristik impeller antara lain: 1. Pada kecepatan aliran tinggi di daerah stabil dari kurva karakteristik head dekat titik efesiensi, propeller dengan lima sudu menghasilkan head yang besar dari pada empat impeller. 2. Semakin besar diameter impeller semakin besar energi yang dihasilkan sehingga energi mekanik yang diberikan pada fluida semakin besar. 4
3. Semakin luas penampang sudu-sudu propeller, semakin luas pula daerah yang memberikan energi pada fluida tetapi beban yang didapat juga semakin besar. 4. Semakin banyak sudu pada impeller maka beban sudu akibat tumbukan fluida dapat distribusikan secara merata, tetapi kecepatan semakin menurun 5. Impeller dengan sudu lengkung digunakan untuk menghasilkan gaya sentrifugal pada fluida, sedangkan pada sudu lurus digunakan untuk mempercepat aliran (energi kinetik). (Church,Austin H.1993.Pompa dan Blower Sentrifugal, J akarta. Penerbit Erlangga Hal 77)
Prinsip kerja pompa Pompa merupakan mesin fluida yang memberikan energi kepada fluida, dimana fluida yang digunakan merupakan fluida cair. Jenis-jenis pompa adalah sebagai berikut: 1. Positive Displacement, disebut juga dengan pompa aksi positif. Energi mekanik dari putaran poros pompa dirubah menjadi energi tekanan untuk memompakan fluida. Pada pompa jenis ini dihasilkan head yang tinggi tetapi kapasitas yang dihasilkan rendah. Yang termasuk dalam pompa ini adalah pompa rotary, pompa lobe, screw pump. 2. Dynamic Pump, merupakan suatu pompa yang memiliki elemen utama sebuah motor dengan sudu impeler berputar dengan kecepatan tinggi. Fluida masuk dipercepat oleh impeler yang menaikkan kecepatan fluida maupun tekanannya dan melemparkan keluar volut. Yang termasuk dalam pompa ini adalah pompa sntrifugal, pompa axial.
Pompa memiliki bagian yang dinamakan impeller sebagai pengangkat atau pemindah zat cair dari satu tempat ke tempat yang lain karena pengaruh perbedaan tekanan dan sistem. Dalam kerjanya, pompa membutuhkan daya dari luar (digerakkan motor listrik). Putaran motor listrik tersebut digunakan 5
untuk mengkopel impeller dalam zat cair. Maka zat cair yang yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu-sudu. Disini perbedaan tekanan zat cair mengalami lebih tinggi, demikian pula perbedaan kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Zat cair yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) di keliling impeller dan disalurkan ke luar pompa melalui nozel. Di dalam nozel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan. Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah lebih besar. Sehingga selisih energi persatuan berat atau head total zat cair antara flens isap (suction) dan flens keluar (discharge) pompa disebut head total pompa. Dari uraian di atas jelas bahwa pompa dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan perubahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu.
(Ir.Sularso, MSME, ”pompa dan kompresor”, hal.4
I.1
)
Head Head merupakan energi mekanik yang dikandung oleh satu satuan
berat (1 kgf) zat cair yang mengalir pada penampang yang bersangkutan. Satuan energi per satuan berat adalah ekivalen dengan satuan panjang(atau tinggi). Maka total head (H) merupakan jumlahan dari head tekanan, head kecepatan, dan head potensial, adalah energi mekanik total per satuan berat
6
zat cair, dan dinyatakan dengan tinggi kolom zat cair dalam meter (Orianto, M & Pratikto, WA, 1984). Head total pompa dapat dituliskan sebagai berikut: H = Hs + HP+ Hv + Hl
Gambar instalasi head pompa Beberapa komponen head diantaranya:
Head Statik (Static Head) : Merupakan head karena perbedaan ketinggian antara 2 permukaan Hs
= Z1 - Z2 = m-m
Hs
= m (terbukti)
Dimana:
Hs
= static head (m)
Z1, Z2
= jarak ketinggian permukaan fluida dengan pompa (m)
Head Tekanan (Pressure Head ) merupakan head karena tekanan didalam aliran fluida P 2
HP
=
P 1
(Sularso & Tahara, Haruo, 2000)
= N/m2 N/m3 = m (terbukti) 7
Dimana : Hp
= pressure head (m)
P1 , P 2
= berat jenis fluida (kg/m 2s2)
= tekanan (atm)
Head Kecepatan (Velocity Head) : Merupakan energi dari fluida yang dihasilkan dari gerakan pada suatu pipa Hv
= (v2 - v1) / 2g
(Sularso & Tahara, Haruo, 2000)
= m/s2 m/s2 = m (terbukti) Dimana: Hv
= velocity head (m)
v2 , v1 = kecepatan aliran fluida (m/s)
Head Gesekan (Friction Head) : Merupakan head yang diperlukan untuk mengatasi kerugian gesekan pada pipa, katub maupun perlengkapan pipa (outfittings). a) Head mayor untuk panjang pipa
(Sularso & Tahara, Haruo, 2000) Dimana: l
= panjang pipa (m)
D
= diameter pipa (m)
v
= kecepatan fluida yang melalui pipa (m/s)
k
= koefisien friksi untuk pipa panjang
g
= percepatan gravitasi ( 9,8 m.s -2 )
b) Head minor untuk fitting, katup, sambungan , dll.
Dimana: f
= koefisien friksi untuk fitting
v
= kecepatan fluida yang melalui pipa (m/s)
g
= percepatan gravitasi ( 9,8 m.s -2 ) 8
I.2
Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan lengan gaya (Sularso & Tahara, Haruo, 2000)
T
=F x l
dimana
F
=mxg
Keterangan
F
: gaya (N)
g
: gravitasi ( m/s 2 )
T
: torsi (Nm)
M
: massa ( Kg )
l
: panjang lengan (m)
I.3
Daya Pompa ( Brake Horse Power /BHP)
Daya motor pompa adalah daya yang dibutuhkan pompa untuk memutar impeller. BHP
=
2π x
T x n (Sularso & Tahara, Haruo, 2000)
dimana : BHP = input energi yang dibutuhkan pompa (watt)
I.4
T
= Torsi (N)
n
= putaran (Rpm)
Daya Air ( Water Horse Power /WHP) Daya air yaitu energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa per satuan
waktu
WHP =
xQxH
(Sularso & Tahara, Haruo, 2000)
Keterangan : WHP : daya air (KW)
9
I.5
: berat air per satuan volume (kgf./l)
Q
: kapasitas (m 3/min)
H
: head total pompa (m)
Efisiensi Pompa
Efisiensi pompa merupakan perbandingan antara daya air dengan daya pompa. P
daya keluaran (output )
daya masukkan (input )
WHP
BHP
x100 % (Sularso & Tahara, Haruo, 2000)
Keterangan : P
: efisiensi pompa (%)
WHP
: daya air (KW)
BHP
: daya poros (KW)
10
BAB II TUJUAN PERCOBAAN
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui efisiensi dari pompa.
11
BAB III PERALATAN YANG DIGUNAKAN
No
Nama Peralatan
1
Motor Penggerak
Fungsi
Gambar
Untuk menggerakkan pompa
2
Pompa
Untuk memompa fluida
Sentrifugal
3
Presssure Gauge
Untuk mengukur tekanan
4
Indikator Beban
Untuk mengukur gaya
Pompa
pembebanan pada pompa
5
Tachometer
Untuk mengukur kecepatan putaran pada poros pompa
12
6
Flowmeter
Untuk mengukur kapasitas aliran fluida di bak.
7
Katup
Untuk mengatur besar kecilnya kapasitas aliran fluida
8
Penggaris
Untuk mengukur ketinggian permukaan air antara sisi discharge dan sisi suction
13
.BAB IV LANGKAH PERCOBAAN
Pada percobaan impeller ini ada 2 percobaan yang dilakukan, yaitu percobaan pada putaran rendah dan percobaan pada putaran tinggi. Sebelum dilakukan percobaan dilakukan pengecekan tarlebih dahulu pada alat ukur yang digunakan, bila alat ukur tidak menunjukkan pada angka nol (0) maka dilakukan kalibrasi pada alat ukur tersebut. Kemudian lakukan langkah berikut ini:
IV.1
Percobaan pertama (Putaran Rendah)
a) Lepaskan rem prony dan buka penuh Spear, supaya tidak ada pembebanan
pada
pompa,
sehingga
dapat
digunakan
untuk
percobaan pompa impeller. b) Set pompa pada putaran rendah. c) Nyalakan pompa d) Atur kapasitas aliran fluida yang mengalir ke bak e) Pada kapasitas tertentu yang telah ditentukan, amati: 1) Tekanan discharge pada Pressure Gauge 2) Putaran poros pompa 3) Tinggi permukaan air di bak 4) Besar beban/gaya pompa 5) Kecepatan aliran Fluida f) Ulangi langkah 1-5 dengan kapasitas yang telah ditentukan g) Matikan Pompa
IV.2
Percobaan kedua (Putaran Tinggi) Lepaskan rem prony dan buka penuh Spear, supaya tidak ada
pembebanan pada pompa, sehingga dapat digunakan untuk percobaan pompa impeller. 14
Set pompa pada putaran tinggi a) Nyalakan pompa b) Atur kapasitas aliran fluida yang mengalir ke bak c) Pada kapasitas tertentu yang telah ditentukan, amati : 1) Tekanan discharge pada Pressure Gauge 2) Putaran poros pompa 3) Tinggi permukaan air di bak 4) Besar beban/gaya pompa 5) Kecepatan aliran Fluida d) Ulangi langkah 1-5 dengan kapasitas yang telah ditentukan e) Matikan Pompa
15
BAB V GAMBAR RANGKAIAN
16
BAB VI TABEL PENGAMBILAN DATA
Dari percobaan, diperoleh data-data sebagai berikut:
Panjang lengan pompa
=……………….m
Diameter pipa
=……………….m
Pompa impeller putaran rendah
No
Q(liter/s)
P (mH2O)
n (rpm)
F (Kgf)
Z(meter)
F (Kgf)
Z(meter)
1 2 3 4 5
Pompa impeller putaran tinggi
No
Q(liter/s)
P (mH2O)
n (rpm)
1 2 3 4 5
Surabaya, GRADER I
Nrp
2012
GRADER I
Nrp 17
BAB VII ANALISA DATA DAN GRAFIK
1) GRAFIK ANTARA KAPASITAS (Q) DAN HEAD POMPA (H) a. Putaran Rendah b. Putaran Tinggi c. Analisa Grafik 2) GRAFIK ANTARA PUTARAN (n) DAN KAPASITAS (Q) a. Putaran Rendah b. Putaran Tinggi c. Analisa Grafik 3) GRAFIK ANTARA EFFISIENSI (η) DAN KAPASITAS (Q) a. Putaran Rendah b. Putaran Tinggi c. Analisa Grafik 4) GRAFIK ANTARA EFFISIENSI (η) DAN PUTARAN (n) a. Putaran Rendah b. Putaran Tinggi c. Analisa Grafik
18
