BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Dari zaman dahulu sampai sekarang, pompa banyak dipakai dalam dunia industri. Untuk itu, kepentingan masyarakat juga digunakan pompa yaitu untuk mendistribusikan air dari reservoir ke perumahan penduduk. Sebagai contoh engineer yang nantinya terjun ke dunia industri, dan mengingat begitu besarnya peranan pompa pada aplikasinya di lapangan maka sudah seharusnya memahami karakteristik pompa. Dalam praktikum kali ini akan dipelajari tentang pompa sentrifugal. 1.1. Tujuan •
Memahami karakteristik pompa sentrifugal
•
Mengenal sistem pompa sentrifugal seri
•
Mengenal sistem pompa sentrifugal paralel
Manfaat Dengan adanya praktikum mengenai pompa ini, praktikan akan mengetahui dan memahami karakteristik pompa sentrifugal. Selain itu praktikan juga akan mampu menghitung debit, daya, dan efisiensi pada pompa dengan diketahuinya beberapa parameter pada pompa tersebut.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Dasar Pompa merupakan piranti ( alat ) yang berfungsi memindahkan fluida zat cair dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Dalam konsep termodinamika, pompa merupakan suatu sistem dimana fluida yang mengalir didalamnya mengalami tingkat keadaan berupa peningkatan tekanan, laju aliran dan temperatur. Pompa akan memberikan energi mekanis ( Em = Ek + Ep ) pada fluida yang melaluinya, dimana energi kinetik ( Ek = ½ mv2 ) dikarenakan oleh kecepatan yang dihasilkan impeller dan energi potensial ( Ep = mgh ) dikarenakan head ( ketinggian ) pada fluida yang dihasilkan oleh pompa. Pada umumnya, klasifikasi pompa dilihat berdasarkan head atau berdasarkan debit. Untuk positive displascement pump, yang ingin dihasilkan adalah debit dan untuk dynamic pump, yang diinginkan adalah head. KLASIFIKASI POMPA
PUMPS POSITIVE DISPLACEMENT
ROTARY
NON-POSITIVE DISPLACEMENT (DYNAMIC PUMPS)
RECIPROTATING
CENTRIFUGAL
GEAR
PISTON
VANE
DIAPHRAGM
SCREW
LOBE
SPECIAL EFFECT
2.2. Positive Displacement Pump ( Pompa Perpindahan Positif ) Seperti
telah
diterangkan
di
atas,
positive
displacement
pump
menghasilkan debit yang cukup besar. Pompa ini bekerja dengan mengalirkan fluida dimana fluida dimasukkan dalam sebuah rongga yang dapat mengekspansi kemudian fluida tersebut dipaksa keluar (diekspansikan) melalui bagian outlet yang berukuran lebih kecil sehingga tekanan fluida menjadi tinggi. Fluida yang masuk akan searah dengan fluida yang keluar, atau dalam artian alirannya radial. Pompa ini biasanya digunakan untuk memompa fluida kental. Pompa ini banyak dipakai pada pompa minyak dan oli pada kendaraan bermotor, dan pompa pada kebanyakan sistem hidrolik. Sistem kerja pompa ini juga dipakai pada jantung kebanyakan binatang dan manusia. Adapun kelebihan dari pompa perpindahan positive yaitu : Performance fleksibilitas yang tinggi Ukuran relatif kecil. Efisiensi volumetrik yang tinggi Menghasilkan tekanan fluida yang tinggi Pompa perpindahan positif ini dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian, yaitu : Rotary Pompa rotari adalah pompa perpindahan positif dimana energi mekanis ditansmisikan dari mesin penggerak ke cairan dengan menggunakan elemen yang berputar (rotor) di dalam rumah pompa (casing). Pada waktu rotor berputar di dalam rumah pompa, akan terbentuk kantong-kantong yang mula-mula volumenya besar (pada sisi isap) kemudian volumenya berkurang (pada sisi tekan) sehingga fluida akan tertekan keluar. Pompa rotari banyak digunakan pada pemompaan cairan yang viskositasnya lebih tinggi dari air. Keuntungan lain adalah aliran yang dihasilkan hampir merata (uniform), karena putaran rotor relatif konstan. Reciprotating Pompa reciprocating adalah pompa dimana energi mekanik dari penggerak pompa diubah menjadi energi aliran dari cairan yang dipompa dengan
menggunakan elemen yang bergerak bolak-balik di dalam silinder. Elemen yang bergerak bolak-balik itu dapat berupa piston atau plunyer. Ketika volume silinder membesar akibat gerakan piston atau plunyer maka tekanan dalam silinder akan turun dan relatif lebih kecil daripada tekanan pada sisi isap, sehingga fluida pada sisi isap akan masuk ke dalam pompa. Sebaliknya ketika volume silinder mengecil akibat gerakan piston atau plunyer maka tekanan dalam silinder akan naik sehingga fluida akan tertekan keluar. Pompa reciprocating mempunyai tekanan yang tinggi sehingga mampu melayani sistem dengan head yang tinggi. Namun kapasitas pompa ini biasanya rendah. Tekanan yang dihasilkan tidak tergantung pada kapasitas tetapi tergantung pada daya penggerak dan kekuatan bahan. Pompa ini juga dapat bekerja pada pengisapan kering. Kekurangan pompa reciprocating adalah alirannya tidak kontinu (berpulsa) dan tidak steady yang disebabkan adanya gaya enersia akibat gerakan bolak-balik oleh piston atau plunyer. Contoh :
Gambar 2.1. Gear pump
Gambar 2.2. Lobe Pump
Gear Pump
Gambar 2.3. Gear pump
Cara kerja pompa ini secara umum adalah pertama tekanan atmosfir dalam tangki memaksa fluida masuk melalui port inlet dan masuk ke dalam sela-sela roda gigi yang berputar ke arah luar seperti yang pada gambar. Kemudian fluida terjebak diantara roda gigi dan dinding pompa bagian dalam sampai akhirnya dikeluarkan pada outlet port. Biasanya pompa jenis ini banyak dipakai pada pompa minyak dan oli. Klasifikasi pompa gear pump ( pompa roda gigi ) yaitu : •
Pompa roda gigi-luar (External-gear Pump) Pompa ini merupakan jenis pompa rotari yang paling sederhana. Apablia
gerigi roda gigi pada sisi hisap ( gambar 2.4) , cairan akan mengisi ruangan yang ada diantara gerigi tersebut. Kemudian cairan ini akan dibawa berkeliling dan ditekan keluar apabila geriginya bersatu lagi. Roda gigi itu dapat berupa gigi heliks-tunggal, heliks-ganda atau gigi lurus. Beberapa desain mempunyai lubang fluida yang radial pada rada gigi bebas dari bagian atas dan akar gerigi sampai ke lubang dalam roda gigi. Ini memungkinkan cairan melakukan jalan pintas (bypass) dari satu gigi ke gigi lainnya, yaitu menghindarkan terjadinya tekanan berlebih yang akan membebani bantalan secara berlebihan dan menimbulkan kebisingan. •
Pompa roda gigi-dalam (Internal-gear Pump)
Jenis ini (Gambar 2.5 – 2.6) mempunyai rotor yang mempunyai gerigi dalam berpasangan dengan roda gigi-luar yang bebas (idler). Sebuah sekat yang berbentuk bulan sabit (Gambar 2.5-2.6) dapat digunakan untuk mencegah cairan yang kembali ke sisi pompa.
Gambar 2.4. External gear pump design untuk hydrolic power
Gambar 2.5. Internal gear (Gerotor) pump design untuk automotive oil pumps.
Gambar 2.6. Internal gear (Gerotor) pump design for high viscosity fluids.
Vane Pump
Gambar 2.7. Vane Pump
Pada pompa vane ini, rotornya berupa elemen berputar yang dipasang eksentrik dengan rumah pompa. Pada keliling rotor terdapat alur-alur yang diisi bilah-bilah sudu yang dapat bergerak bebas. Ketika rotor diputar sudu-sudu bergerak dalam arah radial akibat gaya sentrifugal, sehingga salah satu ujung sudu selalu kontak dengan permukaan dalam rumah pompa membentuk sekat-sekat ruangan di dalam pompa. Untuk lebih jelas tentang cara kerja pompa vane ini, perhatikan gambar berikut ini :
Gambar 2.8. Prinsip Kerja Vane Pump
Dari gambar, dapat dilihat bahwa cara kerja dari pompa vane adalah sebagai berikut :
sumbu rotor diposisikan secara eksentrik (tidak sejajar) terhadap cam ring ketika sedang berotasi. Aliran fluida masuk dari inlet port terus ke bagian dalam cam ring dan terjebak diantara vane. Karena vane dapat dengan bebas meluncur (sliding) dalam blok akibat gaya sentrifugal perputaran rotor, maka vane dapat menempel atau terus berkontak pada dinding cam ring bagian dalam. Fluida yang terjebak diantara vane dan dinding bagian dalam cam ring tersebut akhirnya dipaksa keluar melalui outlet port. Pompa vane ini biasanya digunakan untuk pompa hidrolik bertekanan tinggi dan penggunaan pada otomotif seperti pompa pada supercharging, power steering, dan transmisi otomatis ( automatic transmission ). Screw Pump Pompa sekrup ini mempunyai satu, dua, tiga sekrup yang berputar dalam rumah pompa yang diam. Tersedia sejumlah besar desain untuk berbagai penggunaan. Single screw Pompa sekrup tunggal ( single screw ) mempunyai rotor spiral yang berputar di dalam sebuah stator atau lapisan (linier) heliks-dalam (internalhelix-stator). Rotor terbuat dari logam sedangkan heliks terbuat dari karet keras atau lunak, tergantung pada cairan yang dipompakan. Pada pompa ini, fluida dibawa dintara galur ulir rotor yang saling berhubungan dengan galur internal pada stator.
Gambar 2.8. Potongan Aksial Single Screw Pump
Gambar 2.8. Prinsip Kerja Single Screw Pump
•
Multiple screw Pompa dua-sekrup atau tiga sekrup ( multiple screw ) masing-masing mempunyai satu atau dua sekrup bebas (idler). Aliran melalui ulir-ulir sekrup, sepanjang sumbu sekrup, sekrup-sekrup yang berlawanan dapat dipakai untuk meniadakan dorongan aksial pada pompa. Pada pompa ini, fluida dibawa diatara galur ulir rotor yang saling berhubungan
Gambar 2.8. Pompa sekrup ganda
Gambar 2.9. Pompa Tiga Sekrup
Lobe Pump
Gambar 2.10. Lobe Pump
Pompa cuping (lobe pump) ini mirip dengan pompa jenis roda gigi-dalam hal aksinya dan mempunyai dua rotor atau lebih dengan dua, tiga, empat cuping atau lebih pada masing-masing rotor . Putaran rotor tadi diserempakkan oleh roda gigi-luarnya. Oleh karena cairan dialirkan dengan frekuensi yang lebih sedikit tetapi dalam jumlah yang lebih besar dari yang dialirkan oleh pompa rada gigi, maka aliran dari pompa jenis cuping ini akan sekonstan aliran roda gigi. Tersedia juga gabungan pompa-pompa roda gigi dan cuping. Sama dengan prinsip kerja gear pump, dimana fluida yang masuk pada bagian inlet kemudian terjebak dintara lobe dan dinding pompa bagian dalam
sampai akhirnya dikeluarkan pada outlet port. Banyak digunakan untuk memompakan gas, udara, dan cairan dengan tekanan yang rendah dan laju aliran yang tinggi. Lobe pump biasanya digunakan pada berbagai macam industri seperti pada industri pulp and paper, makanan, minuman, obat-obatan, dan bioteknologi. Pompa ini biasa digunakan pada bermacam jenis aplikasi industri yang disebutkan tadi karena : memberikan kualitas yang baik dalam kesehatan •
efisiensi tinggi
•
tahan uji
•
tahan terhadap korosi
•
kebersihan di tempat baik
Gambar 2.11. Pompa Rotari 2 cuping
Gambar 2.11. Pompa Rotari 3 cuping
Gambar 2.11. Pompa Rotari 4 cuping
Reciprotating Piston Pump
Gambar 2.12. Reciprotating Piston Pump
Adapun cara kerja pompa piston ini yaitu : Sebuah motor menggerakkan poros pompa Swashplate memutar piston-piston yang terdapat diatasnya Pengaruh sudut eksentrisitas swashplate membuat piston bergerak naik-turun di dalam blok-bloknya, menyebabkan : fluida masuk melalui inlet port ketika piston me-ekspansi. fluida dipaksa keluar ketika piston ketika piston me- kompresi (menekan). 2.2.1. Diaphragm Pump
Gambar 2.13. Diaphragm Pump
Pompa diaphragm ini memiliki daya hisap yang baik, beberapa diantaranya merupakan pompa bertekanan rendah dengan laju aliran yang rendah pula, terdapat pula pompa yang memungkinkan untuk laju aliran yang tinggi, tergantung diameter kerja efektif diaphragm dan lebar langkah. Pompa ini mampu memompa lumpur yang memiliki kandungan pasir atau kerikil halus dan solid. Aplikasi pompa ini adalah pompa minyak pada tanker deck. Adapun cara kerja dari pompa diaphragm yaitu : Pada saat diagphragm ditarik menyebabkan sebuah ruang didepannya yang memaksa katup outlet menutup. Kekosongan ruang tersebut menyebabkan perbedaan tekanan dan membuat atmosfir masuk membuka katup isap. Pada saat mekanisme pompa menekan kembali diagphragm, menyebabkan fluida tertekan dan memaksa katup outlet terbuka sedangkan katup isap tertutup. Dynamic Pump Pompa dinamik atau dynamic pump merupakan pompa yang bekerja dengan cara memutar impeler yang akan mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida.
Pompa ini
terdiri dari centrifugal pump ( pompa sentrifugal ) dan special effect ( khusus ). Centrifugal Pump Pompa sentrifugal adalah pompa yang menggunakan prinsip tenaga sentrifugal dalam operasinya. Tenaga ini bekerja pada semua bagian yang berputar pada suatu sumbu. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutar baling- baling yang disebut impeler di dalam fluida. Maka fluida yang ada di dalam impeler oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbulnya gaya sentrifugal maka fluida mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran diantara sudu-sudu. Di sini head tekanan fluida menjadi lebih tinggi. Demikian juga head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Fluida yang keluar dari impeler dan disalurkan keluar pompa melalui nozel. Didalam nozel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.
Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada fluida sehingga energi yang dikandungnya menjadi tambah besar. Selisih energi persatuan berat atau head total zat cair antara pipa isap (suction) dan pipa keluar (discharge) pompa disebut head total pompa. Pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Dalam hal ini pompa sentrifugal disebut juga mesin kerja. Pompa sentrifugal merupakan pompa yang paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga yang relatif murah. Berikut ini adalah beberapa keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa perpindahan positif (Lazarkiewics, 1965) : 1. Gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa 2. Keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan tidak adanya katup-katup 3. Kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap 4. Ukuran kecil sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya instalasi ringan 5. Harga murah dan biaya perawatan murah. Merupakan pompa yang digunakan untuk keperluan tertentu. Contoh pompa jenis ini adalah hydraulic ram, electromagnetic, gas lift dan jet (eductor). 2.2.2. Komponen – komponen Pompa Sentrifugal a. Impeller Impeler biasanya terbuat dari besi cor. Untuk fluida-fluida khusus, impeler ini dapat dibuat dari baja tahan karat, timah hitam, kaca atau bahan-bahan sesuai dengan keperluannya. Macam-macam impeler yaitu : 1.
Impeler terbuka yaitu impeler yang mempunyai
baling-baling yang dipasang pada pusat poros dengan dinding yang relatif kecil.
2.
Impeler
semi
terbuka,
yaitu
impeler
yang
mempunyai selubung atau dinding pada satu sisi saja. 3.
Impeler tertutup, yaitu impeler yang mempunyai
selubung atau dinding pada kedua sisinya untuk menutup aliran fluida. 4.
Disamping diklasifikasikan sesuai dengan kecepatan
spesifik (analisis pompa), jenis impeler dan bagaimana fluida masuk, detail dari sudu-sudu vanes dan kegunaanya. Impeler yang terbuka dilengkapi dengan sudu-sudu pada map pusat dengan selubung yang relatif kecil. Impeler semi terbuka mempunyai selubung atau dinding hanya pada satu segi. Impeler terbuka digunakan untuk menangani fluida yang berisi padat, seoerti saluran kotoran dan limbah (Gambar 2.14).
Gambar 2.14. Jenis – jenis Impeler
b. Rumah Pompa (Casing)
Fungsi casing yaitu : Menutup impeler pada penghisapan dan pengiriman pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan Memberikan media pendukung dan bahan poros untuk batang torak dan impeller Rumah pompa biasanya terbuat dari besi tuang. Rumah pompa sentrifugal berupa terbelah horizontal (aksial) dan vertikal (radial). Rumah belah horizontal disebut juga rumah belah aksial. Kedua model pengeluaran dan hisapannya biasanya ada pada bodi rumah yang bawah. Belahan yang atas untuk memudahkan inspeksi. Rumah belah vertikal juga dinamakan rumah belah radial, digunakan pada pompa jenis sambungan tertutup juga pada rancangan bagian hisap yang dipasang pada rangka. Pompa rumah dinding diklasifikasikan sebagai rumah belah vertikal untuk pompa multi tingkat (multi stages) yang digunakan untuk pompa tekanan tinggi.
Gambar 2.15. Casing
c. Poros (Shaft) Poros adalah alat yang berfungsi untuk menyalurkan momen putar atau gaya putar dari pengerak pompa kepada impeler. Poros harus berukuran cukup guna menahan beraneka macam beban yang disalurkan oleh penggerak, impeler packing dan lain – lain. Sumbu pompa dibuat sebagai sebagai sumbu sambungan tunggal dan sambungan ganda. Sumbu sambungan ganda menjorok melalui kedua bantalannya melalui pompa rumah belah horizontal dan diputar dari salah satu penggerak utama. d. Cincin Keausan
Cincin keausan adalah alat yang berfungsi untuk menghindari keausan pada rumah pompa dan impeler pada bagian sambungan. Bahan untuk cincin keausan harus dipilih dari bahan yang tahan goresan dan cairan berkarat. e. Tabung Packing Tabung packing dimana packing tekan atau penutup mekanis terpasang guna menghindari kebocoran dari udara masuk ke bodi atau cairan keluar dari bodi. Kadang kala tabung packing dihubungkan pada sistem pendingin air atau sistem pelumasan penutup. f. Bantalan (Bearing) Secara praktis semua jenis bantalan digunakan pada pompa sentrifugal seperti anti gesekan, sleeve bearing sumbu bantalan selimut. Bantalan anti gesekan dapat terdiri dari rangkaian tunggal atau ganda (untuk beban berat). Sleeve bearing dapat horizontal ataupun vertikal yang dilumasi oleh cairan yang ditanganinya. g. Mechanical Seal Mechanical seal berfungsi untuk mencegah kebocoran antara housing dengan bagian yang berputar pada pompa. Mechanical seal ini terbuat dari logam, apabila pompa sedang hidup harus ada air sebagai pendingin untuk seal ini, maka setiap pompa harus ada saluran air yang bersumber dari killing line atau adanya tangki air tersendiri sebagai pendingin. Kalau air pendingin mechanical seal pompa berasal dari killing line maka tekanan killing line sangat berpengaruh terhadap pompa, sehingga tekanan yang dibutuhkan untuk pendinginan mechanical seal diset sesuai dengan batas minimal tekanan pompa, jadi jika tekanan pompa dibawah tekanan minimum maka pompa tidak dapat hidup. h. Prime Mover Prime mover adalah alat penggerak dari pompa yang terdiri dari elektrik motor dan V-Belt. V-Belt ini terbuat dari karet dan serabut, operator harus memperhatikan kelenturan V-Belt ini dengan cara menggeser maju dari kedudukan motor. Apabila V-Belt kendur maka akan mengeluarkan bunyi karena
terjadi selip dan jika dibiarkan akan terus-menerus dan lama-kelamaan V-Belt ini akan putus. i. Vibration Switch Pompa-pompa akan dilengkapi dengan vibration switch yang berfungsi untuk memutuskan arus listrik ke motor yang menggerakkan pompa. Hal ini terjadi ketika vibration switch menerima getaran melebihi yang diizinkan dari pompa. Penyebab timbulnya getaran antara lain; -
Low suction pressure, yang disebabkan oleh kurangnya jumlah
cairan yang masuk pompa. -
Low discharge pressure, yang disebabkan oleh turunnya tekanan
pada discharge line. -
Longgarnya sambungan pada pompa.
-
Terjadinya kerusakan di dalam pompa seperti impeler pecah,
wearing pecah, poros bending, dan lain sebagainya yang menyebabkan putaran poros tidak segaris lagi. j. Pressure Gage Pressure gage selalu dipasang pada pipa suction dan discharge yang dihubungkan ke pompa. Pemilihan skala pengukuran pada pressure gage yang baik adalah 50 – 65 % dari besarnya tekanan yang ada didalam pipa suction maupun discharge. Hal ini dimaksudkan agar pembacaan skala dapat dicatat secara tepat. Satuan yang dipakai adalah Psi (pound / square inch) atau Bar. k. Flow Meter Flow meter dipasang pada jarak tertentu pada pipa discharge sesuai dengan manual book. Pemilihan skala pengukuran pada flow meter yang baik adalah 50 – 65 % dari besarnya jumlah fluida yang dipompakan. Satuan ukuran yang dipakai adalah GPM (Galon / min) atau BPM (Barrel / min). l. Flexible Join
Flexible join terbuat dari stainlees steel atau karet. Pemilihan maupun tipe flexible join ditentukan besarnya getaran, tekanan, maupun jenis fluida yang dipompakan. Flexible join berfungsi sebagai peredam getaran ataupun gaya datang dari luar pompa. Umumnya dipasang pada suction dan discharge dari pompa. m. Gelas Pengukur Oli Gelas pengukur oli berfungsi sebagai : a. memonitor level oli didalam pompa atau mesin, b. memonitor kondisi oli (bersih atau kotor). n. Name Plate Seorang mekanik yang baik harus dapat membaca name plate (plat identifikasi) terpasang pada sebuah pompa maupun motor listrik dan mampu menterjemahkan maksud dari pada penulisan tersebut. Tujuan pemasangan name plate merupakan informasi mengenai : 1.
kapasitas dari sebuah pompa maupun motor listrik.
2.
jenis rangka (frame), tipe, jenis bearing, dll.
3.
nomor seri dan nomor identifikasi lainnya.
o. Daerah Hisap (Suction Line) Pada suction line pompa, tekanan sagat berpengaruh terhadap pompa, maka tekanan pada suction line pompa diset 1,4 psig, untuk mendapatkan kemampuan pompa yang maksimal pada saat dioperasikan. Apabila tekanan dibawah 1,4 psig, pompa akan mengalami getaran sewaktu hidup yang oleh low suction pressure dan kemudian pompa akan mati secara otomatis oleh vibration switch yang ada pada pompa. Pada suction line dilengkapi dengan basket stainer yang berfungsi untuk menyaring cairan dari pasir kotoran sebelum masuk kedalam pompa, yang bisa menyebabkan pompa rusak atau kemampuannya menjadi berkurang. Strainer ini harus di drainer secara berkala untuk menghindari terjadinya pemadatan pasir dalam tabung stainer yang akan menghalangi aliran cairan menuju pompa. Caranya dengan membuka drain
strainer, operator harus membuka stainer tersebut, karena dalam strainer terdapat keranjang kotoran yang terbawa. Bila strainer tersebut tersumbat akan terjadi halhal sebagai berikut: a. Pompa akan mengalami low suction pressure. b. Kapasitas pompa akan berkurang. c. Pompa akan mengalami getaran yang tidak normal. d. Cairan yang datang tidak seimbang dengan yang dipompa. p. Daerah Buang (Discharge line) Pada discharge line ini tekanan juga sangat mempengaruhi pompa, untuk itu tekanan pada discharge line pompa diset maksimum 130 psig dan minimum 80 psig. yang artinya apabila tekanan discharge pompa melebihi tekanan maksimum, jumlah cairan yang akan dipompakan akan semakin kecil dan apabila tekanan dibawah minimum, pompa akan mengalami getaran yang tidak normal yang disebabkan oleh low discharge pressure. Untuk mengatur tekanan yang diinginkan pada discharge line pompa dipasang Pressure Control Valve (PCV) yang berhubungan langsung dengan tekanan discharge line. High pressure switch off dan low pressure switch off yang fungsinya untuk mematikan pompa juga dilengkapi pada discharge line pompa. 2.2.3. Macam – macam Pompa Sentrifugal a. Pompa Rumah Keong Pompa jenis ini mempunyai impeler yang membang cairan kedalam rumah spiral yang secara berangsur-angsur berkembang. Hal ini bertujuan untuk mengurangi kecepatan cairan sehingga dapat dirubah menjadi tekanan statis. Rumah keong pompa ganda menghasilkan kesimetrisan yang hampir radial pada pompa bertekanan tinggi dan pada pompa dirancang untuk operasi aliran yang sedikit. Rumah keong akan menyeimbangkan beban radial pada poros pompa sehingga beban akan saling meniadakan dengan demikian akan mengurangi pembebanan poros lentur.
b. Pompa Difuser Baling-baling pengarah yang tetap mengelilingi trunner atau impeler pada pomap jenis ini. Laluan-laluan yang berangsur-angsur mengembang ini akan mengubah arah aliran cairan dan mengkompresikan menjadi tinggi tekanan (pressure head). c. Pompa Turbin Pompa turbin dikenal juga dengan pompa vortex, periphery, dan regeneratif. Cairan pada pompa jenis ini diatur oleh baling-baling impeler dengan kecepatan yang tinggi selama hampir pada satu putaran didalam saluran yang berbentuk cincin, tempat tadi berputar. Energi ditambah ke cairan dalam sejumlah impuls. d. Pompa Aliran Campuran dan Aliran Aksial Pompa aliran campuran menghasilkan tinggi tekanan atau head sebagian oleh pengangkatan baling-baling pada cairan. Diameter sisi buang baling-baling ini lebih besar dari diameter sisi masuknya. Pompa aliran aksial menghasikan tekanan tinggi oleh propeler akibat aksi pengangkatan baling-baling pada cairan. Diameter sisi buang baling-baling sama besar dengan sisi masuk. Karakteristik Pompa Sentrifugal
Gambar 2.16. Kurva Karakteristik Pompa
Adapun karakteristik pompa sentrifugal yaitu : Kapasitas, yaitu laju alir massa atau volume fluida yang dialirkan persatuan waktu Head statik, merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang dipompakan Head friksi, merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa dan sambungan – sambungan Kerja yang dihasilkan oleh pompa Efisiensi pompa, merupakan rasio antara daya hidrolik dan daya input pompa Net Positive Suction Head (NPSH) Kavitasi adalah fenomena perubahan phase uap dari zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya. Pada pompa bagian yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap pompa. Hal ini terjadi jika tekanan isap pompa terlalu rendah hingga dibawah tekanan uap jenuhnya, hal ini dapat menyebabkan : •
Suara berisik, getaran atau kerusakan komponen pompa tatkala
gelembung-gelembung fluida tersebut pecah ketika melalui daerah yang lebih tinggi tekanannya •
Kapasitas pompa menjadi berkurang
•
Pompa tidak mampu membangkitkan head (tekanan)
•
Berkurangnya efisiensi pompa.
NPSHr = Net Positive Suction Head required, yaitu nilai head absolut dari inlet pompa yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi. NPSHa = Net Positive Suction Head available, yaitu nilai head absolut y ang tersedia pada inlet pompa. NPSHA - Vp ≥ NPSHR Dimana Vp : Vapor pressure fluida yang dipompa.
Adapun cara untuk menghindari kavitasi yaitu : 1. Menambah Suction head, dengan : •
Menambah level liquid di tangki.
•
Meninggikan tangki.
•
Memberi tekanan tangki.
•
Menurunkan posisi pompa(untuk pompa portable).
•
Mengurangi head losses pada suction piping system. Misalnya dengan
mengurangi jumlah fitting, membersihkan striner, cek mungkin venting tangki tertutup atau bertambahnya speed pompa. 2. Mengurangi Tempertur fluida, dengan : •
Mendinginkan suction dengan fluida pendingin
•
Mengisolasi suction pompa
•
Mencegah naiknya temperature dari bypass system dari pipa discharge.
3. Mengurangi NPSHR, dengan : •
Menggunakan double suction. Ini bisa mengurangi NPSHR sekitar 25
% dan dalam beberapa kasus memungkinkan penambahan speed pompa sebesar 40 %. •
Menggunakan pompa dengan speed yang lebih rendah.
•
Menggunakan impeller pompa yang memiliki ‘eye’ impeller yang lebih
besar. •
Menggunakan pompa yang lebih kecil. Menggunakan 3 buah pompa
kecil dengan ukuran kapasitas separuhnya, hitungannya lebih murah dari pada menggunakan pompa besar dan spare-nya. Lagi pula dapat menghemat energy. 2.4.
Penggabungan Pompa. Bila kebutuhan pompa bervariasi, lebih ekonomis untuk memasang
beberapa unit pompa, baik secara seri maupun parallel, dari pada memasang satu unit pompa dengan kapasitas besar. Bila kebutuhan menurun, satu pompa atau lebih dapat dihentikan operasinya, dengan demikian pompa yang lain dapat beroperasi pada atau dekat dengan efisiensi puncaknya. Bila satu unit pompa
dipakai untuk untuk mensuplai kebutuhan yang kecil, aliran fluida kerja harus dicekik, dan pompa bekerja pada efisiensi yang menurun. Lagi pula bila dipakai unit-unit yang ukurannya lebih kecil, kemungkinan untuk melaksanakan perbaikan selama periode permintaan yang menurun akan ada dan akan ada pula kemungkinan pemeliharan unit tersebut secara bergantian, dan dengan demikian akan terhindarlah penghentian pemompaan, yang mana hal ini tidak dapat dielakan bila pompa yang dipakai adalah pompa ukuran besar yang hanya satu unit. 2.4.1. Operasi Pompa Paralel
Gbr 2.17. Kurva Head-Kapasitas pompa yang beroperasi paralel.
Untuk unit-unit yang bekerja dengan baik secara parallel, pompa-pompa ini haruslah bekerja pada daerah yang stabil kurva-kurva karakteristiknya, denfgan kata lain, kebagian kanan titik dimana terjadinya pulsasi (denyutan). Ini dapat diilustrasikan dengan menganggap bahwa dua unit pompa yang identik sedang beroperasi pada kapasitas rendah di daerah tak stabil. Satu unit pompa akan memompa dengan perlawanan yang sedikit lebih kecil dibandingkan dengan
yang dialami oleh unit lainnya, disebabkan oleh perbedaan-perbedaan yang terdapat pada susunan pemipaan dan kerugian-kerugian geseknya. Untuk suatu pertambahan kebutuhan system yang agak kecil, pompa dengan perlawanan tekanan yang lebih rendah akan memompakan cairan dalam jumlah yang lebih banyak. Ini akan menyebabkan naiknya tekanan buangnya, karena titik operasi telah berpindah ke kanan kurva karakteristiknya. Pompa yang lain, yang memompakan cairan dengan tekanan yang lebih rendah, akan mengurangi jumlah alirannya dengan memberikan beban yang lebih besar kepada pompa yang pertama tadi. Akibatnya adalah pompa yang mengalami perlawanan yang lebih besar akan menghentikan pemompaan, sedangkan pompa yang lain menangguang kebutuhan seluruh system. Kejadian ini tidak akan dijumpai bila kedua pompa tadi bekerja pada kurva stabilnya bila terjadi kenaikan kebutuhan yang sedikit. Pompa yang mengalami perlawanan tekanan yang lebih rendah akan mensuplai system dengan jumlah yang lebih banyak sebagaimana halnya dengan contoh tadi. Akan tetapi tekanan buangnya akan menurun, karena titik operasinya telah berpindah ke bagian kanan. Ini secara otomatis akan menyebabkan pompa yang mengalami perlawanan yang lebih besar tadi mensuplai cairan dengan jumlah cairan yang lebih banyak. Oleh sebab itu jumlah aliran total dibagi rata oleh kedua pompa. Bila sebuah pompa sedang memompakan cairan pada tekanan yang lebih tinggi dari pada tekanan kapasitas nol (shuf-off, katup buangnya tertutup sama sekali) pompa yang kedua, pompa yang kedua ini tidak akan dapat memompakan cairan, karena tekanan system yang lebih tinggi dari tekanan yang dihasilkannya, akan secara otomatis menutup katup satu arah (check valve). Untuk dapat membuat pompa kedua ini dapat memompakan cairan, kecepatan pompa yang pertama perlu untuk diturunkan, atau dengan melangkaukan aliran pompa yang kedua hingga tekanan buang yang dihasilkannya menjadi bertambah besar, hingga mencapai nilai yang lebih tinggi dari tekanan buang yang dihasilkan oleh pompa yang pertama, maka katup satu arah secara otomatis akan terbuka, hasil yang sama akan diperoleh, bila pompa yang kedua diperbesar putarannya.
2.4.2. Operasi Pompa Seri
Gbr 2.17. Kurva Head-Kapasitas pompa yang beroperasi seri.
Bila dua unit pompa dioperasikan secara seri tinggi head gabungan untuk setiap aliran, adalah sama dengan penjumlahan masing-masing headnya, seperti yang diilustrasikan pada kurva dibawah ini. Kurva daya kuda gabungan dapat diperoleh dengan menjumlahkan daya kuda-daya kuda yang diberikan oleh kurva-kurva tersebut untuk masing-masing pompa. Titik-titik pada kurva efisiensi gabungan diperoleh dengan jalan membagi daya kuda fluida gabungan, (HA + HB)γ/550 dengan daya kuda rem ; dalam hal ini Q adalah dalam ft3/dt. Dapat diperhatikan pada kedua gambar, bahwa kurva-kurva gabunga dan system berimpit hanya pada suatu titik. Titik ini adalah merupakn titik aliran maximum untuk sitem tersebut, Untuk operasi-operasi kebagian kiri dari titk tersebut, tinggi head buang harus dicekik untuk dapat memenuhi tinggi head system; ini tentunya akan mengakibatkan terjadinya kerugian daya. Bila unit ini digerakan oleh turbin uap, atau bila unit ini dilengkapi dengan suatu system yang kecepatannya dapat bervariasi, head system dapat dipenuhi dengan jalan memvariasikan kecepatan pompa. Pekerjaan ini tentunya akan menyebabkan biaya investasi yang lebih besar, namun biaya operasinya lebih rendah karena tidak terjadi kerugian daya akibat pencekikan.
2.5. Perhitungan
∗ Debit Pompa V t ∗ Daya Pompa Q
=
Whp =
∆P . Q
ρ . g . H .Q ∗ Ketinggian ( head ) ∆P H = ρ .g ∗ Efisiensi Pompa ( % ) Whp η = Bhp =
BAB III METODOLOGI Peralatan
3.1. Alat Ukur Pressure gauge : alat untuk mengukur perbedaan tekanan yang melewati pipa Stopwatch : alat untuk mengukur waktu Manometer raksa : alat uukur ntuk mengukur perbedaan tekanan Meteran air : alat untuk mengukur volume air Prosedur Percobaan Set sistem pompa tunggal Hidupkan pompa Catat tekanan yang masuk dan keluar pada pressure gauge Catat volume pada tetapan waktu tertentu dengan menggunakan stopwatch Lakukan langkah 3-4 untuk bukaan katup yang berbeda Lakukan proses yang sama untuk pompa susunan paralel dan seri
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Tabel Data Tanggal
:
Kelompok
:
Asisten
:
Rangkaian Pompa Tunggal Bukaan
Hs
Hd
Katup (Variasi Q) ¼
½
¾
1
t= 4 menit Nh = ρ.g. Q. H H = (Hd – Hs) Ηp =
Nb .100% N is Tanggal
:
Kelompok
:
M3
Asisten
:
Rangkaian Pompa Seri Bukaan
Hs
Hd
Katup (Variasi Q) ¼
½
¾
1
t= 4 menit Nh = ρ.g. Q. H H = (Hd – Hs) Ηp =
Nb .100% N is
Tanggal
:
Kelompok
:
Asisten
:
M3
Rangkaian Pompa Paralel Bukaan
Hs
Katup (Variasi Q) ¼
½
¾
1
t= 4 menit Nh = ρ.g. Q. H H = (Hd – Hs) Ηp =
Nb .100% N is
4.2. Contoh Perhitungan * Rangkaian Pompa Tunggal Bukaan katup =
1
Hs
=
-30 cmHg
Hd
=
4.33 cmHg
V
=
0.025 m3
Hd
M3
t
=
1 menit
=
60 detik
Bhp
=
250 Watt
Dengan
:
ρ air
=
998 kg/m3
ρ raksa
=
13550 kg/m3
g
=
9.81 m/s2
1. Perbedaan Tekanan pada Pompa ( ∆P ) ∆P
=
Hd
-
Hs
=
4.33
-
(-30)
=
34.33 cmHg
=
34.33 cmHg x
=
45796.2444 Pa
101325 Pa / cmHg 76
2. Debit Pompa Q
=
V t
=
0.025 m 3 60 s
=
4.1667 x 10-4 m3/s
3. daya pompa Whp
=
∆P . Q
=
(45796.2444 Pa) (4.1667 x 10-4 m3/s)
=
19.08 watt
4. Head Total H
=
∆P ρg
=
45796.2444 Pa (13550 kg/m 3 )(9.81 m/s 2 )
=
0.34 m
5. η Pompa
η
=
Whp Bhp
=
19.08 Watt x 100% 250 Watt
=
7.63 %
x
100%
4.3. Grafik •
Grafik debit vs head
•
Grafik daya pompa vs debit
•
Grafik efisiensi vs debit