Materi pompa
-
Upload
amardhiana -
Category
Documents
-
view
209 -
download
8
Transcript of Materi pompa
5
BAB II
TEORI DASAR POMPA SENTRIFUGAL
2.1 Dasar Teori Pompa
2.1.1 Pengertian Fluida dan Head
Definisi dari fluida adalah substansi yang mengalir karena antar partikel
satu dengan lainnya bebas. Secara umum fluida dibagi menjadi fluida compresible
(mampu mampat) dan incompresible (tak mampu mampat). Karakteristik fluida
bisa dijelaskan dengan properti fluida. Adapun properti fluida yaitu temperatur,
tekanan, masa, volume spesifik, dan kerapatan masa (Anis Samsudin dan
Karnowo, 2008).
Energi fluida untuk melakukan kerja yang dinyatakan dalam feet atau
kaki tinggi tekanan (head) fluida yang mengalir. Jadi, head atau tinggi tekan
merupakan ketinggian pada mana kolom fluida harus naik untuk memperoleh
jumlah energi yang mana sam dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida
pada kondisi yang sama (Austin H. Church,1993). Head ada dalam tiga bentuk
yang dapat saling dapat dipertukarkan antara lain:
1. Head potential/head aktual
Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang datar. Jadi, suatu kolam air
setinggi 2 kaki atau feet mengandung jumlah energi yang disebabkan oleh
posisinya dan dikatakan fluida tersebut mempunyai head sebesar 2 feet kolam
air (Austin H. Church,1993).
2. Head kinetik/head kecepatan
Adalah suatu ukuran energi kinetik yang dikandung satu satuan bobot fluida
yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh persamaan yang biasa
dipakai untuk energi kinetik (V2/2g), energi ini dapat dihitung dengan tabung
pitot yang diletakkan dalam aliran seperti gambar 2.1 di bawah. Kaki kedua
dari manometer dihubungkan dengan pipa aliran secara tegak lurus dari
manometer dihubungkan dengan pipa aliran untuk menyamakan tekanan yang
ada pada pipa aliran titik ini (Austin H. Church,1993).
6
3. Head tekanan
Adalah energi yang dikandung oleh fluida akibat tekanannya dalam
persamaannya adalah ρ/γ. Jika sebuah menometer terbuka dihubungkan
dengan sudut tegak lurus aliran, maka fluida di dalam tabung akan naik sampai
ketinggian yang sama dengan ρ/γ (Austin H. Church,1993).
Gambar 2.1 Cara Mengukur Head (Austin H. Church,1993)
2.1.2 Pengertian Pompa Sentrifugal Pompa Sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi
mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi hidrolik melalui aktivitas
sentrifugal. Energi inilah yang mengakibatkan head tekanan, head kecepatan, dan
head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso dan Haruo
Tahara, 2004). Sedangkan untuk gaya sentrifugal itu sendiri memilki arti yaitu
sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel
melalui lintasan lengkung (melingkar).
2.1.3 Kerja Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal mempunyai impeller untuk mengangkat zat cair dari
tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan
kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair, maka zat cair
yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena
timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah-tengah impeller ke luar
melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekan zat cair menjadi lebih
tinggi, demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair
mengalami percepatan.
7
Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair
sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per
satuan berat atau head total zat cair antara saluran hisap dan saluran keluar pompa
disebut head total pompa. Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat
mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi
inilah yang menyebabkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head
potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso dan Haruo Tahara,
2004)
2.1.4 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
2.1.4.1 Klasifikasi Menurut Jenis Impeller
A. Impeller Tertutup
Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan,
digunakan untuk memompa zat cair yang bersih atau sedikit mengandung
kotoran. Impeller tertutup dapat dilihat pada gambar 2.2.
.
Gambar 2.2 Impeller Tertutup
(http://macammakati.blogspot.com/2011/03/macam-macam-impeler-pomp)
B. Impeler Terbuka
Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan ataupun di belakang, bagian
belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu - sudu.
Jenis ini banyak digunakan untuk memompa zat cair yang banyak mengandung
kotoran yang volumenya lebih besar dari butiran pasir. Impeller terbuka
ditunjukkan pada gambar 2.3.
8
Gambar 2.3 Impeller Terbuka
(http://macammakati.blogspot.com/2011/03/macam-macam-impeler-pomp)
C. Impeler Setengah Terbuka
Impeler jenis ini terbuka di sebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah
belakang. digunakan untuk memompa zat cair yang mengandung sedikit
kotoran, misalnya air yang bercampur pasir. Impeler setengah terbuka
ditunjukkan pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Impeller Setengah Terbuka
(http://macammakati.blogspot.com/2011/03/macam-macam-impeler-pomp)
2.1.4.2 Klasifikasi Menurut Bentuk Rumah
A. Pompa Volut
Pada pompa volut zat cair lebih mudah mengalir dan tidak tersumbat atau zat
cair pada impeller secara langsung dibawa ke rumah volut. Pompa volut
ditunjuka pada gambar 2.5.
9
Gambar 2.5 Pompa Volut
(Sularso dan Haruo Tahara, 2004)
B. Pompa Diffuser Pada pompa diffuser, dengan pemasangan diffuser sekeliling luar impeller,
akan memperbaiki efisiensi pompa dan menambah kokoh rumah pompa.
Dengan alas an tersebut pompa ini banyak dipakai pada pompa besar dengan
head tinggi. Pompa diffuser ditunjukan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Pompa Difuser
(Anis Samsudin dan Karnowo, 2008)
2.1.4.3 Klasifikasi Pompa Berdasarakan Jumlah Aliran
A. Pompa Satu Aliran Masuk Pompa hisapan tunggal atau satu aliran masuk banyak dipakai kerena
kontruksinya yang sederhana. Permasalhan pada pmpa ini adalah gaya aksial
yang timbul dari sisi hisap dapat diatasi dengan menambah ruang penimbang,
sehingga tidak perlu lagi menggunakan bantalan aksial yang besar. Pompa satu
aliran masuk ditunjukan pada gambar 2.7.
10
B. Pompa Dua Aliran Masuk Pompa dua aliran masuk banyak dipakai pada pompa besara atau sedang.
Kontruksi pompa ini terdiri dari dua impeller saling membelakangi dan zat cair
masuk dari kedua sisi impeller, dengan kontruksi seperti itu pemasalahan gaya
aksial tidak akan muncul kerena saling mengimbangi. Debit zat cair keluar dua
kali dari debit zat cair yang masuk lewat dua sisi impeller. Pompa jenis ini
dapat beroperasi pada putaran yang tinggi. Untuk aliran masuk yang lebih dari
dua, prinsip kerjanya sama dengan yang dua aliran masuk. Pompa dua aliran
masuk ditunjukan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Klasifikasi Berdasarkan Aliran Masuk
(Anis Samsudin dan Karnowo, 2008)
2.1.4.4 Klasifikasi Pompa Berdasarkan Jumlah Tingkat
A. Pompa Satu Tingkat Pompa ini hanya mempunyai satu impeler, head total yang dihasilkan hanya
berasal dari satu impeler. Maka head total dari pompa ini relatif rendah. Pompa
satu tingkat ditunjukan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Pompa Satu Tingkat
(Anis Samsudin dan Karnowo, 2008)
11
B. Pompa Bertingkat Banyak Pompa ini mempunyai impeler sejumlah tingkatnya. Head total adalah jumlah
dari setiap tingkat sehingga untuk pompa ini mempunyai head yang relatif
tinggi. Kontruksi impeller biasanya menghadap satu arah tetapi untuk
menghindari gaya aksial yang timbul dibuat saling membelakangi. Pada rumah
pompa banyak tingkat biasanya dipasang diffuser tetapi ada uga yang
menggunakan volut. Pemasangan diffuser pada rumah pompa banyak tingkat
lebih menguntungkan daripada dengan rumah volut, karena aliran dari tingkat
satu ke tingkat berikutnya akan lebih mudah dilakukan. Pompa bertingkat
banyak ditunjukan pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Pompa Bertingkat Banyak
(Anis Samsudin dan Karnowo, 2008)
2.1.4.5 Klasifikasi Pompa Berdasarkan Letak Poros
A. Pompa Jenis Poros Horizontal Pompa poros horizontal mempunyai poros dengan posisi mendatar. Pompa
poros horizontal ditunjukan pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Pompa Poros Horizontal
(Sularso dan Haruo Tahara, 2004)
12
B. Pompa Jenis Poros Vertikal Pompa poros tegak mempunyai poros dengan posisi tegak. Pompa aliran axial
dan campuran banyak dibuat dengan poros tegak. Rumah pompa dipasang
dengan ditopang pada lantai bagian tekan impeler rumah pompa poros pompa
bagian isap bantalan poros bagian isap bantalan bagian tekan impeler rumah
pompa poros pompa oleh pipa yang menyalurkan zat cair keluar pompa. Posisi
poros pompa adalah tegak dan dipasang sepanjang sumbu pipa air keluar dan
disambungkan dengan motor penggerak pada lantai. Poros dipegangi dengan
beberapa bantalan, sehingga kokoh dan biasanya diselubungi pipa selubung
yang berfungsi untuk saluran minyak pelumas. Pompa poros vertikal
ditunjukan pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Pompa Poros Vertikal
(Sularso dan Haruo Tahara, 2004)
2.1.4.6 Klasifikasi Pompa Menurut Rangkaian
Menurut rangakainnya, operasi rangkaian dibedakan menjadi dua yaitu
operasi rangkaian paralel dan operasi rangkaian seri.
A. Operasi rangkaian paralel dan seri dari pompa-pompa dengan karekteristik sama.
Gambar 2.12 Operasi Rangkaian Paralel dan Seri dari Pompa- Pompa dengan
Karekteristik Sama.(Sularso dan Haruo Tahara, 2004)
13
Gambar di atas menunjukkan karakteristik sama dari pompa yang
dipasang secara seri dan paralel. Untuk pompa tunggal diberi tanda (1), pompa
seri (2), dan pompa paralel (3). Untuk rangkaian seri menghasilkan head kurva 2
diperoleh dari harga head kurva 1 dikalikan dua untuk kapasitas Q yang sama.
Kurva untuk susunan paralel diberi tanda 3, harga kapasitas Q kurva 3 ini
diperoleh dari harga kapasitas pada kurva 1 dikalikan dua untuk head yang sama.
Kurva R3 menunjukkan tahanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan R1 dan
R2. Jika sistem mempunyai kurva head kapasitas R1 maka titik kerja pompa 1
akan berada di A, jika disusun paralel pada kurva 3 maka titik kerjanya akan
berada di B. Terlihat bahwa Q di titik B tidak sama dengan dua kali Q di titik A,
ini terjadi karena ada kenaikan head sistem. Rangkaian seri digunakan untuk
menaikkan head, sedangkan paralel untuk menaikkan kapasitas aliran.
B. Operasi rangkaian seri dari pompa-pompa dengan karekteristik berbeda.
Gambar 2.13 Operasi Rangkaian Seri dari Pompa - Pompa dengan Karekteristik
Berbeda. (Sularso dan Haruo Tahara, 2004)
Kurva (1) adalah dari pompa kapasitas kecil, kurva (2) dari pompa
kapasitas besar, dan kurva (3) merupakan karakteristik operasi kedua pompa
dalam rangkaian seri.
Jika sistem pipa mempunyai kurva karakteristik R1 maka titik operasi
dengan pompa susunan seri akan terletak di (C). Dalam keadaan ini pompa (1)
bekerja di titik (D) dan pompa (2) di titik (E). Untuk sistem yang mempunyai
karakteristik R2, kerja seri antara pompa (1) dan pompa (2) tidak dikehendaki.
Disini head pompa (1) menjadi negatif sehingga akan menurunkan head pompa
(2). Jadi untuk kurava sistem yang lebih rendah dari R2 lebih dipakai pompa (2)
saja.
14
2.2 Dasar Teori Perhitungan 2.2.1 Debit
Perhitungan debit dapat dinyatakan pada persamaan 2.1 dengan
pengambilan waktu selama 3 kali maka waktu rata-rata (t) adalah:
1 2 33
t t tt ………………………………………………….(2.1)
Sehingga diperoleh debit aliran sebagai berikut :
vQt
…………………………………………………………..(2.2)
Dimana:
Q = Debit (m3/s)
V = Volume fluida (m3)
t = Waktu (s)
2.2.2 Persamaan Bernouli
Energi total fluida adalah sama dengan jumlah ketiga tinggi-tekan (Head)
+ + 푧 = 퐻………………………………………………..(2.3)
Dan, karena energy tidak dapat ditimbul atau hilang begitu saja, H adalah konstan
(dengan mengabaikan rugi – rugi). Persamaan ini dikenal dengan persamaan
bernouli. Berbagai bentuk tinggi tekan dapat bervariasi besarnya pada penampang
yang berbeda tetapi, dengan mengabaikan rugi – rugi penjumlahannya selalu
sama. Pada laluan aktual, tinggi-tekan tidaklah tetap konstan disebabkan oleh rugi
– rugi gesekan dan rugi- rrugi turbulensi (Austin H. Church, 1993).. Jadi
persamaan itu dapat ditulis sebagai berikut:
H = + + 푧 = + + 푧 …………………………...(2.4)
Keterangan:
v = Kecepatan aliran rata-rata (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
ρ = Kerapatan fluida (kg/m3)
z = Tinggi letak dalam meter (m)
H = Tinggi energi dalam meter (m)
15
= Tinggi kecepatan dalam meter (m)
= Tinggi tekanan dalam meter (m)
2.2.3 Persamaan Kontinuitas Sesudah tercapai kondisi – kondisi yang stedi, masa jenis fluida yang
mengalir pada sebarang titik adalah konstan. Masa jenis fluida adalah sama
dengan 휌AV dimana V adalah kecepatan rata – rata pada penampang tersebut, A
luas penampang, dan 휌 adalah masa jenis fluida. Untuk sebarang luas penampang
a dan b ditunjukan pada persamaan 2.5.
휌a Aa va = 휌b Ab vb, ……………………………………………(2.5)
Ini dikenal sebagai persamaan kontinuitas dan ini sangat penting dalam
perhitungan – perhitungan aliran fluida. Untuk cairan – cairan seperti ini 휌 adalah
konstan dan persamaan diatas akan menjadi yang ditunjukan pada persamaan 2.6.
Q = v.A ………………………………………………………...(2.6)
Di mana Q adalah jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu. Jadi
begitu luas penampang mengecil secara perlahan – lahan kecepatan akan
bertambah besar, dan sebaliknya. Dimana A adalah luas penampang pipa pada
instalasi pompa sentrifugal. (Austin H. Church, 1993). Untuk mencari kecepatan
rata – rata atau laju aliran fluida pada suatu penampang ditujukan pada persamaan
2.7.
QVA
………………………………………………………….(2.7)
Dimana:
v = Laju aliran fluida (m/s)
Q = Debit (m3/s)
A = Luas penampang pipa bagian dalam (m2)
Luas penampnag pipa adalah
2
4A d ……………………………………………………….(2.8)
Dimana:
A = Luas penampang sebuah pipa (m2)
16
d = Diameter pipa (inch)
Untuk mencari nilai dari laju aliran pada pipa hisap dapat dihitung menggunakan
persamaan sebagai berikut :
푄 = 퐴 . 푣
Jika 푄 = 푄
Maka 퐴 . 푣 = 퐴 . 푣
a ab
b
A vvA
………………………………………………………(2.9)
2.2.4 Head Total Head total adalah energi angkat atau dapat digunakan sebagai
perbandingan antara suatu energi pompa per satuan berat fluida. Pengukuran
dilakukan dengan mengukur beda tekanan antara pipa isap dengan pipa tekan,
satuannya adalah meter.
Zat cair yang mengalir pada sebuah penampang akan mempunyai
tekanan statis ρ ( dalam kgf/m3), kecepatan rata-rata ν (dalam m/s), dan ketinggian
z (dalam m) diukur dari bidang-bidang refrensi. Maka zat cair pada penampang
dikatakan mempunyai head total (dalam m). Head total pompa pada sebuah
penampang adalah head yang terdiri dari beberapa head, diantaranya adalah head
tekanan, head kecepatan, dan head potensial adalah energi mekanik total per
satuan berat zat cair, dan dinyatakan dengan satuan tinggi kolom zat cair dalam
meter (Sularso dan Haruo Tahara, 2004) . Ketiga head ini adalah energi mekanik
yang dikandung oleh satu satuan berat (kgf) zat cair yang mengalir pada
penampang, satuan energi per satuan berat adalah ekuivalen dengan satuan
panjang yaitu meter, maka head total pompa pada penampang ditunjukkan pada
persamaan 2.10.
H = + + Z ..…………………………………...(2.10)
Dimana:
H = Head pompa (m)
p = Tekanan statis ( N/m2)
γ = Berat zat cair per satuan volume (kgf/m3)
v = Kecepatan aliran fluida (m/s)
17
g = Percepatan gravitasi
Persamaan diatas dikenal dengan Theorema Bernoulli atau persamaan Bernoulli.
2.2.5 Head Tekan
Head tekan adalah energi yang terkandung oleh fluida akibat tekanannya.
Bila suatu manometer terbuka dihubungkan tegak lurus dengan aliran, fluida akan
naik di dalam tabung ke ketinggian yang sama dengan P/y. (Austin H. Church,
1993). Head tekan pompa ditunjukan pada persamaan 2.11.
H = …………………...………………………………(2.11)
Dimana:
Hp = Head Tekan (m)
Pd = Tekanan Discharg (N/m2)
Ps = Tekanan Suction (N/m2)
훾 = Berat per satuan volume zat cair yang di pompa (kgf/m3)
Tekanan yang digunakan untuk menghitung head tekan adalah
menggunakan tekanan absolut. Tekanan absolut adalah tekanan yang diukur
terhadap tekanan nol absolute atau vakum absolut, sedang tekanan relatif atau
tekanan terukur adalah tekanan yang diukur terhadap tekanan atmosfer setempat
yang dapat dilihat pada persamaan 2.5. Tekanan terukur dapat lebih besar atau
lebih kecil daripada tekanan atmosfer setempat. Tekanan terukur yang lebih besar
daripada tekanan atmosfer setempat adalah tekanan positif, sedangkan yang lebih
kecil dari pada tekanan atmosfer setempat adalah tekanan negative
(web.ipb.ac.id/~erizal/mekflud/modul2.pdf, diakses 20/7/2013 ). Tekanan tersebut
dapat dilihat pada gambar 2.12.
푃 = 푃 + 푃 …………………………………..(2.12)
Dimana :
Pabsolut = Tekanan absolut (N/m2)
Patm = Tekanan atmosfer (N/m2)
Pterukur = Tekanan terukur pada alat ukur pressure gauge.
18
Gamabar 2.14 Satuan dan Skala Pengukuran Tekanan
(web.ipb.ac.id/~erizal/mekflud/modul2.)
2.2.6 Head Kecepatan
Head kecepatan adalah suatu ukuran energi kinetik yang dikandung satu
satuan bobot fluida yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh
persamaan yang biasa dipakai untuk energi kinetic (Austin H. Church, 1993).
Head kecepatan pompa ditunjukan pada persamaan 2.13.
H = …………………………………………………..(2.13)
Dimana :
V2d = Kecepatan aliran fluida discharge (m/s)
V2s = Kecepatan aliran fluida suction (m/s)
g = grafitasi
2.2.7 Torsi
Diukur dengan menggunakan timbangan, untuk mengukur besarnya
dengan cara mengalirkan gaya (F) dengan lengan pengukur momen (l). Satuannya
adalah Nm (Careca F., dkk., 2011).. Torsi ditunjukan pada persamaan 2.14.
T = F . L ……………………………………………………...(2.14)
Dimana:
T = Torsi (Nm)
F = Gaya (kgf)
19
L = Panjang lengan (m)
2.2.8 Daya Hidrolis
Energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa per satuan waktu
disebut daya hidrolis (Dietzel F., 1980).. Daya hidrolis ditunjukan pada persamaan
2.15.
푃 = 휌 .푔 .푄 .퐻 ……………………………………………..(2.15)
Dimana :
Ph = Daya hidrolis (watt)
휌 = Kerapatan fluida (kg/m3)
Q = Kapasitas (m3/s)
H = Head pompa (m)
2.2.9 Daya Poros
Daya poros adalah daya yang diperlukan untuk menggerakan sebuah
pompa atau sering disebut (Break House Power) BHP. (Careca F., dkk., 2011)..
Daya poros ditunjukan pada persamaan 2.16.
퐵퐻푃 = 푇 .휔 = . . . ……………………………………...(2.16)
Dimana :
BHP = Daya poros (watt)
T = Torsi (Nm)
휔 = Kecepatan sudut poros (rad/s)
n = Putaran motor (rpm)
2.2.10 Effisiensi Pompa
Effisiensi pompa adalah pembagian antara daya air dibagi daya poros.
(Careca F., dkk., 2011). Effisiensi pompa ditunjukan pada persamaan 2.17.
휂 = 100% ……………………………………….(2.17)
Dimana :
휂 = Effisiensi pompa
Ph = Daya air (watt)
BHP = Daya poros (watt)