2 Mke 2 Pompa

MKE 2 BAB 2 POMPA

2. 2.1

POMPA

PENDAHULUAN

Pompa adalah mesin yang dipergunakan untuk meningkatkan energi fluida dengan menggunakan menggunakan energi lain, yaitu energi poros. Tugas utama pompa adalah menaikkan energi fluida yang terutama adalah dalam bentuk: - Energi potensial, Seperti dalam bentuk, ketinggian (elevasi) fluida dan bisa pula berupa tekanan fluida. - Energi kinetik, berupa energi dari massa yang bergerak dengan kecepatan kecepatan tertentu. - Energi kalor, khusus untuk fluida kompresibel, terutama pada kompresor. Istilah pompa biasa digunakan untuk fluida cair (liquid), sedangkan untuk fluida berupa gas (fluida kompresibel) lebih umum digunakan kata kompresor. Pada dasarnya kompresor adalah juga pompa, di mana komponen dan prinsip kerjanya sama. Akan kita dapati pula suatu pompa yang berfungsi memompakan kalor, yaitu pompa kalor. Pompa kalor adalah alat penghisap dan penyalur kalor. Pompa kalor menggunakan pompa maupun kompresor. Alat berupa gabungan beberapa komponen mesin ini tidak akan dibahas di sini. Khusus untuk ompresor akan dibahas pada bab berikutnya. Pada umumnya pompa memerlukan instalasi bantu berupa instalasi penyaluran. Suatu instalasi pompa untuk industri misalnya terdiri dari unit (-unit) pompa dan instalasi pemipaannya. Kesemuannya sering disebut sebagai instalasi pipa saja walaupun di dalamnya sering ditemukan pompa. Tetapi sistem penyaluran dapat berupa saluran terbuka, misalnya pada kanal-kanal irigasi pertanian. Dan bahkan tanpa penyaluran, seperti yang kita dapati pada peralatan pengaduk seperti pada gambar bawah. Kelompok ini tidak lazim disebut lagi sebagi instalasi pompa walaupun prinsip kerja dan komponennya sama. Gambar 2.1 di bawah menunjukkan dua jenis pompa pengaduk berupa pompa propeler. Pompa pengaduk biasa dijumpai pada industri kimia, sistem aerasi tambak-tambak dan pengolah air bersih maupun air kotor.

m01 cp

Gambar 2.1 Pengaduk menggunakan impeler terbuka, termasuk mesin konversi energi (ITT-Fligt)

2.2

INSTALASI POMPA DAN BEBERAPA CONTOH

Dalam membahas pompa tidak akan bisa lepas dari instalasinya. Insatalasi pompa untuk cairan dan gas mempunyai banyak kemiripan. Instalasi pompa pada umunya terdiri dari pompa(-pompa), pipa hisap (suction), pipa tekan (discharge), instrument ukur dan peralatan kontrolnya. Boleh dikatakan setiap jenis peralatan instalasi untuk cairan akan dijumpai pula jenis peralatan yang sama untuk instalasi gas. Tentu saja ada peralatan  MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-1

MKE 2 BAB 2 POMPA

khusus gas atau cairan yang saling tidak dapat ditukar gunakan pada kedua instalasi tersebut. Perbedaan sifat dasar antara gas dan cairan menentukan disain peralatanperalatan khusus yang dibutuhkan. Instalasi pipa dijumpai hampir di semua bidang kegiatan, dari instalasi untuk rumah tangga, industri, pengolahan limbah, pengairan dan sebagainya. Instalasi pipa sangat beragam bentuknya, sesuai dengan keperluan dan situasi tempat instalasinya sendiri. Berbagai instalasi pompa misalnya dapat dijumpai pada: - Perusahaan Perusahaan Air Minum (PAM - PDAM) - Kilang pengolah minyak dan gas - Sistem transportasi bahan bakar minyak min yak - Instalai dalam gedung (Air Conditioning, pemadam kebakaran, plambing dan sbagainya) - Pompa banjir - Pusat pembangkit listrik, dan sebagainya Berikut beberapa contoh sistem dan instalasi pompa. 2.2.1

Pompa Pengering Sumuran Air

Gambar 2.2 berikut menunjukkan contoh instalasi pompa pengering sumuran air. Walaupun pada umumnya dipergunakan untuk menguras air kotor, pompa ini sering dipergunakan pula untuk air bersih. Untuk mempermudah perawatannya, pompa dilengkapi dengan rel pemegangnya, sehingga pompa dapat dibongkar-pasang dengan menarik dan menurunkannya saja. Bandul-bandul (4 buah) yang tampak adalah pelampung pengatur sakelar hidup-matinya pompa sesuai dengan tinggi muka air dalam sumuran. Pompa pada gambar diletakkan dibawah permukaan air yang dipompakannya. Pompa jenis ini disebut sebagai pompa submersible. Ada jenis yang motornya tetap diatas air, dimana dibutuhkan poros yang lebih panjang. Pada gambar, pompa ini adalah jenis submersible dengan impelernya dipasang langsung ( direct attached ) pada poros motornya.

Gambar 2.2 Contoh instalasi pompa pengering sumur air (drainage) jenis submersible, satu unit dalam keadaan ditarik ke atas (dari Fligt).

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-2

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.2.2

Pompa Pemadam Kebakaran

Gambar 2.3 Pompa pemadam kebakaran kebakaran di suatu instalasi pembangkit pembangkit listrik. Bekerja secara otomatis bila terjadi kebakaran, instalasi pompa kebakaran ini terdiri dari dua unit, satu digerakkan oleh motor listrik, lainnya oleh motor diesel. Bila terjadi kegagalan start motor listrik, misalnya karena pasokan listrik mati, mesin diesel dapat mengambil alih fungsinya. Pompa terlihat dari jenis “ horizontal split casing”, sisi hisap dan tekannya terletak horisontal. Pompa jenis ini termasuk mahal harganya, tetapi handal dan mudah perawatannya (Gmb. 2.39 dan 2.40). Penting untuk diingat, pompa kebakaran harus siap bekerja langsung. Oleh karenanya sistem  priming-nya (pemancing air saat start) harus bersifat positif, selalu ada air di sistem. 2.2.3

Instalasi Pompa Banjir

Gambar 2.4 Suatu instalasi pompa pompa banjir jenis aksial aksial vertikal (DKI Jaya). Jaya). Terlihat pada gambar hanya bagian motor dan gearbox-nya saja. Pompa yang dipakai tidak nampak, dari jenis j enis aksial, karena yang diperlukan adalah untuk head rendah

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-3

MKE 2 BAB 2 POMPA

dan laju yang tinggi. Karena debitnya yang besar dan untuk mempermudah startnya, pompa banjir pada umumnya dari jenis aksial yang diletakkan dibawah permukaan air yang dipompakannya. dipompakannya. Jadi tidak diperlukan sistem pemancing air (priming). 2.2.4

Pompa-Motor Submersible Kecil-Sedang-Besar

(a)

(b) 

Itt-pumpH

Gambar 2.5 Salah satu cara pemasangan pompa pembuangan yang praktis. (ITT-Fligt) (a) Pompa sentrifugal. (b) Pompa aksial. Pompa-motor submersibel biasanya disebut sebagai pompa submersibel saja, walaupun ini sering terkacaukan dengan pompa submersibel yang motornya di atas permukaan air. Gambar (a) menunjukkan pompa submersibel jenis sentrifugal. Dipakai untuk air bersih maupun air kotor (drainage). Untuk pengering (drainage), impeler pompa ini harus memenuhi beberapa kriteria, antara lain untuk cairan kotor, berlumpur dan bersampah, biasanya harus dari jenis non-clogging  (mampu lolos sampah), dan tanpa perlu banyak perawatan ( maintenance free). Karena pompa submersibel ini sepenuhnya terendam air, penyekat antara pompa dan motor harus handal. Alat-alat pengaman harus disediakan untuk mencegah akibat-akibat kebocoran. 2.2.5

Pompa Semi Submersibel

Gambar 2.6 Rancangan pompa pembuangan  jenis non-clog   untuk suatu kilang minyak. (Lab-Fluida MS-ITB).

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-4

MKE 2 BAB 2 POMPA

Berbeda dengan pompa-motor submersibel, pompa semi submersibel ini memiliki motor yang ada di atas permukaan air yang dipompakannya. Tidak memerlukan penyekat yang canggih karena bagian yang berlistrik tidak bersentuhan dengan air. Pompa jenis ini biasanya memiliki motor yang tahan cuaca (wheater proof) karena dipasang tanpa pelindung, di luar bangunan. Pada prakteknya pompa ini sering disebut juga sebagai pompa submersibel saja. 2.2.6

Contoh Sistem Instalasi Pipa Sirkulasi Chilled Water

Gambar 2.7 Instalasi double loop untuk sistem tata udara (AC) bangunan besar. Gambar diatas menunjukkan salah satu metoda sirkulasi pada instalasi air pendingin suatu sistem pengkondisian udara (air conditioning) bangunan besar. Air o pendingin (chilled water ) yang bertemperatur sekitar 6-10 C dari mesin pendingin ( water chiller ) disirkulasikan keseluruh bangunan melalui pipa-pipa “ chilled water supply” menuju ruang-ruang fungsi di bangunan, dan chilled water return  yang bertemperatur o sekitar 10-15 C di alirkan kembali ke pusat mesin pendingin menggunakan menggunakan pompa-pompa primer dan sekunder. Panas udara bangunan diambil oleh air pendingin ini melalui FCU  fan coil unit ) dan AHU ( air handling unit ) (lihat MKE I). ( fan Ceritakan bagaimana sistem sirkulasi pada gambar diatas bekerja. Pertanyaan lain adalah dapatkah dan bagaimana caranya supaya non-return valve (juga disebut check valve) pada gambar dapat ditiadakan, tetapi tujuannya tetap dapat dicapai? Keterangan “ non return valve” dapat dilihat pada Gambar 2.14.  Exspansion tank   dipergunakan untuk menjaga tekanan dalam pipa supaya tidak terlalu tinggi akibat terjadinya pemuaian atau penyusutan bila temperatur air berubah. Tangki ini dapat pula untuk mengontrol tekanan dalam pipa, dengan mengatur titik sambungannya ke instalasi (misalnya di titik A). Pemindahan titik A ini ke lokasi lain akan mengubah tekanan statik di semua titik dalam instalas. Oleh karena itu peletakan titik A dapat dipakai untuk mengontrol distribusi tekanan dalam pipa. Cobalah membuat simulasi  MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-5

MKE 2 BAB 2 POMPA

peletakkan titik sambung A gambar di atas dan carilah balans tekanan aliran air. Perhitungkan pula gesekan pompa. Gambar di bawah menunjukkan sederetan pompa sirkulasi air dingin (chilled water) pada Bandar Udara Djuanda, Surabaya, yang dipasang secara paralel. Pipa inlet dan outletnya, dan biasanya juga badan pompanya, diisolasi untuk menghindari kebocoran panas masuk sistem. Dua pompa dari instalasi dalam contoh ini merupakan pompa berkecepatan variabel sebagai bagian sistem pengontrolan alirannya. Gambar di bawahnya adalah pompa-pompa air pendingin water chiller, yang juga dipasang paralel.

Gambar 2.8 Pompa sirkulasi chilled water suatu sistem pengkondisian udara (Ebara, Airport Djuanda).

Non-return valve Pressure gage

Flexible joint

Flexible joint

Gambar 2.9 Pompa air kondensor suatu sistem pengkondisian udara. (Ebara, Airport Djuanda).

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-6

MKE 2 BAB 2 POMPA

Pada gambar ditunjukkan beberapa peralatan instalasi yang dibutuhkan. Flexible joint dipergunakan untuk meredam getaran pompa ke instalasi dan sebaliknya, selain juga untuk menghindari pengaruh muai-kerut pipanya. Pemasangan non-return valve dimaksudkan untuk mencegah secara otomatis aliran balik menuju sisi hisap pompa saat suatu pompa tidak bekerja.

Gambar 2.10 Pompa pemasok bahan bakar suatu instalasi bahan bakar. (Airport Djuanda) Pompa dan motor untuk keperluan instalasi bahan bakar (Gambar 2.10 di atas), untuk menjaga keamanan operasinya, harus memenuhi standar ketat semisal American Petroleum Institute (API). Instalasi ini, termasuk pompanya, harus bebas eksplosi. Pada gambar, untuk menghindari udara terjebak pada pipa outlet yang melengkung ke bawah, pada titik tertinggi pipa lengkung dilengkapi dengan katup pembebas udara.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-7

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.2.7

Contoh Sistem Instalasi Transportasi Bahan Bakar Minyak ∆ H rg = F ∆L

 ∆ L D

Q2 2 = KQ 2 2A g

H rg total

H st

P1 ρg

H s t b -a = Ζ b - Ζ a

P.a

P b =0

P2 ρg

Ζ b

Ζ 2

Gambar (a)

Pa =0

Reservoar A

Reservoar B

Ζ 1

Ζ a

P0

Pb =0 H st

Reservoar B

P.2

H st residu

H st

H st residu

H s t P .a

P2

P.1

Ζ 2

Ζ b

P1

Reservoar A

Ζ 1

Pa =0

Gambar (b)

P0

Gambar 2.11 Contoh instalasi pipa minyak antara reservoar A dan B yang berketinggian  za dan zb.terhadap acuannya. Gmb. 2.11a menunjukkan contoh instalasi pompa bahan bakar minyak (BBM) yang menghubungkan reservoar minyak A di dataran rendah ke reservoar B di dataran tinggi. Bila  za  dan  zb  masing-masing 10 dan 760 m di atas permukaan laut, maka Head statiknya adalah 750 m. Bila kemudian rugi-rugi tekanan dalam pipa antara A dan B adalah 250 m, maka head total yang harus diberikan pompa adalah 1000 m. Tekanan dalam pipa di sisi keluar (discharge) pompa minyak bila percepatan gravitasi 2 3 dianggap 10 m/s  dan kerapatan massa minyak adalah 800 kg/m  adalah:  p0 =  ρ gH  = 800 x 10 x 1000 Pa = 8 000 000 Pa atau ≈ 80 bar.

Tekanan yang besar ini memerlukan pipa khusus yang mahal harganya. Karena itu perlu dipikirkan membagi instalasi dalam beberapa segmen, seperti nampak pada Gmb. 2.11b. Instalasi didisain menggunakan 3 pompa, Po, P1, dan P2, dengan demikian tekanan pada tiap segmen menjadi lebih kecil. Oleh karenanya biaya investasi untuk pipa dapat banyak dihemat.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-8

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.2.8

Contoh Instalasi Pompa Khusus

Gambar 2.12 Konsep instalasi pompa-turbin untuk bendungan yang sudah terbangun. (konsep PLTM Pompa-Turbin, Lab Mesin Fluida ITB)

Gambar diatas menunjukkan suatu sistem instalasi pompa dan turbin yang dikaji untuk diterapkan di suatu bendungan irigasi di Jawa Tengah (konsep Lab. Mesin Fluida, Oktober 2001). Bendungan yang sudah dibangun terdahulu tidak boleh diganggu karena akan berbahaya untuk keselamatannya. Efek siphon dalam instalasi ini tidak selalu dapat berfungsi (kenapa?), karena itu diperlukan pompa pembantu. Sistem ini masih dalam taraf kajian karena memerlukan efisiensi pompa dan turbin yang tinggi supaya sistem layak dibangun. Contoh Soal: Bila turbin air yang dipergunakan adalah turbin Francis (turbin air jenis reaksi, lihat Bab 3 Turbin Air) dengan tekanan yang dipersyaratkan sebelum impelernya sebesar 200 kPa (gage), dengan mengabaikan kerugian instalasi, sedangkan tinggi mercu bendung terhadap turbin adalah 40 m dan terhadap muka air dalam bendungan 15 m, berapa head pompa minimum yang diperlukan?

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-9

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.3

INSTALASI PIPA

2.3.1

Jenis Pipa

Selain untuk tujuan-tujuan antara lain sebagai pengaduk, aerator, sirkulator, suatu instalasi pompa selalu memerlukan instalasi pipa sebagai penyalurnya. Sejak jaman mulainya peradaban, kita mengenal bermacam-macam pipa, antara lain: - Pipa kayu, bambu dan lain-lainnya dari bahan tumbuhan - Pipa tanah (bakar), keramik - Pipa semen - Pipa kanvas (bahan rajutan) - Pipa karet - Pipa besi tuang (cast iron) - Pipa baja - Pipa tembaga - Pipa gelas - Pipa plastik, PVC, PE, fibre glass dan lain-lain Setiap jenis pipa mempunyai spesifikasi, standard dan kemampuan tertentu. Demikian pula penggunaannya. Karena banyaknya ukuran, jenis, pemakaian, bahan dan spesifikasi yang diperlukan, pipa dikelompokkan menurut standarnya. Setiap negara menganut standar yang dapat berbeda satu sama lainnya. Beberapa contoh standar adalah: - SNI Standar Nasional Indonesia - BS British Standard - JIS Japan Industrial Standard - ASTM American Society of Testing Material - API American Petroleum Institute - DIN Deutsche Industrie Norm dan lain sebagainya. Pipa kayu sudah jarang dipergunakan, kecuali pipa bambu di pedesaan. Pipa dari tanah bakar (bata) masih banyak dipergunakan, terutama untuk bahan yang korosif seperti limbah kota. Pipa bata ini yang lebih murah dari pada pipa baja tahan karat (stainless steel) umumnya diglasir di bagian dalamnya untuk mencegah rembesan cairannya keluar melalui pori-pori pipa. Pipa keramik jarang dipergunakan. Dulu sering dipergunakan di pabrik penyulingan minuman. Pipa semen terutama dipergunakan untuk saluran drainage. Pipa air minum juga ada yang menggunakan pipa semen. Pipa semen proses sentrifugal dengan penguatan besi (baja) beton dapat digunakan untuk pipa air bertekanan. Pipa kanvas pada umumnya dipergunakan antara lain untuk perlengkapan pemadam kebakaran. Pipa kanvas ada yang menggunakan pelapisan bahan karet untuk mengurangi kemungkinan kebocoran. Pipa karet masih banyak dipergunakan. Pipa-pipa drainage yang dapat dipindah (portable) dan memerlukan sifat fleksibel, menggunakan pipa karet. Pipa karet untuk tekanan tinggi dapat diperkuat dengan anyaman serat kanvas atau baja di dalamnya. Dahulu pipa besi tuang sangat populer, baik untuk air minum, air limbah maupun gas. Saat ini pipa besi tuang sudah berkurang penggunaannya. Ada pipa besi tuang yang dilapis semen didalamnya ( cement lining) untuk mengatasi sifat korosi cairan yang

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-10

MKE 2 BAB 2 POMPA

dibawanya. Pipa besi tuang untuk tekanan tinggi pada umumnya dari jenis pipa daktil (ductile cast iron pipe). Saat ini pipa baja merupakan jenis pipa yang terbanyak diproduksi, selain pipa plastik kebutuhan bangunan dan industri. Ada beberapa jenis pipa ini, misalnya: - Pipa dilas (welded/seam pipe) - Pipa tanpa las (seamless pipe) - Pipa spiral - Cement linned steel pipe - Galvamized pipe, dan sebagainya. Untuk melengkapi pipa supaya dapat berfungsi sebagaimana dikehendaki, pipa perlu dilengkapi dengan  fitting-nya. Fitting ini antara lain adalah belokan ( elbow), sambungan T ( tee joint ), sambungan fleksibel ( flexible joint ), sambungan ekspansi dan lain sebagainya. Selain itu diperlukan pula instrumen dan katup-katup. Berikut beberapa contoh katup yang sering dipergunakan. 2.3.2

Jenis-jenis Katup

Peralatan bantu instalasi pipa seperti belokan, cabang T, Y, X (cross), saringan, sambungan ekspansi, sering disebut sebagai fitting. Selain peralatan bantu di atas, peralatan biasa yang lumrah dijumpai pada insatalasi pipa adalah berbagai jenis katup. Jenis-jenis katup dapat dikelompokan menurut fungsinya sebagai berikut : 2.3.2.1 Katup Isolasi

-

Katup Gerbang (Gate Valve)

Gv04

Gambar 2.13a Potongan katup gerbang. Terlihat dari jenis non rising stem.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-11

MKE 2 BAB 2 POMPA

Katup Bulat (Globe Valve)

-

-

Gv02

Gv06

Gambar 2.13b. Potongan katup bulat  jenis “rising stem”. −

Katup Bola (Ball Valve)

Gambar 2.13c. Gambar potongan contoh katup bola.

Katup Kupu-kupu (butterfly valve)

Lengan

>

Roda pemutar

>

Servo pneumatik

>

Servo hidrolik atau pneumatik

>

Katup kupu-kupu

>

Gv07

Gambar 2.13d Katup kupu-kupu yang dilengkapi sistem kendali menggunakan: a. Servo hidrolik b. Roda pemutar c. Lengan pemutar

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-12

MKE 2 BAB 2 POMPA

−

Katup Jarum (Needle Valve)

Gambar 2.13e Katup jarum. 2.3.2.2 Katup Anti Balik (Non Return Valve, Check Valve) Kadang-kadang disebut juga katup searah atau check valve. Nama katup ini ditentukan menurut konstruksinya, misalnya -

Swing Check Valve

Gv08

Gambar 2.14a Katup anti balik jenis swing check valve. -

Lift Check Valve

G16

Gambar 2.14b Katup Searah jenis angkat (lift).

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-13

MKE 2 BAB 2 POMPA

-

Foot Valve (Katup Kaki)

Gv09

Gambar 2.14c Katup kaki (foot valve) untuk ujung bawah pipa hisap pompa. Katup Diafragma

Gv10

Gambar 2.15 Katup diafragma, diafragma berfungsi sebagai dua penyekat sekaligus. 2.3.2.3 Katup Pengatur (Control Valve) Umumnya berupa katup isolasi atau katup anti balik pada gambar sebelumnya tetapi dilengkapi dengan alat-alat pengatur khusus, dimaksudkan untuk pengaturan proses penyaluran fluida. Beberapa jenis katup tidak baik dipergunakan sebagai katup pengatur. Contoh katup pengatur adalah: -

Katup Pengaman (Safety Valve)

G19

Gambar 2.16a Katup pengaman terhadap tekanan lebih.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-14

MKE 2 BAB 2 POMPA

-

Katup Penurun Tekanan (Pressure Reducer)

G19

Gambar 2.16b Katup penurun tekanan yang dapat dikendalikan. -

Katup Pelepas Tekanan (Pressure Relief Valve)

Gv03

Gambar 2.16c Katup pelepas tekanan bertuas bekerja manual. Umtuk melepas tekanan, lengan pelepas ditekan ke bawah. Pegas yang ada di dalam katup akan mengembalikan ke posisi semula bila lengan dilepas kembali. -

Katup Pelampung (Float Valve)

Gv05

Gambar 2.16d Katup pelampung (float valve). Dipergunakan untuk menutup aliran pada saat permukaan zat cair dalam suatu tangki sudah mencapai tinggi yang dikehendaki.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-15

MKE 2 BAB 2 POMPA

-

Katup Pembilas Kondensat Otomatik (Automatic Drain Valve)

Gv15

Gambar 2.16e Katup pembilas kondensat otomatik (automatic condensat drain) -

Katup Kendali Pneumatik

Gv11

Gambar 2.16f Katup kendali yang dikendalikan melalui sistem pneumatik (katup sejenis ada yang bersifat hidrolik untuk penerapan tertentu). -

Katup Bulat Bermotor

Gv12

Gambar 2.16g Katup terkendali berpenggerak motor listrik. -

Katup Kumparan 4 Arah

Gv14

Gambar 2.16h Contoh katup 4 arah (4-way solenoid valve) dikendalikan melalui arus listrik pada kumparan pengendali.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-16

MKE 2 BAB 2 POMPA

-

Katup Kumparan Satu arah

Gv13

Gambar 2.16i Irisan dalam katup kumparan satu arah. Selain dari pada katup-katup diatas, kita temukan juga jenis-jenis katup dalam bentuk khusus. Pintu air misalnya, merupakan katup untuk saluran terbuka. Setelah fitting dan katup kita perlukan juga peralatan bantu lain seperti pengukur debit, pengukur tekanan, pengukur temperatur, pengukur kerapatan dan sebagainya. Peralatan khusus lain misalnya tangki (reservoir), alat pemanas atau pendingin, pengaduk, penyearah, penjebak (trap), sakelar aliran ( flow switch) dan sebagainya juga merupakan perlatan penting instalasi. Seorang teknisi yang baik harus dapat membedakan dari sekian banyak produk peralatan instalasi mana yang harus dipakai dalam instalasinya. Setiap produk ditujukan untuk digunakan dalam batas tertentu, walupun kadang-kadang dapat digunakan untuk beberapa keperluan (misalnya untuk air minum dan udara kempa). Gmb. 2.17 berikut menunjukkan berbagai jenis notasi peralatan instalasi untuk mempermudah penggambaran sistem.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-17

BAB II POMPA

Contoh Notasi Gambar Diagram Sistem Pipa dan Peralatannya Flow line Flow line, e g drain enclosure for several components assembled in one unit pipe connection shut-off-valve

throttle valve / non return valve with variable throttling

shittle valve

throttle valve variable plugged outlet pneumatic flow

hydraulic pump fixed flow rate

hydraulic flow

hydraulic pump variable flow rate

compressor, fixed flow rate reservoir open to atmosphere

pneumatic motor, fixed flow rate

pressurized reservoir

hydraulic motor, fixed flow rate

pressure accumulator

heat engine

filter, strainer

pneumatic pressure surce

cooler with coolant line

hydraulic pressure surce

water trap, automatic drain

pressure gauge

air dryer

pressure relief valve

pressure regulator with adjustable spring-load

squence valve

squence valve with variable pressure by adjustable spring-load manual directional control valve with two ports and two distinct positions pressure operated directional control valve with three ports and two distinct positions

single acting cylinder with return spring

thermometer

lubricator non return valve, spring loaded

flow meter

Gambar 2.17 Simbol-simbol pada gambar skema sistem perpipaan

2-18  MKE 2 Pompa 01/14-10-04/Hen

BAB II POMPA

2.4

HEAD POMPA

Head merupakan suatu besaran untuk menentukan muatan energi suatu sistem. Head kadang-kadang diterjemahkan sebagai tinggi hidrolik, dan hanya digunakan di fluida cair. Head dalam suatu sistem dapat ditinjau dari beberapa segi, yaitu : − Head pompa (untuk kompresor biasa dinyatakan dengan tekanan keluar kompresor) − Head pada suatu titik diinstalasi berupa head tekanan, head kecepatan dan head potensial. − Head kerugian (head loss) instalasi Dari segi aliran kita kenal head statik  dan head dinamik . Sedangkan untuk suatu bagian instalasi, kita kenal pula head hisap (suction head) dan head tekan (discharge head). Definisi head akan menjadi jelas bila kita menguraikan persamaan daya sebagai berikut : Pa=  ρ  Q H g 

Dimana

[Watt]

 ρ  = kerapatan massa cairan Q = laju aliran cairan  H  = head aliran g = gravitasi

3

[kg/m ] 3 [m  /s] [m] 2 [m/s ]

 jadi head :  H  =

Pa

 ρ gQ

=

 

[m]  Daya air 

 Berat fluida persatuan waktu

Tetapi head dapat pula ditulis : Y = gH  =

Pa

2

2

[m  /s ]

 ρ Q

 Daya air  =  Laju massa aliran persatuan waktu

dan juga

 p =  ρ gH  =

=

Pa Q

 

[Pa]

 Daya air   Laju aliran persatuan waktu

Kemudian bila satuan waktunya saling dibuang, head menjadi : - energi persatuan berat, - energi persatuan massa dan - energi persatuan volume fluida. 2 2 2 Satuannya berturut-turut adalah m, m  /s  dan Pa (Pascal = Newton/m ). Untuk suatu insatalasi pompa, persamaan energi persatuan berat berikut dapat memberikan gambaran lebih jauh mengenai head.  MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-19

BAB II POMPA

Kita dapat menggunakan persamaan energi (untuk aliran ideal, steady dan inkompresibel) yang telah dikembangkan menjadi :  p1

 ρ g dimana :  p = V  =  z =  H  p =  H rg =

2

+

V 1

2g

+ z1 =

2

 p2

+

 ρ g

V 2

2g

+ z 2 − H  p + H rg

tekanan kecepatan aliran ketinggian terhadap suatu datum head dari luar, misalnya dari pompa bila ada head kerugian

2

[N/m ] [m/s] [m] [m] [m]

Indeks 1 menyatakan seksi 1 2 menyatakan seksi 2 Bila H  p ditempatkan secara terpisah,  H  p =

 p 2 −  p1

 ρ g

2

+

V 2 − V 1

2

2g

1 4 2 4 3

1 4 24 3

1

2

+ z 2 − z1 + H rg 123

{

3

4

maka persamaan ini dapat menyatakan head total suatu instalasi (dapat dibangkitkan oleh pompa, atau bila tidak ada sama sekali  H  p = 0), terdiri dari 1 head kenaikan tekanan statik 2 head dinamik (dari energi kinetik) 3 head beda ketinggian (bersama head tekanan merupakan energi potensial) 4 head rugi-rugi Head beda ketinggian (3)  dan head kenaikan tekanan (1)  merupakan head statik ( H st ) instalasi. Head dinamik kadangkala dapat diabaikan akibat besarnya head statik dan head kerugian. 2.4.1

Head Kerugian Aliran Fluida Dalam Pipa

Setiap aliran fluida yang mengalir melalui saluran atau sistem pipa akan mengalami tahanan (kerugian) disepanjang aliran, yang disebabkan oleh gesekan fluida dengan dinding pipa (yang biasanya disebut kerugian mayor), turbulensi dan cerai (separation) pada belokan, katup, sambungan, cabang dan kerugian fitting lainnya (disebut kerugian minor). Secara umum kerugian-kerugian diatas dapat dinyatakan dalam hubungan head kerugian dengan kapasitas aliran (flow rate) sebagai : 2

 H rg = kQ

dimana

 H rg = k  = Q =

head loss (kerugian) faktor kerugian total kapasitas aliran

Faktor k  adalah penjumlahan faktor-faktor kerugian instalasi dan gabungan dari kerugian mayor dan kerugian minor. Jadi seharusnya k   dituliskan sebagai ( k 1+ k 2  ……….) dimana k 1  adalah faktor gesekan ekivalen pipa, k 2 faktor gesekan ekivalen katup dan seterusnya. Rumus hrg diatas dapat diturunkan langsung dari rumus gesekan pipa dari Darcy (rumus dapat dilihat pada sub pasal berikut).

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-20

BAB II POMPA

Kesulitan dalam penggunaan rumus Darcy adalah bahwa harga  f   tidak dapat dirumuskan dengan mudah. Hal ini terutama dirasakan bila diperlukan perhitungan dengan komputer dimana formula untuk mencari harga  f   memerlukan program yang panjang. Untuk menyederhanakannya biasanya dipergunakan rumus-rumus semi empirik (misalnya dari Coolebroek, Hazen William dan sebagainya). Harga  f   spesifik berikut adalah contoh untuk pipa besi cor (cast iron) baru untuk rumus Darcy.  f  = 0,020 +

0,0005  D

Kembali pada rumus Darcy, kita dapat menuliskannya dalam bentuk 2

 H  f =k 1Q

dimana

2.4.2

k 1 = 8 f 

 L 2

π  gD5

untuk menyederhanakan bila  f, L dan D sudah tertentu.

Head Rugi-rugi Gesekan Pipa

2.4.2.1 Rumus Darcy Weisbach

Rumus yang populer untuk digunakan adalah rumus Darcy Weisbach  H  f  =  f 

 L V 2  D 2 g

dimana  f  = koefisien gesek  L = panjang pipa  D = diameter pipa

[m] [m]

Harga f  berbeda-beda tergantung dari regim alirannya. Untuk aliran laminar ( Re4000) harga  f   dapat dicari dari diagram Moody. Dari diagram terlihat bahwa  f   tergantung dari kekasaran relatif pipa ε  (ε  adalah kekasaran absolut κ  dibagi dengan diameter pipa  D).

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-21

BAB II POMPA

2-26

Gambar 2.18 Diagram Moody 2.4.2.2 Rumus Colebrook

Colebrook menyusun rumus yang dapat merangkum sekaligus batasan kekasaran pipa halus dan kasar. Rumus ini dapat pula digunakan pada aliran transisi. 1  f 

 ε  /  D 2,51    +  3,7  R  f      

= −2 log

Rumus ini mengandung faktor gesekan  f   secara implisit. Jadi untuk menentukan beberapa variabel dalam rumus di atas perlu dilakukan proses iterasi. Hal ini menjadi tidak sulit dengan tersedianya komputer modern saat ini. Kesulitan memang harus dihadapi para ahli pada jaman ditemukannya rumus tersebut (1939). Oleh karenanya, untuk memudahkan perhitungan, dibuatlah diagram Moody (1944) yang telah dibahas pada pasal sebelumnya. 2.4.2.3 Rumus Hazen Williams : Rumus ini merupakan rumus semi empirik yang sangat mudah digunakan terutama untuk pipa-pipa yang panjang (pipa air minum, irigasi dan sebagainya).  H  f  =

10,666 Q

1, 85

C 1, 85 D 4 ,85

× L

dimana :  L = panjang pipa Q = laju aliran fluida C  = koefisien Hazen William

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

[m] 3 [m  /s]

2-22

BAB II POMPA

Harga C   tergantung dari jenis dan umur pipa. Tabel berikut menunjukan harga-harga C  untuk beberapa jenis pipa. Karena bilangan pangkat Q tidak sama dengan 2, maka rumus ini tidak dapat digunakan untuk membentuk rumus ekivalen: 2

 H 1=k Q .

Tabel 2.1 Koefisien C  Hazen William. C

Jenis Pipa Pipa besi cor baru Pipa besi cor tua Pipa baja baru Pipa baja tua Pipa dengan lapisan semen Pipa dengan lapisan ter arang batu

2.5

130 100 120 - 130 80 - 100 130 - 140 140

KURVA SISTEM INSTALASI POMPA TUNGGAL DAN PARALEL

Kurva sistem adalah gambar hubungan antara head,  H , (atau tekanan) dengan kapasitas aliran ( Q). Kurva sistem biasanya dipakai untuk menunjukan titik kerja yang menyatakan head dan kapasitas aliran pada suatu instalasi. Kurva instalasi pipa dapat diturunkan dari rumus-rumus yang diuraikan pada Pasal terdahulu. Sedangkan kurva pompa akan dijelaskan pada Pasal selanjutnya. Kurva sistem dapat pula diterapkan pada instalasi kompresor, tetapi beberapa persyaratan tambahan dapat membuatnya menjadi lebih rumit. Contoh berikut menunjukan kurva sistem suatu instalasi.

45,00

40,00

Kurva H-Q 1 pompa Kurva H-Q Instalasi Kurva H-Q 2 pompa diparalel Kurva H-Q 3 pompa diparalel Head statik instalasi

Titik kerja

35,00

30,00    ]   m    [ 25,00    )    d   a   e    H20,00    (    H

15,00

10,00

5,00

0,00 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

2-27

Q (debit air) [m3/s]

Gambar 2.19 Kurva kerja sistem pipa dan pompa air. 3

Sumbu horizontal menyatakan kapasitas aliran Q  (misalnya m  /s, l/mnt), sumbu tegak menyatakan head  H  (m).

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-23

BAB II POMPA

Head statik sistem, yang konstan, adalah beda tinggi muka air atas dan bawah atau beda tekanan statik untuk instalasi tertutup. Kurva  H-Q instalasi menyatakan kurva head terhadap kapasitas aliran yang merupakan penjumlahan head statik dan head kerugian untuk suatu kondisi. Bila instalasi dilengkapi katup, bila katup lebih ditutup, maka akan didapat kurva yang lebih menutup ke arah kiri. Makin ditutup lagi, kurva akan makin bergeser kekiri sehingga akhirnya bila katup ditutup rapat, kurva akan berupa garis tegak dari titik Q = 0 (churn condition). Jadi sumbu tegak kurva H  vs Q merupakan kurva sistem pipa tertutup ini. Gambar 2.19 tersebut menunjukkan kurva  H vs Q untuk pompa - tunggal - 2 pompa paralel - 3 pompa diparalel Titik-titik yang ditunjukkan adalah titik kerja sistem pipa dengan pompa. Terlihat pompa yang diparalel tidak memberikan tepat jumlah kapasitas tiap pompa yang diparalel dalam suatu instalasi. Titik kerja pompa selalu harus diusahakan pada efisiensi pompa tertinggi, karena dengan demikian biaya listrik atau bahan bakar motor penggerak pompa dapat dihemat. Saat ini pompa-pompa dapat dikendalikan operasinya menggunakan inventer pengubah frekuensi listrik. Dengan alat ini putaran dapat diubah sesuai dengan kebutuhan. Pada suatu instalasi industri yang luas, sistem kendali dapat dilakukan secara terdistribusikan. Sistem ini memerlukan kode karakteristik pompa untuk dapat dimengerti komputer. Salah satu bentuk sederhana rumus simulasi ini adalah: 2  H  pompa = a + bQ + cQ

dimana a, b dan c adalah konstanta-konstanta. Contoh simulasi kurva Head vs Kapasitas untuk pompa pada Gambar 2.19 diatas, dapat dirumuskan sebagai berikut.  H  pompa = 40 − 5000 Q

2

3

Disini H  dalam [m] dan Q dalam [m  /s]. Sedangkan contoh untuk simulasi instalasi, rumus berikut dapat dipergunakan (Gambar 2.19).  H instalasi = 20 + 3000 Q

2

2

terdiri dari head statik H instalasi = 20 m dan head rugi-rugi instalasi = 3000 Q . Contoh rumus simulasi 2 buah pompa yang sama dihubungkan paralel:  H  pompa = 40 − 5000 Q 2 / 2 2 2

Mengapa ada angka 2  dalam persamaan diatas? Sedangkan untuk 3 buah pompa diparalel 2

 H  pompa = 40 − 5000 Q  / 3

2

Gambar berikut menujukkan kurva  H  vs Q untuk pompa yang diubah kecepatan putarnya, dihitung menggunakan hukum afinitas (Pasal 1.19),  MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-24

BAB II POMPA

Faktor Head

ψ  =

Faktor Kapasitas

φ  =

Faktor Daya

λ  =

gH  2

n D

2

Q nD

3

P

 ρ n3 D5

Kurva H vs Q untuk berbagai kecepata putar. 400,0 350,0

n = 3000 rpm n = 2250 rpm n = 1500 rpm n = 1000 rpm n = 750 rpm

300,0    ] 250,0   m    [    )    H 200,0    (    d   a   e    H 150,0

100,0 50,0 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

Kapasitas (Q) [m3/s]

Gambar 2.20 Kurva H vs Q untuk berbagai kecepatan putar menurut rumus afinitas.

 MKE 2 Pompa 01/Hen 0808

2-25

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.6

JENIS-JENIS POMPA

Bila kita perhatikan pompa-pompa dipasaran akan kita jumpai berbagai macam  jenis pompa yang tersedia. Jenis-jenis pompa tersebut memang disediakan untuk berjenis jenis keperluan yang spesifik. Setiap disain selalu ada tujuan terapannya. Oleh karena itu sangat penting untuk dapat memilih pompa yang cocok sebelum pemasangannya pada instalasi. 2.6.1

Beberapa Persyaratan Dalam Pemilihan Pompa

2.6.1.1 Ditinjau Dari Fluida Yang Akan Dialirkan

1.

2. 3.

4. 5. 6.

7. 8. 9. 10.

Bagaimana sifat fluida atau cairan yang akan dipindahkan, yang mencakup diantaranya : - Kerapatan massa - Viskositas - Gravitasi spesifik - Sifat kimia - Sifat kandungan material padat - Temperatur - Tekanan Tekanan udara dan temperatur disekitar sumber airnya. Karakter sumbernya yang meliputi : - Letak sumber - Ketinggian sumber - Letak penempatan pompa Jumlah volume fluida yang harus dipompakan dan kecepatan alirannya. Faktor pembebanan selama pompa bekerja, yaitu variasi rata-rata tekanan yang dibutuhkan pada berbagai fungsi waktu, atau pada saat-saat tertentu. Tujuan tempat fluida dipompakan : - Jarak vertikal - Jarak horizontal sumber ke penimbunan (reservoir) Volume fluida dalam saluran. Tinggi isap, tinggi tekan, gross head dan termasuk juga tekanan hidroliknya Bentuk dan besaran sumber energi yang dipergunakan untuk mengoperasikan pompa. Fungsi pompa, misalnya untuk pemadam kebakaran, pembuang limbah atau lainnya.

2.6.1.2 Ditinjau Dari Pompanya.

1. 2. 3. 4.

Bagaimana jenis pompa yang mungkin dipergunakan. Bagaimana kesederhanaan disainnya Apa dasar kebutuhannya, dan sampai dimana kemudahannya untuk diistalasi. Bagaimana prinsip pengoperasiannya dalam kondisi-kondisi yang khusus yang mungkin timbul. 5. Kesiapannya untuk dipergunakan akan memakan waktu beberapa lama dan kemudahan penggunaannya sejak di start. 6. Berapa efisiensinya dan berapa efisien komersialnya. 7. Berapa harga awalnya dan berapa harga relatifnya dalam penggunaan.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-26

MKE 2 BAB 2 POMPA

8. Bagaimana ketersediaan suku cadangnya. 2.6.2

Pengelompokan Pompa

Dalam pemakaian umum sehari-hari, ada berbagai jenis pompa yang dapat kita pergunakan. Dari sekian jenis pompa yang ada dapat dikelompokkan dalam beberapa kelompok pompa menurut cara kerjanya sebagai berikut: Gear Screw Lobe Shuttle Block Peristaltic

Rotary

Direct Acting Power Reciprocating

Simplex Duplex Triplex Quadruplex Quintuplex Dst.

Double Acting Diaphragm Rotary Piston Sentrifugal Rotodynamic Single/Multi Stage

Volute Diffuser

Regenerative Turbine Vertical Turbine Mixed Flow Axial Flow

Gambar 2.21 Pengelompokan pompa berdasarkan cara kerja. Pompa Rotary dan Pompa Reciprocating dikelompokkan dalam pompa “ positive displacement ” karena pompa-pompa tersebut bekerja berdasarkan pergeseran volume atas perubahan ruang yang terbentuk karena langkah positif gerak pompa. Disamping jenis-jenis pompa diatas, masih ada beberapa jenis pompa lainnya yang sering dikelompokkan dalam jenis “inkonvensional”, sebenarnya merupakan pompa konvensional tetapi dipergunakan untuk tujuan tertentu yang tidak terlalu banyak dipergunakan saat ini. “Direct lift pump” adalah contoh yang paling sering dijumpai dibeberapa daerah di Indonesia, misalnya kincir air di sungai-sungai, pompa pneumatik (air lift pump) dan sebagainya. Juga pompa ram jet atau hidram yang merupakan pompa tanpa penggerak dari luar melainkan didayai oleh energi potensial fluidanya sendiri, menggunakan prinsip kerja palu air (water hammer). Berikut gambar pompa ulir (screw pump), nama lainnya adalah pompa Archimedes atau  juga auger pump, yang banyak dipakai untuk pompa banjir, pompa lumpur dan sebagainya. Pompa ini dapat mengangkut sampah dalam besaran tertentu.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-27

MKE 2 BAB 2 POMPA

Gambar 2.22 Potongan pompa ulir.

Gambar 2.23 Contoh pompa ulir dalam keadaan terurai (Lab. Mesin Fluida). 1. Roda jalan. 2. Tabung (casing). 3. Tutup dan rumah bantalan dan rumah penyekat. 4. Rumah bantalan bawah.

Pompa-pompa ini akan di bahas pada bagian akhir Bab 2 ini. Jenis material pompa konvensional

Karena penggunaan pompa tergantung dari pada fluida yang akan dipindahkan, maka material pompa didisain sedemikian rupa sehingga fluida yang akan dipompakan tidak merusak pompa. Pemilihan bahan sangat penting sehingga untuk mendukung keberhasilan sistem. Oleh karena itu hindari kesalahan pemilihan bahan. Diantaranya bahan-bahan tersebut adalah : 1. Paduan bronze. 2. Besi tuang. 3. Baja tahan karat (stainless steel). 4. Bahan-bahan polimer, dan sebagainya.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-28

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.6.3

Karakteristik Penggunaan Pompa

Secara umum pompa yang biasa dipergunakan sehari-hari, dapat dikelompokan menurut karakteristiknya seperti terlihat pada tabel berikut. Tabel ini menunjukan bahwa reciprocating pump cocok untuk kondisi umum pada kapasitas kecil, head tinggi dan cairan yang bersih dan bebas dari kotoran. Sedangkan pompa sentrifugal untuk kapasitas sedang-besar dengan head sedang sampai besar. Jenis pompa aksial adalah untuk kapasaitas besar dan head kecil. Ingat bilangan kecepatan spesifik dalam pemilihan pompa. Tabel 2.1 Karakterisitik umum penggunaan pompa. Jenis Pompa

:

Sifat aliran : Tinggi isap umumnya [m] : Cairan yang dapat dipindahkan : Rentang tekanan : Rentang kapasitas : Efek debit terhadap kenaikan head : Daya terhadap kenaikan head : Efek debit terhadap penurunan head : Daya terhadap kenaikan head :

Centrifugal

Rotary Srew & gear

Reciprocating

Mantap

Mantap

Pulsa-pulsa

5 Bersih, kotor, abrasif, cairan yang mengandung bahan padat. Rendah sampai tinggi Kecil-besar.

5 Kental tidak abrasif

7 Bersih dan bebas kotoran

Menengah Kecil-menengah

Tinggi Kecil sampai relatif besar

Pada umumnya menurun

Relatif tetap

Relatif tetap

Tergantung spesifik

Membesar

Membesar

Relatif tetap

Relatif tetap

Mengecil

Mengecil

kecepatan

Membesar Tergantung spesifik

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

kecepatan

2-29

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.7

POMPA-POMPA POSITIVE DISPLACEMENT

2.7.1

Pompa Rotari

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.24 Pompa roda gigi. (a) Roda gigi luar. (b) Roda gigi dalam. (c) Roda gigi luar.

Gambar 2.25 Pompa rotary vane.

Gambar 2.26 Pompa ulir (screw).

Gambar 2.27 Pompa rotary vane.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-30

MKE 2 BAB 2 POMPA

Pompa Liner Fleksibel

Pompa Impeler Fleksibel

Pompa Denyut (Peristaltik)

Gambar 2.28 Pompa karet dan plastik. 2.7.2

Pompa Piston

Gambar 2.29 Pompa plunger .

(a)

(b)

Gambar 2.30 Pompa torak (a) Aksi tunggal (single acting) dan (b) Aksi ganda (double acting)

Gambar 2.31 Pompa torak rotari paralel.  MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-31

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.8

POMPA ROTODINAMIK

Impeller: a. Sentrifugal terbuka b. Radial terbuka c. Radial cepat (Francis) d. Radial lambat e. Radial “non clogging” f. Aksial g. Campuran (mixed flow)

Gambar 2.32 Beberapa bentuk impeler pompa rotodinamik. Kurva Head vs Kapasitas Pompa Sentrifugal

Asumsi: • Aliran murni arah radial dan tangensial 2 dimensi • Kondisi ideal Dari rumus Euler pada Bab 1,  H tr

∞

=

1 g

(U 2Cu 2 − U1C u1 )

Dengan anggapan rancangan ideal, diambil suku pertama sisi kanan persamaan saja, walaupun tidak menutup kemungkinan sisi masuk juga diperhitungkan, maka  H tr

= ∞2

1 g

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

U 2C u 2

2-32

MKE 2 BAB 2 POMPA

Dari segitiga kecepatan, Cu 2

=

U 2 −

C r 2

tan ( β 2 )

Masukkan pada persamaan Euler di atas, didapat:  H tr 

= ∞2

 H tr 

= ∞2

1 g

1 g

  

U 2  U 2 −

2



U 2  1 − 



   atau tan ( β 2 )  C r 2

  U 2 tan ( β 2 )  C r 2

Bila pompa tidak menghasilkan aliran, misalnya katupnya ditutup, maka C r2 = 0. Selanjutnya bila pompa menghasilkan aliran yaitu untuk C r2 > 0. Persamaan di atas akan tergantung pada bilangan tetap  β 2.yang merupakan sudut relatif sisi keluar sudu. o

Bila β 2 < 90 , maka H tr ∞ mengecil bila C r2 makin membesar (kapasitas Q membesar). o

2

Bila β 2 = 90 , maka H tr ∞ akan konstan harganya sebesar U 2  /g yang konstan harganya. o

Bila β 2 > 90 , maka H tr ∞ membesar bila C r2 membesar (kapasitas Q membesar). Gambar berikut menunjukkan karakteristik pompa sentrifugal dengan kondisi seperti di atas.

Q o

Gambar 2.33 Kurva head ideal H  vs kapasitas Q dan bentuk sudu impeler untuk  β 290o. Dengan cara yang sama untuk suku persamaan ke dua sisi kanan persamaan Euler,  H tr 

= ∞1

1 g

2



U 1  1 − 



  U 1 tan ( β 1 )  C r 1

Persamaan di atas akan menurunkan kurva Head pada Gambar 2.33 (a) karena tanda o negatif yang disandangnya. Lakukan sendiri untuk melihat hasilnya bila sudut α1 ≠ 90 .

Kurva Sebenarnya

a. Kerugian Aliran Sekunder Aliran sekunder di impeler pompa terjadi karena jumlah sudu yang terbatas di impeler, membentuk ruang tertutup. Ruang tertutup ini berputar pada poros, tetapi fluida di dalamnya tidak mengikuti gerakan putar impeler secara “kaku”, melainkan cenderung  MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-33

MKE 2 BAB 2 POMPA

mempertahankan arahnya terhadap sistem absolut. Cobalah ambil gelas, isi dengan air, beri tanda arah permukaan air pada salah satu sisinya. Berputarlah, arah posisi air relatif terhadap sistem absolut akan tetap. Kecenderungan tetap pada arah posisi air ini dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.34 Arus sekunder dan pengaruhnya terhadap kecepatan relatif keluar sudu.

Gambar 2.35 Pengaruh arus sekunder terhadap segitiga kecepatan. Perubahan vektor kecepatan pada segitiga kecepatan ini secara rata-rata mengubah secara “linear” besaran head pompa. Hal ini ditunjukkan pada penurunan head ideal pada Gambar 2.36. b. Kerugian Hidrolik Kerugian hidrolik merupakan kerugian gesekan akibat pengaruh gesekan baik pada dinding impeler maupun antara molekul fluidanya sendiri. Kerugian ini secara sederhana dapat dirumuskan menggunakan persamaan Darcy  H rghdr  = kQ

2

Faktor gesekan k   dapat diprediksi secara matematik dan dapat pula menggunakan rumus empirik. Kerugian ini mengurangi head teoretik impeler jumlah sudu tak berhingga.

c. Kerugian Tumbukan Kerugian tumbukan terjadi akibat arah kecepatan absolut masuk sudu pada laju aliran riel yang tidak sesuai dengan arah dan besaran disainnya mengalami tumbukan. Besaran

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-34

MKE 2 BAB 2 POMPA

kerugian ini nol pada saat laju aliran riel besarannya tepat sama dengan laju aliran disain, dan akan membesar akibat laju aliran riel mengecil atau membesar dari angka disainnya.

Gambar 2.36 Head sebenarnya setelah koreksi adanya kerugian arus sekunder, gesekan dan tumbukan.

  n   a   n   a    k   e    T   n   e    i   s    i    f   e   o    K

Koefisien Kapasitas

Gambar 2.37 Tipikal kurva tak berdimensi Head vs Kapasitas untuk berbagai putaran pompa, menunjukkan pula kurva-kurva tak berdimensi iso-efisiensi, iso-moment putar dan iso-daya. 2.8.1

POMPA SENTRIFUGAL

Dari jenis pompa ini, dapat kita bagi lagi menjadi beberapa macam tergantung dari bentuk dan cara mengalirnya aliran dalam pompa tersebut. 2.8.1.1 Pompa Tipe Volute

Seperti pada gambar dibawah ini, fluida dari impeler menekan kedalam casing yang lebih luas, yang akan memperkecil kecepatan alirannya. Disini dimaksudkan untuk mengubah energi kecepatan aliran fluida menjadi energi tekanan.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-35

MKE 2 BAB 2 POMPA

Gambar 2.38 Potongan pompa sentrifugal.

Gambar 2.39. Pompa sentrifugal type volute, horizontal split. Split Casing

Inlet Inlet

Gambar 2.40 Tampak rumah pompa jenis split casing. Pompa horizontal split dari Ebara

Gambar pompa yang terlihat diatas adalah dari jenis horizontal split casing. Aliran masuk dari sisi horisontal dan keluar dari sisi horisontal di seberangnya.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-36

MKE 2 BAB 2 POMPA

Jenis pompa yang lain adalah pompa jenis “end suction”, yaitu sisi hisapnya berada di depan, satu sumbu dengan poros impeler. Pompa jenis ini yang banyak dipergunakan karena sederhana dan lebih murah. 2.8.1.2 Pompa Sentrifugal Bertingkat

Pada pompa ini, terdapat sudu pengarah yang terletak disekeliling pompa. Disini fungsi sudu difusor adalah merubah arah aliran dan mengubah energi kinetik menjadi potensial (head).

Gambar 2.41. Pompa sentrifugal bertingkat.

Gambar 2.42 Pompa sentrifugal 2 tingkat, produksi IPP Pupuk Kaltim. 2.8.1.3 Pompa Sentrifugal Tipe Regenerative Turbine

Cairan dalam pompa ini diputar oleh sudu impeller pada kecepatan tinggi untuk mendekati putaran dalam celah dalam impeller berputar. Energi yang didapat cairan dalam bentuk impuls selanjutnya disalurkan keluar melalui saluran dalam rumah pompa.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-37

MKE 2 BAB 2 POMPA

3-4

Gambar 2.43 Pompa sentrifugal regenerative turbine satu tingkat (Sanyo). 2.8.1.4 Pompa sentrifugal type mix flow. Pompa type campuran (mix flow) ini merupakan tipe transisi dari pompa jenis sentrifugal ke jenis axial. Pompa jenis ini banyak dipergunakan untuk pompa submersibel pada sumur air bersih maupun untuk tujuan pengurasan (drainage).

Gambar 2.44 Dua contoh pompa sentrifugal type mixed flow, bertingkat dan tidak beringkat

Dalam pemilihan pemakaian pompa sentrifugal, dikenal adanya bilangan kecepatan spesifik. Kecepatan sepsifik didefinisikan sebagai kecepatan putaran impeller per menit dengan total head setinggi 1 m.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-38

MKE 2 BAB 2 POMPA

Efisiensi vs Kecepatan Spesifik 100    ]    %    [    i   s   n   e    i   s    i    f    E

90

f > 600 l/s

80

600 > e > 200 l/s

70

200 > d > 60 l/s

60

60 > c > 30 l/s

50 40

30 > b > 15 l/s

30

15 > a > 5 l/s 10

30

50

70

90 110 130 150 170 190 210

Kecepatan Spesifik

Sudu : [Radial Radial lambat] [ Francis (radial cepat) Francis ] [Mixed Flow] [ Aksial ] nq : [ 10 ..↔.. 40 ] [ 40 ..↔.. 80 ] [80 ..↔.. 160] [100..↔..500]

Gambar 2.45 Tipikal hubungan kecepatan spesifik, bentuk impeller dan efisiensi pompa sentrifugal. Impeller untuk head yang tinggi biasanya mempunyai kecepatan spesifik yang rendah, dan sebaliknya impeller untuk head yang rendah mempunyai kecepatan spesifik yang tinggi. Pada gambar diatas ditunjukan batas kecepatan spesifik dalam mendesain impeller pompa.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-39

MKE 2 BAB 2 POMPA

Gambar 2.46 Pompa pembuangan jenis submersible (Caprari)

Gambar 2.47 Pompa submersible bertingkat (Caprari) Kiri, bagian pompa Kanan, bagian motor, dipasang di bawah bagian pompa.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-40

MKE 2 BAB 2 POMPA

Gambar 2.48 Impeler terbuka (produk lokal, lab Mesin Fluida ITB ).

Gambar 2.49 Impeler tertutup (dari Fligt)

2.8.2

Pompa Aksial

Gambar 2.50 Impeler pompa aksial buatan salah satu industri di Cimahi (1975).

Gambar 2.51 Instalasi pompa aksial vertikal. Banyak dipergunakan untuk pompa irigasi, pompa banjir dan sbagainya.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-41

MKE 2 BAB 2 POMPA

Gambar 2.52 Impeler aksial dengan posisi sudut sudu dapat diubah untuk memberikan rentang yang lebar efisiensi tertingginya ( dari Fligt). Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi dan merata pada rentang debit yang besar, pompa aksial dapat dibangun menggunakan sudu-sudu yang dapat diubah sudut serangnya (Gambar 2.52). 2.9

POMPA-POMPA KHUSUS

Itt-impB

Gambar 2.53 Impeler tipe terbuka untuk pompa drainage. (ITT-Fligt) Terlihat disampingnya saringan yang dipasang pada sisi hisapnya.

Itt-impC

Gambar 2.54 Impeler tertutup (closed impeller ) bilah tunggal pompa drainage noncloging. (ITT-Fligt) Gambar kanan adalah rumah keongnya. Pompa ini dapat meloloskan sampah padat dengan ukuran yang tertentu sesuai disainnya.

Itt-impD

Gambar 2.55 Impeler pompa pembuangan jenis aksial.  MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

(ITT-Fligt)

2-42

MKE 2 BAB 2 POMPA

Itt-impE

Gambar 2.56 Impeler terbuka pompa pembuangan dengan dua bilah sudu. 2.10

(ITT-Fligt)

CONTOH KURVA KARAKTERISTIK POMPA

2.10.1 Kurva Sistem Pompa Rotari Dan Langkah Positif 18 16 14 12    ]   m10    [    d   a 8   e    H

6 4 2 0 1,46 1,48

1,5

1,52

Laju [L/s]

Gambar 2.57 Tipikal karakteristik H-Q pompa rotari dan langkah positif. Pada putaran konstan, pompa rotari dan langkah positif mengisi dan mengeluarkan sejumlah isi fluida (yang bersifat inkompresibel) yang sama karena ruang yang diisi dan dikosongkan adalah sama. Selanjutnya head yang dihasilkan akan bergantung pada kekuatan dorong pada proses pengosongan. Pada gambar, karakteristik ini ditunjukkan pada garis vertikal untuk Q = 1,5 l/s (sebagai contoh). Kurva lengkung menunjukkan contoh karakteristik yang sebenarnya akibat adanya kebocoran pada tekanan yang makin tinggi. Makin tinggi tekanannya, akan makin tinggi pula kemungkinan kebocorannya. Pada putaran yang berbeda, secara ideal, karakteristik pompa ini akan bergeser ke kanan atau ke kiri sesuai dengan rasio perubahan putarannya. 2.10.2 Kurva Sistem Pompa Sentrifugal

Kurva karakteristik menunjukan hubungan antara head pompa, kapasitas, daya dan efisiensi uantuk diameter impeller dan besar casing suatu pompa yang tertentu pada kecepatan tertentu. Kurva kecepatan variable: Kurva dimana pompa bekerja pada berbagai kecepatan. Kurva head sistem: Merupakan kombinasi kurva head pompa, friksi sistem termasuk friksi pipa, katup dan sebagainya, serta head statik pompa t ersebut.  MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-43

MKE 2 BAB 2 POMPA

3-7

Gambar 2.58 Contoh kurva karakteristik suatu pompa sentrifugal. Terlihat pada gambar kurva Head vs Capacity pada berbagai diameter impeller. Kurva di sisi atas menunjukkan NPSH Required, sedangkan kurva sisi bawah menunjukkan daya poros yang diperlukan. Garis efisiensi ditunjukkan pada garis-garis isoefisiensi (76%, 75% dst.). Titik operasi pompa hendaknya dipilih pada daerah efisiensi tertingginya. Efisiensi tertinggi (max) nampak sekitar 78% pada diameter impeller  D 265.

3-8

Gambar 2.59 Kurva head pompa dan instalasi.  MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-44

MKE 2 BAB 2 POMPA

Gambar di atas menunjukkan letak titik kerja instalasi (titik A), yang merupakan perpotongan antara kurva Head vs Kapasitas pompa dengan kurva Head vs Kapasitas instalasi (sistem pipa). Klasifikasi impeller dipergunakan untuk mendapatkan kecepatan spesifik tertentu. Sedangkan bentuk impeller juga menunjukan bagaimana aliran fluida pada sudu impeller. 45,00 40,00

Kurva H-Q Pompa 1 Kurva H-Q Pompa 2

35,00

Kurva H-Q Pompa 1 & 2 Paralel

30,00

   ]   m    [ 25,00    H    d   a 20,00   e    H 15,00 10,00 5,00 0,00 0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

Laju aliran Q [m3/s]

Gambar 2.60 Karakteristik H-Q dua buah pompa sentrifugal yang berlainan, dipasang paralel. Gambar 2.60 menunjukkan karakteristik pompa 1 dan 2 yang berlainan. Pompa 1 kemudian dihubungkan secara paralel dengan pompa 2. Karena dipasang paralel, penjumlahan adalah ke arah Q untuk H  yang sama. Gambar 2.61 menunjukkan 2 buah pompa yang dihubungkan secara serie. Karena debit aliran pompa ke 1 harus melalui pompa ke 2, maka debit aliran ( Q) ke dua pompa harus sama. 80,00 70,00 60,00

   ] 50,00   m    [    H40,00    d   a   e    H30,00

Kurva H-Q Pompa 1 Kurva H-Q Pompa 2 Kurva H-Q Pompa 1 & 2 Serie

20,00 10,00 0,00 0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

Laju Aliran Q [m3/s]

Gambar 2.61 Karakteristik H-Q dua buah pompa 1 dan 2 yang berlainan yang dipasang serie.  MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-45

MKE 2 BAB 2 POMPA

Pada pipa keluar sistem, karakteristik gabungan adalah penjumlahan ke arah  H   dari masing-masing pompa pada laju Q yang sama.

1. Rumah (casing) 2. Roda jalan (impeller) 3. Bushing poros 4. Casing hisap 5. “Wearing ring” sisi pasok 6. “Wearing ring” sisi hisap 7. Paking 8. Gland packing 9. Pedestal bantalan 10. Poros pompa

Gambar 2.62 Potongan pompa sentrifugal (Caprari).

Gambar 2.63 Pompa sentrifugal kecepatan tinggi.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Rumah (casing) Roda jalan (impeller) Bushing poros Casing hisap “Wearing ring” sisi pasok “Wearing ring” sisi hisap Paking Gland packing Pedestal bantalan Poros pompa

Gambar 2.64 Pompa jenis “mixed flow”, antara sentrifugal dan aksial.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-46

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.11

POMPA SEKRUP

2.11.1 Prinsip Kerja Pompa Sekrup Archimedes (Screw Pump)

Pompa tersusun dari saluran berupa tabung tertutup atau terbuka setengah lingkaran dan rotor yang terbuat dari plat yang dirol membentuk ulir yang dilas pada poros, umumnya dipasang pada posisi miring. Pompa sekrup pada umumnya dipergunakan sebagai pengangkat air ( water lifter ) misalnya pada sistem drainase dan irigrasi. Pompa ini dapat beroperasi pada debit yang besar dan tinggi angkat yang relatif kecil. Salah satu pompa sekrup pengendali banjir di Indonesia berdiameter 4 meter dan dengan tinggi angkat sekitar 10 m. Pompa ini mampu mengangkut benda-benda padat (batu, kayu, sampah) yang ikut bersama air tanpa mengganggu operasinya, asalkan masih lebih kecil dari jarak antar ulirnya (pitch).

Gambar 2.65 Komponen utama pada pompa sekrup Pada saat beroperasi rongga bawah sekrup terendam air yang akan dipompakan, sehingga pada saat poros diputar rongga-rongga tersebut akan bergerak translasi ke atas menyusur saluran. Air di dalam rongga ikut begerak ke atas. Sebelum air meluncur balik mengalir ke bawah, bagian ulir di bawahnya akan menahannya dan mengalirkan ke atas. Demikian seterusnya sehingga air yang terperangkap itu akan bergerak ulir demi ulir ke atas. Pompa sekerup tidak bekerja pada kisaran putaran yang besar, tetapi hanya daerah rendah tertentu saja. Hal ini selain karena panjang poros dan berat pompanya juga terkait dengan prinsip kerja pompa sekrup. Bila putaran pompa terlalu tinggi, selain bergerak translasi ke atas air juga ikut berotasi dan terputar pada sisi atas rongga. Air yang terputar dan terangkat ini akan memasuki rongga dibawahnya yang bergerak ketas, sehingga aliran t ertahan pada bagian ujung.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-47

MKE 2 BAB 2 POMPA

2.11.2 Ukuran Dasar Penentu Karakteristik Pompa Sekrup

Faktor yang mempengaruhi karakteristik pompa sekrup: 1. Faktor Geometri - diameter sekrup, -  jumlah ulir, - sudut spiral ulir, - lebar celah sekrup dan dinding silinder, - panjang sekrup,

 D a φ c  L

2. Faktor Operasi - Sudut kemiringan pompa, - Kedalaman penyelaman pompa, - Ketinggian angkat total air, - Kecepatan putar sekrup,

α h  H s n

Gambar 2.66 Dimensi utama pada pompa sekrup.

2.11.3 Dasar Perancangan Pompa Sekrup Archimedes

Faktor-faktor yang diperhatikan dalam perencanaan pompa sekrup adalah sebagai berikut: - diameter luar sekrup ( D) - diameter dalam (poros) sekrup (d ) - kecepatan putar sekrup ( n) - panjang sekrup ( L) -  jarak maju ulir sekrup (pitch) (t ) - sudut kemiringan pompa (α) - kondisi air pada sisi masuk dan keluar pompa - besar celah antara sekrup dan dinding silinder ( c) Kapasitas pompa diberikan oleh persamaan: Q = ε  q n D 3  MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

3

m  /s 2-48

MKE 2 BAB 2 POMPA

di mana ε    merupakan factor penambahan pengambilan (biasanya 1,15) dan merupakan factor pengambilan yang diberikan oleh table berikut:

q

Tabel 2.2 Nilai empirik q untuk rasio diameter d/D dan sudut kemiringan α. Sudut Kemiringan Pompa d/D

22

o

o

o

o

α

o

26

30

33

35

37o

40o

0.40

0.00507

0.00460

0.00393

0.00354

0.00314

0.00295

0.00247

0.45

0.00503

0.00460

0.00405

0.00365

0.00334

0.00304

0.00255

0.50

0.00500

0.00460

0.00417

0.00376

0.00343

0.00313

0.00262

0.55

0.00479

0.00436

0.00406

0.00366

0.00335

0.00309

0.00259

0.60

0.00457

0.00417

0.00395

0.00356

0.00326

0.00299

0.00250

0.65

0.00435

0.00381

0.00383

0.00347

0.00315

0.00287

0.00242

nilai q   ini diberikan untuk ulir rangka tiga. Untuk ulir tunggal dan ganda digunakan korelasi berikut: qa 1 : qa 2 : qa =

=

=

3 =

0, 64:0,80:1, 0

Beberapa factor yang seharusnya diperhatikan juga pada desain: o o - kisaran sudut kemiringan pompa antara 22  s/d 40 - perbandingan d/D antara 0,40 s/d 0,65 - perbandingan lead ( t ) dan diameter luar ( D) antara 0,8 s/d 1,2 nilai ini biasanya diwail oleh besar sudut spiral ulir t  o o ϕ  = tan 1  dimana nilainya antara 14  s/d 21 π  D −

Tabel 2.3 Batasan sudut kemiringan α terhadap rasio pitch t  dan diameter luar D. α  o < 30   o 30   o >30  

t/D 1,2 1,0 0,8

Aliran bocor disebabkan adanya celah pada sisi antara ulir dan dinding silinder. Besarnya aliran bocor diberikan oleh persamaan berikut: Ql

=

2,5 c D D

Biasanya pada desain besarnya perbandingan antara aliran bocor dan kapasitas pompa adalah

λ  = Ql  / Q  yang nilainya berkisar 3% s/d 12% Putaran sekrup yang optimal merupakan fungsi dari diameter dinyatakan dengan persamaan n=

50 3

 D 2

persamaan tersebut jika ditampilkan secara grafik sebagai berikut:

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-49

MKE 2 BAB 2 POMPA

100 90 80 70

   ) 60   m   p 50   r    (   n 40 30 20 10 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Diameter Luar Sekrup D(m)

Gambar 2.67 Kurva n vs D optimal. Putaran kritis pompa didekati dengan kondisi sebagai berikut: - beban terbagi merata sepanjang poros - air mengisi penuh rongga antara sekrup dan sudu - tumpuan dan bantalan cukup kaku Sudut kemiringan pompa berpengaruh terhadap kapasitas yang dihasilkan. Hubungan tersebut dapat ditunjukkan dalam grafik berikut: 120

110

100

    )     %     ( 90     Q 80

70

60 22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

Sudut kemiringan pompa

Gambar 2.68 Pengaruh kemiringan pompa terhadap laju aliran. Kapasitas maksimum pompa dapat dicapai bila ujung pompa yang tercelup setinggi sumbu pusat poros. Kondisi air yang keluar dari pompa perlu diperhatikan karena air dalam bak penerima dapat kembali mengalir ke bawah. Oleh karena itu konstruksinya dibedakan menjadi dua  jenis, yaitu: 1. pompa dengan ambang pintu ( Threshold pump) 2. pompa aliran balik ( Counterflow pump) Pada instalasi jenis pertama dilengkapi dengan ambang pintu (threshold), sehingga pada saat pompa dimatikan tidak terjadi aliran balik. Posisi wadah penampung lebih rendah dari ujung atas pompa.

 MKE 2 Pompa 02/Hen 0808

2-50