fluidlaboratory.ub.ac.idfluidlaboratory.ub.ac.id/.../2018/09/pompa-sentrifugal.docx · web...

SEMESTER GANJIL2018/2019MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM POMPA SENTRIFUGAL

LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA

PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL



BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pompa merupakan mesin konversi energi yang mengubah bentuk energi

mekanik poros menjadi energi spesifik (head) fluida yang berupa zat cair. Energi

mekanik pompa yang menunjukkan kemampuan dari suatu pompa mengangkat

fluida untuk mencapai ketinggian tertentu adalah berupa head pompa, ditunjukkan

oleh besarnya perbedaan antara energi fluida di sisi isap dengan energi fluida di sisi

tekan. Energi fluida merupakan jumlah dari energi tekanan, energi kinetik dan energi

karena elevasi.

Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan

persatuan waktu (debit atau kapasitas pompa) dan head (tinggi energi angkat). Pada

umumnya pompa dapat digunakan untuk bermacam-macam keperluan, untuk

menaikkan fluida ke sebuah reservoir, untuk mengalirkan fluida dalam proses

industri, untuk pengairan, irigasi, dan sebagainya.

Dalam praktikum ini digunakan pompa sentrifugal, karena banyak digunakan

dalam kehidupan manusia sehari-hari, terutama pada bidang industri. Secara umum

pompa sentrifugal digunakan untuk kepentingan pemindahan fluida dari satu tempat

ke tempat yang lain. Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang

digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur

produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal.

Dalam pelaksanaan operasinya pompa sentifrugal dapat bekerja secara

tunggal, seri, dan paralel. Jenis operasi yang digunakan harus sesuai dengan tujuan

dan kebutuhan penggunaan instalasi pompa. Karakteristik pompa harus terlebih

dahulu diketahui agar didapatkan sistem yang optimal.

1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari pengujian pompa sentrifugal ini adalah untuk

mendapatkan kurva karakteristik dari :

a. Kapasitas terhadap head dan efisiensi

b. Kapasitas terhadap daya



BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori Pompa

2.1.1 Pengertian Fluida, Debit dan Head

Fluida didefinisikan sebagai zat atau substansi yang akan mengalami

deformasi secara berkesinambungan apabila terkena gaya geser (gaya tangensial)

sekecil apapun. Berdasarkan mampu mampatnya fluida dibagi menjadi 2 yaitu

compressible fluid dan incompressible fluid. Berdasarkan sifat alirannya fluida dibagi

menjadi 3 yaitu aliran laminer, transisi dan turbulen. Berdasarkan hubungan antara

laju deformasi dan tegangan gesernya fluida dibagi menjadi 2 yaitu newtonian fluid

dan non-newtonian fluid. Berdasarkan gaya yang bekerja pada fluida dan

gerakannya, fluida dibagi 2 yaitu fluida statis dan dinamis.

Debit / kapasitas merupakan volum fluida yang dapat dialirkan per satuan

waktu. Pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan venturimeter,

orifice, pitot tube dan lain-lain. Satuan dari kapasitas (Q) adalah m3/s, liter/s, atau

ft3/s.

Head didefinisikan sebagai energi per satuan berat fluida. Satuan dari head

(H) adalah meter atau feet fluida. Di dalam pompa, head diukur dengan cara

menghitung beda tekanan total antara pipa isap dan pipa tekan, bila pengukuran

dilakukan pada ketinggian yang sama. Menurut persamaan Bernoulli, terdapat tiga

macam head dari sistem instalasi aliran, yaitu head kecepatan, head potensial dan

head tekanan.

a. Head tekanan

Adalah perbedaan head yang disebabkan perbedaan tekanan statis (head

tekanan) fluida pada sisi tekan dan sisi isap. Head tekanan dituliskan dengan

rumus sebagai berikut:

Pγ=

Pd

γ−

P s

γ.................................................................................................(2-

1)

Keterangan :



Pγ : Head tekanan (m)

Pd

γ: Head tekanan fluida pada sisi tekan (m)

P s

γ: Head tekanan fluida pada sisi isap (m)

b. Head kecepatan

Adalah perbedaan antara head kecepatan zat cair pada sisi tekan dengan

head kecepatan zat cair pada sisi isap. Head kecepatan dituliskan dengan rumus

sebagai berikut:

hk=V d

2

2 g−

V s2

2g .................................................................................................(2-

2)

Keterangan :

hk : Head kecepatan (m)

V d2

2g: Head kecepatan zat cair pada sisi tekan (m)

V s2

2g: Head kecepatan zat cair pada sisi isap (m)

c. Head potensial / elevasi

Adalah perbedaan ketinggian antara fluida pada sisi tekan dengan

ketinggian fluida pada sisi isap. Head elevasi dapat dinyatakan dengan rumus

sebagai berikut:

Z=Zd−Z s .................................................................................................(2-

3)

Keterangan :

Z : Head statis total (m)

Zd : Head statis pada sisi tekan (m)

Z s : Head statis pada sisi isap (m)

2.1.2 Pengertian Pompa



Pompa adalah jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida

melalui pipa dari satu tempat ke tempat lain. Dalam menjalankan fungsinya tersebut,

pompa mengubah energi mekanik poros yang menggerakkan sudu-sudu pompa

mejadi energi kinetik dan tekanan pada fluida.

Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan per

satuan waktu (kapasitas) dan energi angkat (head) dari pompa.

a. Kapasitas (Q)

Merupakan volum fluida yang dapat dialirkan persatuan waktu. Dalam

pengujian ini pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan

venturimeter. Satuan dari kapasitas (Q) yang digunakan dalam pengujian ini

adalah m3/s.

b. Putaran (n)

Yang dimaksud dengan putaran disini adalah putaran poros (impeler)

pompa, dinyatakan dalam satuan rpm. Putaran diukur dengan menggunakan

tachometer.

c. Torsi (T)

Torsi didapatkan dari pengukuran gaya dengan menggunakan

dinamometer, kemudian hasilnya dikalikan dengan lengan pengukur momen (L).

Satuan dari torsi adalah Nm.

d. Daya (P)

Daya dibagi menjadi dua macam, yaitu daya poros yang merupakan daya

dari motor listrik, serta daya air yang dihasilkan oleh pompa. Satuan daya adalah

Watt.

e. Efisiensi (η )

Merupakan perbandingan antara daya air yang dihasilkan dari pompa,

dengan daya poros dari motor listrik.

2.1.3 Pengertian Kavitasi

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena

tekanannya berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Sehingga fluida dapat

menguap ketika tekanannya cukup rendah pada temperatur fluida tersebut. Dalam hal

ini temperatur fluida lebih besar dari temperatur jenuhnya.



Mekanisme dari kavitasi ini adalah berawal dari kecepatan air yang tinggi

sehingga tekanannya rendah dan menyebabkan titik didihnya menurun. Karena fluida

mencapai titik didihnya maka menguap dan timbul gelembung-gelembung yang pada

kecepatan tinggi akan menabrak bagian sudu.

Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat

cair. Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam pompa

maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan yang

berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi. Pada

pompa misalnya, bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah sisi isapnya.

Kavitasi akan timbul jika tekanan isapnya terlalu rendah. Kavitasi di dalam pompa

dapat mengakibatkan:

a. Suara yang berisik dan getaran dari pompa.

b. Performasi pompa akan menurun secara tiba-tiba, sehingga pompa tidak dapat

bekerja dengan baik.

c. Jika pompa dijalankan dalam keadaan kavitasi secara terus menerus dalam jangka

lama, maka permukaan dinding akan termakan sehingga menjadi berlubang-

lubang. Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagai akibat dari tumbukan

gelembung uap yang pecah pada dinding secara terus menerus.

Karena kavitasi mengakibatkan banyak sekali kerugian pada pompa, maka

kavitasi perlu dihindari. Adapun cara-cara untuk mencegah kavitasi antara lain:

a) Tekanan gas diperbesar di dalam pipa-pipa dimana fluida yang mengalir

dipompakan.

b) Sebuah pompa booster dipasang pada ujung pipa isap.

c) Sebuah axial wheel atau helical wheel dipasang tepat di depan impeler pada poros

yang sama. Hal ini dimaksudkan untuk membuat pusaran (whirl) terhadap aliran.

Cara ini merupakan pilihan yang paling baik. Akan tetapi, apabila kecepatan

putaran (n) dan debitnya (Q) sama dengan kecepatan putaran dan debit dari

impeler, maka kavitasi justru akan terjadi pada runner pembantu itu sendiri. Oleh

karena itu, dalam pemasangan runner pembantu ini diperlukan pertimbangan yang

sungguh-sungguh sebelum pemasangannya.

Macam - macam tipe kavitasi pada pompa sentrifugal berdasarkan

penyebabnya yaitu:



1. Suction cavitation (kavitasi pada suction)

Kavitasi jenis ini terjadi akibat kekurangan NPSHA (NPSH aktual).

Aturan umumnya adalah NPSHA minimal harus sama atau lebih besar dari

NPSHR (NPSH yang dibutuhkan) untuk menghindari suction cavitation.

Perbedaan yang besar antara NPSHA dengan NPSHR dapat menyebabkan resiko

kerusakan pada pompa terutama pada air yang relatif panas.

2. Recirculation Cavitation

Recirculation cavitation diakibatkan oleh laju aliran (flow rate) yang

rendah pada pompa. Ada dua tipe dari recirculation cavitation yaitu suction side

dan discharge side dimana bisa terjadi pada saat yang bersamaan ataupun

terpisah. Keduanya terjadi akibat fenomena yang sama yaitu aliran balik pada

jarak yang berdekatan satu sama lain.

Dalam perencanaan instalasi pompa, hal- hal berikut ini harus diperhitungkan

untuk menghindari kavitasi :

1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang diisap harus dibuat

serendah mungkin agar head isap statis menjadi rendah pula.

2. Pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa memakai pipa panjang

gunakan pipa yang berdiameter besar untuk mengurangi kerugian gesek.

3. Sama sekali tidak dibenarkan memperkecil laju aliran dengan menghambat aliran

sisi isap.

4. Head total pompa harus diatur seperti yang dibutuhkan karena head yang

berlebihan akan membuat kapasitas yang berlebihan pula sehingga akan membuat

kemuungkinan terjadinya kavitasi akan semakin besar.

2.1.4 Pengertian NPSH

Net Positive Suction Head (NPSH) adalah tekanan awal bernilai positif yang

terdapat pada sisi inlet pompa. Seperti diuraikan sebelumnya, bahwa kavitasi akan

terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai di bawah tekanan uap

jenuhnya/tekanan penguapannya. Untuk menghindari kavitasi harus diusahakan agar

tidak ada satu bagian dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis

lebih rendah dari tekanan uap jenuh zat cair pada temperatur yang bersangkutan.

Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang memegang peranan.



Pertama, tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang.

Kedua, tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa.

Oleh karena itu, didefinisikan suatu tekanan kavitasi atau jika dinyatakan

dalam satuan Head disebut dengan Net Positive Suction Head (NPSH). Jadi, NPSH

dapat dinyatakan sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.

Gambar 2.1 NPSH bila tekanan atmosfer bekerja pada permukan air yang dihisap.Sumber: Sularso (2000:44)

a. NPSH yang Tersedia

Merupakan head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa

(ekuivalen dengan tekanan absolut pada sisi isap pompa), dikurangi dengan

tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut. Pada pompa yang mengisap zat cair

dari tempat terbuka dengan tekanan atmosfer pada permukaan zat cair seperti

diperlihatkan pada gambar 2.1, maka besarnya NPSH yang tersedia adalah:



hsv=Pa

γ−

Pv

γ−hs−hl …………………………………………………..(2-4)

Keterangan:

hsv = NPSH yang tersedia (m)

Pa = Tekanan atmosfer (N/m2)

Pv = Tekanan uap jenuh pada temperatur fluida (N/m2)

γ = Berat jenis cairan (N/m3)

hs = Head isap statis (m)

hl = Head losses (m)

dengan hs bertanda positif (+) jika pompa terletak di atas permukaan zat cair yang

dihisap dan negatif (-) jika pompa terletak di bawah permukaan zat cair yang

dihisap.

Dari persamaan tersebut, dapat dilihat bahwa NPSH yang tersedia

merupakan head tekanan absolut yang masih tersisa pada sisi isap pompa setelah

dikurangi head tekanan uap, head isap statis dan head loss. Besarnya tergantung

pada kondisi luar pompa dimana pompa tersebut dipasang.

Gambar 2.2 NPSH bila tekanan uap bekerja di dalam tangki air hisap yang tertutup.Sumber: Sularso (2000:44)

Jika zat cair dihisap dari tangki tertutup seperti pada gambar 2.2, maka Pa

menyatakan tekanan absolut yang bekerja pada permukaan zat cair di dalam

tangki tertutup tersebut. Jika tekanan di atas permukan zat cair sama dengan

tekanan uap jenuhnya, maka Pa = Pv, sehingga :

hsv=−hs−hl............................................................................................(2-5)



Harga hs adalah negatif (-) karena permukaan zat cair dalam tangki lebih

tinggi daripada sisi isap pompa. Pemasangan pompa semacam ini diperlukan

untuk mendapatkan harga hsv atau NPSH yang positif (+).

b. NPSH yang Diperlukan

Tekanan terendah di dalam pompa besarnya terdapat di suatu titik didekat

(setelah) sisi masuk sudu impeler. Di tempat tersebut, tekanannya lebih rendah

daripada tekanan pada sisi isap pompa. Hal ini disebabkan kerugian head di nosel

isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan

kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu.

Jadi, agar tidak terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada lubang

masuk pompa dikurangi penurunan tekanan di dalam pompa, harus lebih tinggi

daripada tekanan uap zat cair. Head tekanan yang besarnya sama dengan

penurunan tekanan ini disebut NPSH yang diperlukan. Agar pompa dapat bekerja

tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi persyaratan sebagai berikut :

NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan

Harga dari NPSH yang diperlukan, diperoleh dari pabrik pompa yang

bersangkutan.

2.1.5 Hukum Kesebangunan Pompa

Jika ada dua buah pompa yang geometris sebangun satu dengan yang lain,

maka untuk kondisi aliran yang sebangun pula, berlaku hubungan sebagai berikut :

Q1

Q2=

n1 D13

n2 D23 ………..............................................................................................

(2-6)

H 1

H 2=

n12 D1

2

n22 D2

2 ………..............................................................................................

(2-7)

P1

P2=

n13 D1

5

n23 D2

5 ………..............................................................................................

(2-8)

Keterangan:

D: Diameter impeler (m)



Q: Kapasitas aliran (m3/s)

H: Head total pompa (m)

P: Daya poros pompa (kW)

N: Putaran pompa (rpm)

Dan indeks 1 dan 2 menyatakan berturut- turut pompa nomor satu dan pompa

nomor 2. Hubungan yang dinyatakan di atas disebut Hukum Kesebangunan Pompa.

Hukum ini sangat penting untuk menaksir perubahan performansi pompa bila

putaran pompa diubah. Hukum ini juga berguna untuk memperkirakan performansi

pompa yang direncanakan apabila pompa tersebut geometris sebangun dengan

pompa yang sudah diketahui performansinya.

2.1.6 Kecepatan Spesifik Pompa

Kecepatan spesifik pompa adalah suatu nilai yang digunakan untuk

menggambarkan bentuk geometri suatu pompa, atau dengan kata lain besar dari nilai

kecepatan spesifik suatu pompa adalah sama tiap- tiap pompa yang sebangun.

Kecepatan spesifik suatu pompa dapat dicari dengan rumus :

ns=n Q1 /2

H 3/4 ………...........................................................................................(2-

9)

Keterangan:

Q : Kapasitas aliran (m3/s)

H : Head total pompa (m)

n : Putaran pompa (rpm)

Harga ns dapat digunakan sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa.

Jadi jika ns suatu pompa sudah ditentukan maka bentuk impeller pompa tersebut

sudah tertentu pula.

2.1.7 Performansi

Bentuk pompa pada umumnya tergantung pada kecepatan spesifik. Jadi dapat

dimengerti bila karakterisiknya juga akan tergantung pada kecepatan spesifik.



Karakteristik sebuah pompa dapat digambarkan dalam kurva- kurva

karakteristik yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros, dan efisiensi

pompa, terhadap kapasitas. Kurva performansi tersebut, pada umumnya digambarkan

pada putaran yang tetap.

Gambar 2.3 sampai dengan Gambar 2.5 memperlihatkan contoh kurva

performansi untuk tiga jenis pompa dengan harga kecepatan spesifik yang jauh

berbeda beda. Di sini semua besaran kurva karakteristik dinyatakan dalam persen.

Titik 100% untuk harga kapasitas, head total pompa, dan daya pompa, diambila

dalam keadaan efisiensi maksimum.

Dari gambar terlihat bahwa kurva head- kapasitas menjadi semakin curam

pada pompa dengan harga kecepatan spesifik yang semakin besar.

Disini head pada kapasitas nol (shut-off head) semakin tinggi pada kecepatan

spesifik yang semakin besar. Dalam hal pompa aliran aksial, kurva karakteristiknya

memperlihatkan kondisi tak stabil pada head total di sekitar 140 – 160%.

Kurva daya terhadap kapasitas mempunyai harga minimum bila kapasitas

aliran sama dengan nol pada pompa sentrifugal dengan kecepatan spesifik kecil.

Sebaliknya, pada pompa aliran campur dan pompa aliran aksial dengan kecepatan

spesifik besar, harga daya mencapai maksimum pada kapasitas aliran sama dengan

nol.



Gambar 2.3 Kurva karakteristik pompa voluteSumber : Sularso (2000:10)

Gambar 2.4 Kurva karakteristik pompa aliran campuranSumber : Sularso (2000:10)



Gambar 2.5 Kurva karakteristik pompa aliran aksialSumber : Sularso (2000:10)

2.1.8 Klasifikasi Pompa

Menurut prinsip kerjanya, pompa diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu:

A. Positive Displacement Pump

Merupakan pompa yang menghasilkan kapasitas yang intermittent, karena

fluida ditekan di dalam elemen-elemen pompa dengan volume tertentu. Ketika

fluida masuk, langsung dipindahkan ke sisi buang sehingga tidak ada kebocoran

(aliran balik) dari sisi buang ke sisi masuk. Kapasitas dari pompa ini kurang lebih

berbanding lurus dengan jumah putaran atau banyaknya gerak bolak-balik pada

tiap satuan waktu dari poros atau engkol yang menggerakkan. Pompa jenis ini

menghasilkan head yang tinggi dengan kapasitas rendah. Pompa ini dibagi lagi

menjadi:

1. Reciprocating Pump (pompa torak)

Pada pompa ini, tekanan dihasilkan oleh gerak bolak-balik translasi

dari elemen-elemennya, dengan perantaran crankshaft, camshaft, dan lain-

lainnya. Pompa jenis ini dilengkapi dengan katup masuk dan katup buang

yang mengatur aliran fluida keluar atau masuk ruang kerja. Katup-katup ini

bekerja secara otomatis dan derajat pembukaannya tergantung pada fluida

yang dihasilkan. Tekanan yang dihasilkan sangat tinggi, yaitu lebih dari 10

atm. Kecepatan putar rendah yaitu 250 sampai 500 rpm. Oleh karena itu,

dimensinya besar dan sangat berat. Pompa ini banyak dipakai pada pabrik

minyak dan industri kimia untuk memompa cairan kental, dan untuk pompa

air ketel pada PLTU. Skema pompa torak ditunjukkan pada gambar 2.3.



Gambar 2.6 Skema pompa torak.Sumber: Karrasik (2008)

2. Rotary Pump

Tekanan yang dihasilkan dari pompa ini adalah akibat gerak putar dari

elemen-elemennya atau gerak gabungan berputar. Bagian utama dari pompa

jenis ini adalah :

rumah pompa yang stasioner

rotor, yang di dalamnya terdapat elemen-elemen yang berputar dalam

rumah pompa

Prinsip kerjanya adalah fluida yang masuk ditekan oleh elemen-

elemen yang memindahkannya ke sisi buang kemudian menekannya ke pipa

tekan. Karena tidak memiliki katup-katup, maka pompa ini dapat bekerja

terbalik, sebagai pompa maupun sebagai motor. Pompa ini bekerja pada

putaran yang tinggi sampai dengan 5000 rpm atau lebih. Karena keuntungan

tersebut, pompa ini banyak dipakai untuk pompa pelumas dan pada hydraulic

power transmission. Yang termasuk jenis pompa ini adalah:

a. Gear Pump (Pompa Roda Gigi)

Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya dua buah roda

gigi berpasangan yang terletak dalam rumah pompa akan menghisap dan

menekan fluida yang dipompakan. Fluida yang mengisi ruang antar gigi

ditekan ke sisi buang. Akibat diisinya ruang antar sisi tersebut maka

pompa ini dapat beroperasi. Aplikasi dari pompa ini adalah pada sistem

pelumasan, karena pompa ini menghasilkan head yang tinggi dan debit

yang rendah. Contoh pompa roda gigi terdapat pada gambar 2.4.



Gambar 2.7 Pompa roda gigi.Sumber: Edward (1996:26)

B. Dynamic Pump

Merupakan pompa yang ruang kerjanya tidak berubah selama pompa

bekerja. Untuk merubah kenaikan tekanan, tidak harus mengubah volume aliran

fluida. Dalam pompa ini terjadi perubahan energi, dari energi mekanik menjadi

energi kinetik, kemudian menjadi energi tekanan. Pompa ini memiliki elemen

utama sebuah rotor dengan suatu impeler yang berputar dengan kecepatan tinggi.

Yang termasuk di dalam jenis pompa ini adalah pompa aksial dan pompa

sentrifugal.

1. Pompa Aksial

Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya impeler akan

menghisap fluida yang dipompakan dan menekannya ke sisi tekan dalam arah

aksial. Pompa ini cocok untuk aplikasi yang membutuhkan head rendah dan

kapasitas tinggi, seperti pada sistem pengairan. Contoh pompa aksial terdapat

pada gambar 2.5.

Gambar 2.8 Pompa aksial



Sumber: Kurtz (2005:101)

2. Pompa Sentrifugal

Elemen pokok dari pompa ini adalah sebuah rotor dengan sudu-sudu

yang berputar pada kecepatan tinggi. Fluida yang masuk dipercepat oleh

impeler yang menaikkan tekanan maupun kecepatannya, dan melempar fluida

keluar melalui volute atau rumah siput. Pompa ini digunakan untuk

memenuhi kebutuhan head medium sampai tinggi dengan kapasitas aliran

medium. Dalam aplikasinya, pompa sentrifugal banyak digunakan untuk

proses pengisian air pada ketel dan pompa rumah tangga. Bagian-bagian dari

pompa sentrifugal adalah stuffling box, packing, shaft, shaft sleeve, vane,

casing, eye of impeller, impeller, casing wear ring dan discharge nozzle.

Gambar 2.9 Penampang memanjang pompa sentrifugalSumber: Dietzel (1980:244)



2.2 Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya

2.2.1 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga aliran

zat cair yang keluar dari impeler akan melalui sebuah bidang tegak lurus poros

pompa. Konstruksi dari pompa sentrifugal dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.10 Bagian-bagian pompa sentrifugalSumber: Sularso (2000:75)

Impeler dipasang pada satu ujung poros dan pada ujung yang lain dipasang

kopling untuk meneruskan daya dari penggerak. Poros ditumpu oleh dua buah

bantalan. Sebuah paking atau perapat dipasang pada bagian rumah yang ditembus

poros, untuk mencegah air bocor keluar atau udara masuk dalam pompa.

a. Impeler

Merupakan bagian yang berputar dari pompa dan memberikan daya pada

air, sehingga air akan mendapatkan energi spesifik berupa kecepatan dan

tekanan. Di dalam rumah siput, kecepatan air secara berangsur-angsur diubah

menjadi tekanan statis. Jenis-jenis impeler ditunjukkan pada gambar 2.8. Jenis-

jenis impeler yaitu:

• Impeler Tertutup



Disebut sebagai impeler tertutup karena baling-baling pada impeler

tetutupi oleh mantel di kedua sisi. Jenis impeler ini banyak digunakan pada

pompa air dengan tujuan mengurung air agar tidak berpindah dari sisi

pengiriman ke sisi penghisapan. Impeler jenis ini memiliki kelemahan pada

kesulitan yang akan didapat jika terdapat rintangan atau sumbatan.

• Impeler Terbuka dan Semi Terbuka

Dengan kondisinya yang terbuka atau semi terbuka, maka

kemungkinan adanya sumbatan pun jauh berkurang. Hal ini memungkinkan

adanya pemeriksaan impeler dengan mudah. Namun, jenis impeler ini hanya

dapat diatur secara manual untuk mendapatkan setelan terbaik.

• Impeler Pompa Berpusar/Vortex

Pompa yang digunakan untuk memompa bahan-bahan yang lebih padat

ataupun berserabut dari fluida cair, impeler vortex dapat menjadi pilihan yang

baik. Pompa jenis ini 50% kurang efisien dari rancangan konvensionalnya.

Gambar 2.11 Jenis impelerSumber: Sularso (2000:76)

b. Rumah Pompa

Desain rumah pompa ditunjukkan oleh gambar 2.9. Rumah pompa

memiliki beberapa fungsi, antara lain:

1. Berfungsi sebagai pengarah fluida yang dilemparkan impeler. Akibat gaya

sentrifugal yang menuju sisi tekan, sebagian energi kinetik fluida diubah

menjadi tekanan.

2. Menutup impeler pada sisi penghisapan dan pengiriman pada ujung pompa

sehingga berbentuk tangki tekanan.

3. Memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan

impeler.



Gambar 2.12 Desain rumah pompaSumber: Edward (1996:20)

c. Poros Pompa

Sebagai penerus putaran pengerak kepada impeler dan pompa. Poros

pompa dibedakan menjadi dua, yaitu :

Poros pompa datar atau horizontal

Poros pompa tegak atau vertikal

d. Cincin Penahan Keausan atau Cincin Perapat (Waring Ring)

Untuk mencegah keausan rumah pompa dan impeler pada sambungan

yang bergerak (running joint), maka dipasang cincin penahan keausan (waring

ring) yang disebut juga cincin rumah pompa atau cincin perapat.

e. Bantalan Poros

Bantalan yang banyak dipakai pada pompa sentrifugal adalah bantalan

anti gesek, selongsong, rol bola, dan bantalan kingsbury. Bantalan anti gesek

dapat berupa baris tungal atau ganda. Bantalan rol banyak dipakai untuk poros

pompa berukuran besar. Skema bantalan poros ditunjukkan oleh gambar 2.10.



(a) (c)

(b) (d)

Gambar 2.13 Bantalan praktis untuk pompa (a) rol, (b) horizontal, (c) vertikal dan (d) kingsbury

Sumber: Edward (1996:22)

f. Selongsong Poros

Berfungsi utuk mencegah kebocoran udara ke dalam pompa bila

beroperasi dengan tinggi isap (suction lift) dan untuk mendistribusikan cairan

perapat secara merata di sekeliling ruang cincin (anular space) antara lubang peti

dan permukaan selongsong poros. Selongsong poros disebut juga sangkar perapat

atau cincin lantern. Skema selongsong poros pompa ditunjukkan oleh gambar

2.14.

Gambar 2.14 Selongsong poros pompaSumber: Edward (1996:22)

Selongsong poros ini menerima cairan yang bertekanan dari pompa atau

sumber tersendiri lainnya. Kadang-kadang digunakan minyak gemuk sebagai



medium perapat apabila cairan yang bersih tidak tersedia atau tidak dapat dipakai

(pompa air kotor).

g. Peti Gasket

Berfungsi untuk mencegah udara bocor ke dalam rumah pompa bila

tekanan di dalamnya berada di bawah tekanan atmosfer.

h. Perapat Poros (Perapat Mekanis)

Digunakan untuk mencegah kebocoran di sekeliling poros. Perapat poros

ini juga dipakai apabila peti gasket tidak dapat mencegah kebocoran secara

maksimal. Permukaan perapat tegak lurus terhadap poros pompa dan biasanya

terdiri dari dua bagian yang dihaluskan dan dilumasi. Perapat poros dibedakan

menjadi dua, yaitu jenis dalam dan jenis luar. Jenis luar dipakai apabila cairan

yang dipompa berpasir dan tidak diinginka adanya kebocoran pada peti gasket.

Jenis dalam digunakan untuk cairan yang mudah menguap. Skema perapat

mekanis dapat dilihat pada gambar 2.12.

Gambar 2.15 Perapat MekanisSumber: Edward (1996:24)

2.2.2 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Secara garis besar, pompa bekerja dengan cara mengubah energi mekanik

dari poros yang menggerakkan sudu-sudu pompa, kemudian menjadi energi kinetik

dan tekanan pada fluida. Demikian pula pada pompa sentrifugal, agar bisa bekerja

pompa membutuhkan daya dari mesin penggerak pompa. Berputarnya impeler

menyebabkan tekanan vakum pada sisi isap pompa, akibatnya fluida terhisap masuk

ke dalam impeler. Di dalam impeler, fluida mendapatkan percepatan sedemikian

rupa dan terkena gaya sentrifugal, sehingga fluida mengalir keluar dari impeler



dengan kecepatan tertentu. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang

dan berubah menjadi energi tekanan di dalam rumah pompa. Besarnya tekanan yang

timbul tergantung pada besarnya kecepatan fluida.

2.3 Teori dan Persamaan yang Mendukung Percobaan

2.3.1 Persamaan Bernoulli

Syarat – syarat berlakunya persamaan Bernoulli adalah:

- Aliran steady (steady flow)

- Aliran tanpa gesekan (frictionless flow)

- Tidak ada kerja poros (no shaft work)

- Aliran incompressible (incompressible flow)

- Tidak ada perpindahan panas (no heat transfer)

- Aliran menurut garis arus (flow along a streamline)

Suatu aliran fluida incompressible yang memiliki tekanan (P), kecepatan (v),

dan beda ketinggian (z) mempunyai energi aliran fluida sebesar :

Persamaan energi :

m . g . z+P . ∀+ m v2

2=c ......................................................................................(2-10)

m .g . z+P . mρ

+ m v2

2=c......................................................................................(2-11)

Persamaan energi spesifik tiap satuan massa:

g . z+ Pρ+ v2

2=c( Nm

kg) ........................................................................................(2-12)

Persamaan energi spesifik tiap satuan berat (head):

z+ Pρg

+ v2

2g=c (m).......................................................................................(2-13)

Persamaan bernoulli umumnya ditulis dalam bentuk :

z1+P1

ρ⋅g+

v12

2 g=z2+

P2

ρ⋅g+

v22

2 g ...................................................................... (2-14)

dengan : z adalah head elevasi

Pρ⋅g adalah head tekanan



v2

2g adalah head kecepatan

Sebagai contoh adalah aliran air di dalam pipa, pada posisi 1 air

mempunyai tekanan P1, luas penampang A1, dan kecepatan v1. Perubahan bentuk

energi akan terjadi bila pada posisi 2 penampangnya diperkecil. Dengan demikian,

kecepatan air akan naik menjadi v2 dan tekanan P2 akan berkurang. Hal ini dapat

terlihat jelas apabila letak pipa dalam keadaan horizontal (z1=z2).

Jadi, persamaan bernoulli dapat dinyatakan sebagai berikut:“pada tiap saat

dan tiap posisi yang ditinjau dari suatu aliran di dalam pipa tanpa gesekan yang tidak

bergerak akan mempunyai jumlah energi ketinggian tempat, tekanan, dan kecepatan

yang sama besarnya”.

2.3.2 Persamaan Kontinuitas

Disebut juga hukum kekekalan massa, menyatakan bahwa laju perubahan

massa fluida yang terdapat dalam ruang yang ditinjau pada selang waktu t harus

sama dengan perbedaan antara jumlah massa yang masuk dan laju massa yang keluar

ke dan dari elemen fluida yang ditinjau.

Gambar 2.16 Aliran Fluida Dalam TabungSumber : Zakapedia ( 2013 )

Terdapat aliran fluida pada satu saluran dengan perubahan luas penampang

seperti terlihat pada gambar 2.13. Pada fluida tak termampatkan, massa jenis fluida

selalu sama di setiap titik yang dilaluinya. Massa fluida yang mengalir dalam pipa

dengan luas penampang A1 selama selang waktu tertentu:

ρ=mV ...................................................................................................................(2-15)



m=ρV .................................................................................................................(2-16)

m1=ρ V 1...............................................................................................................(2-17)

V 1=A1 L1=A1 v1 ∆ t .............................................................................................(2-18)

m1=ρ A1 v1............................................................................................................(2-19)

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama dengan

massa fluida yang keluar, maka:

m1=m2..................................................................................................................(2-20)

ρ A1 v1=ρ A2 v2.....................................................................................................(2-21)

A1 v1=A2 v2......................................................................................................... (2-22)

Keterangan:

A1=¿Luas penampang 1

A2=¿Luas penampang 2

v1=¿Kecepatan aliran fluida pada penampang 1

v2=¿Kecepatan aliran fluida pada penampang 2

Av=¿Laju aliran volume V/t atau debit

2.3.3 Segitiga Kecepatan

Fluida mengalir kedalam pompa dikarenakan terhisap oleh impeler yang

berputar. Diasumsikan bahwa aliran fluida yang terjadi adalah aliran dua dimensi,

dan bahwa fluida mengikuti sudu-sudu impeler dengan tepat, maka kecepatan masuk

dan keluar untuk suatu impeler yang mempunyai sudu-sudu mengarah ke belakang

ditunjukkan pada gambar 2.14. u adalah kecepatan keliling suatu titik pada impeler,

w adalah kecepatan partikel fluida relatif terhadap impeler, dan c adalah kecepatan

absolut fluida (kecepatan relatif suatu titik pada impeler relatif terhadap frame yang

diam / tanah). c merupakan hasil penjumlahan secara vektor dari u dan w. Diagram

segitiga kecepatan masuk dan keluar impeler dapat dilihat pada gambar 2.14.



Gambar 2.17 Diagram segitiga kecepatan masuk dan keluarSumber: Church (1986:77)

Sudut antara c dan u disebut α, sudut antara w dan perpanjangan u disebut β.

Sudut β juga merupakan sudut yang dibuat antara garis singgung terhadap sudu

impeler dan suatu garis dalam arah gerakan sudu. Umumnya diagram kecepatan

fluida pada impeler seperti pada gambar diatas disederhanakan menjadi bentuk

segitiga kecepatan seperti pada Gambar 2.15. Kecepatan relatif w dan kecepatan

absolut c dapat diuraikan menjadi komponen kecepatan tangensial diberi subscript u

(searah u) dan komponen kecepatan meridional dengan subscript m yang dapat

dilihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.18 Diagram segitiga kecepatan masuk dan keluarSumber: Church (1986:77)

2.3.4 Karakteristik Instalasi Pompa Seri dan Pompa Paralel

a. Pompa Seri

Instalasi pompa yang disusun seri bertujuan untuk memperoleh fluida

dengan nilai head tekanan yang sangat tinggi dengan kapasitas fluida yang

rendah. Grafik pada gambar 2.16 menunjukkan bahwa head total yang tinggi

pada pompa yang tersusun seri diperoleh dengan menjumlahkan head pompa 1

dengan head pompa 2:

Htotal = H1 + H2..............................................................................................(2-23)



Gambar 2.19 Operasi seri dari pompa dengan karakteristik berbedaSumber: Sularso (2000:95)

b. Pompa Paralel

Instalasi pompa yang disusun paralel bertujuan untuk memperoleh fluida

dengan kapasitas yang tinggi namun head tekanan yang diperoleh rendah. Pada

gambar 2.17 didapatkan kapasitas (Q) aliran yang tinggi diperoleh dengan cara

menjumlahkan kapasitas aliran pompa 1 (Q1) dengan kapasitas aliran pompa 2

(Q2).

Qtotal = Q 1 + Q2..............................................................................................(2-24)

Gambar 2.20 Operasi paralel dari pompa dengan karakteristik berbedaSumber: Sularso (2000:94)2.4 Rumus Perhitungan

2.4.1 Pompa Tunggal

1. Head (H)



H=Pd−Ps

γ (m) ...................................................................................(2-25)

Keterangan:

Pd : Tekanan buang (N/m2)

Ps : Tekanan buang (N/m2)

: berat jenis air = water . g (N)

2. Kapasitas (Q)

.................................................................................(2-26)

Keterangan:

h = beda ketinggian fluida pada manometer (mmHg)

3. Putaran (n)

Satuan : rpm

4. Torsi (T)

....................................................................................................(2-27)

Keterangan:

F = Gaya / beban (N)

L = Panjang lengan momen = 0,179 m

5. Daya (W)

Daya Poros (W1) :

.................................................................................(2-28)

Keterangan:

k = konstanta brake = 53,35

n = putaran (rpm)

Daya Air (W2) :

W 2= ( Pd−P s ) .Q (Watt ) ........................................................................(2-29)

6. Efisiensi (η )

..........................................................................................(2-30)

Q=0 , 1891000 √h (m3 /s )

T=F⋅L

W 1=F⋅nk

(Watt )

η=W 2

W 1×100 %



2.4.2 Pompa Seri

1. Head

Berdasarkan persamaan (2-25):

H 1=Pd 1−P s 1

γ

H 2=Pd2−P s2

γ

2. Kapasitas (Q)


Q=0 , 1891000 √h (m3 /s )

3. Torsi (T)


T 1=F1⋅L ( N .m)

T 2=F2⋅L (N .m)

4. Daya (W)

Daya Poros (W1) :


W 1,1=F1⋅n1

k(Watt )

W 1,2=F2⋅n2

k(Watt )

W 1 , Total=W 1,1+W 1,2 (Watt )

Daya Air (W2) :


W 2,1=( Pd 1−Ps1 )⋅Q (Watt )W 2,2=( Pd 2−Ps2 )⋅Q (Watt )W 2 , Total=W 2,1+W 2,2 (Watt )

5. Efisiensi (η ) :

HTotal=H1+ H2 (m)

T Total=T 1+T 2




η=W 2 , Total

W 1, Total×100 %

2.4.3 Pompa Paralel

1. Head


H1=Pd1

−P s1

γ(m)

H2=Pd2

−Ps2

γ(m)

2. Kapasitas (Q)


Q=0 , 1891000 √h (m3 /s )

3. Torsi (T)


T 1=F1⋅L ( N . m)

T 2=F2⋅L (N . m)

T Total=T 1+T 2

4. Daya (W)

Daya Poros (W1) :


W 1,1=F1⋅n1

k(Watt )

W 1,2=F2⋅n2

k(Watt )

W 1 , Total=W 1,1+W 1,2 (Watt )

Daya Air (W2) :


HTotal=H1+H2

2(m)



o Jika n sama

W2,1 = (Pd1 – Ps1).

Q2 (Watt)

W2,2 = (Pd2 – Ps2).

Q2 (Watt)

W2,total = W2,1 + W2,1 (Watt)

o Jika n berbeda

W2,1 = (Pd1 – Ps1). Q1 (Watt)

W2,2 = (Pd2 – Ps2). Q2 (Watt)

W2,total = W2,1 + W2,1 (Watt)

5. Efisiensi (η )


η=W 2, Total

W 1, Total×100 %



BAB IIIMETODOLOGI PENGUJIAN

3.1 Variabel yang Diamati

3.1.1 Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variabel yang dapat ditentukan sendiri dan tidak

dipengaruhi variabel lain. Dalam percobaan pompa sentrifugal ini, variabel bebas

yang diamati adalah besarnya kecepatan putaran poros dan putaran katup.

3.1.2 Variabel Terikat

Variabel terikat adalah variabel yang nilainya dipengaruhi variabel bebas.

Variabel terikat dalam percobaan pompa sentrifugal ini antara lain:

a. Besarnya head pompa yang ditentukan dari perbedaan tekanan isap dan tekanan

buang.

b. Besarnya daya air dan daya poros dari pompa.

c. Besarnya kapasitas pompa yang ditentukan oleh beda ketinggian fluida pada

manometer.

d. Besarnya torsi dari pompa.

3.1.3 Variabel Terkontrol

Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan

sehingga variabel bebas dan variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang

diteliti. Variabel kontrol dalam percobaan pompa sentrifugal ini adalah besarnya

kecepatan putaran motor yang dijaga konstan.

3.2 Spesifikasi Peralatan yang Digunakan

Dalam pengujian pompa sentrifugal ini, digunakan perangkat pompa

sentrifugal dengan spesifikasi sebagai berikut :

Equipment : Two Stage Centrifugal Pump

Serial No. : TE 83/5806

Date : 8 March 1982

Suplied to : Karl Klub KG (for Indonesia)



Electrical Supply : 220 Volt, 1 Phase, 50 Hz

Tabel 3.1Spesifikasi Pompa Sentrifugal

1st Stage 2nd Stage

Driving motor type Neco Shunt Neco Shunt

Serial no. C 166415.C C 166415.B

Speed Variable 0 to 3000

rev/min

Variable 0 to 3000

rev/min

Power 0,75 KW (1 HP) 0,75 KW (1 HP)

Electrical control

type

Neco electrical 2AF

ISO

Neco electrical 2AF

ISO

Pump type Stuart no 25/2 Stuart no 25/2

Max head 13 m 13 m

Max flow 130 L/minute 130 L/minute

Power Constant : Watts=Newton ×rev /min

53 ,35

Tachometer : Compand Type M 48, No. 62637

Venturi

Calibration : v=0,2√h Diameters D = 37,5 mm dan d = 22,2 mm

Note : Electrical Warning Labels Fitted

Literature : Winning Diagram 41109



3.3 Instalasi Alat Percobaan dan Bagian-bagian

Gambar 3.1 Skema Instalasi Pompa SentrifugalSumber: Modul Praktikum Mesin-Mesin Fluida FT-UB (2017)

Instalasi percobaan ini terdiri dari 2 pompa sentrifugal, yaitu pompa I (P1)

dan pompa II (P2) yang masing-masing digerakkan oleh sebuah motor listrik (M)

yang dihubungkan dengan neraca pegas. Sebuah panel pengaturan dan alat ukur

(manometer raksa dan manometer bourdon). Jaringan pipa dilengkapi dengan dua



katup isap yaitu katup pompa I (A) dan katup pompa II (B). Instalasi percobaan juga

dilengkapi dengan sebuah katup pengatur aliran tunggal, seri dan paralel (C), sebuah

katup pengatur keluaran (D) dan sebuah venturi (V).

3.4 Langkah Percobaan

1. Periksa kedudukan alat ukur agar tidak menyimpang.

2. Pastikan tangki terisi air.

3. Pastikan dinamometer dalam keadan setimbang.

4. Katup A dibuka, katup B ditutup (pengujian pompa tunggal).

5. Pompa I dihidupkan .

6. Besar putaran dilihat pada tachometer digital, jaga putaran tetap konstan.

7. Dalam keadan katup buang tertutup, catat data pada alat ukur.

8. Ulangi langkah 7 dengan memutar katup buang 180o, tiap pengambilan data.

Lakukan hingga terbuka penuh.

9. Untuk mengakhiri pengujian, putar perlahan pengatur kecepatan agar kecepatan

melambat. Katup buang ditutup kembali, matikan mesin.

10. Pada pengujian pompa seri, katup C diputar 180o sehingga keluaran dari pompa I

masuk ke sisi isap pompa II. Pompa I dan pompa II dihidupkan. Lakukan langkah

7 - 9 untuk proses pengambilan data.

11. Pada pengujian pompa paralel, katup C diubah kedudukannya 180o (seperti

kedudukan awal). Katup B dibuka, pompa I dan pompa II dinyalakan, Langkah 7

- 9 diulangi lagi untuk proses pengambilan data pengujian pompa paralel.

12. Percobaan selesai.



BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Percobaan

(Terlampir)

4.2 Pengolahan Data

4.2.1 Contoh Perhitungan

4.2.2 Grafik dan Pembahasan

4.2.2.1 Hubungan Kapasitas dan Head (Pompa Tunggal)

4.2.2.2 Hubungan Kapasitas dan Head (Pompa Seri)

4.2.2.3 Hubungan Kapasitas dan Head (Pompa Paralel)

4.2.2.4 Hubungan Kapasitas dan Daya Poros (Pompa Tunggal, Seri dan Paralel)

4.2.2.5 Hubungan Kapasitas dan Daya Air (Pompa Tunggal, Seri dan Paralel)

4.2.2.6 Hubungan Kapasitas dan Efisiensi (Pompa Tunggal, Seri dan Paralel)



BAB VKESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

5.2 Saran

fluidlaboratory.ub.ac.idfluidlaboratory.ub.ac.id/.../2018/09/pompa-sentrifugal.docx · web...

Documents