document5

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi

mekanik menjadi energi fluida menggunakan gaya sentrifugal (Sularso, 2004),

pompa sentrifugal terdiri dari sebuah impeller yang berputar di dalam sebuah

rumah pompa (Casing). Pada rumah pompa dihubungkan dengan saluran hisap

dan saluran keluar. Sedangkan impeller terdiri dari sebuah cakram dan terdapat

sudu-sudu, arah putaran sudu-sudu itu biasanya dibelokkan ke belakang terhadap

arah putaran. Gambar pompa sentrifugal diperlihatkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Pompa sentrifugal.

(http://aris25trihandoko.blogspot.com/2012/09/pengertian-dan-klasifikasi-padapompa.html)

Keterangan:

1. Casing

2. Impeller

3. Shaft seal

4. Bearing housing

5. Shaft

6. Lubricating reservoir

7. Eye of impeller6

2.2 Fungsi dan Nama Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal

Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat pada

gambar 2.2.

Gambar 2.2 Bagian utama pompa sentrifugal.

(http://uripgumulya.com/berbagai-komponen-dalam-pompa-sentrifugal)

Keterangan:

1. Vane

2. Packing

3. Shaft

4. Discharge nozzle

5. Casing

6. Impeller

7. Bearing

8. Eye of impeller

Fungsi dari bagian-bagian pompa sentrifugal adalah sebagai berikut:

a. Vane

Vane adalah sudu impeller yang berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan

pada impeller.

5

1

2

3

8

7

4

67

b. Packing

Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi kebocoran cairan dari

casing pompa yang berhubungan dengan Poros, biasanya terbuat dari Asbes

atau Teflon.

c. Shaft

Shaft atau Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak

selama beroperasi dan tempat tumpuan impeller dan bagian-bagian lain yang

berputar.

d. Discharge nozzle

Discharge nozzle adalah bagian dari pompa yang berfungsi sebagai tempat

keluarnya fluida hasil pemompaan.

e. Casing

Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai

pelindung elemen di dalamnya.

f. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi

energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga

cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan

akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

g. Bearing

Bearing atau bantalan berfungsi untuk menumpu atau menahan beban dari

Poros agar dapat berputar. bearing juga berfungsi untuk memperlancar

putaran poros dan menahan poros agar tetap pada tempatnya, sehingga

kerugian gesek dapat diperkecil.

h. Eye of impeller

Eye of impeller adalah bagian masuk pada arah hisap impeller.8

2.3 Kerja Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal mempunyai impeller untuk mengangkat zat cair dari

tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan

kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair, maka zat cair

yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena

timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah-tengah impeller ke luar

melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekan zat cair menjadi lebih

tinggi, demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair

mengalami percepatan.

Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair

sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per

satuan berat atau head total zat cair antara saluran hisap dan saluran keluar pompa

disebut head total pompa. Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat

mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi

inilah yang menyebabkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head

potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso., 2004).

2.4 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

2.4.1 Klasifikasi Menurut Jenis Impeller

Impeller memiliki beberapa jenis, diantaranya adalah impeller jenis

tertutup, impeller jenis setengah terbuka, dan impeller jenis terbuka. Masingmasing jenis impeller akan dijelaskan sebagai berikut.

2.4.1.1 Impeller Tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan,

digunakan untuk memompa zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran.

Impeller tertutup dapat dilihat pada gambar 2.3.9

Gambar 2.3 Impeller tertutup.


2.4.1.2 Impeller Setengah Terbuka

Impeller jenis ini terbuka di sebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di

sebelah belakang. digunakan untuk memompa zat cair yang mengandung sedikit

kotoran, misalnya air yang bercampur pasir. Impeller setengah terbuka

ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Impeller setengah terbuka.


2.4.1.3 Impeller Terbuka

Impeller jenis ini tidak ada dindingnya di depan ataupun di belakang,

bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu-sudu.

Jenis ini banyak digunakan untuk memompa zat cair yang banyak mengandung

kotoran yang volumenya lebih besar dari butiran pasir. Impeller terbuka

ditunjukkan pada gambar 2.5.10

Gambar 2.5 Impeller terbuka.


2.4.2 Klasifikasi Menurut Bentuk Rumah

2.4.2.1 Pompa Volut

Pada sebuah pompa sentrifugal, zat cair pada impeller secara langsung

dibawa ke rumah volut, pompa volut diperlihatkan seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Pompa volut.

(http://novhan-natanagara.blogspot.com/2011/03/sekilas-tentang-pompasentrifugal.html)

2.4.2.2 Pompa Diffuser

Pompa sentrifugal ini dilengkapi dengan sudu diffuser di keliling luar

impeller, konstruksi dan bagian-bagian dari pompa ini sama dengan pompa volut.

Fungsi dari diffuser adalah untuk meningkatkan efisiensi pompa dan

konstruksinya lebih kuat, maka konstruksi ini sering dpakai pada pompa besar

dengan head tinggi. pompa ini juga sering dipakai sebagai pompa bertingkat 11

banyak karena aliran dari tingkat satu ke tingkat berikutnya dapat dilakukan tanpa

menggunakan rumah volut. Pompa diffuser ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Pompa diffuser.


2.4.3 Klasifikasi Menurut Letak Poros

2.4.3.1 Pompa Jenis Poros Tegak (Vertical)

Pompa aliran campur dan pompa aliran aksial sering dibuat dengan

poros tegak (vertical). Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa

kolom oleh bantalan yang terbuat dari karet. pompa ini dapat dilihat pada gambar

2.8.

Gambar 2.8 Poros vertical.


Discharge

Casing

Impeller

Suction12

2.4.3.2 Pompa Jenis Poros Mendatar (Horizontal)

Pompa ini mempunyai poros dengan posisi mendatar, pompa jenis ini

dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Poros horizontal.


2.4.4 Klasifikasi Menurut Rangkaian

Menurut rangkaiannya, operasi rangkaian dibedakan menjadi operasi

rangkaian seri dan paralel seperti pada gambar 2.10 dan 2.11.

2.4.4.1 Operasi Rangkaian Seri dan Paralel dari Pompa-Pompa dengan

Karekteristik Sama

Gambar 2.10 Operasi rangkaian seri dan paralel dari pompa-pompa dengan

karakteristik sama. (Sularso., 2004).13

Gambar 2.10 menunjukkan karakteristik sama dari pompa yang dipasang

secara seri dan paralel. Untuk pompa tunggal diberi tanda (1), pompa seri (2), dan

pompa paralel (3). Untuk rangkaian seri menghasilkan head kurva 2 diperoleh

dari harga head kurva 1 dikalikan dua untuk kapasitas Q yang sama. Kurva untuk

susunan paralel diberi tanda 3, harga kapasitas Q kurva 3 ini diperoleh dari harga

kapasitas pada kurva 1 dikalikan dua untuk head yang sama. Kurva R3

menunjukkan tahanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan R1 dan R2.

Jika sistem mempunyai kurva head kapasitas R1 maka titik kerja pompa

1 akan berada di A, jika disusun paralel pada kurva 3 maka titik kerjanya akan

berada di B. Terlihat bahwa Q di titik B tidak sama dengan dua kali Q di titik A,

ini terjadi karena ada kenaikan head sistem. Rangkaian seri digunakan untuk

menaikkan head, sedangkan paralel untuk menaikkan kapasitas aliran.

2.4.4.2 Operasi Paralel dari Pompa-Pompa dengan Karakteristik Berbeda

Gambar 2.11 Operasi paralel dari pompa-pompa dengan karakteristik

berbeda. (Sularso., 2004).

Gambar 2.11 menunjukkan bahwa pompa 1 mempunyai kapasitas yang

lebih kecil daripada pompa 2, jika dipasang paralel akan menghasilkan kurva

karekteristik 3. Untuk kurva head kapasitas sistem R1 akan dicapai titik operasi

paralel di C dengan laju aliran total sebesar Q, pompa 1 beroperasi di titik D

dengan kapasitas Q1 dan pompa 2 beroperasi di E dengan kapasitas Q2. Laju aliran 14

total Q = Q1 + Q2. Jika kurva head kapasitas sistem naik lebih curam daripada R2

maka pompa 1 tidak dapat menghasilkan aliran karena head yang dimiliki tidak

cukup tinggi untuk melawan head sistem, bahkan jika head sistem lebih tinggi

daripada head pompa maka aliran akan membalik masuk ke dalam pompa 1.

2.5 Dasar Perhitungan

2.5.1.1 Persamaan Bernouli

Persamaan bernouli adalah persamaan yang menghubungkan perubahan

tinggi kecepatan, tinggi tekanan, dan tinggi letak dari fluida. Persamaan bernouli

dinyatakan dengan persamaan 2.1 (Austin H., Crunch., 1993).

v

ଶ

2

+

P

ρ

+ g. z =

v

ଶ

2g

+

P

ρg

+ z = H … … . … … … . … … … … … … … (2.1)

Keterangan:

v = Kecepatan aliran rata-rata (m/s)

g = Percepatan gravitasi (m/s2

)

ρ = Kerapatan fluida (kg/m3

)

z = Tinggi letak dalam meter (m)

H = Tinggi energi dalam meter (m)

௩మ

ଶ

= Tinggi kecepatan dalam meter (m)

= Tinggi tekanan dalam meter (m)

2.5.1.2 Persamaan kontinuitas

Persamaan kontinuitas adalah persamaan yang menyatakan bahwa di

dalam aliran cairan termampatkan, jumlah aliran pada setiap satuan waktu adalah

sama pada semua penampang di sepanjang aliran. Persamaan kontinuitas dapat

dinyatakan dengan persamaan 2.2 dan 2.3 (Austin H., Crunch., 1993).

ρ ୱ

.v ୱ

. A ୱ = ρୢ� .vୢ� . Aୢ� … … … … … … … . . … … . … … … … … … … (2.2)15

Diketahui bahwa:

Q = v . A

Maka:

ρ ୱ

.Q ୱ = ρୢ� .Qୢ�

Untuk cairan tidak termampatkan (Incompressible) nilai ρ (massa jenis) adalah

tetap. Karena air adalah termasuk jenis fluida tidak termampatkan maka:

Q = Q ୱ = Qୢ�

Q = v ୱ

. A ୱ = vୢ� . Aୢ� … … … … … … … … … … … … … …… . … … … … … … …(2.3)

Keterangan:

Q = Debit

vs = Kecepatan aliran rata-rata di bagian pipa masuk (m/s)

vs = Kecepatan aliran rata-rata di bagian pipa keluar (m/s)

As = Luas penampang pipa bagian dalam pada pipa masuk (m2

)

Ad = Luas penampang pipa bagian dalam pada pipa keluar (m2

)

2.5.1.3 Efisiensi Pompa

Efisiensi pompa dinyatakan dengan persamaan 2.4 (Careca F., dkk.,

2011).

η ୮୭୫୮ୟ =

p ୦

BHP 100 % … … … … . … … …… … … … … … . … … …… (2.4)

Keterangan:

η ୮୭୫୮ୟ = Efisiensi pompa

p ୦ = Daya hidrolis (Watt)

BHP = Daya poros (Watt)

2.5.1.4 Daya Poros (BHP)

Daya poros adalah daya yang bekerja pada poros untuk menggerakkan

sebuah pompa atau biasa disebut BHP (Break Horse Power). Daya ini dinyatakan

dengan persamaan 2.5 (Careca F., dkk., 2011).

BHP = T. ω =

2 . π . n . T

60 … … … … … … … … … … . … … … … … … … (2.5)16

Keterangan:

BHP = Daya poros (Watt)

T = Torsi (N.m)

ω = Kecepatan sudut poros (rad/s)

n = kecepatan putar (rpm)

2.5.1.5 Torsi

Torsi atau momen gaya adalah hasil kali antara gaya F dan panjang

lengan momennya (m). Torsi dinyatakan dengan persamaan 2.6 (Careca F., dkk.,

2011).

T = F .L … … … … … … … … … … … … … …… … … . … … … … …… … (2.6)

Keterangan:

T = Torsi (Nm)

F = Gaya (kgf)

L = Panjang (m)

2.5.1.6 Daya Hidrolis (Ph)

Daya hidrolis adalah daya dari pompa sentrifugal yang dipindahkan ke

dalam fluida, daya ini dapat dinyatakan dengan persamaan 2.7 (Dietzel F., 1980).

P ୦ = ρ .g . H . Q … … … . … … … … … … … … …… … . . … … … … … (2.7)

Keterangan:

Ph = Daya hidrolis (watt)

ρ = Kerapatan fluida (kg/m3

)

g = Percepatan gravitasi (m/s2

)

Q = Kapasitas fluida yang dipompa (m3

/s)

H = Head total pompa (m)

2.5.1.7 Head Total

Head total pompa pada sebuah penampang adalah head yang terdiri dari

beberapa head, diantaranya adalah head tekanan, head kecepatan, dan head

potensial. Ketiga head ini adalah energi mekanik yang dikandung oleh satu satuan

berat (kgf) zat cair yang mengalir pada penampang, satuan energi per satuan berat

adalah ekuivalen dengan satuan panjang yaitu meter, seperti yang diperlihatkan 17

pada gambar (2.12) maka head total dapat dinyatakan dengan persamaan 2.8

(Sularso., 2004).

h = ܪ ୮ + h ୴ + hୟ + h

H = ൬

pୢ�_ p ୱ

γ

൰ + ቆ

vୢ�

ଶ − v ୱ

ଶ

2 g

ቇ + hୟ + h … … … . … … …… … … … (2.8)

Keterangan:

H = Head total pompa (m)

hp = Head karena tekanan (m)

hv = Head karena kecepatan (m)

ha = Head statis total (m)

Head ini adalah perbedaan tinggi antara muka air di sisi keluar dan di sisi hisap.

hL = Berbagai kerugian head di pipa, katub, belokan, sambungan (m)

Gambar 2.12 Head pompa.

2.5.1.8 Head Karena Tekanan (hp)

Head tekanan dapat dinyatakan dengan persamaan 2.9 (Sularso., 2004).

h ୮ =

Δp

γ

=

pୢ� − p ୱ

γ

… … … … … … … … … … . … … … … . . … … … . …(2.9)

Keterangan:18

hp = Head yang diakibatkan karena tekanan (m)

Pd = Tekanan keluar absolut (N/m

2

)

Ps = Tekanan masuk absolut (N/m2

)

γ = Berat per satuan volume zat cair yang dipompa (N/m3

)

2.5.1.9 Head Karena Kecepatan (hv)

Head yang diakibatkan karena kecepatan dapat dinyatakan dengan

persamaan 2.10 (Sularso., 2004).

h ୴ =

Δv

ଶ

2g

=

vୢ�

ଶ − v ୱ

ଶ

2 g

… … … … … … … … … … . … … … … … … … (2.10)

Keterangan:

hv = Head yang diakibatkan karena kecepatan (m)

vd = Kecepatan aliran rata-rata di bagian pipa keluar (m/s)

vs = Kecepatan aliran rata-rata di bagian pipa masuk (m/s)

g = Percepatan gravitasi (9,8 m/s2

)

2.5.1.10 Tekanan

Tekanan yang digunakan untuk perhitungan adalah tekanan absolut atau

tekanan total hasil penjumlahan tekanan terukur (gauge pressure) dengan tekanan

atmosfer (udara) yang dapat dilihat pada persamaan 2.11. Bukan hanya zat cair

saja, namun udarapun memiliki tekanan yang disebut tekanan atmosfer (udara),

sehingga jika dihitung secara total antara tekanan udara yang menekan zat cair di

dalam sebuah penampang tentu akan semakin besar. Tekanan terukur yang lebih

kecil daripada tekanan atmosfir disebut tekanan terukur negatif, sedangkan

tekanan terukur yang lebih besar daripada tekanan atmosfir disebut tekanan

terukur positif, lebih lengkapnya ditunjukkan pada gambar 2.13 berikut:19

Gambar 2.13 Satuan dan skala pengukuran tekanan.

(http://s3.amazonaws.com/ppt-download/teori-dasar-pompa-sentrifugal-

110704102103-phpapp01.pdf?)

Jadi untuk menentukan nilai tekanan absolut adalah sebagai berikut :

Pୟୠୱ = Pୟ୲୫ + P ୲ୢ ୰୳୩୳୰ … … … … … … … … … … … . … … … … … … (2.11)

Keterangan :

Pabs = Tekanan absolute (N/m2

)

Patm = Tekanan atmosfir (N/m2

)

Pterukur = Tekanan yang terukur pada alat ukur tekanan fluida (N/m2

)

2.5.1.11 Laju Aliran Fluida (v)

Perhitungan laju aliran fluida dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2.12 (Sularso., 2004) berikut:

v =

Q

A

… … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … . .(2.12)

Keterangan :

v = Laju aliran fluida (m/s)

Q = Debit (m3

/s)

A = Luas penampang pipa bagian dalam (m2

)

Luas penampang pipa adalah :20

A =

π

4

d

ଶ … … … … … …… … … … … … … … … … … … … …… … … … (2.13)

Keterangan :

A = Luas penampang pipa bagian dalam (m2

)

d = Diameter pipa (m)

Jadi laju aliran pada pipa bagian keluar dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut :

vୢ� =

Qୢ�

Aୢ�

… … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … (2.14)

Untuk mencari nilai dari laju aliran pada pipa hisap dapat dihitung menggunakan

persamaan kontinuitas sebagai berikut :

Q = v . A

Jika Qୢ� = Q ୱ

Maka v ୱ

. A ୱ = vୢ� . Aୢ�

v ୱ =

vୢ� . Aୢ�

A ୱ

… …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (2.15)

2.5.1.12 Debit

Perhitungan debit dapat dinyatakan pada persamaan 2.17 dengan

pengambilan waktu sebanyak 3 kali maka waktu rata-rata (t) adalah:

t =

t ଵ + t ଶ + t ଷ

3

… … … … … … … … … … … …… … … … … … … … (2.16)

Sehingga diperoleh debit aliran sebagai berikut :

Q =

V

t

… … … … …… … … … … … … … … … … … … … …… … … … … (2.17)

Keterangan :

Q = Debit (m3

/s)

V =Volume fluida (m3

)

t =Waktu (s)

document5

Documents