pompa torak

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

POMPA TORAK

Oleh : Sidiq Adhi Darmawan

A. PENDAHULUAN

Pompa adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk memindahkan fluida

incompressible ( tak mampu mampat ) dengan prinsip membangkitkan beda tekanan antara

sisi masuk ( suction ) dengan sisi keluar ( discharge ), dalam mentransferkan fluida tersebut

pompa membutuhkan sistem pemipaan sebagai sarana transportasinya.

Berdasarkan prinsip kerjanya, pompa secara garis besar dibedakan menjadi dua macam

yaitu :

1. Positif Displacement Pump ( Pompa Perpindahan Positif )

Prinsip kerjanya yaitu energi ditambahkan secara periodik oleh suatu gaya yang

dikenakan pada satu atau lebih batas sistem yang dapat bergerak. Yang termasuk jenis

pompa ini adalah :

a. Pompa Torak ( Reciprocating Pump )

Gambar 1. Pompa Torak ( Reciprocating Pump )

b. Pompa Rotary

Gambar 2. Pompa Rotary


c. Pompa Diafragma

Gambar 3. Pompa Diafragma

2. Pompa Dinamik ( Non Positif Displacement )

Merupakan pompa dengan ruang kerja yang tidak berubah – ubah saat pompa bekerja.

Energi yang diberikan kepada fluida adalah energi kecepatan, sehingga fluida yang

berpindah karena karena adanya perubahan kecepatan yang kemudian diubah lagi menjadi

energi dinamis di dalam rumah pompa itu sendiri. Pada sisi keluar pompa terjadi

penurunan kecepatan karena kecepatan ini diubah menjadi energi tekan

Yang termasuk jenis pompa perpindahan non positif ini adalah pompa sentrifugal.

Gambar 4. Pompa Sentrifugal


B. KOMPONEN POMPA TORAK

Gambar 5. Komponen Pompa Torak

Adapun komponen pada pompa torak antara lain :

1. Piston / plunger berfungsi untuk mengisap fluida ke dalam selinder dan menekannya

kembali keluar selinder.

2. Batang piston berfungsi sebagai penerus tenaga gerak dari mesin ke piston.

3. Mur piston berfungsi untuk mengikat piston pada batang piston.

4. Ring / seal berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida dari dalam selinder.

5. Selinder berfungsi sebagai tempat pergerakan piston dan tempat penampungan sementara

fluida akibat langkah hisap sebelum dikeluarkan melalui katup buang.

6. Selinder liner berfungsi sebagai pelapis selinder bagian dalam yang harus mempunyai

permukaan yang halus guna memperlancar gerak piston.

7. Packing berfungsi sebagai pencegah kebocoran fluida dari dalam selinder.

8. Perapat packing berfungsi sebagai penekan supaya packing tetap pada posisinya sewaktu

batang piston bergerak.

9. Katup Isap berfungsi untuk mengatur pemasukan dan penutupan fluida padasaat piston

langkah isap

10. Katup buang berfungsi untuk mencegah kembalinya fluida dari ruang outlet ke dalam

selinder pada saat piston melakukkan langkah tekan.


C. PRINSIP KERJA POMPA TORAK ( RECIPROCATING PUMP )

Pada pompa torak ada yang terdiri dari pompa torak kerja tunggal dan pompa torak kerja

ganda.

a. Pompa Torak Kerja Tunggal

Pompa torak kerja tunggal ini, kerja piston hanya pada satu sisi saja sehingga disebut kerja

tunggal. Dalam satu siklus operasi hanya terjadi satu kali langkah isap dan satu kali langkah

tekan. Torak memiliki kecepatan yang tidak tetap sehingga aliran pemompaan fluida

menjadi tidak teratur. Pada awal dan akhir langkah piston yaitu pada titik mati, maka piston

akan berhenti sebentar dan akan mempunya kecepatan tinggi pada bagian tengah langkah.

Gambar 6. Pompa Torak Kerja Tunggal

. Prinsip kerjanya pompa torak kerja tunggal sebagai berikut :

Pada Langkah Isap

Pada langkah isap yaitu torak bergerak menjauhi katup, sehingga tekanan di dalam

selinder menjadi turun. Hal ini akan menyebabkan perbedaan tekanan yang besar

antara bagian di dalam selinder dengan bagian luar selinder, sehingga memaksa katup

isap terbuka dan zat cairan kemudian terhisap masuk ke dalam selinder dikarenakan

tekanan di dalam selinder lebih rendah daripada di luar selinder.

Langkah Buang ( Tekan )

Apabila torak telah sampai pada akhir langkah isap, maka torak akan melakukan

langkah buang ( tekan ), yaitu torak mulai bergerak menuju katup dan menyebabkan

katup isap menutup kembali, zat cair yang telah masuk selinder tadi akan di dorong

torak menuju ke katup buang. Akibat dari langkah buang itu menyebabkan tekanan di


dalam selinder menjadi naik, sehingga mampu memaksa katup buang untuk terbuka.

Selanjutnya zat cair akan mengalir ke luar selinder melalui katup buang dengan

dorongan torak yang menuju katup sampai akhir langkah buang. Langkah isap dan

buang tersebut akan terjadi secara terus menerus selama pompa beroperasi.

b. Pompa Torak Kerja Ganda

Pada pompa torak kerja ganda ini memiliki satu buah piston, satu silinder, dua katup isap

dan dua katup buang. Pada operasinya setiap langkah piston melakukan penghisapan dan

penekanan fluida. Pada langkah mundur, sisi bagian kiri piston akan menekan fluida ke

outlet ( katup buang ), sedangkan pada sisi bagian kanan piston akan menghisap fluida dari

sisi inlet ( katup isap ), dan begitupula sebaliknya apabila piston melakukan langkah maju.

Karena kedua sisi piston bekerja secara bersamaan maka disebut kerja ganda yang

menghasilkan aliran fluida merata dengan kapasitas yang lebih kontinue, teratur dan lebih

besar dari pada pompa kerja tunggal.

Gambar 6. Pompa Kerja Ganda

Secara jelas sistem kerjanya sebagai berikut :

Piston bergerak mundur / kekiri

- Katup buang sisi kanan piston tertutup rapat, sedangkan katup buang sisi kiri piston

terbuka sehingga fluida bagian kiri piston menuju ke ruang outlet dan keluar melalui

pipa penyalur.

- Katup isap kiri tertutup rapat, sedangkan tekanan di ruang selinder kanan

menurun sehingga terjadi isapan dan membuat katup isap kanan terbuka kemudian

fluida mengalir masuk ke selinder bagian kanan piston.


Piston bergerak maju/ kekanan,

- Katup buang kiri selinder tertutup rapat, sedangkan tekanan ruang bagian kanan

selinder meningkat membuat katup buang kanan terbuka sehingga fluida mengalir ke

ruang outlet dan keluar pompa melalui pipa penyalur.

- Katup isap kanan tertutup rapat, sedangkan tekanan ruang selinder kiri menurun

sehingga terjadi isapan membuat katup isap kiri terbuka dan fluida masuk ke ruang

selinder bagian kiri piston, dan selanjutnya piston bergerak mundur – maju secara

berkelanjutan.

D. APLIKASI POMPA TORAK

Pompa torak biasanya digunakan untuk penanganan sistem yang membutuhkan tekanan besar

( head yang besar ) dan kapasitas yang rendah. Salah satu pengaplikasian pompa torak pada

F. DASAR PERHITUNGAN POMPA TORAK

F.1 Perhitungan Kapasitas

1. Pompa Torak Kerja Tunggal

Pompa torak kerja tunggal ini, kerja piston hanya pada satu sisi saja sehingga disebut

kerja tunggal. Dalam satu siklus operasi hanya terjadi satu kali langkah isap dan satu

kali langkah tekan. Torak memiliki kecepatan yang tidak tetap sehingga aliran

pemompaan fluida menjadi tidak teratur.

Oleh karena itu volume fluida yang dialirkan dapat dihitung dengan rumus :

Volume :

𝑉 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 ( m

3 )


Bila pompa digerakkan oleh penggerak mula yang mempunyai jumlah putaran “n”

maka kapasitas teoritis fluida yang dihasilkan sebesar :

Kapasitas teoritis:

𝑄 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆. 𝑛 ( m3

/menit ) atau

𝑄 =𝜋 . 𝐷2 . 𝑠. 𝑛

240 ( m3

/detik)

Karena adanya kebocoran, gesekan, sudut mati, dan kavitasi maka timbul kerugian

volume, jadi kapasitas sesungguhnya disebut kapasitas efektik.

Kapasitas efektif dirumuskan :

𝑄𝑒 = 𝜂𝑣 .𝑄

Dimana :

Q = Kapasitas teoritis pompa ( m3/detik)

Qe = Kapasitas efektif pompa ( m3/detik)

D = Diameter piston / plunger ( m )

S = Langkah gerak piston ( m )

n = Putaran mesin penggerak ( rpm )

𝜂v = Efisiensi volumetrik ( % )

2. Pompa Torak Kerja Ganda

Pada pompa torak kerja ganda ini memiliki satu buah piston, satu silinder, dua katup

isap dan dua katup buang. Pada operasinya setiap langkah piston melakukan

penghisapan dan penekanan fluida. Pada langkah mundur, sisi bagian kiri piston akan

menekan fluida ke outlet ( katup buang ), sedangkan pada sisi bagian kanan piston

akan menghisap fluida dari sisi inlet ( katup isap ), dan begitupula sebaliknya apabila

piston melakukan langkah maju. Karena kedua sisi piston bekerja secara bersamaan

maka disebut kerja ganda yang menghasilkan aliran fluida merata dengan kapasitas

yang lebih kontinue, teratur dan lebih besar dari pada pompa kerja tunggal.


Dalam satu siklus operasi, volume fluida yang dialirkan ke outlet adalah :

Volume langkah maju 𝑉 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 ( m

3 )

Volume langkah mundur 𝑉 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 −

𝜋

4 .𝑑2. 𝑆 ( m

3 )

Bila pompa digerakkan oleh mesin yang mempunyai putaran “n”, maka kapasitas

pompa :

Kapasitas langkah maju 𝑄𝑚𝑗 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 .𝑛 ( m

3/menit)

Kapasitas langkah mundur 𝑄𝑚𝑑 =𝜋

4 . (𝐷2 − 𝑑2). 𝑆 .𝑛 ( m

3/menit)

Jadi kapasitas teoritis pompa torak kerja ganda :

𝑄 = 𝑄𝑚𝑗 + 𝑄𝑚𝑑

𝑄 =𝜋

4 . (2𝐷2 − 𝑑2). 𝑆 . 𝑛 ( m

3/menit) atau

𝑄 =𝜋 .(2𝐷2− 𝑑2).𝑆 .𝑛

240 ( m

3/detik)

Karena adanya kebocoran, gesekan, sudut mati, dan kavitasi maka timbul kerugian

volume, jadi kapasitas sesungguhnya disebut kapasitas efektik.

Kapasitas efektif dirumuskan :

𝑄𝑒 = 𝜂𝑣 .𝑄


Dimana :



D = Diameter selinder ( m )

d = Diameter piston / plunger ( m )




3. Pompa Differensial

Pompa diferensial ini merupakan gabungan antara pompa kerja tunggal dan pompa

kerja ganda, dimana aliran fluida ( kapasitas ) lebih stabil sama seperti pompa kerja

tunggal.

Perhitungan Kapasitas berdasarkan prinsip kerjanya :

Piston Bergerak Ke Kanan

a. Ruang kiri piston terjadi pengisapan fluida, volume fluida yang terhisap ,asuk ke

dalam selinder sebesar :

𝑉𝑖 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 ( m

3 )


b. Ruang kanan piston terjadi penekanan sehingga volume fluida yang mengalir keluar

sebesar :

𝑉𝑡𝑘𝑛 = 𝑉 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 −

𝜋

4 .𝑑2. 𝑆 ( m

3 )

Piston Bergerak ke Kiri

a. Fluida di ruang kiri piston ditekan sehingga mengalir ke ruang piston bagian kanan

dan sebagian keluar pompa. Besarnya volumr fluida yang tertekan yaitu :

𝑉𝑡 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 ( m

3 )

Volume fluida yang masuk ke ruang kanan sebesar :

𝑉𝑘𝑛 = 𝑉 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 −

𝜋

4 . 𝑑2. 𝑆 ( m

3 )

b. Volume keluar pompa sebesar :

𝑉𝑡𝑘𝑟 = 𝑉𝑡 − 𝑉𝑘𝑛 = 𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 ( m

3 )

Dalam satu siklus gerak piston, volume fluida yang keluar pompa adalah :

𝑉 = 𝑉𝑡𝑘𝑛 + 𝑉𝑡𝑘𝑟 = 𝜋

4 .𝐷2.𝑆 −

𝜋

4 .𝑑2. 𝑆 +

𝜋

4 . 𝑑2. 𝑆

𝑉 =𝜋

4 .𝐷2. 𝑆 ( m

3 )

Bila putaran mesin penggerak adalah “n” maka kapasitas pompa diferensial sama

dengan kapasitas pompa torak kerja tunggal yaitu sebesar :

Kapasitas teoritis pompa deferensial : 𝑄 =𝜋 . 𝐷2 . 𝑠. 𝑛

240 ( m

3/detik)

Kapasitas efektif pompa deferensial : 𝑄𝑒 = 𝜂𝑣 .𝑄 ( m3/detik)

Dimana :








Daya Pompa Torak

Dalam proses pemindahan fluida maka dibutuhkan suatu usaha baik secara manual

maupun dengan menggunakan permesinan.

Usaha adalah merupakan perkalian gaya dan jarak yang dapat dirumuskan sebagai

berikut :

U = F x S = G x Ht

Dimana :

G adalah gaya berat fluida, G = V . 𝜌 . g ( N )

Ht adalah tinggi total dan sering dikenal dengan Hman = H + Hl

Daya adalah kemampuan melakukan usaha setiap detik yang dirumuskan :

𝑁 =𝐹.𝑆

𝑡=

𝐺 .𝐻𝑡

𝑡=

𝑉.𝜌 .𝑔.(𝐻+𝐻𝑙)

𝑡 ( watt )

Kapasitas =𝑉.𝜌𝑡

, dengan mensubtitusikan harga kapasitas pompa torak kerja tunggal

dan ganda ke persamaan di atas maka di dapatkan daya pompa torak sebagai berikut :

Daya Pompa Tunggal :

𝑁 =𝜋. 𝐷2 .𝑠 .𝑛 .𝜌 .𝑔 .(𝐻+𝐻𝑙)

240 ( watt )

Daya Pompa Ganda :

𝑁 =𝜋. (2𝐷

2 −𝑑

2).𝑠 .𝑛 .𝜌 .𝑔 .(𝐻+𝐻𝑙)

240 ( watt )

Karena adanya faktor gesekan antara komponen pompa maka daya yang dibutuhkan

untuk menggerakkan pompa disebut daya penggerak pompa.

Besarnya daya penggerak pompa :

𝑁𝑝 =𝑁

𝜂𝑚

Dimana :

N = Daya pompa torak ( watt )

Ne = Daya penggerak pompa ( watt )


d = Diameter batang piston ( m )

pompa torak

Documents