BAB IPENDAHULUAN

1.1 Pengertian dan Fungsi Pompa Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu

media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang

dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi

dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction)

dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi

mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi

tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini digunakan untuk mengalirkan

cairan dan melawan hambatan yang ada sepanjang aliran fluida. Jadi pompa dalam industri biasanya digunakan untuk transportasi fluida, dimana kerja dari

pompa tersebut tergantung dari sifat dan jenis fluida.

1.2 Klasifikasi Pompa berdasarkan Prinsip Kerja. Sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi

(Iptek) maka banyak dan beraneka ragam jenis pompa yang sudah diproduksi

dan digunakan baik didunia permesinan, kedokteran, pengolahan kimia

maupun rumah tangga. Ditinjau dari prinsip kerja maka pompa dapat

diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Pompa Desak (Positive Displacement Pump), perpindahan fluida akibat adanya dorongan dari komponen (rotor,piston) pompa yang bergerak.

Kapasitas yang dihasilkan oleh pompa tekan adalah sebanding dengan

kecepatan pergerakan atau kecepatan putaran, sedangkan total head

(tekanan) yang dihasilkan oleh pompa ini tidak tergantung dari kecepatan

pergerakan atau putaran. Jenis pompa ini dapat dikelompokkan menjadi :

a.Oscilating Pumps : - Pompa Torak/plunger ( Tunggal dan Ganda )

- Pompa Diafragma

b. Rotary Diplacement : - Rotary dan eccentris Spiral

- Gear , Vane dan lainnya

1

1

Gambar 1.1 Jenis-jenis Pompa Torak

2

Gambar 1.2 Pompa Diafragma

Gambar 1.3 Pompa Roda Gigi (Gear Pump)

Gambar 1.4 Pompa Ulir (Screw Pump) Gambar 1.5 Rotary peristaltic pump

3

2. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump), perpindahan fluida yang bersentuhan dengan impeler yang sedang berputar menimbulkan gaya

sentrifugal menyebabkan fluida terlempar keluar. Kapasitas yang di hasilkan

oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan putaran, sedangkan total

head (tekanan) sebanding dengan kuadrat dari kecepatan putaran.

Jenis pompa ini dapat dikelompokkan berdasarkan :

a. Kapasitas :

Kapasitas rendah < 20 m3 / jam Kapasitas menengah 20 -:- 60 m3 / jam Kapasitas tinggi > 60 m3 / jam

b. Tekanan Discharge :

Tekanan Rendah < 5 Kg / cm2 Tekanan menengah 5 -:- 50 Kg / cm2 Tekanan tinggi > 50 Kg / cm2

c. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing Multi stage : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam

satu casing. Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel

dalam satu casing. Multi Impeller & Multi stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage.

d. Posisi Poros :

Poros tegak Poros mendatar

e. Jumlah Suction :

Single Suction Double Suction

f. Arah aliran keluar impeller :

Radial flow Axial flow Mixed fllow

4

Gambar 1.6 Pompa Sentrifugal

3. Jet Pumps, Sifat dari jets pump adalah sebagai pendorong untuk mengangkat cairan dari tempat yang sangat dalam. Perubahan tekanan dari

nozzle yang disebabkan oleh aliran media yang digunakan untuk membawa

cairan tersebut ke atas (prinsip ejector). Media yang digunakan dapat berupa

cairan maupun gas. Pompa ini tidak mempunyai bagian yang bergerak dan

konstruksinya sangat sederhana. Keefektifan dan efisiensi pompa ini sangat

terbatas.

4. Air lift Pumps (Mammoth Pumps), Prinsip kerja pompa ini hampir sama dengan jet pump dan kapasitasnya sangat tergantung pada aksi dari campuran

antara cairan dan gas (two phase flow).

Gambar

Gambar 1.7 Jet Pump Gambar 1.8 Mammoth Pump

5

5. Hidraulic Rams Pump, Pompa ini menggunakan energi kinetik dari aliran fluida yang menekan bandul/pegas pada suatu kolom dan energi tersebut

disimpan dan kemudian melawan kembali sehingga terjadi aliran fluida secara

terus menerus tanpa bantuan tenaga dari luar.

Gambar 1.9 Hidraulic Rams Pump

6. Elevator Pump, Sifat dari pompa ini mengangkat cairan ke tempat yang lebih tinggi dengan menggunakan roda timbah,archimedean screw dan

peralatan sejenis. Ini dapat digunakan untuk zat cair yang mengandung slurry

seperti pasir, lumpur dan lainnya.

Gambar 1.10 Archimedean Screw Pump

7.Electromagnetic Pumps, Cara kerja pompa ini adalah tergantung dari kerja langsung sebuah medan magnet ferromagnetic yang dialirkan, oleh karena itu

penggunaan dari pompa ini sangat terbatas khususnya pada pemompaan

cairan metal.

6

1.3 Klasifikasi Pompa berdasarkan Instalasi Yang di maksud dengan pemasangan pompa mencakup :

a. Pemasangan pompa secara horizontal/vertical/inclined

b. Pemasangan pompa secara kering/basah

c. Pemasangan Pompa tetap dan dapat dipindah-pindah

d. Pemasangan pompa secara pararel/seri

Pembahasan berikut ini ditekankan pada pembahsan mengenai pemasangan

pompa secara pararel dan seri saja beserta pengaruhnya.

1. Pemasangan pompa secara pararelPemasangan pararel sering dilakukan karena meninjau beberapa faktor yang

sangat penting antara lain penghematan energi pada penggerak mula, dan

lainnya sehingga tercapai pengoperasian yang optimum. Pada umumnya pada

pemasangan pompa secara pararel dipergunakan dua atau lebih pompa yang

tipe, jenis, ukuran dan data teknis yang sama. Contoh yang sering di temukan

adalah Pemasangan pompa pararel dengan kapasitas paruh, dan penambahan

satu unit pompa untuk menambah kapasitas karena peningkatan kebutuhan

akan cat cair. Pemasangan pompa pararel dengan kapasitas paruh (pararel

dengan dua unit pompa menghasilkan kurva hubungan head dan kapasitas

sebagai berikut :

Gambar 1.11 Hubungan H Q Pompa Paralel

7

Dari gambar di atas maka yang perlu diperhatikan dalam menentukan unit

pompa adalah sebagai berikut :

a. Pada saat hanya satu unit pompa yang bekerja maka titik kerja pompa akan

berubah kapasitasnya akan meningkat dan headnya akan menurun tidak

sama dengan pada saat dua unit pompa bekerja. Oleh sebab itu kita harus

menentukan pompa yang dapat di rekomendasikan dan di jamin oleh pabrik

pompa untuk bekerja pada titik -titik kerja sesuai dengan sistim kurva dan

kurva pompa.

b.Untuk penggunaan pompa yang mempunyai sifat kurva curam maka

kapasitas yang akan di capai untuk dua unit pompa beroperasi secara

pararel lebih besar dari pada pompa yang mempunyai sistim kurva landai.

c. Untuk menentukan besar daya penggerak mula maka dasar perhitungan

daya yang akan di butuhkan oleh pompa adalah pada daya maksimumnya.

Bahwa dengan penambahan satu unit pompa yang sejenis dan mempunyai

data teknis yang sama maka hasil operasi pararel dari dua unit pompa

tersebut tidak akan mencapai dua kali kapasitas yang di capai oleh satu unit

pompa beroperasi terutama untuk pompa yang mempunyai sistim kurva

landai. Biasanya untuk pompa yang mempunyai sistim kurva landai tidak di

rekomendasikan untuk beroperasi pararel.

2. Pemasangan Pompa secara SeriUntuk keperluan pemindahan fluida yang relatif jauh atau tinggi dalam arti head

yang besar maka diperlukan pemasangan pompa secara seri dengan kapasitas

relatif sama. Pengoperasi pompa secara seri, pompa 1 dan pompa 2 akan

menghasilkan head H1+H2 dengan penjumlahan headnya. Pompa seri banyak

keuntungannya terutama untuk kurva sistim yang curam dan sistim kurva

pompa yang landai. Pada waktu menjalankan pompa pertama harus dijalankan

lebih dahulu sampai mencapai tekanan dan tekanan yang cukup, kalau tidak

terjadi masalah pada kavitasi, kemudian pompa kedua dan seterusnya.

8

Gambar 1.12 Hubungan H Q Pompa Seri

Sebaliknya pada waktu mematikan pompa, urutan sebaliknya yang harus di

lakukan. Dalam praktek laangan, daripada memasang pompa impeler tunggal

secara seri lebih baik memakai pompa yang mempunyai impeler ganda atau

lebih karena head sama biaya lebih murah dan konstruksi lebih sederhana.

1.4 Faktor Utama dalam Pemilihan Pompa Pada prinsipnya pemilihan pompa bukan berdasarkan murah dan

tahan lama tetapi berdasarkan fungsi yaitu memindahkan sejumlah fluida

(Kapasitas) dan seberapa jauh/tinggi (Head) fluida yang diinginkan. Jadi

Kapasitas dan Head ini merupakan faktor yang utama.

1. KapasitasKapasitas pompa adalah kemampuan pompa mengalirkan volume fluida

dalam waktu tertentu dengan satuan : m3/jam, m3/detik, liter/detik, USGPM

(Gallon/menit, 1 Gallon = 231 inc3) dan sebagainya. Kapasitas tergantung

pada jenis, ukuran dan sumber penggerak pompa itu sendiri. Kebocoran

cairan/fluida pada packing perapat poros atau air balik maupun gesekan

tidak diperhitungkan sebagai kapasitas pompa, karena itu maka sering

menggunakan istilah efisiensi volumetrik.

9

2. Tekanan Kerja (Total Head)Tekanan adalah perbandingan antara Gaya/berat persatuan luas

penampang. Tekanan kerja ini sangat kompleks dan hampir di semua bidang

eksak menggunakannya. Karena hal tersebut maka satuannya pun

dinyatakan sesuai dengan penggunanya, Misal yang berkaitan dengan air

mka (meter kolom air), Kedokteran mmHg, udara bebas bars atau atm,

(barometer atau atmosphir) udara tertutup kg/cm2 atau Psi (1 kg/cm2 12,5

Psi), dan standar ISO menggunakan Pascal (1 Pa = 1 N/m2).

Head yang dibutuhkan untuk memindahkan fluida sebanding dengan jarak

ketinggian dan massa jenis fluida tersebut.

3. Jenis dan Data Fluida Jenis dan data cairan sangatlah perlu dalam menentukan pemilihan pompa.

Hal ini karena setiap cairan mempunyai berat jenis yang berbeda-beda yang

akan berhubungan langsung dengan kebutuhan daya dari penggerak mula.

Jika zat alirnya udara maka bukanlah pompa yang dipilih tapi kompressor.

Selain hal tersebut diatas, kita juga harus menentukan material dari pompa

yang sesuai dengan cairan yang dipompakan terutama untuk cairan yang

bersifat korosi. Cairan yang di pompakan juga mempunyai viscositas yang

berbeda-beda akan mempengaruhi kurva pompa. Makin tinggi viscositas

suatu cairan maka viscositasnya akan lebih rendah, hal ini akan menurunkan

kapasitas, Total head, Efisiensi dan meningkatkan kebutuhan tenaga.

1.5 Penggerak Mula Pompa Pada dasarnya pompa memerlukan tenaga penggerak mula untuk

mengoperasikannya. Dalam pemilihan penggerak mula dari pompa tersebut

maka keadaan setempat dan tersedianya sumber energi sangat

mempengaruhi, dengan kata lain jika suatu daerah tidak terdapat sumber listrik

dan tidak memungkinkan untuk diadakan sumber listriknya maka tidaklah

mungkin kita memilih motor listrik sebagai penggerak mulanya. Sebagai contoh

ditengah perkebunan yang luas maka kita dapat memilih motor diesel sebagai

tenaga penggerak mulanya.

10

1. Motor Listrik, biasanya memiliki parameter frekwensi dan putaran seperti

tabel dengan tenaga bervariasi sesuai jenis motornya.

2. Motor Diesel yang sering digunakan dengan putaran 580 sampai 3500 rpm.

3. Mesin Uap dengan kecepatan putar relatif rendah

4. Turbin Uap dengan kecepatan relatif tinggi sekitar 1750 sampai 8000 rpm.

Perubahan kecepatan putaran pada penggerak mula akan mempengaruhi garis

kurva pompa. Jika nilai kapasitas (Q1), total head (H1) dan daya (P1) telah

diketahui pada kecepatan putaran (n1), maka nilai baru untuk putaran = n2

adalah sebagai berikut :

Daya yang harus tersedia oleh penggerak mula harus mencukupi/lebih besar

dari daya yang di butuhkan oleh pompa. Daya yang di butuhkan oleh pompa

sebagai berikut :

11

1.6 Tugas Diskusi1. Jelaskan pengertian dan fungsi pompa !

2. Jelaskan Jenis-jenis pompa rotary !

3. Jelaskan prinsip kerja pompa torak dan pompa sentrifugal!

4. Coba analisa dan jelaskan keuntungan masing-masing no.3 !

5. Tekanan ban mobil biasanya 35, apa satuan tekanan tersebut ?

6. Kebetulan alat ukur tekanan yang ada kg/cm2, berapa ukuran tekanan

Ban mobil pada no.5 ?

7. Coba jelaskan empat faktor pemilihan pompa !

8. Coba klasifikasikan, apakah kapasitas pompa dibawah ini termasuk

rendah, menengah atau tinggi ?

a. 1,5 Gallon/det

b. 12 liter/det

c. 1400 inc3/menit

9. Suatu boiler bertekanan kerja 20 bars, membutuhkan air 18 liter/det.

Spesifikasi pompa tersedia, tekanan discharge 125 mka dan kapasitas

3 Gallon/det. Rencanakanlah jumlah pompa yang dipakai dan sistim

pemasangannya ?

10. Dalam perencanaan sebuah pompa didapat kapasitas Q = 12 m3/jam pada

putaran 900 rpm, bila putaran sumber tersedia 1200 rpm, tentukanlah :

a. Kapasitas pompa yang terjadi

b. Total head yang dapat dicapai

c. Tenaga pompa

12

BAB IIPOMPA TORAK

2.1 Komponen Pompa Torak

Gambar 2.1 Komponen Pompa Torak

1. Piston/plunger berfungsi untuk mengisap fluida ke dalam 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 penampungan

sementara fluida.

6. Selinder liner berfungsi sebagai pelapis selinder yang bagian dalamnya

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 pada

saat piston langkah isap.

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

ke dalam ruang selinder pada saat piston langkah tekan.

13

13

2.2 Prinsip Kerja Pompa Torak

Sambil memperhatikan Gambar 2.1, prinsip kerjanya dapat diuraikan sebagai

berikut :

Piston bergerak mundur / kekiri,

- Katup tekan kanan tertutup rapat, katup tekan kiri terbuka sehingga fluida

bagian kiri piston masuk ke ruang outlet dan keluar melalui pipa penyalur.

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

hingga terjadi isapan membuat katup isap terbuka dan fluida masuk ke-

ruang selinder bagian kanan piston.

Piston bergerak maju/ kekanan,

- Katup tekan kiri tertutup rapat, tekanan ruang kanan meningkat membuat

katup tekan kanan terbuka sehingga fluida mengalir ke ruang outlet dan

keluar pompa melalui pipa penyalur.

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

hingga terjadi isapan membuat katup isap kiri terbuka dan fluida masuk ke-

ruang selinder bagian kiri piston, dan selanjutnya kembali piston bergerak

mundur maju secara berkelanjutan.

2.3 Perhitungan Kapasitas Pompa Torak

1. Pompa Torak Kerja Tunggal

Pompa tipe ini mempunyai tekanan kerja tinggi sesuai dengan tenaga

penggeraknya. Kerja piston hanya pada satu sisi sehingga disebut kerja

tunggal. Operasi pompa ini dapat dilakukan secara manual maupun

menggunakan tenaga penggerak mula.

Gambar 2.2 Pompa Torak Kerja Tunggal

14

Sesuai konstruksinya, kecepatan gerak piston setiap saat berubah mulai dari

nol cepat nol dan seterusnya sehingga aliran fluida keluar pompa tidak

merata. Dalam satu cicles operasi terjadi satu kali langkah isap dan satu kali

langkah tekan sehingga volume fluida yang dialirkan pompa dapat dihitung

dengan rumus :

Volume xSDV 24pi= (m3)

Bila pompa digerakkan oleh mesin penggerak mula yang mempunyai jumlah

putaran n maka kapasitas fluida yang dihasilkan adalah :

Kapasitas xSxnDQ 24pi= (m3/menit) atau

(m3/detik)

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

kerugian volume, jadi kapasitas sesungguhnya disebut kapasitas efektif adalah:

(m3/detik)

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)

v efisiensi volumetrik ( % )

2. Pompa Torak Kerja Ganda

15

Tipe pompa ini juga termasuk pompa yang mempunya tekanan kerja tinggi

sesuai dengan mesin penggeraknya. Dalam operasinya, setiap langkah piston

melakukan pengisapan dan penekanan fluida. Pada langkah mundur, sisi

bagian kiri piston menekan fluida ke outlet dan sisi bagian kanan mengisap

fluida dari inlet dan begitu pula sebaliknya pada langkah piston maju. Karena

kedua sisi piston bekerja secara bersama maka disebut pompa kerja ganda

yang menghasilkan aliran fluida merata dengan kapasitas yang lebih besar.

Gambar 2.3 Pompa Torak Kerja Ganda

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

Volume langkah maju V = xSD 24 .pi (m3)

Volume langkah mundur V = xSdxSD 242

4 .. pipi (m3)

Bila pompa digerakkan oleh mesin yang mempunyai putaran n, maka

kapasitas pompa adalah :

Kapasitas langkah maju xSxnDQmj2

4pi

= (m3/menit)

Kapasitas langkah mundur xSxndDQmd )(22

4 =pi (m3/menit)

Kapasitas Pompa Torak Kerja Ganda Q = Qmj + Qmd

xSxndDQ )2( 224 = pi (m 3/menit) atau

(m3/det) dan (m3/detik)

16

3. Pompa Diferensial

Pompa diferensial ini merupakan gabungan antara pompa kerja tunggal dan

kerja ganda dimana aliran fluida lebih stabil tapi kapasitasnya sama dengan

pompa kerja tunggal. Pada saat operasi, ruang kanan dan kiri piston penuh

berisi fluida. Prinsip kerja dari pompa ini dapat diuraikan sebagai berikut :

Piston bergerak ke kanana. Ruang kiri piston terjadi pengisapan fluida, volume fluida yang terisap

masuk ke dalam selinder Vi = xSD 2.4pi

(m3)

b. Ruang kanan piston terjadi penekanan sehingga volume fluida mengalir

keluar Vtkn = xSdxSD 242

4 .. pipi (m3)

Gambar 2.4 Pompa Diferensial

Piston bergerak ke kiria. Fluida di ruang kiri piston ditekan sehingga mengalir ke ruang piston bagian

kanan dan sebagian keluar pompa.

Volume fluida yang tertekan (Vt) = xSD 2.4pi

(m3)

Volume fluida yang masuk ke ruang kanan Vkn = xSdxSD 242

4 .. pipi (m3)

b. Volume keluar Pompa Vtkr = Vt Vkn = xSd 24 .pi (m3)

17

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

V = Vtkn + Vtkr = xSdxSD 242

4 .. pipi + xSd2

4 .pi

V = xSD 2.4pi

(m3), Bila terjadi jumlah cicles atau putaran mesin

penggerak adalah n maka Kapasitas Pompa Diferesnsial sama dengan

Kapasitas Pompa torak kerja tunggal yaitu sebesar :

Kapasitas Teoritis Pompa Diferensial (m3/detik)

Kapasitas Efektif Pompa Diferensial (m3/detik)

dimana : Q kapasitas teritis pompa (m3/detik)

Qe kapasitas efektif pompa (m3/detik) D diameter piston/plunger ( m ) S langkah gerak piston ( m ) n putaran mesin penggerak (rpm)

v efisiensi volumetrik ( % )

Kapasitas langkah maju berbeda dengan kapasitas langkah mundur, ini akan

menyebabkan terjadi getaran pada gerak rotor secara keseluruhan yang dapat

menurunkan usia pemakaian pompa. Untuk mencegah hal ini maka diusahakan

kapasitas maju dan mundur harus sama dengan jalan menghitung

perbandingan diameter piston dan batangnya sebagai berikut :

Vtkn = Vtkr xSdxSD 242

4 .. pipi = xSd2

4 .pi

xSD24 .pi = xSd2

4 .pi xSd2

4 .pi+

2D = 2.2 d

D : diameter piston (m) d : diameter batang piston (m)

18

4. Contoh Perhitungan Kapasitas Pompa Torak

Sebuah pompa mempunyai ukuran diameter plunger 140 mm, diameter batang

plunger 80 mm dan langkah 200 mm berosilasi dua kali setiap detik. Randemen

volumetrik 90 %. Tentukanlah kapasitas efektif (m3/menit) bila menggunakan :

a. Pompa Torak Kerja Tunggal

b. Pompa Torak Kerja Ganda

c. Pompa Torak Diferensia langkah maju dan langkah mundur

Penyelesaiana. Kapasitas Pompa Kerja Tunggal (Qkt)

Qkt = = Ltr/det

Qkt = 6,1544 liter/det = 22,16 m3/jam Qekt = = 0,90 x 22,16 = 19,94 m3/jam

b. Kapasitas Pompa Kerja Ganda (Qkg)

Qkg = =

Qkg = 10,2992 liter/det = 37,077 m3/jam

Qekt = = 0,90 x 37,077 = 33,37 m3/jam

c. Kapasitas Pompa Diferensial (Qkd)

Qmaju = 240

.)..( 22 nSdD pi = 240

120.2).8,04,1.(14,3 22

= 4,145 ltr/det = 14,921 m3/jam

Qmundur = 240... 2 nSdpi =

240120.28,0.14,3 2 = 2,009 ltr/det = 7,235 m3/jam

Jadi Kapasitas total Qkd = Qmaju + Qmundur = 14,921 + 7,235 Qkd = 22,16 m3/jam

Qekd = = 0,90 x 22,16 = 19,94 m3/jam

19

240120.2.4,1.14,3 2

240120.2).8,04,1.2.(14,3 22

2.4 Tekanan (Head) Pompa Torak

Secara umum pompa mempunyai head isap dan tekan, seperti

pompa yang sering digunakan dirumah tangga mempunyai head isap 9 mka

dan head tekan 23 mka. Jadi secara teoritis pompa ini mampu memindahkan

fluida air setinggi 32 meter. Kemampuan tekan ini tergantung pada konstruksi

dan tenaga penggerak pompa.

Head tekan pada pompa torak sebanding dengan gaya dorong mesin

penggerak dan berbanding terbalik dengan luas penampang plungernya, hal ini

dapat dirumuskan sebagai berikut :

( N/m2 )

dimana , Pt : Tekanan pompa ( N/m2 )

F : Gaya dorong batang plunger dari mesin ( N )

A : Luas penampang plunger ( m2 )

H : Head tekan/tinggi pemindahan fluida ( N/m2 ) Hl : Kerugian tinggi angkat total ( N/m2 )

Head isap pada pompa torak mengikuti teori Boyle-Gay Lussac dan

Toricelli. Teori Boyle-Gay Lussac berhubungan dengan penampang dan

langkah gerak plunger yaitu : TsVsPs

ToVoPo ..

= sedangkan menurut Toricelli

terkait dengan letak pemasangan pompa dan tekanan udara sekitarnya yang

secara umum dapat dijelaskan seperti pada Gambar 2.5.

Tekanan udara normal sebanding dengan76 mmHg, bila air raksa diganti air

maka tinggi air Ha = 10,336 meter. Posisi ketinggian pemasangan pompa

sangat berpengaruh terhadap head isap atau tekanan awal dalam pompa. Bila

pompa diletakkan pada ketinggian I , II atau III dari permukaan air maka :

hl adalah jumlah kerugian tinggi tekan akibat adanya belokan, orifice, gesekan

turbulen, katup maupun tekanan penguapan karena perubahan tempratur.

20

Gambar 2.5 Tinggi Tekan Udara Normal

Pemasangan pompa pada posisi III lebih dari 10 meter dari permukaan air,

maka Hi3 berharga minus artinya menurut Toricelli air tidak dapat naik sehingga

pompa tidak dapat mengisap atau tidak berfungsi sebagaimana mestinya.

Kerugian tekanan akibat penguapan dapat dilihat pada Tabel 2.1

Contoh lain dalam pemasangan pompa boiler, suhu air dari ekonomiser 60 oC

dan hambatan-hambatan lain 2,5 mka, tentukan ketinggian (Hz) pompa dari

permukaan sumber fluidanya ?

Kerugian tekanan penguapan pada suhu 60 oC = 2,03 mka, Jadi tinggi

pemasangan pompa maksimal Hz = 10,333 2,5 2,03 = 5,803 meter dari

permukaan sumber air.

21

2.5 Tingi Angkat dan Randemen Hidrolis

Tinggi angkat adalah merupakan jumlah tinggi isap dan tinggi tekan.

Misalkan air dalam sumur kedalaman 6 meter dipindahkan ke reservoir ke atas

gedung tingkat lima (15 meter) dari tanah maka tinggi angkat H = Hi + Ht

sebesar 21 meter. Tinggi angkat yang dilakukan pompa harus lebih besar dari

tinggi angkat di atas karena harus melawan kerugian gesekan, belokan, orifice

dan sebagainya. Untuk mengetahui besarnya tinggi angkat pompa maka

dipasang manometer vakum pada langkah isap dan manometer tekan pada

langkah tekan.

Gambar 2.6 Manometer Ketel Angin

Manometer isap menunjukkan 52 cmHg, 107652 xH im an = mka = 6,84 mka, berarti

kerugian tinggi isap karena katup, gesekan dan lain-lain adalah hli = 0,84 mka.

Manometer tekan menunjukkan 122 CmHg, 1076122 xH tman = mka =16,05 mka,

Berarti kerugian tinggi tekan karena hambatan dan sebagainya hlt = 1,05 mka.

Perbandingan anatara tinggi angkat dan tinggi angkat manometer disebut

Randemen/efisiensi hidrolis yang besarnya adalah :

Randemen Hidrolis X

dimana, h : Randemen / Efisiensi hidraulis (%) H = Hi + Ht tinggi angkat total (m) Hi : Tinggi isap (tinggi dari air ke sumbu pompa) (m) Ht : Tinggi tekan (dari sumbu pompa ke reservoir) (m) Hman= Hmi + Hmt + Hl tinggi angkat total pompa (m) Hmi : Tinggi manometer isap (tinggi isap pompa) (m) Hmt : Tinggi manometer tekan (tinggi tekan pompa) (m) Hl : Kerugian tinggi tekan total (m)

22

%100x

2.6 Tenaga Pompa Torak

Dalam proses pemindahan zat alir dibutuhkan suatu usaha baik

secara manual maupun menggunakan permesinan. Usaha adalah merupakan

perkalian gaya dan jarak yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

U = F x S = G x Ht (Joule)

G adalah Gaya berat zat cair (fluida) G = V x x g (N)Ht adalah tinggi total dan sering dikenal dengan Hman = H + Hl

Daya atau Tenaga adalah kemampuan melakukan usaha setiap detik

yang mana besarnya dapat dirumuskan : Tenaga secara umum

N = tFxS = t

GxHt = t

HHxgxVx l )( + watt

Kapasitas Q = . Dengan mensubstitusikan harga kapasitas pompa

torak kerja tunggal dan ganda ke persamaan di atas maka tenaga pompa torak

dapat dirumuskan :

Kerja Tunggal ( watt )

Kerja Ganda ( watt )

Karena adanya faktor gesekan antara komponen pompa maka tenaga yang

dibutuhkan untuk menggerakkan pompa disebut tenaga penggerak yang

besarnya adalah :

Tenaga Penggerak Pompa ( watt )

dimana : N tenaga pompa torak (watt) Ne tenaga penggerak pompa ( watt ) D diameter piston/plunger ( m ) d diameter batang piston ( m ) S langkah gerak piston ( m ) n putaran mesin penggerak (rpm) massa jenis fluida (Kg/m3) g gravitasi bumi (m/det2) m efisiensi mekanik ( % ) H tinggi isap + tekan ( m ) Hl kerugian tinggi tekan total (m)

23

tVx

Contoh Perhitungan Tenaga Pompa

1. Pompa torak Kerja ganda digunakan untuk mengisap air dari kedalaman 6

meter dan menekannya setinggi 42 meter dimana kerugian tinggi angkat

diperkirakan 5 mka. Diameter dan Langkah gerak plunger masing-masing

6 dan 10 inci, diameter batang plunger 3 inci. Mesin penggerak pompa

berputar pada 100 rpm. Randemen volumetrik dan mekanik masing-masing

95 dan 85 %. Hitunglah Kapasitas dan tenaga efektip pompa tersebut !

Penyelesaian :

D = 6 inci = 1,5 dm S = 10 inci = 2,5 dm d = 3 inci = 0,75 dm

n = 100 rpm, %95=v %85=m H + Hl = 53 mka

a. Kapasitas Pompa teoritis

Q = = 5,52 liter/det

Kapasitas sesungguhnya Qe = v x Q = 0,95 x 5,52 = 5,24 liter/det

b. Tenaga teoritis

2 4 0

5 3.8 1,9.1.1 0 0.5,2).7 5,05,1.2.(14,3 22 =N = 2870,0 watt

Tenaga Penggerak Pompa Np = m

N = 85,0

0,2870 = 3376,5 watt

2. Mesin uap dengan putaran 90 rpm digunakan untuk menggerakkan pompa

Diferensial yang berkapasitas 270 liter/menit dan pemindahan total

ketinggian H+Hl =50 mka. Langkah piston S = 2D dan diameter piston 0,7D.

Akibat gesekan dan kerugian lainnya menimbulkan efisiensi volumetrik dan

mekanik masing-masing 95 dan 90 %.

Hitunglah a. Ukuran D, S dan d (mm)

b. Kapasitas langkah Isap dan Tekan (liter/detik)

c. Tenaga Penggerak Pompa (Kw)

24

240100.5,2).75,05,1.2.(14,3 22

Penyelesaian :

Q = 270 liter/menit = 4,5 dm3/det n = 90 rpm H + Hl = 50 mka

S = 2D d = 0,7 D %95=v %90=m

a. Perhitungan ukuran komponen Pompa

Kapasitas Pompa = 240

.2.. 2 nDDpi

Diameter Piston D = nxQ..2

2403 pi = 90.14,3.25,42403 x = 1,241 dm = 125 mm

Langkah Piston S = 2D = 2x125 = 250 mm

Diameter batang Piston d = 0,7D = 0,7 x 125 = 87,5 mm

b. Kapasitas Isap dan Tekan Pompa

Kapasitas Isap Qi = 240

.)..( 22 nSdD pi = 240

90.5,2).875,025,1.(14,3 22 = 2,35 liter/det

Kapasitas Tekan Qt = 240

.. 2 nSdpi = 240

90.5,2.875,0.14,3 2 = 2,25 liter/det

c. Tenaga Penggerak Pompa

Tenaga Penggerak Pompa Np = mv

HlHgQ

.

).(.. +

Np = = 2581,58 watt Np = 2,582 Kw

25

90,095,05081,915,4

xxxx

2.7 Perhitungan Ukuran Utama Pompa Torak

Konstruksi umum pompa torak berbentuk selinder dan didalamnya

terdapat torak/piston dan batang torak. Pompa ini harus mampu menampung

sejumlah fluida yang bertekanan sesuai kebutuhan

1. Perhitungan Diameter didasarkan pada kapasitas pompa yaitu:

a. Pompa Kerja Tunggal

Diameter Piston Kerja Tunggal/Diferensial (m)

b. Pompa Kerja Ganda dimana d = (0,4 0,7) D,

Bila diambil d = 0,5D maka harga diameter piston dapat ditentukan :

Diameter piston kerja Ganda (m)

dimana : D diameter piston / selinder ( m ) d diameter batang piston ( m ) S langkah gerak piston ( m ) n putaran mesin penggerak (rpm) v efisiensi volumetrik ( % )

2. Perhitungan Tebal Selinder didasarkan pada tekanan yang bekerja yang mengakibatkan timbulnya tegangan tarik pada dinding yang

besarnya dapat diuraikan sebagai berikut :

tizinAF

t = A tizinF

F = P x D x L A = 2 x t x L

2 x t x L tizin

LDP

.. ........ t tizin

DP.2

. ... untuk mencegah ketidak rata-an,

korosi dan faktor penyusutan maka harga tersebut ditambah 0,5 cm.

Tebal Selinder berdinding tipis (Cm)

26

Untuk selinder berdinding tebal, dapat menggunakan Rumus menurut Bach

Tebal selinder berdinding tebal

Keterangan :

t ; tebal dinding selinder ( Cm )

P = .g. Hman : tekanan kerja pompa (Kg/cm2)

D : diameter dalam selinder ( Cm )

R1 : Jari-jari dalam selinder ( Cm )

R2 : Jari-jari luar selinder ( Cm )

tizin : Tegangan tarik izin bahan selinder (Kg/cm2)

tizin Besi tuang 150 250 (Kg/cm2)

tizin Baja tuang 350 550 (Kg/cm2)

3. Perhitungan Batang Piston, alat ini berfungsi untuk meneruskan gaya dorong mesin penggerak ke piston guna menekan dan mengisap fluida.

Besarnya gaya dorong yang dibutuhkan dapat dihitung sebagai berikut :

Gaya dorong F = A x P = tHgD ....2

4 pi ( N ) Gaya ini menimbulkan tegangan tekan pada batang piston yang besarnya :

Tegangan tekan t i z inaF

d = a = 24 dpi dengan mensub- stitusikan ke dua persamaan tersebut maka diperoleh ukuran diameter :

Diameter batang piston ( m )

Untuk menjaga supaya batang piston tidak bengkok / buckling, maka gaya

dorong yang terjadi harus lebih kecil dari gaya buckling yang besarnya

menurut Euler adalah : FFbLv

IE = 22

...pi

Jadi Panjang batang Piston

27

Keterangan :

L : panjang batang piston ( cm )

E : modulus elastis bahan Besi-Baja Tuang (20 22).105 (Kg/cm2)

F : gaya dorong piston ( Kgf )

v : vaktor keamanan untuk gaya bolak-balik (4 8 )

I = A.y2 momen inertia (cm4 )

y : radius of gyration (jari-jari gyrasi) yang harganya adalah :

y = AI untuk benda bulat I = 464 .dpi dan A =

24 .dpi

Jadi, jari-jari girasi y = 4d

Faktor kelangsingan batang piston yL

= yang harganya adalah Besi tuang 90 dan Baja tuang 135.

Contoh

Pompa Diferensial mempunyai randemen hidraulis 85 %, volumetrik 95 % dan

mekanik 90 % digunakan untuk memindahkan air 19 liter/det dari reservoir ke

gedung lantai 12 yang tingginya 42,5 m. Langkah piston dua kali diameternya

dan panjang batang piston 750 mm. Putaran mesin uap sebagai penggerak

pompa 90 rpm. Bahan komponen pompa dari baja tuang. Hitunglah :

a. Diameter dalam selinder ( mm )

b. Tebal selinder ( mm )

c. Diameter batang torak ( mm )

d. Kapasitas langkah isap dan tekan (liter/det)

e. Tenaga yang dibutuhkan ( Kw )

Penyelesaian

H = 42,5 m 85,0=h S = 2.D L = 750 mm n = 90 rpm 90,0=m

Qe = 19 lit/det 95,0=v tizin Baja tuang 350550 (Kg/cm2) = 350 (Kg/cm2)

28

a. Diameter dalam Selinder (D)

Kapasitas Pompa Diferensial S = 2.D Q = v

Qe

D = vn

Qpi ...2

.2403 = 95,0.90.14,3.2 19.2403 = 2,04 dm = 204 mm

Diameter torak = diameter dalam selinder D = 204 mm

b. Tebal Selinder (t) ( cm )

P = Hg.. = h

Hg .. = 1000 x 10 x 42,5/0,85 P = 500000 N/m2 = 5 Kgf/cm2 D = 20,4 cm tizin = 350 kgf/cm2

Jadi tebal selinder + 5,0350.24,20.5t 0,65 cm = 7 mm

Menurut Bach

R2 = 10,2 5.3,13505.4,0350

+ = 10,33 cm

T = 10,33 10,2 = 0,13 cm = 1,3 mm

Dari ke dua perhitungan di atas lebih aman menggunakan t = 7 mm

c. Diameter Batang Torak (d)

F = A x P = PD .24pi = 0,785 x 20,42 x 5 = 1633,43 (Kgf)

350.14,343,1633.4d 2,44 Cm

Berdasarkan Pompa Diferensial d = 0,71.D = 0,71.20,4 = 14,5 cm

Jadi lebih aman menggunakan d = 145 mm, mengingat panjang batang

piston = 750 mm, apakah kuat terhadap buckling ? ( syarat F Fb )

4606,62 1633,43 jadi sangat aman terhadap buckling

29

FFbLv

IE = 22

...pi 43,16332

462

75.85,14.05.0.10.2.14,3

d. Kapasitas Isap dan Tekan Pompa Diferensial

Kapasitas Isap b Qi = = = 9,9 lit/det

Kapasitas Tekan Qt =240

.. 2 nSdpi = 240

90.08,4.45,1.14,3 2 = 10,1 liter/det

e. Tenaga yang dibutuhkan (Np)

N = Q x x g x Ht watt

N = 20 x 1 x 10 x 50 = 10000 watt

N = 10 Kw jadi tenaga yang dibutuhkan KwN p 1,1199,010 ==

2.8 Tugas Diskusi1. Jelaskan keuntungan pompa Diferensial bila dibandingkan dengan pompa

kerja tunggal !

2. Jelaskan keuntungan dan kerugian pompa torak kerja ganda !

3. Jelaskan 10 jenis dan fungssi komponen utama pompa torak !

4. Dalam berita di TV, tabung selinder suatu pompa torak pecah, coba anda

Jelaskan arah pecahnya tabung tersebut, apakah memanjang atau melin-

tang ! dan jelaskan kemungkinan faktor-faktor penyebabnya !

5. Dalam manual sebuah pompa torak kerja ganda yang mempunyai spesifikasi

bahan dari baja tuang, kapasitas efektif 18 m3/jam dan head total 50 meter.

Dengan mengambil referensi Randemen mekanik 85 %, volumetrik 90 %,

hidraulis 88 %, langkah piston dua kali diametrnya dan putaran

penggeraknya 120 rpm ,maka rencanakan ukuran utama pompa tersebut !

30

240.)..( 22 nSdD pi

24090.08,4).45,104,2.(14,3 22

BAB IIIPOMPA SENTRIFUGAL

3.1 Komponen Pompa Sentrifugal Adapun jenis dan fungsi komponen utama pompa sentrifugal dapat

dikelompokkan menjadi dua komponen utama yaitu Rotor dan Stator yang

dapat dijelaskan sebagai berikut :

Gambar 3.1 Komponen utama Pompa Sentrifugal

A. Komponen yang bergerak (Rotor)

1. Impeler (sudu-sudu) berfungsi untuk mengubah energi kinetis/putar poros

menjadi energi potensial sehingga menarik dan melemparkan fluida

dengan gaya sentrifugal yang timbul akibat adanya massa fluida dan

putaran.

2. Shaft (Poros) berfungsi untuk meneruskan putaran dan torsi dari mesin

penggerak ke impeler.

31

31

3. Impeler Nut ( Mur Sudu) berfungsi untuk mengikat impeler pada ujung poros

4. Key (Pasak) berfungsi untuk mengunci impeler pada poros

5. Radial bearing berfungsi untuk menahan gaya radial yang timbul akibat

adanya berat rotor dan memperkecil gaya gesekan sehingga memperlancar

gerak putar rotor itu sendiri

6. Thrust bearing berfungsi untuk menahan gaya aksial yang ditimbulkan oleh

penguraian gaya sentrifugal pada kelengkungan konstruksi impeler dan juga

memkecil gaya gesek pada poros

B. Komponen yang diam (Stator)

1. Pump Casing (Rumah Pompa) merupakan bagian paling luar dari pompa

yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat

kedudukan inlet dan outlet flange serta tempat memberikan arah aliran dari

impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi

dinamis

2. Inlet / Suction berfungsi sebagai saluran masuk/isap fluida ke dalam

pompa

3. Outlet / Discharge berfungsi sebagai saluran keluar/tekan fluida

4. Suction Flange berfungsi sebagai tempat penyambungan pipa inlet ke

rumah Pompa

5. Discharge Flange berfungsi sebagai tempat penyambungan pipa

outlet/tekan ke rumah pompa

6. Casing Cover berfungsi sebagai tutup impeler dan penahan/pengarah aliran

fluida pada saat pompa beroperasi

7. Casing Wear Ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang

melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan

cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.

8. Cooling Jacket merupakan ruangan ventilasi untuk pendingin cover dan

rumah pompa pada saat beroperasi

9. Casing Drain Conecting adalah tempat penyambungan pipa cerat ke rumah

pompa yang biasanya dalam waktu-waktu tertentu dibuka guna membuang

kotoran yang mengendap di dalam pompa

10.Botton Feet (Landasan Kaki) merupakan dudukan rumah pompa berfungsi

sebagai tempat pemasangan pompa pada fondasinya

32

11.Seal Flushing Pipe adalah pipa penghubung antara outlet dan ruang operasi

yang berfungsi untuk pelepas tekanan fluida yang berlebihan antara kedua

ruang tersebut.

12.Bearing Bracket adalah rumah tempat pemasangan bearing aksial / radial

13.Bearing Cover adalah tutup bearing yang berfungsi untuk menahan dan

menutup bearing supaya bearing tetap pada posisi dan bebas dari debu

14.Bearing Bracket Support berfungsi sebagai pendukung rumah bearing

15.Oil Chamber berfungsi sebagai wadah dan tempat pembuangan minyak

pelumas antara poros dan bearing

16.Oil / splash seal biasanya dipasang pada ujung poros guna mencegah

kebocoran oli pelumas bearing melalui poros yang sedang berputar

17.Shaft Protection Sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi keausan

maupun untuk mencegah gerak aksial yang akan terjadi

18. Mechanic Seal berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida melalui poros

3.2 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal Bila dilihat dari samping gambar di atas maka bentuk impeler adalah

bulat dan bersirip seperti gambar di bawah ini. Ketika motor penggerak pompa

dihidupkan maka poros meneruskan putaran ke impeler sehingga fluida masuk

melalui lubang inlet dan disentuh oleh sirip impeler. Fluida yang berada

diantara sirip-sirip impeler akan terlempar keluar akibat gaya sentrifugal yang

ditimbulkan oleh putaran impeler tersebut. Terlemparnya fluida keluar secara

otomatis akan terjadi isapan fluida melalui saluran inlet. Peristiwa ini akan terus

berlangsung selama motor penggerak pompa dihidupkan sehingga terjadi

aliran paksa terhadap fluida mulai dari reservoir sampai keluar pompa.

Gambar 3.2 Konstruksi Impeler

33

Poros dan Impeller pada pompa sentrifugal didukung dengan bantalan pada

kedua ujung porosnya ataupun hanya salah satu ujungnya saja. Pada

pemasangan satu bantalan menghemat satu seal tetapi akan terjadi

peningkatan dari lendutan/defleksi pada poros, sedangkan lainnya sama.

Untuk meningkatkan kapasitas dapat di buat impeller dengan double suction,

ini juga berguna untuk menyetimbangkan gaya axial yang terjadi. Untuk

memenuhi kebutuhan akan total head yang tinggi maka dapat di konstruksikan

dengan pemasangan inpeller lebih dari satu atau jamak (multi-stage). Untuk

membantu menghilangkan gaya axial dari impeller jamak tersebut maka dapat

dilakukan pemasangan impeller dengan posisi berlawanan (back to back).

a. Poros dengan satu Bantalan b. Poros dengan dua Bantalan

c. Impeler bertolak Belakang d. Impeler Multi Stage

Gambar 3.3 Jenis-jenis Pompa Sentrifugal

34

3.3 Perhitungan Head dan Tekanan Pompa sentrifugal adalah salah satu tipe pompa yang bekerja

menurut gaya sentrifugal yaitu gaya yang timbul akibat adanya massa yang

berputar dan arahnya keluar tegak lurus meninggalkan sumbu putar. Massa

yang dimaksud dalam hal ini adalah massa fluida yang masuk ke dalam

impeler yang sedang berputar. Gaya lempar fluida yang terjadi yang lebih

umum disebut gaya sentrifugal yang besarnya adalah :

Gaya sentrifugal Fsf = m. . R2 (N) dan = 2. . n rad/menitAkibat gaya ini maka timbul percepatan yang meningkatkan kecepatan dan

berubah menjadi energi kinetis Ek = . m . V2 joule. Sesuai dengan bentuk casing dan fungsi pompa maka energi kinetis fluida ini berubah menjadi energi

potensial Ep = m . g . H joule. Menurut Hukum Kekekalan Energi :

Ek = Ep jadi Head (Tinggi tekan) meter, ini berarti bahwa tinggi

angkat fluida pada pompa sentrifugal merupakan fungsi kuadrat dari kecepatan

putar impelernya. Tinggi angkat ini berkaitan langsung dan sebanding dengan

dengan tekanan pompa yaitu :

Tekanan Pompa Sentrifugal ( Pa )

Keterangan , Fsf : gaya sentrifugal fluida ( N ) Ek : energi kinetik (joule) Ep : energi potensial (joule) H : tinggi angkat/tekan pompa (mka) Psf : Tekanan pompa (Pa) m : massa fluida ( Kg ) V : kecepatan keliling/putar impeler (m/det) : kecepatan sudut impeler (rad/det) n : jumlah putaran impeler (rpm) : massa jenis fluida (Kg/m3)

35

Contoh

Pompa sentrifugal mempunyai diameter impeler 300 mm berputar pada 1200

rpm, tentukanlah tinggi angkat dan tekanan impelernya bila randemen hidraulis

80 % dan massa jenis air yang dipindahkan 1 Kg/liter ?

Penyelesaian

D = 300 mm = 0,3 m n = 1200 rpm 8,0=h = 1 Kg/liter = 1000 Kg/m3

Kecepatan keliling sudu V = .D.n / 60 = 3,14 x 0,3 x 1200 / 60 = 18,84 m/det

Tinggi angkat = = (18,84)2 : (2 x 10) = 17,75 mka

Tinggi angkat efektif xHH h= = 0,8 x 17,75 = 14,20 mka

Tekanan fluida pada impeler

Psf = 1000 x 10 x 17,75 = 177500 Pa

3.4 Kerja Spesifik dan Tinggi Angkat Perpindahan energi sudu terjadi pada saat sudu diputar dimana fluida

masuk di bagian dalam dengan kecepatan relatif 1 dan arah 2 1 . Kecepatan

relatif ini merupakan resultan dari kecepatan V1 fluida mengalir ke dalam sudu

dengan kecepatan U1 keliling sudu. Pada saat sudu berbutar 1 bergerak

menelusuri sisi sudu dan keluar dengan kecepatan relatif 2 dengan arah 2 .

Karena adanya gesekan antara fluida dan sisi sudu maka harga 2 dapat

dirumuskan : 2 = 1 . 1 . Gabungan atau resultan antara 2 dan U2 menghasilkan kecepatan V2 fluida keluar sudu.

Gambar 3.4 Segi tiga Kecepatan

36

Adapun harga parameter diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :

Kecepatan keliling sudu bagian dalam U1 = 60.. 1 nDpi (m/det)

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = AiQKapasitas )( (m/det)

Luas saluran sudu bagian dalam Ai = .D1. b1 . z ( m2 )

Arah / sudut masuk fluida secara teoritis 1 = 900 tapi karena ada faktor

gesekan maka 1 900 , jika diambil 900 maka harga 1 dapat menggunakan

Rumus Phitagoras, tapi bila > 900 maka dapat menggunakan Aturan Cosinus.

Besaran dari sudut-sudut di atas dapat ditentukan sebagai berikut :

1 900

1 = didapat dari hitungan

2 = 5 - 120 Pompa dengan saluran pengarah (Bertingkat)

2 = 10 - 250 Pompa tanpa saluran pengarah ( 1 tingkat )

2 = 25 320

Kecepatan keliling sudu bagian luar U2 = 60.. 2 nDpi (m/det)

Kecepatan relatif fluida keluar sudu 2 = 1 . 1 . (m/det)

Kecepatan keliling sudu bagian luar mempunyai batasan sesuai dengan bahan

yang digunakan antara lain adalah sebagai berikut :

U2 = 35 meter/detik untuk Besituang Kelabu

U2 = 60 meter/detik untuk Perunggu Tuang

U2 = 70 meter/detik untuk Logam ringan

U2 = 80 meter/detik untuk Baja tuang

Koefisien gesek antara fluida dan sirip sudu 1 = 0,95 0,98

Dengan menggunakan Aturan Cosinus maka didapat harga kecepatan V2 fluida

keluar sudu. Komponen Kecepatan fluida yang berpengaruh terhadap tenaga

gerak pompa adalah V1x = V1u = V1 . Cos 1 = 0

V2x = V2u = V2 . Cos 2

37

Menurut kaidah Momentum, akibat adanya putaran akan menimbulkan Momen

puntir (Torsi) yang besarnya adalah :

T = F x R = m. a . R = m . R . dtdV u

T = )( 1122 uutm VRVR

Torsi ini dihasilkan oleh tenaga penggerak yang besarnya adalah :

Tenaga Pompa N = T x dimana kecepatan keliling U = R x

N = x )( 1122 uutm VRVR

N = )( 1122 uutm VUVU

jika ruas kiri dan kanan dibagi tmm =

. massa setiap detik, maka diperoleh

Tenaga Spesifik ( Nm/Kg)

Tenaga Spesifik adalah tenaga yang dibutuhkan untuk memindahkan 1 Kg

fluida.

Kerja spesifik berkaitan langsung dengan tinggi angkat pompa yang harganya

menurut Euler adalah Y = g . H

Tinggi angkat, Persamaan Euler (mka)

Dari persamaan Euler tersebut dapat dijelaskan bahwa tinggi angkat berlaku

untuk semua jenis fluida tanpa tergantung pada kerapatan/massa jenis. Bila

memperhitungkan massa jenis setiap fluida maka tinggi angkat ini berubah

menjadi tekanan yang besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut :

Tekanan Pompa P = . g . H (Pa) 1 bar = 10.000 Pa

Keterangan,

Y : kerja spesifik (Nm/kg) U1/2 : kecepatan keliling dalam/luar sudu m/det

H : tinggi angkat ( mka ) V1/2 : kecepatan fluida masuk/keluar sudu m/det

P : tekanan pompa (Pa) : massa jenis fluida (kg/m3)

g ; gravitasi bumi (m/det2)

38

3.5 Tenaga dan Efisiensi Pompa Tinggi angkat merupakan faktor utama dalam penentuan ukuran dan

tenaga pompa. Dari uraian sebelumnya telah dijelaskan bahwa besarnya

tenaga dapat dihitung dengan persamaan :

Tenaga Pompa watt

Dalam pengoperasian pompa terdapat berbagai jenis kerugian seperti tinggi

angkat , volumetrik dan mekanis sehingga menurunkan efisiensi secara

keseluruhan. Jenis-jenis efisiensi yang terjadi pada pompa adalah :

1. Efisiensi Hidraulis %100xmanHH

h =

2. Efisiensi Volumetrik %100xQQe

v=

3. Efisiensi Mekanis %100xpN

Nm =

4. Efisiensi Pompa %100xxx mvhp = Harga Efisiensi hidraulis dan mekanik tergantung pada kecepatan putar spesifik

yang besarnya adalah :

39

Gambar 3.5 Grafik Kecepatan putar Spesifik dan Randemen

Tabel 3.1 Hubungan antara Kecepatan Putar Spesifik dan Randemen Hidraulis

(nq) adalah kecepatan spesifik yaitu kecepatan putar yang dibutuhkan untuk menghasilkan tinggi angkat Hq = 1 meter dengan kapasitas Q = 1 m3/det

Harga (nq) ini berpengaruh terhadap pemilihan bentuk impeler yang

digunakan apakah impeler tekanan tinggi atau rendah.

Contoh

Sebuah pompa sentrifugal mempunyai kapasitas efektif

126 m3/jam dengan putaran 1450 rpm dan Randemen Volu

metrik 95 %. Dari hasil pengukuran impelernya terdapat

data seperti gambar disamping

Hitunglah : a. Kerja Spesifik (Y) Nm/Kg

b. Tekanan Kerja Pompa (P) Pa

c. Tenaga Penggerak Pompa (Np) Kw

(Data lain lihat Referensi )

Penyelesaian

Qe = 126 m3/jam = 0,035 m3/det D1 =100 mm = 0,10 m b1 = 30 mm = 0,03 m

n = 1450 rpm 95,0=v D2 =220 mm = 0,22 m b2 =12 mm = 0,012m

40

a. Kerja Spesifik (Y)

Kecep. Keliling sudu bagian dalam U1 = 60.. 1 nDpi = 60

1450.10,0.14,3 = 7,59 m/det

Kecep. Keliling sudu bagian luar U2 = 60.. 2 nDpi = 60

1450.22,0.14,3 = 16,94 m/det

Kapasitas pompa v

QeQ = = 95,0035,0 = 0,037 m3/detik

Luas saluran masuk sudu A1 = .D1.b1.z = 3,14 x 0,10 x 0,03 x 6

A1 = 0,057 m2

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = 057,0037,0

=AQ = 0,65 m/det

Bila sudut masuk 1 = 900 maka V1u = V1 . Cos 900 = 0,00 m/det Kecepatan Relatif masuk sudu 1 21

21 VU +=

1 = 22 65,059,7 +

= 7,62 m/det

Sudut masuk relatif 1 = 1

1UVarctg = 59,7

65,0arctg = 4,90

Kecepatan Relatif keluar sudu 2 = 1 . 1 1 = 0,95 0,98 2 = 0,95 . 7,62 = 7,24 m/det Sudut Relatif keluar sudu 2 = 25 320 diambil 300

Kecepatan fluida keluar sudu V2 = 022

22

22 30..2 CosUU +

V2 = 866,0.94,16.24,7.294,1624,7 22 + V2 = 11,27 m/det

Sudut fluida keluar sudu ( )22

22

22

22

..22 VUVUarcCos +=

( )27,11.94,16.2 24,727,1194,162 222 += arcCos =2 18,75

0 dapat diterima karena

2 = 10 - 250 Pompa tanpa saluran pengarah ( 1 tingkat )

Bila sudut 2 = 18,750 maka V2u = V2 . Cos 18,75 = 11,75 x 0,9469

V2u = 11,13 m/det

41

Jadi Kerja Spesifik Y = (16,94 x 11,13 - 7,59 x 0 ) = 188,54 Nm/Kgb. Tekanan Kerja Pompa air = 1000 Kg/m3 Jadi Tekanan Kerja Pompa P = 1000 x 188,54 = 188540 Pa

c. Tenaga Penggerak Pompa (Np)

Tinggi angkat H = 854,181054,188

==gY meter

Putaran spesifik = 3854,184037,0

x 1450 = 30,83 rpm

Jika nq = 30,83 rpm dan Q = 0,037 m3/det , maka dari Tabel 2.2 dan

Gambar 3.4 didapat : 96,0=h dan =m 78 %

Tenaga Pompa = 1000 x 10 x 18,854 x 0,037

N = 6975,98 watt

Tenaga Penggerak Pompa Np = mh

N . = 78,0.96,0

98,6975

Np = 9316,21 watt = 9,4 Kw

3.6 Perencanaan Dasar Ukuran Utama Pompa Secara umum perencanaan ukuran utama dari pompa sentrifugal didasarkan pada tinggi angkat dan kapasitas yang diperlukan. Dari parameter

ini maka dapat ditentukan tenaga pompa yang mana harganya lebih kecil dari

tenaga penggeraknya. Perbandingan ke dua tenaga ini disebut Randemen

mekanik yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

Tenaga Penggerak Pompa ( watt )

Tenaga Pompa N = . g . Hman . Q ( watt )

Tenaga pompa sama dengan tenaga mekanik porosnya N = Nmp = F x V watt

42

N = 1000.60.2.. nRF pi Kwatt, sedangkan Torsi T = F x R dari persamaan tersebut

didapat harga Torsi : ( Nm )

1. Perhitungan Diameter Poros Poros berfungsi sebagai tempat pemasangan impeler dan sekaligus sebagai

penerus putaran dari motor penggerak. Akibat berat dan gaya sentrifugal

impeler akan menimbulkan tegangan bending sedangkan akibat putaran

motor akan menimbulkan tegangan geser puntir. Karena hal tersebut maka

perhitungan ukuran didasarkan pada :

a. Diameter poros berdasarkan Torsi

b. Diameter poros berdasarkan Bending bipi )8,05,0( =

Bahan poros dapat diambil dari Baja yang mempunyai tegangan puntir izin :

Pompa satu tingkat ringan pi = 20 N/mm

Pompa bertingkat ringan pi = 15 N/mm2

Pompa bertingkat berat pi = 10 N/mm2

Untuk mendapatkan perhitungan diameter poros yang lebih aman maka

dapat menggunakan resultan dari pengaruh torsi dan momen bending. Dari

hasil perhitungan diameter maka dilakukan penyesuaian dengan standar

bearing, alur pasak dan jari-jari (fillet) maupun teknik assembling sehingga

didapat gambar poros yang diinginkan.

Gambar 3.6 Poros Pompa

2. Perhitungan Diameter Impeler

43

Banyak tipe sudu yang dijumpai dilapangan, tapi secara umum dapat dibagi

tiga yaitu tipe terbuka, semi terbuka dan tipe tertutup yang masing-masing

mempunyai kekurangan dan kelebihan sesuai dengan kebutuhannya.

a. Terbuka b. Semi Terbuka c. Tertutup

Gambar 3.7 Tipe Impeler

Dalam perencanaan Ukuran Impeler tergantung

pada ukuran poros yang harganya dapat dijelas

kan sebagai berikut :

Diameter dalam inlet DN = (1,2 1,4 ) D

Diameter luar inlet DS = D1 = 20..4 ' DNVQ +pi

Diameter luar outlet D2 = nU..60 2

pi

Q = (1,02 1,05 ) Q karena ada sebagian fluida kembali ke saluran inlet

melalui celah-celah casing.

Vo : kecepatan aliran fluida masuk mulut/ inlet pompa yang harganya dapat

diperoleh dari Grafik Kapasitas dan Putaran pada Gambar 3.8

Harga U2 tergantung pada bahan impeler , lihat penjelasan pada poin 2.4

44

Gambar 3.8 Grafik Kapasitas dan Putaran

3. Perhitungan Lebar Impeler Ukuran lubang saluran sudu (t) dibatasi oleh dinding yang tebalnya (s) :

s = (2 10) mm untuk Besi tuang

s = (3 - 6 ) mm untuk Logam non Ferro

Karena hal tersebut maka terjadi penyempitan yang menimbulkan

peningkatan kecepatan masuk sudu. Faktor penyempitan dapat ditentukan:

)( stt

= untuk saluran inlet i = 1,1 - 1,2 saluran outlet o = 1,03 1,08

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = i x Vo dan V2 = o x V2mLuas saluran inlet A1 = (t-s) . b1 . z

Lebar saluran inlet

Lebar saluran outlet

Fungsi sudu adalah mengarahkan aliran fluida dari arah aksial menjadi arah

radial yang tegak lurus poros. Semakin banyak sudu semakin baik arah

aliran tetapi meningkatkan faktor gesekan antara fluida dengan dinding sudu.

Jumlah sudu ini dipengaruhi oleh perbandingan diameter inlet dan outlet

maupun jumlah sudut relatif yang harganya dapat ditentukan melalui grafik

berikut ini.

45

Gambar 3.9 Grafik Sudut Relatif dan Jumlah Sudu

Contoh

Rencanakanlah ukuran utama ( Diameter poros dan ukuran Impeler) pompa

sentrifugal yang dapat menghasilkan kapasitas 300 m3/jam dan tinggi angkat

total 120 meter pada putaran 1450 rpm , bahan sudu diambil dari besi tuang !

Penyelesaian :

a. Jumlah Tingkat / Impeler Kapasitas fluida Q = 300 m3/jam = 0,083 m3/detik

Tinggi angkat bila 1 tingkat H = 120 meter

Kecepatan Spesifik = 145031204083,0 x

nq = 11,5 permenit

Bila nq = 11,5 maka tipe impeler yang dipakai adalah

Impeler Tekanan tinggi H = 100 meter

nq = 11,5 dan Q = 0,083 m3/detik didapat m = 74 %

Jumlah tingkat i = H : H = 120 : 100 = 1,2 dibulatkan menjadi 2 tingkat, berarti tinggi angkat satu impeler H = 120 : 2 = 60 meter.

Kecepatan Spesifik = 14503604083,0 x = 19 permenit

Bila nq = 19 dan 2 tingkat maka tipe impeler yang

dipakai adalah Impeler Tekanan tinggi

nq = 19 dan Q = 0,083 m3/detik didapat m = 77 %

46

b. Tenaga dan Torsi Pompa

Tenaga penggerak pompa = m

QHg

.1000

... = 77,0.1000

083.0.120.81,9.1000

KwattNp 128=

Momen puntir / Torsi 145012833 10.55,910.55,9 == n

N pT

NmmNmT 843000843 ==

c. Diameter Poros Pompa

Diameter poros bertingkat ringan 15=pi

3 158430001,5 xd = 66 mm

Dengan penyesuaian standard bantalan dan pasak maka diambil D = 70 mm

d. Perhitungan Diameter Impeler Diameter dalam inlet DN = (1,2 1,4 ) D = 1,28 x 70 = 90 mm = 0,09 m

Kapasitas fluida masuk impeler Q = 1,05 x 0,083 = 0,087 m3/det

Dari Grafik Kapasitas Q = 0,087 m3/det dan n = 1450 rpm maka didapat

harga kecepatan fluida masuk impeler Vo = 3,5 m/det

Diameter luar inlet DS = D1 = 20..4 ' DNVQ +pi

= 25,314,3087,04 09,0+x

x

= 0,1994 m = 200 mm

47

Diameter luar outlet D2 = nU..60 2

pi

Kecepatan keliling impeler U2 = 35 m/det untuk Besi tuang diambil 33 m/det D2 = 145014,3

3360xx = 0,435 m = 435 mm

e. Perhitungan Segitiga Kecepatan

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = i x Vo i = 1,1 - 1,2 V1 = 1,15 x 3,5 = 4 m/det

Kecep. Keliling sudu bagian dalam U1 = 60.. 1 nDpi = 60

14502,014,3 xx

U1 = 15,2 m/det

Kecepatan Relatif masuk sudu 1 212

1 VU += = 22 42,15 +

1 = 15,5 m/det

Sudut masuk relatif 1 = 1

1UVarctg = 2,15

4arctg = 14,70 150

Kecepatan Relatif keluar sudu 2 = 1 . 1 1 = 0,95 0,98 2 = 0,95 . 15,5 = 14,7 m/det Sudut Relatif keluar sudu 2 = 25 320 diambil 280

Dengan memperhatikan ketentuan sebelumnya dan menggunakan Aturan

Sinus Cosinus maka harga kecepatan fluida dan besar sudut lainnya

didapat sebagai berikut :

2 = 190 2 = 280

2 = 14,7 m/det V2 = 24,5 m/det U2 = 33 m/det V2u = 24 m/det dan V2m = 6,9 m/det

48

f. Perhitungan Lebar Sudu

Lebar saluran inlet

42,014,315,1087,0xx

x=

b1 = 0,0398 m = 40 mm

Lebar saluran outlet

9,6435,014,305,1087,0xx

x=

b2 = 0,0097 m = 10 mm

g. Perhitungan Jumlah dan Jarak Sudu Perbandingan D2 : D1 = 435 : 200 = 2,175 dan jumlah sudut relatif

1 + 2 = 150 + 280 = 430, maka dari Gambar 3.9 didapat jumlah sudu (z) =7

Jarak pembagian sudu (t) = Keliling impeler : jumlah sudu

Jarak sudu inlet 720014,31 x

zxD

it ==pi = 89,7 mm 90 mm

Jarak sudu outlet 743514,32 x

zxD

ot ==pi = 195 mm

Jadi dari perhitungan ukuran sudu-sudu diatas maka hasilnya dapat

digambarkan berikut ini.

h. Pengecekan Tinggi Angkat setiap sudu (H1s)

49

Tinggi angkat setiap sudu menurut Euler :

meterH xgVUVU

suu 7,8081,9

)02433().(1

1122===

Karena dari awal sudah ditentukan pompa sentrifugal 2 tingkat atau 2

impeler maka tinggi angkat total 2 x 80,7 meter = 161,4 meter berarti

cukup memenuhi sebab > 120 meter walaupun sedikit boros.

3.7 Tugas Diskusi1. Jelaskan perbedaan antara sudu dan impeler !

2. Jelaskan pengertian dari Kerja spesifik pompa !

3. Apa yang dimaksud dan manfaat Segitiga Kecepatan !

4. Pompa sentrifugal tiga tingkat, bahan impeler besi tuang berputar pada

putaran 900 rpm, D1 = 140 mm, D2 = 300 mm , jumlah sudu 6 buah dengan

lebar b1= 36 mm dan b2 = 12 mm, data lain lihat ketentuan/standard pompa

Hitunglah : a. Tinggi angkat Pompa

b. Kapasitas efektif Pompa (m3/jam) bila v = 94 %

c. Tenaga Penggerak Pompa (Kwatt)

5. Rencanakanlah ukuran utama ( Diameter poros dan ukuran Impeler) pompa

sentrifugal yang dapat menghasilkan kapasitas 280 m3/jam dan tinggi angkat

total 140 meter pada putaran 1450 rpm , bahan sudu diambil dari besi tuang!

BAB IVKATUP POMPA

4.1 Fungsi dan Klasifikasi Katup Katup adalah salah satu komponen penting untuk menunjang proses

kerja pompa. Katup (Valve) sering juga disebut klep yang berfungsi untuk

mengatur pemasukan dan pengeluaran fluida ke dalam atau keluar pompa.

Katup dirancang untuk dapat bergerak secara otomatis tanpa adanya bantuan

tenaga mekanis tetapi bekerja berdasarkan prinsip perbedaan tekanan yang

timbul di bawah dan di atas katup itu sendiri.

50

Bahan katup yang digunakan disesuaikan dengan tipe pompa

maupun jenis fluida yang dibutuhkan. Pompa bertekanan dan suhu tinggi

biasanya menggunakan bahan dari logam seperti perunggu, besi tuang, dan

yang bertekanan dan suhu rendah menggunakan bahan bukan dari logam

seprti karet, kulit, kanvas ataupun kayu.

Setiap jenis pompa mempunyai tipe katup yang berbeda, bila ditinjau

dari fungsinya maka katup dapat dibagi dua yaitu :

a. Katup Isap, terbuka secara otomatis pada langkah isap yang berfungsi untuk

mengatur pemasukan fluida ke dalam pompa dan akan tertutup pada

langkah tekan guna mencegah kembalinya fluida ke posisi semula.

b. Katup tekan, terbuka secara otomatis pada langkah tekan untuk mengatur

pengeluaran fluida dari pompa ke arah outlet dan akan tertutup pada langkah

isap guna mencegah kembalinya fluida ke dalam pompa,

Bila ditinjau dari bentuk dasar geometrisnya maka katup dapat dibagi menjadi

enam bentuk yaitu :

1. Katup Cakra Datar

2. Katup Cakra Konis

3. Katup Cincin Tunggal

4. Katup Cincin Ganda

5. Katup Engsel dan

6. Katup Peluru (Bola)

4.2 Katup Cakra Datar Tipe katup ini mempunyai bentuk seperti piringan yang mempunyai

permukaan rata. Pada saat langkah isap untuk katup isap dan langkah tekan

untuk katup tekan, katup ini terbuka dan terangkat setinggi (h) sehingga fluida

mengalir melalui saluran/pipa berukuran (d) dengan kecepatan C1 dan malui

celah katup dengan kecepatan C2. Menurut Hukum kontinuitas maka berlaku :

Q1 = Q2 Q1 = A1 x C1 = 12

4 xCdpi

Q2 = A2 x C2 = 2... Chdpi

51

51

Untuk menjaga kesetabilan aliran guna mencegah getaran maka diharapkan

kecepatan fluida C1 = C2, jadi dengan mensubstitusikan ke dua persamaan

tersebut didapat : 12

4 xCdpi = 2... Chdpi harga tinggi angkat katup (hki) adalah :

Gambar 4.1 Katup Cakra Datar

Tinggi angkat Katup Isap

Dalam prakteknya, tinggi angkat katup isap

banyak menggunakan rumus empiris yaitu

hki = (0,1 0,2).d dan kecepatan fluida padacelah katup C2 = 1,5 m/det.

Untuk katup tekan dapat dihitung menggunakan rumus :

22

4 .... ChdxCD ktpm pipi = sehingga didapat harga

Tinggi angkat katup tekan 60.. nS

pmC pi= (m/det)Keterangan, hki / hkt : tinggi angkat katup isap/tekan ( m )

D : diameter engkol ( m )

d : diameter lubang saluran ( m )

Cpm : kecepatan piston maksimum (m/det)

C1 : kecepatan fluida melalui saluran (m/det)

C2 : kecepatan fluida melalui celah katup (m/det)

S : langkah piston ( m )

Contoh

52

Pompa torak berputar pada 120 rpm mempunyai langkah S = 2 D dan

diameter torak 100 mm. Kecepatan fluida pada celah katup 1,5 m/det.

Tentukanlah kecepatan maksimum torak dan diameter serta tinggi angkat

katup!

Penyelesaian :

n = 120 rpm D = 100 mm S = 200 mm C2 = 1,5 m/det

a. Kecepatan piston maksimum 60120.2,0.14,3

60..

==nS

pmC pi = 1,256 m/det

b. Diameter dan tinggi angkat katup

22

4 .... ChdxCD ktpm pipi = hkt = diambil 0,2.d

5,1..2,0..14,3256,11,0. 24 ddx =pi

Diameter katup 942,001,0

=d = 0,103 m dibulatkan 105 mm

Tinggi angkat katup hk = 0,2 x d = 0,2 x 105 = 21 mm

4.3 Katup Cakra Konis Dengan jalan yang sama seperti perhitungan katup cakra di atas dengan sudut kemiringan katup maka berlaku persamaan :

22

4 .... ChdxCD xpm pipi =

hx = hkt. Sin

Tinggi angkat katup tekan (hkt)

53

Gambar 4.2 Katup Cakra Konis

4.4 Katup Cincin Tunggal

Gambar 4.3 Katup Cincin Tunggal

Persamaan aliran fluida antara saluran isap dan dudukan katup :

[ ] 1242424 .. CdCdd tbh pipipi = untuk menjaga kesetabilan aliran fluida maka diupayakan Ct = C1 sehingga dh2 db2 = d2, jadi harga diameter luar dudukan

katup dapat dirumuskan :

Persamaan aliran fluida antara celah katup dan dudukan katup :

2 . . dg . hki . C2 = . dg . a . Ct untuk menjaga kesetabilan aliran fluida

maka diupayakan Ct = C2 sehingga didapat harga lebar lubang laluan

dudukan katup

Persamaan aliran fluida antara pada pompa dan celah katup:

54

Contoh

Sebuah pompa dengan putaran pompa penggerak 120 rpm. Perbandingan

langkah dengan diameter piston 2,4. Kecepatan piston maksimum sama

dengan kecepatan fluida melalui celah katup yaitu sebesar 1,5 m/det.

Hitunglah a. Diameter dan langkah piston !

b. Tinggi angkat katup bila diameter tusuk dt = 156 mm

c. Diameter luar dan dalam katup cincin bila s = 3 mm

Penyelesaian

n = 120 rpm S = 2,4 D Cpm = C2 = 1,5 m/det a = 2 hki

a. Diameter dan Langkah Piston

60.. nS

pmC pi= 12014,35,160

.60

xx

nxCpmS == pi

Langkah Piston S = 0,239 meter dibulatkan 240 mm

Diameter Piston D = S : 2,4 = 240 : 2,4 = 100 mm

b. Tinggi angkat Katup

5,1.156,0.8

5,11,0..8

2

2

2x

CdxCD

kt tpmh == = 0,008 m = 8 mm

c. Diameter Katup Cincin

Diameter dalam Cincin di = dt - a 2s a = 2hkt = 16 mm s = 3 mm

di = 156 16 - 2x3 = 134 mm

Diameter luar Cincin dl = dt + a + 2s

dl = 156 +16 + 2x3 = 178 mm

4.5 Katup Cincin Ganda

55

Gambar 4.4 Katup Cincin Ganda

Dengan prinsip yang sama seperti katup cincin tunggal maka aliran fluida pada

cincin majemuk dapat digunakan persamaan :

tkpm dChCD = ....2. 22

4 pipi

tnttt dddd ...21 ++= Rumus Empiris

dtn = dt1 + 2(n 1).b 30 b 70 dan diameter tusuk terkecil

b = 2(a + s) dt1 70 mm

din = dtn a 2s a = 2,25 hkdin = dtn a 2s hk 10 mm Kapasitas kecil

dln = dtn + a + 2s hk = (10 15) mm Kapasitas besar

Contoh

Sebuah pompa torak mempunyai diameter piston 200 mm dan langkahnya 360

mm berputar pada 120 rpm. Kecepatan fluida melalui celah C2 = 1,5 m/det dan

harga a = 2,25 hk, s = 2,5 mm dan tinggi angkat katup diambil 8 mm.

Hitunglah a. Kecepatan piston maksimum

b. Diameter tusuk jika jumlah cincin 3 buah

c. Diameter luar dan dalam cincin katup

Penyelesaian

56

D = 200 mm = 0,2 m S = 360 mm = 0,36 m n = 120 rpm C2 = 1,5 m/det

Hk = 8 mm a = 2,25 hk = 2,25 x 8 = 18 mm s = 2,5 mm

a. Kecepatan piston maksimum

= 2,26 m/det

b. Diameter tusuk katup

td= .5,1.008,0.14,3.226,2.2,0.2

414,3 0,071 = 0,0754 x td

meterd t 942,00754,0071,0

== = 942 mm

Dtn = dt1 + 2(n-1).b b= 2(a+s) = 2(18 + 2,5) = 41 mm

dt1 = dt1 dt2 = dt1 + 2(2-1).41 = dt1 + 82

dt3 = dt1 + 2(3-1).41 = dt1 + 164

942 = dt1 + dt1 + 82 + dt1 + 164 = 3. dt1 + 246

3246942

1

=td = 232 mm dt2 = dt1 + 82 = 232 + 82 = 314 mm

dt3 = dt1 + 164 = 232 + 164 = 396 mm

c. Diameter luar dan dalam cincin katup

din = dtn a 2s di1 = 232 18 2.2,5 = 209 mm

di2 = 314 18 2.2,5 = 291 mm

di3 = 396 18 2.2,5 = 373 mm

dln = dtn + a + 2s dl1 = 232 + 18 + 2.2,5 = 255 mm

dl2 = 314 + 18 + 2.2,5 = 337 mm

dl3 = 396 + 18 + 2.2,5 = 419 mm

4.6 Katup Engsel

57

60120.36,0.14,3

60..

==nS

pmC pi

tkpm dChCD = ....2. 22

4 pipi

321 ddddt ++=

Gambar 4.5 Katup Engsel

4.7 Katup Peluru (Bola)

Katup ini berbentuk bola dengan bidang sentuh yang relatif kecil, karena itu maka biasanya digunakan untuk fluida yang viskositas/kekentalannya tinggi.

Gambar 4.6 Katup Peluru

4.8 Jenis-jenis Kerugian Hambatan

Dalam proses pemindahan fluida banyak hambatan yang harus dilalui

misalnya adanya gesekan antara fluida dengan fluida, gesekan dengan dinding

penghantar, adanya pengaruh turbulen karena belokan maupun perubahan

penampang (orifice). Pengaruh kecepatan dan percepatan aliran pun

menimbulkan hambatan yang akan menurunkan kapasitas dan tinggi tekan

58

pompa, Jenis-jenis hambatan ini dapat dipelajari dari mekanika fluida yang

mana diantaranya dapat diuraikan secara singkat berikut ini.

1. Kerugian Hambatan karena KecepatanMenurut Hukum kekekalan energi, Energi kinetik diubah menjadi energi

potensial yang besarnya sama yaitu : m.g.h = .m. V2

Kerugian tinggi tekan karena kecepatan gV

vh .22

= (mka) untuk air

Data empiris V isap = 0,8 1,0 m/det hvi = 0,033 0,051 m/det

V tekan = 1,0 2,0 m/det hvt = 0,051 0,100 m/det

2. Kerugian Hambatan karena Gesekan

Bila jumlah faktor hambatan gesekan (z) maka jumlah hambatan gesekan

hg = z. hv gVz

gh .2.2

=

Untuk pipa lurus, harga dl

pz .= dV .018,002,0 +=

Keterangan , hv : kerugian tinggi isap/tekan karena kecepatan ( m )

hg : kerugian tinggi isap/tekan karena gesekan ( m )

V : kecepatan aliran fluida (m/det)

d : diameter pipa penghantar ( m )

l : panjang pipa penghantar ( m )

z : faktor hambatan karena gesekan

: koefisien gesek fluida

Tabel 4.1 Faktor Hambatan Elbow 90O

59

3. Kerugian Hambatan karena Percepatan

Pada saat piston bergerak kekanan, posisi engkol di titik A maka percepatan = 0 dan pada saat berada dititik B maka percepatannya dapat dihitung

dengan diferensial sebagai berikut :

Jarak tempuh X = R Cos t. = maka

Kecepatan V = dx/dt = - R. . Sin t.

Percepatan a = dv/dt = - R. 2 . Cos t. Cos t. = 1 maksimum, jadi

Percepatan fluida dalam selinder maksimum amaks = R . 2

Percepatan fluida dalam saluran Isap 2.. Ra

iAA

imaks = m/det2

Kebutuhan gaya untuk mengangkat fluida F = m . a = ha . Ai . g.

m = hi. Ai. a = aimak ha = gAaAh

i

imaksii..

...

Jadi kerugian hambatan karena percepatan ha = imaksgh ai .

Keterangan

60

ha : kerugian hambatan karena percepatan ( m ) hi : tinggi isap/jarak sumbu pompa ke permukaan fluida ( m )

: massa jenis fluida (Kg/m3) aimaks : percepatan aliran fluida pada saluran isap (m/det2)

A : luas penampang piston ( m2 )

Ai : luas saluran isap ( m2 )

Contoh1. Sebuah pompa berkapasitas 30 m3/jam, diameter saluran isap 120 mm dan

panjang pipa isap 15 m menggunakan 3 buah elbow 90o dan satu saringan

yang faktor hambatannya zs = 2 , koefisien gesek = 0,024. Hitunglah : kecepatan fluida, kerugian hambatan karena kecepatan dan gesekan !

Penyelesaian

a. Kecepatan pada saluran isap V1 = == 3600.12,0.14,330.4

..4

22dQ

pi0,74 m/det

b. Kerugian hambatan karena kecepatan === 81,9.274,0

.2

221g

Vvh 0,028 mka

c. Kerugian hambatan karena gesekan hg = z x hv

Faktor hambatan karena panjang pipa dl

pz .= = 312,0 15.024,0 = Faktor hambatan karena belokan pipa zb

d = 120 mm dan R = 200 mm d/R = 0,6 maka didapat zb = 0,18

Faktor hambatan karena saringan zf = 2

Jumlah faktor hambatan z = zp + zb + zf = 3 + 3.0,18 + 2 = 5,54

Kerugian hambatan karena gesekan hg = 5,54 . 0,028 = 0,154 mka

2. Diketahui D = 110 mm S = 280 mm n = 90 rpm

d = 100 mm , panjang pipa isap hi = 0,8 m

Ditanya : a. Kecepatan sudut engkol

b. Percepatan air masuk pompa

c. Kerugian karena percepatan

Penyelesaian

61

a. Kecepatan sudut engkol 3090.14,3

30.

==npi = 9,42 rad/det

b. Percepatan air masuk pompa 2.. Ra

iAA

imaks = = 2

1,014,0 42,9.14,0.2

2

a1maks = 24,35 m/det2

c. Kerugian karena percepatan ha = imaksgh ai . = 35,24.81,9 8,0

ha = 1,99 mka

3. Kerugian Hambatan Katup Sesuai dengan fungsinya maka katup harus dapat bergerak (terbuka dan

tertutup) dengan mudah. Gaya berasal dari tekanan fluida harus lebih besar

dari gaya pada katup supaya dapat terbuka. Gaya yang ada pada katup

antara lain adalah :

- Gaya berat katup (Wk)

- Gaya berat pegas (Wp)

- Gaya pegas Fp = k . x

- Gaya gerak percepatan F = m . a 2.. RaiAA

imaks =

- Gaya akibat berat fluida di atas katup

Pb . Ak = Pa . Ak + Wk + Wp + Fp + m . 2.. R

iAA

Kerugian hambatan katup hk = Pb - Pa (mka)

4.9 Tugas Diskusi

1. Jelaskan jenis-jenis katup yang sering digunakan pada pompa !

2. Dengan ukuran sama antara katup cakra datar dan konis, mana yang

lebih menguntungkan, jelaskan alasannya !

62

3. Tentukan perbandingan tinggi angkat katup cincin tunggal dan ganda bila

ukuran a, b dan dt1 sama !

4. Jelaskan faktor-faktor hambatan pada pompa !

5. Diameter dan Langkah torak masing-masing 120 mm dan 280 mm

berputar pada 120rpm menggunakan katup cakra datar. Kecepatan

fluida pada celah katup 1,5 m/det. Tentukanlah diameter dan tinggi

angkat katup!

6. Sebuah pompa berputar pada 160 rpm menggunakan katup cincin