BAB IV

KARAKTERISTIK POMPA

4.1. Tujuan Percobaan

- Menentukan hubungan antara efisiensi kerja pompa terhadap laju alir

- Menentukan hubungan antara daya pompa terhadap laju alir

- Menentukan hubungan antara tinggi tekan terhadap laju alir

4.2. Tinjauan Pustaka

Pompa merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari

suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan

tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran.

Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan

ketinggian atau hambatan gesek.

Klasifikasi pompa secara umum dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu

pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non

positive displacement pump).

1. Pompa pemindah positif (positive displacement pump)

Pompa jenis ini merupakan pompa dengan ruangan kerja yang secara periodik

berubah dari besar ke kecil atau sebaliknya, selama pompa bekerja. Energi yang

diberikan kepada cairan ialah energi potensial, sehingga cairan berpindah volume per

volume.

Yang termasuk dalam kelompok pompa pemindah positif antara lain :

a. Pompa Reciprocating

- Pompa torak

- Pompa plunger

b. Pompa Diaphragma

c. Pompa Rotari

- Pompa vane

- Pompa lobe

- Pompa screw

- Pompa roda gigi

2. Pompa kerja dinamis (non positive displacement pump)

Pompa jenis ini adalah suatu pompa dengan volume ruang yang tidak berubah

pada saat pompa bekerja. Energi yang diberikan pada cairan adalah enersi kecepatan,

sehingga cairan berpindah karena adanya perubahan energi kecepatan yang kemudian

dirubah menjadi energi dinamis di dalam rumah pompa itu sendiri.

Yang termasuk dalam kelompok pompa kerja dinamis antara lain:

a. Pompa kerja khusus

- Pompa Jet

- Pompa Hydran

- Pompa Elektromagnetik

b. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pumps)

Salah satu jenis pompa kerja dinamis adalah pompa sentrifugal yang prinsip

kerjanya mengubah energi kinetik (kecepatan) cairan menjadi energi potensial melalui

suatu impeller yang berputar dalam casing. Gaya sentrifugal yang timbul karena adanya

gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).

Pompa sentrifugal merupakan pompa kerja dinamis yang paling banyak

digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga yang relatif murah.

Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa perpindahan positif adalah

gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa,

keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan tidak adanya

katup-katup, kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang dapat dikopel

dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap ukuran kecil sehingga hanya

membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya instalasi ringan, harga murah

dan biaya perawatan murah.

Gambar 4.2.1 Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal.

Bagian – bagian pompa sentrifugal

Secara umum bagian – bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat seperti

gambar berikut:

Gambar 4.2.2 Komponen utama pompa sentrifugal

a. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk menerima kebocoran pada daerah dimana poros pompa

menembus casing.

b. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa

melalui poros.

c. Shaft (poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi

dan tempat kedudukan impeller dan bagian–bagian berputar lainnya.

d. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada

stuffing box.

e. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

f. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen

yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane), inlet dan outlet nozel serta

tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan

cairan menjadi energi dinamis (single stage).

g. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

h. 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.

i. Chasing Wear Ring

Chasing Wear Ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati

bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil

celah antara casing dengan impeller.

j. Discharge Nozzle

Discharge Nozzle berfungsi untuk mengeluarkan cairan dari impeller. Di dalam

nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.

Klasifikasi Pompa Sentrifugal.

1. Menurut jenis aliran dalam impeller

a. Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang

keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Gambar 4.2.3 Pompa sentrifugal aliran radial

b. Pompa aliran campur

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak

sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah

radial dan aksial.

Gambar 4.2.4 Pompa sentrifugal aliran campur

c. Pompa aliran aksial Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang

permukaan silinder (arah aksial).

Gambar 4.2.5 Pompa aliran aksial

2. Menurut Jenis Impeler

a. Impeler tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu

kesatuan,digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit

mengandung kotoran.

Gambar 4.2.6 Impeler

b. Impeler setengah terbuka

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

belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran

misalnya air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, slurry, dll.

c. Impeler terbuka

Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang. Bagian

belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu. Jenis ini

banyak digunakan untuk pemompaan zat cair yang banyak mengandung kotoran.

3. Menurut Bentuk Rumah

a. Pompa volut

Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan

aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.

4.2.7 Pompa volut

b. Pompa diffuser

Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong.

Gambar 4.2.8 Pompa difuser

c. Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah volut.

4. Menurut jumlah tingkat

a. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya

berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah.

b. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri)

pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke impeler

berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir. Head total pompa ini

merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing masing impeler

sehingga relatif tinggi.

Gambar 4.2.9 Pompa multistage

5. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal dan

poros vertikal seperti pada gambar berikut ini (BAB2.pdf)

Gambar 4.2.10 Poros vertical dan horisontal

Gambar 4.2.11 Kurva karakteristik pompa sentrifugal pada kecepatan konstan 1750 rpm/min

Fitting digunakan dalam sistem perpipaan sebagai panyambung pipa atau silinder

sistem lurus, mengadaptasikan bentuk dan ukuran pipa yang berbeda, dan untuk

mengatur aliran fluida cair, gas bahkan kadang-kadang padat. (Christie J.Geankoplis,

1997)

Jenis-jenis Fitting

a. Socket (coupling)

Socket adalah salah satu jenis accessories pemipaan, dimana fungsi dari socket ini

adalah untuk membantu melakukan penyambungan 2 buah pipa yang berdiameter

sama.Ukuran socket mengikuti ukuran pipa tembaga lunak tetapi dinyatakan dengan

ukuran diamter dalam atau ID. Pipa kopling adalah alat kelengkapan yang membantu

untuk memperpanjang atau mengakhiri pipa berjalan. Peralatan ini juga digunakan

untuk mengubah ukuran pipa. Kopling memperpanjang berlari dengan

menggabungkan dua potong pipa. Mereka dikenal sebagai coupling pengurang

(reduced coupling) jika mereka digunakan untuk menghubungkan pipa dari berbagai

ukuran.

Beberapa fitur penting kopling adalah sebagai berikut:

- Kopling terdapat dalam semua ukuran pipa standar dan tersedia untuk hampir

semua jenis pipa.

- Tersedia dalam beberapa finishes

- Sebagian besar didesain silinder.

- Mengimbangi kopling aksial, lateral, dan sudut misalignment poros.

- Kopling beroperasi dalam cara yang tenang dan halus.

- banyak kekakuan derajat torsional.

- There is the right angular transmission of angular motion and torque. Ada

transmisiangular yang benar dari transmisi gerakan sudut dan torsi.

- Biasanya berumur panjang.

- Mudah dipasang dan dilepas.

- Kekakuan lateral rendah dll

b. Reducing Socket (pipa perendam)

Reducing socket adalah salah satu jenis accesoris pemipaan, dimana fungsi dari

reducing socket ini untuk membantu melakukan penyambungan 2 (dua) buah pipa

yang diameternya berbeda. Ukuran reducing socket sama seperti ukuran pipa

tembaga. Pipa perendam adalah tipe khusus alat kelengkapan tabung yang biasa

digunakan dalam lingkungan menggunakan kimia dan listrik. Pipa ini yang sangat

handal dan kokoh . enis pipa ini tidak terpengaruh oleh guncangan, getaran atau

termal distorsi.

Tujuan Menggunakan pipa peredam:

- Mengubah diameter pipa

- Menangani ekspansi, misalignment atau masalah getaran

c. Bengkokan pipa (Elbows)

Elbow pipe, ini berarti suatu pipa panjang dengan tikungan tajam di dalamnya.

Pipesiku adalah aksesori yang cocok digunakan secara luas di berbagai sektor

industri dalam pipa. Sebuah pipa siku yang sering digunakan dalam aplikasi

bertekanan dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran untuk digunakan dalam

aplikasi yang berbeda. Sebuah pipa siku  adalah tepat di antara dua potong pipa atau

tabung memungkinkan perubahan arah, biasanyadi 90 ° atau 45 ° arah.

Berbagai aplikasi pipa siku adalah sebagai berikut:

- Dibuat untuk digunakan dalam garis aliran untuk gas, cairan dalam proses

industri, medis, konstruksi dan banyak aplikasi khusus lainnya.

- Siku dibuat dari bahan-bahan berat untuk aplikasi kaku seperti ekstrim tinggi /

suhu rendah resistansi dll

- Siku secara khusus dirancang untuk digunakan pada proses dan sistem kontrol,

instrumentasi, dan peralatan yang digunakan dalam kimia, minyak bumi,

elektronik dan pulp dan kertas tanaman.

d. Ferrule Pipe Fittings

Sebuah pipa ferrule adalah jenis pipa yang terbuat dari berbagai bahan yang

digunakan terutama untuk menggabungkan atau mengikat satu bagian dengan bagian

yang lain. Sebuah pipa ferrule terdiri dari sebuah lingkaran penjepit yang digunakan

untuk terus bersama-sama dan melampirkan serat, kabel atau posting. Ini adalah

jenis cincin atau cap yang melekat pada suatu benda untuk melindungi terhadap

kerusakan, pecah atau kenakan. Sebuah pipa ferrule juga dikenal sebagai perangkat

yang cocok melingkar digunakan untuk menahan pipa-pipa. Ferrules pipa tersedia

dalam berbagai ukuran. Ferrules pipa ukuran yang lebih besar dirancang sedemikian

rupa sehingga mereka memiliki proses pengerasan khusus yang dapat mencegah

kebocoran tabung pada tekanan yang lebih tinggi.

Beberapa manfaat penting pipa ferrule adalah sebagai berikut:

- Pipa ferrules digunakan secara luas di kompresi fitting untuk memasang pipa.

- Mereka digunakan dengan konektor untuk menghubungkan kabel serat baik untuk

kabel lain atau untuk sebuah pemancar atau penerima.

- Pipa ferrules menjaga akurat serat sejajar dalam konektor.

- Pipa ferrule digunakan untuk menyelaraskan dan melindungi ujung dilucuti serat.

a. Pipe Nipples Fittings

Pipe nipple adalah pipa panjang dan pipa lurus. Pipa nipples digunakan

untuk dihubungkan ke pemanas air ledeng. Pipa nipples cocok digunakan untuk

mengakhiri lurus selang atau pipa. Tekanan kerja pipa nipples akan bervariasi

dengan ukuran dan konstruksi pipa, jenis dan jumlah penjepit yang digunakan,

penjepit penempatan, pemasangan yang tepat klem, temperatur dan produk yang

disampaikan.

b. Pipa wyes

Wyes pipa digunakan untuk mengizinkan satu pipa untuk bergabung dengan pipa

lain beberapa derajat atau sudut. Seperti namanya, pipa wyes adalah Y-berbentuk

pipa perangkat. Jenis pipa ini adalah jenis pipa yang populer yang digunakan dalam

berbagai aplikasi industri.

c. Pipa Tee

Pipa tee adalah jenis pipa yang berbentuk T memiliki dua outlet di 90° untuk

sambungan ke jalur utama. Ini adalah potongan pendek pipa dengan outlet lateral.

Pipa Tee digunakan untuk menghubungkan saluran pipa dengan pipa di sudut kanan

dengan garis. Pipa Tee banyak digunakan sebagai alat kelengkapan pipa yang terbuat

dari berbagai bahan dan tersedia dalam berbagai ukuran dan selesai. Pipa tee secara

ekstensif digunakan dalam jaringan pipa untuk transportasi fluida dua-fasa

campuran.

d. Pipa cap

Pipa cap berfungsi sebagai alat pelindung dan dirancang untuk melindungi ujung-

ujung pipa berbagai bentuk. Tujuan utama menggunakan pipa cap adalah

penghubung tahan air. Dan juga digunakan untuk menutup ujung pipa hidrolik atau

pneumatic dan tabung. Pipa cap digunakan dalam aparat pipa domestic, komersial

dan industri jalur pasokan air, mesin dan peralatan pengolahan, dll. Pipa cap

merupakan kategori penting pipa fitting. (UNDIP)

Hilangnya friksi pada aliran melalui pipa lurus dihitung dengan menggunakan

faktor friksi. Namun, jika kecepatan fluida yang berubah arah atau besaranya, maka

terjadi penambahan hilangnya friksi. Hasil ini dari turbulensi tambahan yang

berkembang karena vortisitas dan faktor lainnya. Metode untuk menaksirkan besarnya

head (Christie J.Geankoplis, 1997) :

1. Head loss karena adanya pembesaran diameter pipa.

Jika penampang pipa membesar secara bertahap, sangat sedikit atau tidak terjadi

head loss. Jika perubahan itu tiba-tiba, maka akan mengakibatkan penambahan

kehilangan friksi. Friksi ini dapat dihitung dengan dengan mengikuti arus turbulent

dikedua bagian. Dengan Persamaan:

hex =( v1 -v2 )2

2α=(1-

A1

A2)

2 v12

2α=Kex

v12

2αJkg

……………..…..……(4.1)

2. Head loss karena adanya pengecilan diameter pipa.

Ketika penampang pipa tiba-tiba berkurang, maka aliran tidak bisa mengikuti di

ujung tepi, dan penambahan kehilangan friksi karena pusaran terjadi. Untuk aliran

turbulen, diberikan persamaan:

hc =0,55 (1-A1

A2)v2

2

2α=Kc

v22

2αJkg

………………………..……(4.2)

3. Head loss pada sambungan pipa dan valve

Sambungan pipa dan valve juga dapat mengganggu aliran normal dalam pipa dan

menyebabkan penambahan kehilagan friksi. Pada pipa pendek dengan banyak

sambungan, kehinlangan friksi dari sambungan ini bisa menjadi lebih besar dari pada

pipa lurus. kehilangan friksi untuk sambungan pipa dan valve dapat diberikan

dengan persamaan berikut:

hf =Kf

v12

2……………….....................……..……(4.3)

4. Kehilangan friski pada persamaan keseimbangan energi mekanik.

Kehilanagan friksi pada pipa lurus (friksi fanning), hilang akibat pembesaran, hilang

akibat kontraksi, dan hilang akibat sambungan pipa dan valve, semua dimasukkan

dalam bentuk ∑ Fpersamaan: untuk keseimbangan energi mekanik, sehingga

∑ F=4f∆LD

v2

2+ K ex

v12

2+ Kc

v22

2+ Kf

v12

2…………..……(4.4)

Jika semua kecepatan, v, v1, dan v2, adalah sama, maka persamaan diatas menjadi

∑ F=(4f∆LD

+Kex +K c +Kf) v2

2…………..……(4.5)

Persamaan keseimbangan energi mekanik dapat dirumuskan:

z1ggc

+v1

2

2α gc

+(p1

ρ1

-p2

ρ2)-Ws =z2

ggc

+v2

2

2αgc

+∑ F………….……(4.6)

Efisiensi pompa adalah rasio anatara daya fluida terhadap daya total input.

Efisiensi akan meningkat dengan pertambahan laju aliran pada laju aliran rendah, laju

maksimum pada daerah kapasitas teruji dan turun kembali ketika jika laju aliran

mendekati nilai tinggi tekan nol. (Warren L.Mc.Cabe, 1999)

Menggunakan persamaan total keseimbangan energi mekanik pada pompa dan

pipa sistem, energi mekanik sebenarnya atau teoritis Ws J/kg ditambahkan ke fluida

melalui pompa dapat dihitung. Jika ɳ adalah efisiensi fraksional dari kerja Wp

diberikan pada pompa dengan persamaan (Christie J.Geankoplis, 1997):

Wp =-Ws

ɳ………………………….……..……(4.7)

Daya untuk pompa dapat dirumuskan:

brake kW = Wp m

1000 = -

Wsm

ɳ×1000(SI) …………..……(4.8)

brake hp=Wp m

500=-

Ws m

ɳ×500 (English) ……...……...…(4.9)

Rumus mencari laju alir:

Q=VT

…………………………….…...…(4.10)

Laju alir volumetric melalui, melalui pompa:

q r = V.A…………………………..………..(4.11).

Valve atau yang biasa disebut katup adalah sebuah perangkat yang mengatur,

mengarahkan atau mengontrol aliran dari suatu cairan (gas, cairan, padatan terfluidisasi)

dengan membuka, menutup, atau menutup sebagian dari jalan alirannya.(Risnadi,2013)

Dua jenis yang paling umum dari valve, gate valve dan globe valve, diilustrasikan

pada Gambar 4.2.12 Pada gate valve ini memiliki diameter bukaan tempat melalui

fluida yang hampir sama dengan pipa, dan aliranpun tidak mengalami perubahan.

Akibatnya, gate valve yang terbuka lebar hanya menyebabkan penurunan tekanan kecil

saja. Di dalam valve ini terdapat sebuah piring tirus yang sesuai dengan kedudukan

yang tirus pula Bila katup ini dibuka, piring itu akan naik ke selongsong atas, sehingga

seluruhnya berada di luar lintasan fluida.

Globe valve (disebut demikian karena desain penutup yang berbentuk bulat) yang

banyak digunakan untuk mengendalikan aliran. Fluida mengalir melalui bukaan yang

terbata dan berubah arah beberapa kali, seperti yang dapat dilihat dengan

memvisualisasikan aliran melalui katup yang di ilustrasikan pada Gambar 4.2.12.

Akibatnya penurunan tekanan pada valve jenis ini cukup besar. (Warren L.Mc.Cabe,

1999)

Gambar 4.2.12 Bentuk valve: (a) gate valve; (b) globe valve