BAB IIKARAKTERISTIK POMPA

I. TUJUAN PERCOBAAN1. Mempelajari karakteristik pompa.2. Menghitung dynamic pressure.3. Mengetahui hal-hal yang berpengaruh terhadap kavitasi dan pencegahannya.II. DASAR TEORIPemompaan adalah suatu proses industri teknik kimia yang melibatkan proses pemindahan liquida dan proses penambahan reaktan. Untuk membuat suatu fluida bergerak dari suatu fluida bergerak dari satu titik ke titik lain, dalam suatu sistem perpipaan (pipa tertutup), diperlukan suatu driving force atau gaya masukan. Gaya ini bisa disebabkan oleh gravitasi jika ada perbedaan ketinggian. Sering kali energi atau driving force disuplai oleh peralatan mekanis seperti pompa, atau blower. Energi ini kemungkinan digunakan untuk pertambahan kecepatan (perpindahan fluida), tekanan, atau ketinggian fluida.Pompa adalah salah satu mesin fluida yang digunakan untuk memindahkan fluida dari satu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan fluida tersebut. Dari sekian banyak pompa, yang paling banyak digunakan adalah pompa sentrifugal. Hal ini terkait karena keunggulannya dibandingkan dengan pompa lainnya yaitu harga yang murah, konstruksi sederhana, pemasangannya mudah, kapasitas dan head tinggi. Untuk memilih pompa harus diketahui hal-hal yang mempengaruhi karakteristik pompa yaitu :1. Energi atau head yang disuplai pada fluida.2. Sifat fluida yang ditransfer:a. Identitas kimia cairan yang dipompa.b. Viskositas absolute.c. Densitas fluida.d. Temperature pemompaan pada operasi normal dan tekanan uap fluida pada temperature pemompaan.e. Ciri tertentu oleh masing-masing fluida.3. Kapaitas pompa.4. Kondisi suction dan discharge.5. Cara pengoperasian.6. Tekanan operasi.Proses industri umumnya menggunakan pompa sentrifugal. Pompa jenis ini termasuk pompa yang paling sederhana terdiri dari impeller yang berputar di dalam casing. Impeller berfungsi sebagai baling-baling untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. pompa juga dapat digunakan pada proses-proses yang membutuhkan tekanan hidraulik yang besar. Hal ini bisa dijumpai antara lain pada peralatan-peralatan besar. Dalam operasi mesin-mesin peralatan berat membutuhkan tekanan discharge yang besar dan tekanan isap yang rendah. Akibat tekanan yang rendah pada sisi isap pompa maka fluida akan naik dari kedalaman tertentu, sedangkan akibat tekanan yang tinggi pada sisi discharge akan memaksa fluida untuk naik sampai ketinggian yang diinginkan. Hal ini terlihat pada gambar 1.

Gambar II.1. Pompa Sentrifugal

Biasanya pompa sentrifugal bekerja dengan kecepatan konstan dan kapasitasnya hanya tergantung dari total head, ukuran dan kondisi pada suction. Pada pompa sentrifugal energi mekanik zat cair ditingkatkan dengan aksi sentrifugal dimana syarat agar terjadinya gaya sentrifugal adalah sebagai berikut:1. Harus ada lintasan yang melingkar.2. Gerakannya cenderung ke arah pusat dan gayanya berlawanan dengan gaya sentripetal.Cara kerja pompa sentrifugal digerakkan oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair yang ada dalam impeller akan ikut berputar karena dorongan sudut-sudut. Karena timbulnya gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudut dan meninggalkan impeller dengan kecepatan tinggi. zat cair yang keluar dari impeller kemudian mengalir melalui saluran yang penampangnya makin membesar sehingga terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang antara sudu-sudu menjadi vakum sehingga zat cair akan terisap masuk.Dalam sistem pemompaan dikenal istilah kavitasi. Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Ketika zat cair terhisap pada sisi isap pompa, tekanan pada permukaan zat cair akan turun, bila tekanannya turun sampai pada tekanan uap jenuhnya, maka cairan akan memnguap dan membentuk gelembung uap. Selama bergerak sepanjang impeller, kenaikan tekanan akan menyebabkan gelembung uap pecah dan menumbuk permukaan pompa. Fenomena kavitasi yang terjadi akan menyebabkan kerusakan-kerusakan mekanis, yaitu terjadinya lubang-lubang yang disebut erosi kavitasi. Kerusakan ini bisa terjadi pada sudu maupun casing. Disamping terjadi pada sudu maupun pada casing. Disamping terjadi kerusakan mekanis, pompa sentrifugal juga akan mengalami penurunan head, kapasitas maupun efisiensinya akan turun dan apabila kavitasi yang terjadi pada sudu pompa berlangsung lama bisa mengakibatkan kerusakan permanen.Dalam sistem pemompaan juga dikenal istilah NPSH (Net Positive Suction Head) yaitu head yang maksimum dimana pompa masih bisa bekerja dengan baik. Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis zat cair turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Agar dalam sistem pemompaan tidak terjadi kavitasi, harus diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran pada pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Berhubung dengan hal ini didefinisikan suatu head isap positif netto atau NPSH yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi. Ada dua macam NPSH yaitu NPSHa dan NPSHr. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi maka harus dipenuhi persyaratan bahwa :NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukana. NPSHa (NPSH yang tersedia)NPSH yang etrsedia adalah head yang dimiliki zat cair pada sisi isap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut. NPSH ynag tersedia tergantung pada tekanan atmodfer atau tekanan absolut pada permukaan zat cair dan kondisi instalasinya. Besarnya dapat dihitung dengan persamaan berikut: (1)Dimana : hsv= NPSH yang tersedia (m)Pa= tekanan pada permukaan cairan (kgf/m2)Pv = tekanan uap jenuh (kgf/m2)= berat jenis zat cair (kgf/m3)hs= head isap statis (m)hls= kerugian head dalam pipa isap (m)b. NPSHr ( NPSH yang diperlukan)NPSH yang diperlukan adalah NPSH minimum yang dibutuhkan untuk membiarkan pompa bekerja tanpa kavitasi. Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap pompa. Untuk suatu pompa tertentu NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan putarannya. NPSH yang diperlukan harus diperoleh dari pabrik pompa yang bersangkutan. Namun untuk perkiraan secara kasr, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dari konstanta kavitasi. Jika head total pompa ada titik evisiensi maksimum dinyatakan sebagai Hn dan NPSH yang diperlukan untuk titik ini Hsvn, maka koefisien kavitasi thomas didefinisikan sebagai: (2)Untuk menghitung dynamic pressure dapat menggunakan persamaan seperti berikut:(3)Dimana:Pd = dynamic pressure (Pa) = densitas fluida (kg/m3)v = kecepatan (m/s)III. PROSEDUR KERJA1. Alata. Pompab. Stopwatch2. Rangkaian alat

E-2V-2V-1P-2E-1E-3

Gambar II.2 Skema peralatan karakteristik pompaKeterangan:E-1 : Bottom TankE-2 : Top TankE-3 : PompaP-1 : PipaV-1 : Valve SuctionV-2 : Valve Discharge : Aliran air

IV. DATA PENGAMATANTabel II.1 Data Pengamatan Praktikum Karakteristik PompaNo.PerlakuanPengamatan

1.V-1 dibuka

Terdapat banyak gelembung berukuran besar di sepanjang pipa.Suara pompa halus.

2.V-1 dibuka

Terdapat sedikit gelembung berukuran kecil di sepanjang pipa.Suara pompa kasar (berdesing).

3.V-1 dibuka

Tidak ada gelembung.Suara pompa kasar (berdesing).

4.V-1 dibuka penuhTidak ada gelembung.Suara pompa kasar (berdesing).

Tabel II.2 Data Debit AliranNoPerlakuanPengamatanDebit (x10-4 m3/s)DynamicPressure(Pa)

1.V-1 dibuka Regulator ke-Volume (m3)Waktu (s)25,088

210 x 0,001= 0,01911,0989

310 x 0,01= 0,1730,91,3681

2.V-1 dibuka Regulator ke-Volume (m3)Waktu (s)158,484

210 x 0,001= 0,0136,22,7624

310 x 0,01= 0,14542,2026

3.V-1 dibuka Regulator ke-Volume (m3)Waktu (s)209,304

210 x 0,001= 0,0131,53,1746

310 x 0,01= 0,12743,6496

4.V-1 dibuka penuhRegulator ke-Volume (m3)Waktu (s)230,52

210 x 0,001= 0,01303,3333

310 x 0,01= 0,12723,6764

V. PEMBAHASANPompa adalah alat yang digunakan untuk memindahkan cairan (fluida) dari suatu tempat ke tempat yang lain, melalui media pipa (saluran) dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung kontinyu. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian hisap (suction) dan bagian tekan (discharge). Perbedaan tekanan tersebut dihasilkan dari sebuah mekanisme misalkan putaran roda impeler yang membuat keadaan sisi hisap nyaris vakum. Perbedaan tekanan inilah yang mengisap cairan sehingga dapat berpindah dari suatu reservoir ke tempat lain.Pada jaman modern ini, posisi pompa menduduki tempat yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Pompa memerankan peranan yang sangat penting bagi berbagai industri misalnya industri air minum, minyak, petrokimia, pusat tenaga listrik dan sebagainya. Dalam sistem instalasi pemipaan, fenomena kavitasi sering tidak diperhatikan sedangkan kavitasi sendiri adalah salah satu kerugian di dalam sistem instalasi pemipaan (Wijianto, 2010).Yang disebut kavitasi adalah timbulnya gelembung-gelembung dalam aliran fluida akibat penurunan tekanan pada fluida sehingga tekanan tersebut di bawah tekanan uap jenuhnya. Peristiwa ini terjadi karena adanya perbedaan antara tekanan isap dengan tekanan uap yang tidak terlalu besar, dimana tekanan isap sedikit lebih tinggi daripada tekanan uap. Hal ini menyebabkan sebagian zat cair yang mengalir dalam pompa akan berubah menjadi uap (McCabe, 1985).Gelembung-gelembung uap dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun pipa, tempat-tempat yang bertekanan rendah atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi (Wijianto, 2010).Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik pompa, serta hal-hal yang mempengaruhi terjadinya kavitasi beserta cara mengatasinya. Pada percobaan ini air dari bak bawah akan dipindahkan ke bak atas dengan menggunakan bantuan alat pompa, karena suatu cairan tidak dapat mengalir dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi tanpa adanya energi atau driving force yang ditambahkan dari luar (Geankoplis, 1993). Variabel yang digunakan adalah bukaan valve, yaitu bukaan , , , dan bukaan penuh. Sebelum dilakukan percobaan dengan variasi tersebut, terlebih dahulu aliran dalam sistem dibuat steady, yang ditandai dengan konstannya ketinggian air di bak atas. Skema kerja dan rangkaian alat percobaan dapat dilihat pada gambar II.1. Pada masing-masing variabel, nilai debit bisa diketahui dengan melihat regulator yang ada pada pipa bagian discharge. Jarum regulator yang dilihat adalah jarum ke dua dan ke tiga. Jarum ke dua pada sekali putaran penuh menunjukkan volume air yang lewat sebanyak 10 kali 0,001 m3 atau sebesar 0,01 m3, sedangkan jarum ke tiga sebanyak 10 kali 0,01 m3 atau sebesar 0,1 m3. Waktu yang dibutuhkan untuk masing-masing jarum berputar satu putaran penuh dicatat . Penghitungan debit dilakukan dengan membagi volume dengan waktu. Data debit aliran pada masing-masing variabel bukaan valve dapat dilihat pada Tabel II.2. Berdasarkan data tersebut disimpulkan bahwa semakin lebar bukaan valve maka semakin besar pula debit alirannya, yang berarti bahwa jumlah air yang mengalir atau dipindahkan dari bak bawah ke bak atas semakin besar pula. Hal ini dikarenakan debit berbanding lurus dengan kecepatan aliran. Saat bukaan valve semakin lebar maka kecepatan aliran air menjadi semakin tinggi, sehingga debitnyapun meningkat.Data yang didapat berdasarkan hasil pengamatan pada kavitasi dapat dillihat pada tabel II.1. Dari data tersebut diketahui bahwa pompa mengalami kavitasi pada saat valve dibuka , dan . Hal ini ditandai dengan timbulnya gelembung-gelembung di sepanjang aliran dalam pipa, baik pada bagian yang akan disuction maupun setelah didischarge. Hal ini dikarenakan luas permukaan bagian valve yang dilewati zat cair sempit, sehingga menyebabkan tekanannya menjadi lebih tinggi. Saat tekanan isap ini menjadi lebih tinggi daripada tekanan uap air maka sebagian air dalam pompa akan berubah menjadi gelembung, sehingga terjadilah kavitasi (McCabe, 1985).Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Artinya bahwa ketika kondisi operasi pompa sudah kembali optimal maka gelembung akan menghilang dengan sendirinya. Berdasarkan hasil percobaan, dapat disimpulkan bahwa semakin lebar bukaan valve maka potensi terjadinya kavitasi akan semakin kecil.Kavitasi dapat juga diketahui berdasarkan NPSH (Net Positive Suction Head) yaitu head yang maksimum dimana pompa masih bisa bekerja dengan baik. Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis zat cair turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi maka harus dipenuhi persyaratan bahwa :NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukanBesarnya NPSH dapat diketahui berdasarkan dynamic pressurenya. Perhitungan dynamic pressure (Pd) terdapat pada Appendix 2. Hasil perhitungan terhadap dynamic pressure dapat dilihat pada Tabel II.2. Nilai dynamic pressure terbesar adalah pada saat valve dibuka penuh. Hal ini menunjukkan bahwa NPSH meningkat saat bukaan valve diperlebar. Nilai tersebut masih berada di batas bawah maksimum sehingga saat bukaan valve penuh tidak terjadi kavitasi.Kavitasi pada dasarnya dapat dicegah dengan membuat NPSH yang tersedia lebih besar daripada NPSH yang diperlukan. Dalam perencanaan instalasi pompa, berikut rekomendasi hal-hal yang bisa dilakukan untuk mencegah kavitasi:1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap harus dibuat serendah mungkin agar head isap statis menjadi rendah pula. 2. Pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa dipakai pipa isap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang berdiameter satu nomor lebih besar untuk mengurangi kerugian gesek. 3. Hindari penggunaan katup yang tak perlu dan menekuk pipa pengisapan. 4. Hindari masuknya udara pada sisi isap pompa.

VI. SIMPULAN DAN SARANA. SIMPULAN1. Semakin sempit bukaan valve pada bagian suction maka debit air akan semakin kecil, yaitu pada bukaan .2. Semakin besar bukaan valve maka nilai dynamic pressure akan semakin besar, yaitu pada bukaan penuh.3. Untuk mengurangi potensi terjadinya kavitasi maka bukaan valve perlu diperbesar, ketinggian letak pompa terhadap permukaan air yang dihisap harus dibuat serendah mungkin, serta pompa tidak boleh bekerja di luar batas kemampuannya.B. SARAN1. Untuk bisa menghitung NPSH maka ketinggian air di bak bawah harus diukur.2. Agar pengukuran debit bisa akurat maka setelah pompa dinyalakan sistem harus ditunggu hingga steady.

DAFTAR PUSTAKAGeankoplis, C. I. 1993. Transport Process and Unit Operation. 2nd, Allyn and Bacon, Inc. Baston. Martianis, Erwin, dkk. 2012. Analisa Getaran Pada Pompa Sentrifugal Sistem Penyambungan Kopling Sabuk Untuk Monitoring Kondisi. Teknik Mesin USU, Sumatera Utara.Mc. Cabe, W. L. 1985. Unit Operation of Chemical Engeneering. Tioon Well Finishing Co. Ltd. Singapura.Wijianto, Marwan Effendy. 2010. Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal. Jurnal Penelitian Sains & Teknologi vol.11 No.2,2010:191-206