2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Pompa

Pompa merupakan peralatan yang digunakan untuk menaikan suatu fluida

cair dari dataran rendah ke dataran tinggi, mengalirkan fluida cair dari tekanan

rendah ke tekanan tinggi atau sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem

perpipaan (Ahadi, 2017).

2.2 Sistem Kerja Pompa

Untuk mendapatkan head total yang lebih besar dibandingkan dengan satu

pompa dapat dilakukan dengan menggabungkan dua buah pompa sentrifugal yang

sejenis maupun berbeda dengan cara menghubungkan seri. Saluran buang

(discharge) dari pompa yang pertama dihubungkan dengan saluran hisap (suction)

dari pompa kedua.

Pada hubungan pompa parallel, beberapa buah pompa sejenis

dihubungkan pada saluran buang untuk menjaga umpan balik zat cair ke dalam

saluran hisap pompa yang lain.

Untuk hubungan pompa parallel, yang dipakai dua buah pompa yang

sejenis pada tinggi buangan manometris yang sama akan menghasilkan kuantitas

zat cair yang sama besar menjadi dua kali lebih besar dari pada satu pompa. tujuan

pompa di-parallel-kan adalah untuk memperoleh debit atau kapasitas aliran yang

besar.

3

Gambar 2.1: Rangkaian pompa seri dan parallel.

Sumber: (Dokumentasi Pribadi)

Cara kerja masing-masing instalasi:

a. Cara instalasi pompa seri

Jika pompa bekerja secara seri maka katup section 1 dan katup

discharge 3 tertutup, sedangkan katup section 2 dan katup discharge 4

terbuka, maka pompa akan menghisap air dari tangki 1 pada pompa 1

kemudian air didorong ke pompa 2 dan dari pompa 2 air terdorong ke

tangki 2.

b. Cara instalasi pompa pararel

Jika pompa bekerja secara parallel maka katup suction 1, katup

discharge 3, katup discharge 4 terbuka, sedangkan katup discharge 2

dalam keadaan tertutup, maka pompa 2 juga menghisap dari tangki 1

masuk ke tangki 2.

2.3 Head Pompa

Dalam memilih suatu pompa untuk maksud tertentu, terlebih dahulu harus

diketahui aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair yang akan

dipompa. Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk

mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai kondisi instalasi pompa

4

atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya dinyatakan

dalam satuan panjang. Head dapat bervariasi pada penampang yang berbeda,

tetapi pada kenyataannya selalu ada rugi energi. Head total pompa yang harus

disediakan untuk mengalirkan jumlah air seperti direncanakan dapat ditentukan

dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa.

2.4 Karakteristik Pompa

Karakteristik pompa seri dan parallel dapat dilihat pada kurva seperti

dibawah ini:

Gambar 2.2: Karakteristik dari pompa yang bekerja secara tunggal, seri

dan parallel.

Sumber: (Sularso, Pompa dan Kompresor, Hal. 49)

Jadi head dan kapasitas yang diperlukan tidak dapat dicapai kalau hanya

satu pompa saja yang dipakai, maka harus menggunakan dua buah pompa atau

lebih yang harus disusun secara seri atau parallel. Pada gambar di atas

menunjukkan kurva head terhadap kapasitas dari pompa-pompa yang mempunyai

karakteristik yang sama dipasang secara seri atau parallel. Dalam gambar ini

kurva untuk satu pompa tunggal diberi tanda 1 dan untuk susunan seri yang terdiri

dari dua buah pompa diberi tanda 2. Harga head kurva 2 diperoleh dari harga

head kurva 1 dan dikalikan dengan kapasitas yang sama. Kurva untuk susunan

parallel yang terdiri dari dua buah pompa, diberi tanda 3. Harga kapasitas kurva 3

ini diperoleh dari harga kapasitas pada kurva 2 dikalikan dua untuk head yang

sama.

5

2.5 Pompa Sentrifugal

Sebuah pompa sentrifugal tersusun atas sebuah impeller dan saluran inlet

di tengah-tengahnya. Dengan desain ini maka pada saat impeller berputar, fluida

mengalir menuju casing di sekitar impeller sebagai akibat dari gaya sentrifugal.

Casing ini berfungsi untuk menurunkan kecepatan aliran fluida, sementara

kecepatan putar impeller tetap tinggi. Kecepatan fluida dikonversikan menjadi

tekanan oleh casing sehingga fluida dapat menuju titik outlet-nya. Bagian-bagian

dari pompa sentrifugal adalah stuffling box, packing, shaft, shaft sleeve, vane,

casing, eye of impeller, casing wear ring and discharge nozzle.

2.5.1 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

1. Menurut jenis aliran dalam impeller

a. Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai kontruksi sedemikian rupa sehingga aliran

zat cair yang keluar dari impeller akan tegak lurus poros pompa (arah

radial). Pompa aliran radial mempunyai head yang lebih tinggi jika

dibandingkan dengan pompa jenis lain.

Gambar 2.3: Pompa sentrifugal aliran radial

Sumber: (Dietzel, 1990)

b. Pompa aliran aksial

Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran aksial terletak pada

bidang yang sejajar dengan sumbu poros dan head yang timbul akibat

dari besarnya gaya angkat dari sudu-sudu geraknya. Pompa aliran aksial

mempunyai head yang lebih rendah tetapi kapasitasnya lebih besar.

6

Gambar 2.4: Pompa sentrifugal aliran aksial

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

c. Pompa aliran campur

Pada pompa ini fluida yang masuk sejajar dengan sumbu poros dan

keluar sudu dengan arah miring (merupakan perpaduan dari pompa

aliran radial dan pompa aliran aksial). Pompa ini mempunyai head yang

lebih rendah namun mempunyai kapasitas lebih besar.

Gambar 2.5: Pompa sentrifugal aliran campur

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

2. Menurut jenis impeller

a. Impeller tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu

kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit

mengandung kotoran.

b. Impeller setengah terbuka

Impeller jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup

di sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit

7

mengandung kotoran misalnya: air yang mengandung pasir, zat cair

yang mengauskan, slurry, dan lain-lain.

c. Impeller terbuka

Impeller 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 diffuser

Pada keliling luar impeller dipasang sudu sebagai pengganti rumah

keong.

Gambar 2.6: Pompa sentrifugal diffuser

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

b. Pompa volute

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

sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan

kenaikan tekanan.

Gambar 2.7: Pompa sentrifigal rumah volute

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

8

c. Pompa aliran campur jenis volute

Pompa ini mempunyai impeller jenis aliran campur dan sebuah

rumah volute.

d. Pompa jenis turbin

Pompa ini juga dikenal dengan pompa vorteks, regenaeratif, cairan

pada jenis ini dipusar oleh baling-baling impeller dengan kecepatan

yang tinggi selama hampir satu putaran didalam saluran yang berbentuk

cincin (annular), tempat impeller tadi berputar. Energi ditambahkan ke

cairan ke dalam bentuk impuls. Jadi pompa turbin menambah energi

pada cairan dalam sejumlah impuls.

4. Menurut jumlah tingkat

a. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang

ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller, jadi relatif rendah.

b. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa impeller yang dipasang secara

berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeller

pertama dimasukkan ke impeller berikutnya dan seterusnya hingga

impeller terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head

yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relatif tinggi.

Gambar 2.8: Pompa sentrifugal bertingkat banyak

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

9

5. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros

horisontal dan poros vertikal seperti gambar berikut ini:

Gambar 2.9: Pompa sentrifugal dan horizontal

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

2.5.2 Komponen Utama Pompa Sentrifugal

1. Impeller

Impeller merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk

aliran fluida yang sudah terpasang. Impeller biasanya terbuat dari perunggu,

polikarbonat, besi tuang atau stainless steel, namun bahan-bahan lain juga

digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis impeller-nya,

maka penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan impeller

dalam kondisi yang baik. Jumlah impeller menentukan jumlah tahapan pompa.

Pompa satu tahap memiliki satu impeller dan sangat cocok untuk layanan head

(tekanan) rendah. Pompa dua tahap memiliki dua impeller yang terpasang

secara seri untuk layanan head sedang. Pompa multi-tahap memiliki tiga

impeller atau lebih terpasang seri untuk layanan head yang tinggi.

Impeller dapat digolongkan atas dasar:

a. Arah utama aliran dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial,

aliran campuran

b. Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda

c. Bentuk dan kontruksi mekanis:

Impeller yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi

oleh mantel (penutup) pada kedua sisinya. Bisanya digunakan

untuk pompa air, dimana baling-baling seluruhnya mengurung

10

air. Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi pengiriman ke

sisi penghisapan, yang akan mengurangi efisiensi pompa.

Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang

penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak

diantara impeller dan wadah pompa. Penyambungan ini

dilakukan oleh cincin yang dipasang diatas bagian penutup

impeller atau bagian dalam permukaan silinder wadah pompa.

Kerugian dari impeller tertutup ini adalah resiko yang tinggi

terhadap rintangan.

Impeller terbuka dan semi terbuka kemungkinan tersumbat

kecil. Akan tetapi untuk menghindari terjadinya penyumbatan

melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate pompa harus

diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeller yang

benar.

Impeller pompa berpusar/vortex cocok untuk bahan-bahan padat

dan berserabut, akan tetapi pompa ini kurang efisien dari

rancangan konvensional.

Gambar 2.10: Impeller jenis tertutup dan terbuka

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

2. Batang torak

Batang torak memudahkan torque dari motor ke impeller selama starup

dan operasi pompa.

3. Wadah (casing)

Fungsi utama wadah adalah menutup impeller pada penghisapan dan

pengiriman pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada

11

ujung penghisapan dapat sekecil sepersepuluh tekanan atmosfir dan pada ujung

pengiriman dapat dua puluh kali tekanan atmosfir pada pompa satu tahap.

Untuk pompa multi-tahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah

dirancang untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin

bataas keamanan yang cukup.

Fungsi wadah yang kedua adalah memberikan media pendukung dan

bantalan poros untuk batang torak impeller. Oleh karena itu wadah pompa

harus dirancang untuk:

Memberikan kemudahan mengakses ke seluruh bagian pompa

untuk pemeriksaan, perawatan dan perbaikan.

Membuat wadah anti bocor dengan memberikan kotak penjejal

Menghubungkan pipa-pipa hisapan dan pengiriman ke flens

secara langsung.

Mudah dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor

listrik) tanpa kehilangan daya.

2.5.3 Bagian-bagian Pompa Sentrifugal

Secara umum bagian-bagian pompa sentrifugal dapat dilihat seperti

gambar berikut ini:

Gambar 2.11: Bagian-bagian pompa sentrifugal

Sumber: (http://indarluhsepdyanuri.blogspot.com/2016/01/pompa-

sentrifugal.html)

12

a. Stuffing box

Stuffing box berfungsi untuk mencegah 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 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

dam 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 berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane),

inlet dan outlet nozle 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. Casing wear ring

Casing wear ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan

yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang

13

impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan

impeller.

j. Discharge nozzle

Discharge nozzle befungsi untuk mengeluarkan cairan dari impeller.

Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head

tekanan.

2.5.4 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Pada pompa terdapat sudu-sudu impeller yang berfungsi sebagai tempat

terjadinya proses konversi energi dan energi mekanik putaran menjadi energi

fluida head. Impeller dipasang pada poros pompa yang berhubungan dengan

motor penggerak. Poros pompa akan berputar apabila penggeraknya berputar.

Karena poros pompa berputar, maka impeller dengan sudu-sudu impeller juga

akan berputar. Juga zat cair yang ada didalamnya juga akan ikut berputar

sehingga tekanan dan kecepatannya naik dan terlempar dari tengah pompa ke

saluran yang berbentuk volute atau spiral kemudian keluar melalui nosel.

Ketika impeller berputar, dalam rumah pompa terjadi vakum sehingga

udara luar masuk terhisap akibat terjadi perbedaan tekanan yang menyebabkan

fluida terhisap. Selanjutnya fluida didorong impeller keluar akibat gaya

sentrifugal yang terjadi pada impeller.

Gambar 2.12: Ilustrasi Kerja Pompa Sentrifugal Tipe Radial

Sumber: (Chuch, 1996)

2.6 Pengertian Kavitasi

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena

tekanannya berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Sehingga fluida

dapat menguap ketika tekanannya cukup rendah pada temperatur fluida tersebut.

Dalam hal ini temperatur fluida lebih besar dari temperatur jenuhnya.

14

Mekanisme dari kavitasi ini adalah berawal dari kecepatan air yang tinggi

sehingga tekanannya rendah dan menyebabkan titik didihnya menurun. Karena

fluida mencapai titik didihnya maka menguap dan timbul gelembung-gelembung

yang pada kecepatan tinggi akan menabrak bagian sudu.

Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat

cair. Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam pompa

maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan yang

berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi.

Pada pompa misalnya, bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah sisi

isapnya. Kavitasi akan timbul jika tekanan isapnya terlalu rendah. Kavitasi di

dalam pompa dapat mengakibatkan:

a. Suara yang berisik dan getaran dari pompa.

b. Performasi pompa akan menurun secara tiba-tiba, sehingga pompa tidak

dapat bekerja dengan baik.

c. Jika pompa dijalankan dalam keadaan kavitasi secara terus menerus dalam

jangka lama, maka permukaan dinding akan termakan sehingga menjadi

berlubang-lubang. Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagai akibat dari

tumbukan gelembung uap yang pecah pada dinding secara terus menerus.

Karena kavitasi mengakibatkan banyak sekali kerugian pada pompa, maka

kavitasi perlu dihindari. Adapun cara-cara untuk mencegah kavitasi antara lain:

a. Tekanan gas diperbesar di dalam pipa-pipa dimana fluida yang mengalir

dipompakan.

b. Sebuah pompa booster dipasang pada ujung pipa isap.

c. Sebuah axial wheel atau helical wheel dipasang tepat di depan impeler pada

poros yang sama. Hal ini dimaksudkan untuk membuat pusaran (whirl)

terhadap aliran.

15

2.7 Rumus yang digunakan

Pada pengujian pompa yang dihubungkan secara seri dan parallel ini,

parameter-parameter yang akan diukur terkait pada beberapa rumus. Rumus yang

akan digunakan untuk pengolahan data hasil pengujian antara lain sebagai berikut:

a. Kapasitas (Q)

Q = 𝑉

𝑡

Dimana: V = π

4x d2 x L

Maka : Q = π

4x d2 x L

t

Dimana :

Q = Kapasitas air (m3/s)

L = Tinggi permukaan air (m)

V = Volume tangki air (m3)

t = Waktu (s)

b. Head manometris (ketinggian pompa)

Hm = Hd–Hs …………......(Sumber: Nouwen, Pompa hal. 135)

Dimana :

Hm = Manometric head (mH2O)

Hd = Discharge head (mH2O)

Hs = Suction head (mH2O)

c. Daya pompa

Pi = V x I x Cos ɸ

Dimana :

Pi = Daya listrik (Watt)

V = Tegangan listrik (Volt)

I = Kuat arus listrik (Ampere)

d. Daya hidrolis

Po = ρ x g x Hm x Q ………….(Sumber: Dietzel, Dakso Sriono,

Turbin, Pompa dan Kompresor, hal. 242)

16

Dimana:

Q = Kapasitas (m3/s)

ρ = Densitas air pada temperatur 25oC = 966,12 kg/cm

3 (Sumber:

Holman, Perpindahan Panas Kalor)

g = Gravitasi (9,81 m/s2)

e. Efisiensi pompa

ηP1 = Po 1

Pi 1 x 100 %