N

BAHAN AJAR MATA KULIAH MESIN FLUIDA - 2

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

TAHUN 2010

Issued Date : 20 November 2008

1

Pompa

Pengelompokan

Dewasa ini terdapat berbagai jenis pompa, dimana dua berikut ini adalah yang

paling umum yaitu:

- Pompa Torak

- Pompa Sentrifugal

1.Pompa Torak

Mekanisme torak terdiri dan sebuah torak atau pemindah (displacer) yang

bergerak di dalam silinder. Cairan masuk atau keluar melalui katup yang

disediakan. Dengan memakai batang penghubung dan poros engkol diberikan

gerakan bolak balik pada piston.

Pompa Isap

Pompa isap (gambar 34) digunakan hanya untuk menaikkan air sampai

permukaan silinder. Pada Iangkah isap torak menjadikan hampa sebagian di

dalam silinder dan tekanan atmosfir mendorong cairan dalam bak penampung

ke dalam silinder. Secara teoritik, daya angkat tidak dapat melampaui tinggi

angkat cairan yang sebanding dengan tekanan atmosfir yaitu 10,4 mka. Bila

tekanan air turun di bawah tekanan uap, maka air akan menguap di dalam

silinder dan pompa berhenti berfungsi. Dalam keadaan operasi lazimnya daya

angkat yang tersedia dibatasi di sekitar 0,8 m pada temperatur kamar.

2

Gambar 34

Pompa Tekan

Pompa tekan (gambar 35) adalah sama dengan pompa isap tetapi pada langkah

tekan cairan ditekan kedalam sebuah pipa hantar dan dapat di naikkan hingga

suatu ketinggian diatas pompa. Pembatasan-pembatasan yang sama dalam

daya angkat dari bak air menuju silinder pompa juga beriaku seperti halnya

pompa isap.

Pompa kerja tunggal memberikan satu kali pengaliran untuk tiap putaran poros

engkol dari setiap silinder (gambar 35).

3

Pompa Kerja Ganda

Pompa kerja ganda (gambar 36) memberikan dua kali pengaliran untuk tiap

putaran poros engkol dari setiap silinder.

Gambar 36

Pompa Bersilinder Ganda

Pompa bersilinder ganda mempunyai dua atau Iebih silinder.

Tiga silinder umum digunakan dengan tiga poros engkol yang disusun dengan

beda sudut 120° memberikan aliran yang Iebih konstan.

Koefisien Pengeluaran

Jika A adalah luas torak, L adalah panjang langkah, n adalah kecepatan putar

dari poros engkol dalam putaran/detik dan w adalah berat spesifik cairan,

sehingga berat keluaran teoritik per detik = w.A.L.n. Jika W adalah berat

keluaran sebenarnya per detik, maka

Koefisien pengeluaran =

4

Dan umumnya kurang dari satu yang dikarenakan kebocoran. Kemungkinan lain

dalam menyatakan prestasi volumetrik adalah:

Presentasi slip =

Jika tinggi angkat hantar adalah rendah dan terdapat pipa isap yang panjang,

maka inersia fluida dapat mengakibatkan katup hantar terbuka dengan mudah

sehingga cairan mengalir lurus ke dalam silinder memberikan volume keluaran

yang lebih besar dari volume langkah. Dengan demikian koefisien keluaran lebih

dari satu dan slip yang negatip.

Pemisahan (Separasi)

Pemisahan (separasi) terjadi jika tekanan pada permukaan torak sama dengan

tekanan uap, dalam keadaan ini cairan dipisahkan dari permukaan torak oleh

uap.

Gambar 37 menunjukkan diagram tekanan volume teoritik dalam silinder dari

sebuah pompa torak yang tidak dilengkapi dengan bejana udara. Diperlihatkan

dengan jelas pengaruh dari percepatan dan gesekan pada pipa isap dan pipa

hantar. Kondisi-kondisi tersebut memungkinkan terjadinya keadaan pemisahan.

Contoh Soal 14

Berikut dapat memberikan gambaran bagi sebuah pompa torak yang tidak

dilengkapi dengan bejana udara:

5

Panjang langkah = 0,3 m; diameter pipa isap = 75 mm; panjang pipa isap = 6 m;

tinggi angkat isap = 3 m. Tekanan atmosfir ekivalen dengan 10,2 m kolom air

dan dapat dianggap separasi akan terjadi jika tekanan tinggi angkat absolut di

dalam silinder berada dalam keadaan 2,4 m kolom air. Dengan menganggap f =

0,06 dan A/as= 5. Jika pemisahan dapat dihindarkan, Tentukan putaran

maksimum dimana pompa dapat bekerja.

Pemecahan

Jika Hs = tinggi angkat isap (gambar 37a) dan Hd = tinggi angkat hantar dan

pengaruh hidrolik jaringan pipa diabaikan, maka diagram tekanan volume atau

diagram indikator adalah seperti ditunjukkan dalam gambar 37(a). Selama

langkah isap, tekanan adalah konstan sebesar Hs dan sebesar Hd selama

langkah tekanan.

6

7

Gambar 37 (c)

Luas abcd = kerja yang dilakukan pada Iangkah isap.

Luas cdef = kerja yang dilakukan pada Iangkah tekan.

Pengaruh hidrolik dari pipa isap dan hantar akan mengubah diagram tersebut

yaitu melalui ;

a. Pengaruh percepatan dan perlambatan aliran di dalam pipa.

b. Rugi-rugi gesekan dalam pipa.

Untuk pompa bersilinder satu dan kerja tunggal, pengaruh-pengaruh di atas

dapat di hitung sampai berikut:

A). Aliran pada pipa isap berfluktuasi dari nol pada awal Iangkah isap ke

maksimum pada pertengahan Iangkah dan kembali ke nol pada akhir Iangkah.

8

Tinggi angkat sisi isap (Has) diperlukan untuk percepatan aliran pada awal

Iangkah dan sama, tinggi angkat sebaliknya diperluakan untuk mengalirkan

sampai berhenti pada akhir Iangkah. Sama pertama Iangkah pengeluaran akan

terjadi tinggi angkat percepatan Had pada pipa pengeluaran.

Dengan mengasumsikan perpindahan harmonik dari piston, dari gambar 38.

Gambar 38. Gerak harmonik sederhana

ω adalah kecepatan angular dan engkol dan 0 adalah perpindahan engkol

tersebut dad titik mati, 0 = ω t dan

Perpindahan torak = x = r — r cos 0

= r (1- cos ω t)

Kecepatan Torak V =

= ω r sin ω t

Untuk pipa tersebut (isap dan keluaran) dengan luas penampang a, percepatan

aliran dalam pipa aa,

9

aa =dv/dt

=

Massa cairan dalam pipa = ρ a L

Jika Ha adalah tinggi angkat percepatan yang menimbulkan percepatan tersebut.

Gaya yang terjadi pada Fa = ρ g Ha a => P.a

Dan jika gaya = massa x percepatan

ρ g Ha a =

Ha = => utk sisi hisap Has =

Perpindahan dari torak bergantung pada cos θ juga, dengan demikian jika Ha

digambarkan ke dalam diagram indikator akan memberikan suatu garis lurus

seperti gambar 37(b).

Untuk langkah isap:

- Pada permulaan langkah θ = 00 dan Has =

- Pada pertengahan langkah θ = 900 dan Has = 0

- Pada akhir langkah θ = 1800 dan Has =

Besaran-besaran di atas bila dicantumkan dalam diagram indikator akan

memberikan kondisi seperti ditunjukkan dalam gambar 37(b). Adanya

percepatan pada permulaan langkah memerlukan kenaikan tinggi angkat isap

yang diperlukan dari ab ke ab' dan penurunan dari dc ke dc' pada akhir langkah.

Penambahan tinggi angkat isap yang diperlukan menjadi ab' memperbesar

10

kecenderungan terjadinya pemisahan dan karena Ha bergantung pada ω akan

terdapat putaran maksimum dimana bila dilampaui maka pemisahan atau

separasi akan terjadi.

Demikian pula pada langkah tekanan sebesar tekanan.

Had = - pada permulaan langkah dan pengurangan pada akhir

langkah tekan

b). Kerugian tinggi angkat di dalam pipa (isap dan hantar) pada setiap langkah

bergantung di kecepatan v, yang dapat dihitung dari persamaan yaitu,

Hf =

Dapat dilihat bahwa pengaruh gesekan memberikan koreksi fungsi parabolik

pada diagram indikator dan ini ditunjukkan dalam gambar 37 (c).

Untuk langkah isap,

- Pada permulaan dan akhir langkah sin θ = 0 dan Hfs = 0

- Pada pertengahan langkah

θ = 900 dan Hfs =

Demikian pula selama langkah tekan, kerugian maksimum terjadi pada

pertengahan langkah dimana

Hfd =

Dengan memperhitungkan geometri parabola dan kemudian jika Ŵg adalah

11

berat persatuan waktu maka kerja yang dilakukan untuk melawan friksi adalah,

- Pada langkah isap x Ŵg

- Pada langkah tekan x Ŵg

Jadi kerja total kerja yang dilakukan oleh pompa = Ŵg (Hs + Hd + )

Pemisahan/separasi akan terjadi pada permulaan langkah isap jika tinggi

angkat di dalam silinder kurang dari 2,4 m kolom air absolut.

Besamya tinggi angkat di dalam silinder = Hat – Hs – Has – Hfs

H = Hat – Hs -

Bila

Hat = 10,2 m, Hs = 3 m, Has = 0 H = 2,4 m, ls = 6 m , = =

= ½ langkah = 0,15 m

2,4 = 10,2 – 3 – 0 -

ω2 = 18,8

ω = 4,33 rad/dtk

Diperoleh putaran maksimum = = 41,4 putaran/ menit

Contoh soal 15.

Terangkan alasan untuk pemasangan bejana udara yang besar pada pipa isap

dan pipa hantar dari pompa torak sedekat mungkin dengan silinder.

Sebuah pompa torak yang bekerja dengan gerak harmonik sederhana

menggunakan bejana udara yang besar dekat dengan silinder pompa pada pipa

isap dan pipa hantar. Tunjukkan dengan bertitik tolak dari prinsip pertama bahwa

12

pada kasus pompa kerja tunggal, perbandingan dengan tanpa bejana udara,

adalah (3/(2π2)). Anggap bahawa koefisien friksi tidak bervariasi terhadap

kecepatan.

Penyelesaian:

Kegunaan pemasangan bejana udara yang besar dekat dengan silinder adalah

untuk menghaluskan aliran di dalam pipa isap dan pipa hantar, dengan demikian

aliran di dalam kedua pipa tersebut baik selama langkah isap maupun langkah

tekan relatif konstan selama langkah tekan katup isap bertutup, aliran dalam

pipa isap akan mengalir ke dalam bejana udara (ruang hampa) pada pipa isap

gambar 39. Sedangkan selama langkah isap aliran di dalam pipa hantar

dipertahankan melalui pelepasan cairan karena tekanannya berada di bawah

tekanan udara dalam bejana pada sisi tekan yang menerima sebagian cairan

dari silinder pada langkah tekan.

Umumnya jika dipasang bejana udara yang cukup besar, kecepatan aliran pada

pipa dapat di anggap konstan.

Kecapatan pada pipa isap =

13

Kecepatan pada pipa isap =

Dimana Q = debit, as = luas pipa isap, ad = luas pipa pengeluaran.

Karena kecepatan fluida konstan maka di dalam pipa tidak akan timbul tinggi

angkat akibat percepatan kecuali untuk jarak yang pendek antara bejana udara

dan silinder. Hal ini akan mengurangi resiko terjadinya pemisahan/separasi dan

memungkinkan pompa untuk beropeasi pada putaran yang Iebih tinggi dan debit

yang lebih besar. Karena debit menjadi kontinu, maka kecepatan di dalam pipa

dapat dikurangi, dengan demikian kerugian tinggi angkat berkurang.

Untuk pompa kerja tunggal:

Tanpa bejana udara.

Dari contoh dengan menganggap gerakan harmonik sederhana, kecepatan

aliran di dalam pipa adalah v = A/a ω r sin θ dan kerugian tinggi angkat

maksimum akibat gesekan dan karena bagian gesekan pada

diagram indikator adalah suatu parabola (gambar 37 c), maka kerja yang

dilakukan untuk melawan gesekan persatuan berat =

- Dengan pemasangan bejana udara.

Debit = luas torak x panjang langkah x putaran/detik

Q= 2r. An = 2r.A.

Kecepatan aliran di dalam pipa = adalah konstan

Kerugian tinggi angkat yang tetap pada gesekan =

14

= kerja yang dilakukan untuk melawan gesekan per satuan berat. Kerja yang

dilakukan untuk melawan friksi tanpa bejana udara memberikan

=

Contoh soal 16.

Sebuah pompa torak kerja ganda dengan diameter 175 mm dengan panjang

langkah 350 mm mengisap air dari sebuah sumber yang berada 3 m di bawah

pompa dan mengalirkannya ke suatu ketinggian 46 m di atas pompa. Diameter

pipa isap dan tekan adalah 100 mm dengan panjang masing-masing adalah 6 m

dan 75 m. Anggaplah torak pompa mempunyai gerakan harmonik sederhana

dan membuat 40 langkah ganda per menit. Pompa dilengkapi dengan bejana

udara yang cukup besar pada kedua sisi pompa. Bejana udara pada sisi isap

terletak 1,5 m dari silinder, sedangkan pada sisi tekan terletak 4,5 dari silinder.

Koefisien friksi pipa adalah 0,008. Tentukan perbedaan tekanan diantara dua sisi

piston pada permulaan langkah.

Penyelesian:

Pada permulaan langkah, tekanan pada salah satu sisi torak adalah maksimum

dan pada sisi yang lain minimum, masing-masing terdiri dari tinggi angkat

percepatan untuk panjang pipa di antara bejana udara dan silinder + tinggi

angkat kecepatan.

Jika pompa membuat 40 langkah ganda per menit, karena pompa dari jenis

kerja ganda, maka.

Debit Q = luas x panjang langkah x 2 x putaran/detik

= ¼ π x 0,1752 x 0,35 x 2 x

= 11,22.10-3 m/dtk

15

Luas pipa isap as = luas pipa hantar ad

= ¼ π x 0,12

= 7,85 . 10-3 m2

Kecepatan di dalam pipa vs = vd → ds = dd

16

17

Soal Latihan

1. Suatu pompa torak kerja ganda memiliki diameter silinder 15 cm dan langkah

30 cm digunakan menaikkan air dengan ketinggian total 30 m. Tentukan daya

yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pompa tersebut, jika putaran poros

engkol 60 rpm (Jawab : 4,23 hp)

2. Suatu pompa torak kerja tunggal memiliki diameter piston 200 mm dan

langkah 300 mm, dipasang 4 m di atas permukaan level sumber air. Diameter

pipa hisap 75 mm dengan panjang 5 m. Jika separasi terjadi pada 2,4 mka

tentukan putaran maksimum agar pompa beroperasi tanpa separasi,

barometer menunjukkan pembacaan 10,4 mka (Jawab : 25,8 rpm)

3. Suatu pompa torak kerja tunggal memiliki diameter piston 80 mm dan langkah

30 cm. Head hisap 3 m dan panjang pipa hisap 6 m. Jika separasi terjadi pada

2,5 mka, tentukan putaran maksimum agar pompa beroperasi tanpa separasi,

barometer menunjukkan pembacaan 10,3 mka (Jawab : 58,6 rpm) (ds)

4. Suatu pompa torak kerja tunggal digunakan memompakan minyak pelumas

dengan berat spesifik 0,8; memiliki diameter piston 15 cm dan langkah 22 cm

dipasang 2 m di atas permukaan level sumber minyak pelumas. Diameter pipa

hisap 10 cm dan panjang 8 m. Tentukan putaran maksimum agar pompa

beroperasi tanpa separasi, separasi terjadi pada tekanan 0,2 kg/cm2 (Jawab :

19,1 rpm)

18

Pompa Sentrifugal

Sebuah pompa sentrifugal pada dasamya terdiri dari sebuah runner atau

impeller yang membawa sudu-sudu berputar di dalam rumah pompa seperti

ditunjukka dalam gambar 40. Cairan memasuki pompa melalui sumbu putar

impeller. Di dalam impeller dengan kecepatan dan tekanannya bertambah.

Kerja dibutuhkan untuk melakukan hal tersebut.

a. Volute casing b. Vortex casing c. Volute casing

with guide

Gambar 40

Pada rumah pompa sebagian energi kinetik fluida diubah menjadi energi

tekanan sebelum masuk ke dalam pipa hantar. Gambar 40 (a) menunjukkan

sebuah rumah siput dimana luas penampang membesar ke arah sisi tekan agar

dapat menurunkan kecepatan cairan dan menaikkan tekanan yang dibutuhkan

untuk mengatasi tinggi angkat hantar. Rumah pompa jenis ini mempunyai

efisiensi yang rendah karena adanya kerugian energi yang besar akibat aliran

pusaran.

Gambar 40 (b) menunjukkan sebuah pompa dengan ruangan vortex atau

ruangan pusaran air dimana pada hakekatnya adalah merupakan gabungan

sebuah ruang melingkar dan sebuah lengkung spiral. Ruangan jenis ini

19

mempuyai efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan jenis pertama.

Efisiensi yang lebih tinggi masih dapat dicapai yaitu dengan menggunakan

difusor yang terdiri dari sudu-sudu pengarah yang diam seperti ditunjukkan

dalam gambar 40 (c). Pompa jenis ini dikenal sebagai pompa turbin karena

serupa dengan turbin yang bekerja dalam arah kebalikan dan memang dapat

dipergunakan sebagai turbin yang bekerja dalam arah kebalikan dan memang

dipergunakan sebagai turbin.

Gambar 41 Menunjukkan sebuah instalasi pompa dengan pipa isap dan pipa

hantarnya.

Hs = tinggi angkat hisap

Hd = tinggi angkat hantar

H = tinggi angkat statik

H = Hs + Hd

Kerugian tinggi angkat akan terjadi pada jaringan pipa akibat gesekan disamping

itu pada sambungan berupa

20

Hfs = Kerugian tinggi angkat pada pipa hisap

Hfd = kerugian tinggi angkat pada pipa hantar

Jika Vs dan Vd adalah kecepatan pada pipa hisap dan pipa hantar,

= tinggi angkat akibat kecepatan pada pipa hisap

= tinggi angkat akibat kecepatan pada pipa hantar

Tinggi angkat efektif He yang harus disediakan pompa harus sama dengan tinggi

angkat total (hisap dan hantar) ditambah kerugian akibat gesekan dan energi

kinetik fluida pada sisi tekan:

He = Hs + Hd + Hfs + Hfd +

Jika manometer atau pengukur tekanan diletakkan pada ketinggian yang sama

pada sisi masuk dan sisi keluar pompa,

Tinggi angkat hisap manometrik,

Hms=Hs+Hfs+

Tinggi angkat hantar manometrik,

Hmd = Hd+Hfd+

Tinggi angkat manometrik total

Hm = Hms + Hmd

21

= Hs + Hd + Hfs + Hfd +

= Kenaikan tingi angkat pompa secara keseluruhan

Efisiensi-efisiensi

Untuk sebuah instalasi pompa dengan pipa hisap dan pipa hantaranya, jika W

adalah berat debit yang dikeluakan per detik Ha adalah tinggi angkat fluida,

maka

Efisiensi keseluruhan =

Efisiensi manometrik =

=

Efisiensi mekanik =

Contoh soal 17.

Sebuah pompa sentrifugal mempunyai sebuah impeler dengan radius luar r1 dan

radius dalam r dengan kecepatan keliling U1 dan U. Jika aliran masuk impeller

secara radial, kerja persatuan berat fluida yang diperlukan oleh impeler dapat

dinyatakan dalam besaran-besaran pada sisi keluar yaitu Vw1 dan kecepatan

keliling U1.

Diameter luar dari impeler sebuah pompa adalah 1,2 m dan kecepatan keliling

adalah 9 meter/detik. Air masuk secara radial dari impeler dengan komponen

radial dari kecepatan di sisi ke luar adalah 1,5 m/detik. Sudu-sudu

dilengkungkan ke arah belakang pada sisi keluar dan membentuk sudut 30°

terhadap keliling. Jika debit pompa adalah 3,4 m3/mnt, tentukan momen putar

yang akan terjadi pada poros?

Penyelesaian:

22

Pada gambar 42 ditunjukkan segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi

keluar dari sebuah sudu impeler. Untuk menghindari kejutan pada sudu maka

kecepatan relatif pada sisi masuk diusahakan mempunyai arah tangensial

terhadap sudu. Kondisi ini tidak akan ada untuk semua harga kecepatan putar

dan debit yang dikeluarkan. Pada sisi keluar kecepatan relatif juga dalam arah

tangensial terhadap sudut.

Kecepatan absolut V1 pada sisi keluar didapatkan dari penjumlahan vektorial

Vr1 dan U1. Seringkali kondisi tersebut sesuai dengan anggapan diatas

mengenai komponen-komponen arah radial dengan tangensial Vf1, dan Vw1.

Catatan : Bahwa harga – harga yang sering diberikan untuk sudut adalah

(1800 - ) dan (1800 - )

Debit yang dikeluarkan = luas keliling x kecepatan radial

Q = 2π r b Vf = 2π r1 b1 Vf1

Gambar 42

Jika ω = kecepatan sudut dari impeler, U= ω.r dan U1= ω.r1

Segitiga kecepatan pada sisi keluar

23

Vw1 =U1 – Vr1 cos Φ

= V1 cos α

Pada saat melewati impeler kemponen tangensial dari kecepatan absolut fluida

akan berubah yang akan mengakibatkan suatu perubahan pada momen

momentum :

Torsi pada impeler T = laju perubahan momen-momentum. Dengan

menganggap bahwa V adalah radial dan kecepatan tangensial pada sisi masuk

adalah nol, untuk satuan massa fluida. V = Vf → Vw = 0 sehingga momen

momentum Vw r = 0

Momen momentum pada sisi masuk = 0

Perubahan momen momentun = Vw1. r1

Massa yang mengalir per detik = ρ Q , dimana ρ= massa jenis

Torsi pada impeler : T = ρ Q.Vw1.r1

Kerja yang dihasilkan per detik W = torsi x kecepatan sudut

= ρ Q.Vw1.r1 ω = ρ Q.Vw1.U1

Berat yang mengalir per detik = ρ Q g

Kerja yang dilakukan persatuan berat =

Momen Torsi pada poros T = ρ Q.Vw1.r1

Vf1 = 1,5 m/dtk

Vr1 = Vf1 / sin Φ = 1,5 / 0,5 = 3 m/dtk

Vr1 cos Φ = 3 cos 300 = 2,6 m/dtk

24

Vw1 = U1 – Vr1 cos Φ = 9 – 2,6

= 6,4 m/dtk

Jika ρ = 1000 kg/m3, Q = 3,4/60 m3/dtk , r1 = 0,6 m

Maka torsi pada poros T = ρ.Q.Vw1.r1

= 1000 x 3,4/60 x 6,4 x 0,6

= 217,6 Nm

Kerja yang dilakukan persatuan berat = Vw1.U1/g

= 6,4 x 9/9,81

= 5,87 m

Contoh soal 18.

Jika tinggi angkat statik untuk pompa adalah h meter, kecepatan putar N

rpm dan diameter luar impeler d meter, dapat ditunjukkan bahwa kecepatan

putar pompa pada saat start dan tidak terjadi aliran adalah: N = 83,5 h/D

Penyelesaian:

Pada kondisi tidak mengalir, gaya akibat aliran vortex terbentuk oleh impeler.

Pemompaan dapat dimulai jika perbedaan tekanan dari pusat vortex dengan

bagian luar dari vortex adalah sama dengan tinggi angkat statik. Pada saat tidak

terjadi aliran berarti Vf =0 dengan demikian U1 = V1

dimana U1 = kecepatan keliling sehingga:

U1 = tetapi juga U1 = oleh karena itu

=

N =

= 83,5

Untuk contoh soal di atas, sebuah pompa mengalirkan air sebanyak 1,27

m3 per menit pada putaran 1200 rpm. Diameter impeler adalah 350 mm dan

25

lebar sudu pada sisi luar 12,7 mm. Perbedaan tekanan diantara flens pada sisi

masuk dan flens pada sisi keluar adalah 272 kN/m2

Bila efisiensi manometrik adalah 63%. Tentukan sudu-sudu impeler pada sisi

keluar. Untuk kondisi ini segitiga kecepatan pada sisi luar adalah seperti

ditunjukkan dalam gambar 42. Sudut sudu pada sisi keluar dapat dihitung dari

tan Φ =

kecepatan keliling U1 = = = 22 m/dtk

kecepatan aliran Vf1 =

Karena efisiensi manometrik dan kenaikan tekanan melalui pompa

diketahui, kerja yang dihasilkan per satuan berat dapat dihitung melalui

perhitungan kerja persatuan berat W di atas (lihat contoh soal 17)

Kerja yang dihasilkan persatuan berat = =W

Dapat juga dicari kecepatan pusar air sebesar

Vw1 = 44,05 .9,81/22

= 19,6 m/dtk

Jadi tan Φ = =

atau Φ = 300 20’

soal 19.

Sebuah blower sentrifugal mempunyai sebuah impeler dengan diameter luar

26

500mm, lebar 75 mm dan sudu 70° terhadap keliling terluar. Blower mengalirkan

udara yang massa jenisnya 1,25 kg/m3 pada laju 3,1 m3/s pada putaran 900 rpm

dan dengan perbedaan tekanan 33 m kolom air. Daya yang dimasukkan ke

poros blower adalah 1,65 kw dan efisiensi mekanik adalah 93%.

Dengan menganggap udara masuk impeler secara radial dan mengabaikan

ketebalan sudu, tentukan efisiensi manomatrik dan efisiensi keseluruhan.

Tentukan juga daya yang hilang karena (a) gesekan pada bantalan dan

windage, (b) difusor, dan (c) impeler.

Penyelesaian:

Karena fluida adalah udara, perbedaan tekanan manometrik perlu dinyatakan

dalam tinggi angkat udara.

Tinggi angkat manometrik

Dan contoh soal 18, maka kerja yang dilakukan persatuan berat pada impeller

Kondisi kecepatan ke luar adalah sama dengan yang ditunjukkan dalam gambar

41. Kecepatan keliling pada sisi ke luar

Kerugian-kerugian:

(a).Efisiensi mekanik 93%, oleh karena itu,

Kerugian pada bantalan dan windage = daya yang dimasukkan

= 0,07 x 1,65 = 0,115 kW

(a). Kerugian pada difusor adalah perbedaan diantara daya yang dimasukkan

ke dalam fluida yang meninggalkan impeler dengan daya keluaran.

Kerja yang dilakukan pada impeler per detik =

W x

=38,1 x 33,8 = 1290W= 1,29 kW

Daya keluaran = 1,005 kW, maka daya yang hilang pada

difusor = 1,29 — 1,005 = 0,285 kW.

(c). Kerugian pada impeler= daya yang diberikan — kerugian bantalan —

27

kerugian difusor — daya keluaran

= 1,65 — 0,115 — 0,285 1,005

= 1,65 —1,405

= 0,245 kW

Contoh soal 20.

Sebuah pompa sentrifugal berputar pada 700 rpm mengalirkan 9 m3/menit untuk

tinggi angkat 19,8 m. Sudut sudu pada sisi ke luar 135° dari arah gerakan sudu

sisip. Anggap bahwa kecepatan relatif dari air pada sisi keluar adalah tangensial

terhadap sudu dan kecepatan absolut pada sisi masuk adalah radial.

Kecepatan aliran konstan pada 1,8 m/detik.Tentukan diameter impeler yang

diperlukan,

(a). Jika energi kinetik pada sisi ke luar dari impeler dapat seluruhya

dikompensasikan

(b) Jika 40% dari energi ini tidak dapat dikompensasikan.

(c) Pada kasus (b) Tentukan pula lebar sudu dengan perhitungkan juga

ketebalan sudu pada luas impeler bagian sisi ke luar yaitu sebesar 8% sudut.

Penyelesaian:

Diagram kecepatan pada sisi ke luar adalah sama seperti yang ditunjukkan

gambar 42, dengan θ= 180° -135° = 45°.

(a). Jika energi kinetik dapat dikompensasikan seluruhnya, maka kerja yang

statik + tinggi angkat akibat kecepatan atau,

Atau

2 U1.Vw1 = 2.g.H + V12 ……………………………………………..…….(1)

Dari segitiga kecepatan sisi keluar diperoleh

Vw1 = U1 – Vf1 tan 45o

= U1 - 1,8 m/detik …………………………………………..……………(2)

28

Dari segitiga V1 – Vw1 – Vf1 berlaku dalil phytagoras

V12 = Vw1

2 + Vf12 ……………………………………………………………………3)

Dengan mensubstitusi persamaan 2 ke persamaan 3 maka:

V12 = (U1 - 1,8)2 +1,82 = U1

2 - 3,6U1 + 3,24 + 3,24

V12 = U1

2 - 3,6U1 + 6,48 …………………………………………………………..…4)

Kemudian persamaan 2 dan 4 disubstitusi ke persamaan 1 diperoleh

2U1 (U1 – 1,8) = U12 - 3,6U1 + 6,48 + 2gH

Untuk H = 19,8 maka persamaannya menjadi

2U12 - 3,6U1 - U1

2 + 3,6U1 - 6,48 - 384,55 = 0

U12 – 391,03 = 0

U1 = 19,77 m/dtk (U1 yang lain sebesar – 19,77 tidak digunakan)

Maka diameter impeller diperoleh dari persamaan

Dapat juga dihitung

Vw1 = 19,77 - 1,8 = 17,97 m/dtk

b. Apabila 40% dari energi kinetik tidak dapat dikompensasikan maka 60%

adalah kerugian. Kerja yang dilakukan/satuan berat pada impeler = tinggi

angkat + 0,6 tinggi angkat akibat kecepatan.

29

D1 = 470 mm

Q = 0,92. π . D1 . b1 . Vf1

Contoh 21

a). Terangkan yang dimaksud dengan putaran spesifik dari sebuah pompa

sentrifugal dan tunjukkan bahwa harganya adalah N.Q/H3/4, dimana N

adalah kecepatan putaran impeler, Q debit yang dikeluarkan dan H tinggi

angkat operasi.

b). Sebuah pompa sentrifugal mempunyai empat tingkat paralel mengalirkan 11

m3/menit cairan pada tinggi angkat 24,7 m. Diameter impeler adalah 225

mm dan kecepatan putar 1700 rpm. Tentukan kecepatan spesifik pompa

c). Sebuah pompa dengan jumlah tingkat yang identik dipasang seri,

konstruksinya sama dengan pompa yang pertama dan berputar pada 1250

rpm dan mengalirkan 14,5 m3/menit pada tinggi angkat 248 m. Tentukan

diameter impeler dan jumlah tingkat yang diperlukan.

30

Penyelesaian:

Bagian a.

Putaran spesifik digunakan sebagai suatu dasar perbandingan dari prestasi

pompa yang berbeda dan didefinisikan sebagai putaran teoritik dimana pompa

yang diberikan akan mengalir debit satuan untuk tinggi angkat satuan.

Sebagai contoh, putaran dalam rpm dimana pompa akan mengalirkan debit 1

satuan (m3) pada tinggi angkat 1 satuan (m). Putaran spesifik dari pompa yang

diberikan pada sistem satuan yang dipilih.

Untuk menentukan putaran teoritik ini debit keluaran satuan pada tinggi angkat

satuan, diperlukan untuk tujuan skala operasi pompa.

Anggapan untuk menerapkan prosedur ini adalah bahwa geometri harus yang

serupa dan semua dimensi linier sebanding dengan diameter impeler. Demikian

pula segitiga kecepatan kasus sebangun dan semua kecepatan sebanding,

dengan akar dari tinggi angkat H.

Lebar dari impeler b ~ diameter D

Kecepatan impeler U ~ H1/2

Jika putaran impeler adalah N Rpm, maka U ~ ND atau D ~

Debit yang dikeluarkan Q ~ luas aliran x kecepatan aliran ~ πDbVf karena Vf ~ H1/2

Sedangkan, b ~ D

jadi

31

Putaran spesifik

Bagian b.

Untuk pompa dengan 4 buah yang dihubungkan secara paralel, maka debit yang

dikeluarkan untuk tiap tingkat = 11/4 m3/mnt atau

Q = 2,75 m3/mnt

Tinggi angkat operasi H = 24,7 m

Putaran spesifik

Bagian c.

Untuk pompa bertingkat ganda, jika setiap tingkat adalah sama dengan pompa yang

pertama, maka kecepatan putar spesifik tiap tingkat Ns = 254, seluruh debit yang

dikeluarkan adalah Q1 = 14,5 m3/mnt pada putaran N1 = 1250 rpm. Putaran spesifik

Maka = 18,7 → H1 = 49,64 m maka tinggi angkat total yang diperlukan adalah

Httl = 248 m

Jumlah tingkat yang diperlukan adalah = 248/H1 = 5

Dari persamaan kesebangunan pompa diperoleh:

32

Untuk D = 0,225 m ; N = 1700 rpm; N1 =1250 rpm; H = 24,7 m ; dan H1 = 49,64 m

maka didapat diameter impeller

D1 = 0,225 . (1700/1250) . (49,64/27,7)1/2 = 0,443 m = 433 mm

Contoh soal 22

Sebuah pompa sentrifugal berputar pada 1000 rpm dan memberikan hubungan

antara tinggi angkat dan debit keluaran sebagai berikut

Debit (m3/menit) 0 4,5 9,0 13,5 18,0 22,5

Tinggi angkat (m) 22,5 22,2 21,6 19,5 14,1 0

Pompa dihubungkan dengan pipa isap dap pipa tekan berdiameter 300 mm

dengan panjang total adalah 69 m dan dikeluarkan ke atmosfer yang letaknya

15 m di atas ketinggian bak air.

Kerugian akibat pemasukan adalah ekivalen dengan penambahan pipa

sepanjang 6 m dan f dianggap 0,006. Hitung debit yang dikeluarkan dalam

m3/menit.

Jika diinginkan untuk mengatur aliran dengan putaran pompa, perkirakanlah

putaran yang harus diberikan untuk mengurangi aliran menjadi ½ kalinya.

Penyelesaian:

Tinggi angkat yang diperlukan oleh pompa= tinggi angkat statik + tinggi angkat

akibat friksi + tinggi angkat akibat kecepatan.

H=15 + Hf + Hv

Hf dan Hv bergantung pada debit yang dikeluarkan, Qo.

33

Jika digambarkan besaran-besaran tersebut dalam diagram karakteristik

pompa seperti ditunjukkan dalam gambar 43 perpotongan dua kurva akan

memberikan debit yang dihasilkan.

Kerugian angkat karena friksi.

Hf = 4.f.l.v2/2.g.d → Q = πd2/4 v → v =4Q/πd2

Hf = 0,33 . f. L. Q2/(d5)

= 0,330 . 0,006 x (69+6) Q2/0,35, yaitu Q dalam m3/detik. Jika q = debit dalam

m3/menit, kemudian q = 60 Q maka Kerugian tinggi angkat akibat gesekan

=0,330 . 0,006 x 75 x q2/ 0,35 x 3600

= 16,97.10-3.q2

Tinggi angkat akibat kecepatan, Hv

Hv = v2/2g

= Q2 / 2g (π/4 . d2)2

= q2 x 16/3600 x 2g x (0,3)4

= 2,83 x 10-3 q2

Jadi tinggi angkat yang diperlukan adalah H= 5 + 19,8 x 103.q2 Untuk q dalam

m3/menit.

Persamaan tersebut dapat di gambarkan dalam diagram karakteristik atau

disajikan dalam bentuk tabel sebagai berikut

Debit q (m3/menit) 0 4,5 9,0 13,5 18,0 22,5Tinggi angkat yang ada (m) 22,5 22,2 21,6 19,5 14,1 0Tinggi angkat yang diperlukan 15 15,4 16,6 18,6 21,5 25,1

Gambar 43 adalah penyajian dari data diatas. dimana dapat dilihat bahwa

kondisi operasi dan instalasi pompa ditunjukkan oleh titik A yang merupakan

perpotongan antara karakteristik pipa dan karakteristik pompa.

Jadi artinya bahwa tinggi angkat yang tersedia = tinggi angkat yang diperlukan.

Tinggi angkat operasi HA=19 m, Debit QA=14 m3/menit

34

Gambar 43.

Akibat penurunan putaran

Untuk mendapatkan debit aliran setengahnya akan ada. sebuah titik operasi

yang baru dimana debit, qB = 7 m3/menit.

Hg = 16,0 m

Untuk setiap kecepatan putar dapat digambarkan kurva-kurva H terhadap q dari

pompa, serupa dengan yang telah digambarkan untuk N = 1000 put/menit.

Sehingga persoalan adalah mencari kecepatan putaran pompa N2 untuk harga H

dan q yang diwakili oleh titik B.

Karena untuk pompa yang diberikan q ~ N dan H ~ N2 kita peroleh;

Eliminasi N memberikan, H=HB

Subtitusi harga HB= 16,0 m dan qB = 7 m3/menit

H= 16,0. q2 / 72 = 0,327q2

35

Fungsi ini adalah sebuah parabola yang melalui sumbu dan titik B dan

memotong kurva semula H terhadap q yaitu untuk N1 = 1000 rpm di titik C, yaitu

harga HC = 21,9 m dan qc = 8,2 m3/menit Kurva ini tempat kedudukan harga-

harga H dan q akibat perubahan N yang dihasilkan dari persamaan (1) dan (2).

Dengan demikian harga kecepatan putar N2 yang diperlukan untuk mendapat

kondisi operasi HB dan qB dapat ditentukan dari persamaan (1), yaitu:

qc/N1= qB/N2

Atau N2=N1

= 1000

= 855 rpm

Dengan menggunakan persamaan (1) dan (2) dapat dilakukan skala

berdasarkan harga dan karakteristik pompa pada putaran 855 rpm dengan

demikian dapat digambarkan seperti yang ditunjukkan pada gambar 43.

Prestasi Dari Barbagai Pompa

Pendahuluan.

Pada dua bab terdahulu yaitu pada pembahasan pompa sentrifugal dan pompa

torak, telah dikemukakan bahwa pompa akan diperlukan untuk memindahkan

sejumlah air ke ketinggian yang tertentu. Oleh karena itu penting sekali untuk

mengetahui cara penggunaan pompa pada kondisi yang berlainan secara

tepat.

Variasi Kecepatan dan Diameter pada Pompa Sentrifugal

Lazimnya terdapat sedikit perbedaan antara kebutuhan tinggi angkat atau debit

pompa dengan tinggi angkat atau debit yang dirancang. (Apabila perubahan

36

yang terjadi adalah besar, maka suatu pompa baru dirancang dan dibuat

dengan dimensi yang berbeda sama sekali).

Pada kasus demikian dapat dilakukan sedikit pengaturan pada pompa untuk

menyesuaikan pada kondisi baru tersebut yaitu dengan,

1. Mengubah kecepatan impeler pompa.

2. Mengubah diameter impeler pompa.

Pengaruh dan dua perubahan diatas pada sisi tekan baik terhadap tinggi angkat

air, maupun daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa akan dibahas

dalam bab ini.

Pengaruh Perubahan Kecepatan

Suatu pompa sentrifugal yang kecepatannya diubah untuk menyesuaikan

dengan kondisi-kondisi baru tertentu akan berpengaruh terhadap karakteristik

secara keseluruhan.

Misalkan N = putaran yang dirancang dalam r.p.m.

Q = debit pompa dengan putaran N r.p.m yang dirancang.

H = tinggi angkat air denga putaran N r.p.m yang dirancang.

P = daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa dengan

putaran N r.p.m.

N1 = putaran baru yang diubah untuk menyesuaikan kondisi-

kondisi baru tertentu.

Q1, H1, P1 adalah besara-besaran yang berhubungan dengan putaran N1 rpm

yang baru.

Bila putaran impeler dirubah dari N ke N1 akan terlihat bahwa bentuk segitiga

kecepatan akan tetap sama (yaitu sudut-sudut segitiga kecepatan tetap sama),

karena perubahan harga kecepatan-kecepatannya yang terjadi akan sebanding.

37

Dan persamaan kecepatan tengensial pada sisi masuk,

Terlihat bawa U =

~ N

Dengan cara yang serupa U1 ~ N1

Dan Vw1 N1 (jika Vw1 U 1)

Demikain pula kecepatan aliran  

Vf U N ( jika U N )

 Karena debit,Q = π D.b.Vf

Vf

N (jika Vf N)

Dengan cara yang sama Q1 N1

Jadi ……………………(1)

Terlihat dari persamaan di atas ternyata debit pompa sentrifugal adalah

sebanding dengan putaran impelernya .

 Dari persamaan tinggi angkat pompa

Vw1.U1

H N.N

Atau H N2

Dengan cara yang serupa H1 , didapat

  ………………(2)

 

Terlihat bahwa tinggi angka suatu pompa sentrifugal sebanding dengan

38

kwadrat putaran impelernya.

Dari persamaan daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa

P = W.Q.Vw.U/75.g

P Q. Vw.U

N . N . N

Atau P N3

Dengan cara yang serupa didapat

P1 ~ N13 …………………………………………………(3)

Maka:

Jadi terlihat bahwa daya yang diperlukan untuk menggerakkan suatu pompa

sentrifugal sebanding dengan pangkat tiga putaran impelernya.

Perlu dicatat bahwa rugi-rugi hidrolik akan berubah, bertambah atau

berkurang, sebanding dengan putaran impeler. Rugi-rugi mekanik adalah

relatif kecil pada putaran tinggi, jadi efisiensi mekanik akan bertambah sedikit

dengan kenaikan putaran impeler.

Contoh soal 23.

Sebuah pompa sentrifugal mengalirkan air 30 liter/detik, pada tinggi angkat 12

meter dan putaran 1450 rpm memerlukan daya 6 HP. Tentukan besarnya

debit, tinggi angkat pompa dan daya yang diperlukan, jika pompa berputar

pada putaran 1800 rpm.

Penyelesaian

Debit , Q = 30 liter/detik

Tinggi angkat, H= 12 meter

Putaran, N= 1450 rpm

Putaran baru, N1 = 1800 rpm

Misalkan Q1 debit pada putaran baru N1, Dengan menggunakan hubungan,

39

Q1 = Q .

= 30 x

= 37,2 liter/ menit

Berapa % ∆H dan %∆ P ??

Tinggi angkat pompa berdasarkan putaran yang baru, N1 dapat ditentukan dari:

Misalkan H1 = tinggi angkat berdasarkan putaran yang baru. Dengan

menggunakan hubungan,

Atau

Daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa berdasarkan putaran

yang baru, N1 didapat dari:

Misalkan P1 = daya yang diperlukan berdasarkan putaran yang baru.

Dengan demikian hubungan,

=

= 11,5 hp

Pengaruh Variasi Diameter

40

Telah ditunjukkan bahwa variasi putaran dan diameter suatu pompa sentrifugal

dan pengaruhnya pada kebutuhan tinggi angkat atau debit pompa dapat dipakai

untuk mengatasi perubahan-perubahan kondisi operasi.

Cara yang pertama (yaitu dengan memvariasikan putaran impeler pompa) sering

tidak mungkin untuk dilaksanakan karena impeler pompa digerakkan oleh motor

yang putarannya konstan, jadi dalam banyak kasus diameter impelerIah yang

diubah, diperbesar atau diperkecil untuk menyesuaikan terhadap perubahan

tinggi angkat atau debit. Ini dilakukan dengan cara mengubah sudu-sudu impeler

atau memasang ring impeler keluarnya.

Sekarang perhatikan suatu pompa sentrifugal yang diameternya diubah untuk

menyesuaikan kondisi baru.

Misalkan : D = diameter terluar pompa

Q = debit pompa dengan diameter D

H = tinggi angkat air dengan diameter D

P = daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa yang

berdiameter D.

D1 = diameter terluar yang baru untuk menyesuaikan

perubahan yang diinginkan, dan

Q1, H1, P1 = besaran-besaran yang berkaitan dengan

diameter D1

Bila diameter impeler diubah dari D ke D1, maka bentuk segitiga kecepatannya

tetap (yaitu sudut-sudut segitiga akan tetap sama), karena perubahan harga

kecepatan-kecepatannya akan sebanding.

Kita tahu bahwa kecepatan tangensial impeler,

U =

Atau U ~ D

41

Dengan cara yang sama, kecepatan aliran:

Vf ~ U

~ D (D ~ U)

Karena debit keluaran adalah,

Q = π D.b.Vf → dengan asumsi b konstan

Maka Q ~ D.Vf

~ D.D (D ~ Vf)

Dan Q ~ D2

Dengan cara yang serupa,

Q1 ~

= = ................................... (1)

Jadi debit pompa sentrifugal terlihat akan sebanding dengan kwadrat diameter

impeler-nya.

Dan persamaan tinggi angkat air ,

H =

~ Vw1 . U1

~D . D

H ~ D2

Dengan cara yang sama H1 ~

jadi

Terlihat bahwa tinggi angkat air sebuah pompa sentrifugal sebanding dengan

kwadrat diameter impeler-nya.

42

Demikian pula dari persamaan daya yang diperlukan untuk menggerakkan suatu

pompa,

~ Q . U1 . U1

~ D2 . D . D

Atau P ~ D4

Dan dengan cara yang sama P1 ~ D14 , diperoleh,

Jadi terlihat bahwa daya yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa

sentrifugal sebanding denga pangkat empat dari diameter impeler-nya.

Contoh soal 24

Sebuah pompa sentrifugal dibuat untuk mengalirkan air untuk tinggi angkat 22,5

m. Kemudian pompa ini diperlukan untuk mengalirkan sejumlah air yang sama

pada tinggi angkat 20 m. Hitung pengurangan diameter impeler yang diperlukan

dari diameter semulanya yaitu dari 300 mm tanpa mengurangi putaran impeler-

nya.

Penyelesaian:

Diketahui Tinggi angkat semula, H = 22,5 m

Tinggi angkat yang baru, H1 = 20 m

Diameter impeler semula, D = 300 mm= 0,3 m

Misalkan D1 = diameter impeler yang baru.

Dengan menggunakan persamaan

43

Jadi D1 = 0,283 m= 283 mm.

Jadi pengurangannya adalah sebesar ∆D = 300 – 283 = 17 mm

Kecepatan Spesifik Pompa Sentrifugal

Kecepatan spesifik suatu pompa sentrifugal dapat didefinisikan sebagai

kecepatan putar suatu pompa semu (imajiner) yang indentik dengan pompa

yang akan mengeluarkan 1 liter air dengan tinggi angkat 1 meter.

Misalkan Ns = kecepatan spesifik pompa

D1 =diameter terluar impeler

N = putaran impeler dalam rpm

U1 = kecepatan tangensial impeler pada sisi luar

H1 = tinggi angkat pompa dalam meter

Telah ditunjukkan bahwa kecepatan tangensial impeler.

U ~

U =

D1 N ~ N

~ …………………….(1)

Jika Q = debit keluaran pompa, dalam m3/detik

b1 = lebar impeler pada sisi luar,m

Vf1 = kecepatan fluida pada sisi keluar, m

Maka keluaran pompa,

Q = π D1.b1.Vf1

44

Sedangkan, b1 ~ D1

jadi

Contoh Soal 25.

Hitunglah kecepatan spesifik suatu pompa sentrifugal untuk memenuhi

kebutuhan 750 liter per detik air pada tinggi angkat 15 meter dan putaran 725

rpm.

Jawab:

Diketahui,

Debit keluaran, Q = 750 liter/detik = 0,75 m3/detik

Tinggi angkat, H = 15 m

Kecepatan, N = 725 rpm

Jika Ns = kecepatan spesifik pompa,

Dengan menggunakan persamaan,

Ns= N /H 3/4

dapat dihitung Ns = 725 /153/4 = 82,4 rpm

Contoh Soal 26.

Suatu pompa sentrifugal bertingkat ganda dan diseri diperlukan untuk

45

mengalirkan air 9000 liter per menit dari suatu pertambangan, tinggi angkat total

termasuk gesekan 500 meter, jika putaran pompa adalah 2900 rpm, tentukanlah

jumlah tingkat minimum yang diperlukan, dengan ketentuan kecepatan spesifik

per tingkat tidak kurang dari 60.

Jawab.

Diketahui:

Keluaran, Q = 9000 liter/menit = 150 liter/detik = 0,15 m3/detik.

Tinggi angkat total = 500 m

Kecepatan pompa, N = 2900 rpm

Kecepatan spesifik, Ns = 60

Jika H = tinggi angkat air per tingkat. Dengan menggunakan persamaan:

Ns = N

Diperoleh, 60 = 2900 /H3/4

Atau H3/4 =18,72

H = 50 m

Jadi jumlah tingkat = = 10.

Pemilihan Pompa Sentrifugal berdasarkan Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik pompa, seperti halnya pada turbin, dapat membantu untuk

menentukan jenis pompa sentrifugal. Tabel di bawah ini memberikan jenis-jenis

pompa sentrifugal berikut kecepatan spesifiknya.

NoKecepatan Spesifik Ns

Jenis pompa sentrifugal

1. 10 ~ 30 Pompa kecepatan rendah, dengan aliran radial pada sisi keluar.

2. 30 ~ 50 Pompa kecepatan sedang, dengan aliran radial pada sisi keluar.

3. 50 ~ 80 Pompa kecepatan tinggi, dengan aliran radial pada sisi keluar.

4. 80 ~ 160 Pompa kecepatan tinggi, dengan aliran campuran (mixed flow) pada sisi keluar.

46

5. 160 ~ 500 Pompa kecepatan tinggi, dengan aliran aksial pada sisi keluar.

6. di atas 500 Pompa kecepatan tinggi.

Contoh soal 27.

Suatu pompa sentrifugal memompakan air sebanyak 120 liter per detik dan

mengatasi tinggi angkat sebesar 85 meter pada putaran 900 rpm. Tentukan

kecepatan spesifik pompa dan jenis impeler yang harus dipilih ?

Jawab:

Keluaran, Q = 120 liter/detik = 0,12 m3/detik

Tinggi angkat, H = 85 m

Kecepatan, N = 900 rpm

Jika, Ns = kecepatan spesifik pompa.

Dengan menggunakan persamaan,

Ns = N

Diperoleh,

Ns = 900 x = 11,14 rpm.

Karena kecepatan spesifik diperoleh 11,14 rpm, maka dapat dipilih pompa

sentrifugal dengan kecepatan rendah, jenis aliran radial pada sisi keluar.

TINGGI ANGKAT ISAP (kerugian gesekan, kavitasi dalam pompa dan

impeler tidak termasuk)

Pada bagian terdahulu telah dibahas mengenai istilah tinggi angkat isap. Pada

kenyataannya tinggi angkat isap adalah suatu hal yang terpenting untuk

kelancaran dan efisiensi kerja dari pompa sentrifugal.

Secara singkat dapat dikemukakan bahwa sebuah pompa (sentrifugal atau

torak) mengangkat air dari suatu reservoar (sumber air) karena adanya tekanan

atmosfir yang bekerja pada permukaan sumber air. Pompa mengurangi tekanan

47

pada rumah pompa (casing) sehingga tekanan atmosfir dapat mendorong air ke

sisi isap. Karena tekanan pompa tidak boleh Iebih rendah darn tekanan uap

fluida, maka perbedaan tekanan mempunyai batas yaitu tekanan atmosfir

dikurangi tekanan uapnya. Perbedaan tekanan tersebut dipakai untuk

mengangkat air di pipa isap.

Akan ditunjukkan bahwa perbedaan tekanan tersebut harus cukup:

1. Mengangkat air sampai ketinggian sisi isap (Hs).

1. Untuk mengatasi kerugian gesekkan pada pipa isap (Hfs) dan

2. Untuk menghasilkan tinggi angkat akibat kecepatan.

(Vs2 / 2g)

Suatu pompa mengalirkan air dari suatu reservoir dimana,

pa = tekanan atmosfir, dalam kg/cm2

pv = tekanan uap, dalam kg/cm2

Ha = tekanan atmosfir, dalam meter

Hv = tekanan uap dalam meter dan

w = berat spesifik cairan,

Diketahui bahwa,

Yaitu Hs adalah tinggi angkat sisi isap. Dalam keadaan sebenarya, harga Hs

dihindarkan untuk sama dengan hasil yang didapat dari hubungan di atas,

umumnya dibatasi antara 5 - 6 meter saja.

Tekanan Uap

48

Tekanan uap atau umumnya disebut tekanan jenuh dari suatu cairan dapat

didefinisikan sebagai tekanan yang fase cairan berubah menjadi uap pada

temperatur tersebut. Tekanan uap adalah fungsi dari tempratur. Makin tinggi

temperatur, tekanan uap juga semakin tinggi. Dalam prakteknya, tekanan pada

setiap titik tidak akan lebih kecil dari pada tekanan uap pada setiap sistem

pompa. Gelembung-gelembung uap jika terbentuk dapat mengakibatkan korosi

pada pipa isap dan bagian-bagian yang lain.

Tinggi Angkat Isap Positif Netto (NPSH; Net Positif Suction Head)

Untuk menghasilkan debit tertentu maka pompa membutuhkan masukan fluida

pada sisi isap sejumlah yang sama. Untuk tujuan ini perlu diperhatikan bahwa

tekanan absolut fluida pada sisi isap besarnya harus dibuat sedemikian

sehingga tekanan tersebut melebihi tekanan uap, dan perbedaan yang terjadi

harus mampu mengatasi :

1. Efek masuk atau kerugian gesekkan antara titik pemasukan pompa dan

impeler, dan

2. Kerugian kejut yang terjadi pada sisi masuk impeler.

Harga ini didefinisikan sebagai Net Positive Suction Head (NPSH) yang tidak

lain adalah tekanan absolut.

Pada sisi masuk pompa yang besamya sama dengan tinggi angkat atmosfir

ditambah tinggi angkat akibat kecepatan, dikurangi tinggi angkat tekanan uap

fluida pada temperatur pemompaan, dan koreksi dengan ketinggian sumbu

pusat pompa bila pompa horisontal atau ketinggian sisi masuk pada impeler

tingkat pertama kedudukan pompa vertikal.

NPSHAv = ± Hs + Ha - Hv + Vs2/2g - Hfs (m)

+ Hs = bila kedudukan pompa di bawah ketinggian permukaan air

- Hs = bila kedudukan pompa di atas ketinggian permukaan air.

49

NPSH yang diperlukan ditentukan oleh pabrik pembuat pompa dan merupakan

fungsi dari kecepatan dan kapasitas pompa.

NPSH yang tersedia menunjukkan tingkat energi dari fluida terhadap kondisi

pada tekanan uap penuh sisi masuk pompa yang sepenuhnya ditentukan oleh

sistem pemompaan. Agar pemasukan dapat berlangsung.

NPSHAV ≥ NPSHRe

Jadi sekurang-kurangnya NPSH yang tersedia harus sama dengan NPSH yang

dibutuhkan pada setiap kondisi. Bila ini tidak dipenuhi, sejumlah fluida akan

menguap pada sisi masuk pompa dan gelembung-gelembung uap akan terbawa

masuk ke impeler. Gelembung-gelembung tersebut mangakibatkan timbulnya

getaran yang cukup keras pada suatu tempat di bagian dan pipa isap (biasanya

pada suatu tempat di impeler) dalam bentuk suara ketukan yang keras dan

sering disertai dengan kerusakan pada logam disekitar tempat tersebut. Gejala

ini dikenal sebagai kavitasi dan umumnya harus dihindari.

Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal.

Kavitasi pada pompa sentrifugal terjadi bila pompa bekerja dengan tinggi angkat

sisi isap yang terlalu tinggi atau kondisi lingkungan yang membuat uap tekanan

penuh yang tinggi. Apabila hal ini terjadi akan dapat merusak impeler.

Kavitasi dapat dihindari dengan cara sbb:

1. Temperatur fluida dibuat serendah mungkin agar tekanan uap jenuh

rendah dan menghasilkan peningkatan NPSH.

2. Kecepatan fluida pada pipa isap diusahakan rendah.

3. Sedapat mungkin dihindari pemakaian belokan tajam pada pipa isap

untuk mengurangi kerugian tinggi angkat.

Pemancingan Pompa Sentrifugal

50

Telah dibahas bahwa tekanan yang ditimbulkan oleh impeler pompa sentrifugal

adalah sebanding dengan harga densitas dari fluida, jadi jika impeler beroperasi

dengan fluida udara, maka tekanan yang dibangkitkan sangat kecil untuk dapat

mengisap air melalui pipa isap. Untuk menghindari ini pada permulaan operasi

pompa harus dipancing dengan mengisi air ke dalam impeler.

Untuk melakukan ini dapat ditunjuk prosedur, mula-mula seluruh pipa isap dan

impeler diisi dengan air. Katup keluar ditutup kemudian pompa distart. Impeler

yang berputar akan mendorong air ke dalam pipa keluar, bila ini telah dilakukan

katup keluar dapat dibuka dan air akan terhisap melalui pipa isap.

Kurva Karakteristik Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal seperti halnya turbin dirancang dan dibuat untuk bekerja pada

suatu kondisi tertentu (atau dalam daerah kerja terbatas) baik dalam debit

keluaran, kecepatan, daya yang dibutuhkan, efisiensi rill. Akan tetapi sering

sebelum pompa digunakan pada kondisi yang berbeda dengan kondisi yang

telah dirancangkan. Oleh karena itu, untuk tujuan tersebut penting untuk

mengetahui karakteristik dari pompa pada berbagai kondisi. Karakteristik itu

umumnya disajikan dalam bentuk grafik dan, dikenal sebagai kurva karakteristik.

Terdapat beberapa jenis kurva karakteristik, beberapa yang terpenting

diantaranya:

1. Kurva karakteristik kecapatan, dan

2. Kurva karakteristik keluaran dengan variabel kecepatan.

Gambar 44. Kurva karakteristik kecepatan vs keluaran

51

Gambar 44 menunjukkan prestasi dari pompa sentrifugal pada tinggi angkat

konstan, yang pada dasamya garis lurus, yang menunjukkan bahwa debit

keluaran akan bertambah dengan bertambahnya kecepatan putar.

Gambar 45

Ganbar 45 menunjukkan prestasi suatu pompa sentrifugal pada kondisi tinggi

angkat dan debit keluaran konstan. Bentuk kurva adalah parabolik yang

menunjukkan bahwa daya bertambah secara parabolik dengan meningkatnya

kecepatan putar.

Gambar 46 Kurva karakteristik kecepatan vs head.

Gambar 46 menunjukkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada debit

keluaran konstan. Bentuk kurva adalah parabolik dan menunjukkan bahwa tinggi

angkat akan bertambah secara parabolik dengan kenaikan kecepatan putaran.

52

Kurva karakteristik debit keluaran sebagai fungsi kecepatan putar.

Gambar 44 menunjukkan prestasi dan pompa sentrifugal pada tinggi angkat

konstan, yang pada dasamya garis lurus, yang menunjukkan bahwa debit

keluaran akan bertambah secara parabolik dengan bertambahnya kecepatan

putar.

Kurva karakteristik debit keluaran sebagai fungsi kecepatan putar.

Gambar 47. Kurva karakteristik keluaran vs head.

Gambar 47 memperlihatkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada berbagai

kondisi kecepatan putar. Bentuk kurva adalah parabolik yang menunjukkan

bahwa untuk suatu harga putaran tertentu, tinggi angkat manometrik berkurang

secara parabolik dengan bertambahnya keluaran.

53

Gambar 48 Kurva karakteristik keluaran vs daya

Gambar 48 memperlihatkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada berbagai

kecepatan. Bentuknya hampir berupa garis lurus yang menunjukkan bahwa

untuk suatu harga kecepatan putar tertentu, daya bertambah dengan bertambah

besarya debit keluaran.

Gambar 49 Kurva karakteristik keluaran vs efisiensi.

Gambar 49 memperlihatkan prestasi sebuah pompa sentrifugal pada berbagai

kecepatan putaran. Bentuk kurva adalah parabolik, yang menunjukkan bahwa

untuk suatu harga kecepatan putar, efisiensi bertambah dengan meningkatkan

debit keluaran. Kemudian setelah melewati suatu harga debit keluaran tertentu,

efisiensi akan menurun.

Kegunaan taksiran dalam pemilihan pompa sentrifugal

Pabrik pembuat pompa sering membantu pembeli dalam pemilihan pompa

sentrifugal dengan pertolongan diagram-diagram yang dicantumkan dalam

katalog-katalog. Tedampir disajikan beberapa diagram yang dikutip dari sebuah

katalog pabrik pembuat pompa.

Pemecahan contoh soal berikut ini menunjukkan penggunaan diagram-diagram

54

tersebut.

Contoh 28

Pilih pompa sentrifugal meliputi jenis impeler, daya, efisiensi dan tinggi angkat

isap, jika pada tinggi angkat 10 meter dan keluaran 50 m3/jam (13,9 liter/detik),

dan pompa akan ditempatkan di suatu lokasi yang terletak ketinggian 200

meter diatas permukaan taut

Jawab:

Dan gambar karakteristik pompa terlampir diperoleh.

(catatan : titik-titik yang di dapat ditandai dengan 0).

Pompa type : AZ 65 — 200 , 1450 rpm

Impeler type : 620/34

(Catatan : sehubungan dengan batasan kapasitas [keluaran] kita harus memilih

impeler lebih besar yang terdekat, yaitu 620/34).

Daya : 1,9 kW

Efisiensi : n 69 %

Head isap : 8 m

Karena adanya kerugian gesekan, tinggi angkat isap sebuah pompa sentrifugal

pada kondisi berikut

Contoh 29.

Analog dengan contoh 28, tentukan spesifik suatu pompa sentrifugal pada

kondisi berikut:

H = 40 m; Q= 108 m3/jam = 30 1/det

Lokasi dimana pompa dipasang adalah 2500 m diatas permukaan laut.

Jawab:

55

Dan gambar -gambar diagram karakteristik pompa terlampir diperoleh, Jadi,

pompa AZ 65-200 , 2900 rpm

Impeler : 620/222 (type yang lebih besar dari pada contoh a).

Daya : 16,5 kW

Efisiensi : n 71 %

Head isap sampai dengan 500 m diatas permukaan laut, adalah 4,8 m.

Koreksi untuk lokasi sampai dengan 2500 di atas permukaan laut:

Tabel bagian bawah,

Jadi, Tekanan amosfir pada 500 m = 9,7

Tekanan atmosfir pada 2500 = 7,7 -

Perbedaan = 2 (m)

Sehingga, head isap efektif, dengan mengabaikan gesekan

4,8 —2 = 2,8 m.

Penampang melintang sebuah pompa sentrifugal dari katalog pembuat seperti

ditunjukkan dalam gambar terlampir.

56

57

58

Kurva diatas berlaku untuk = 1,0 pada 10 Engler

Satuan standard dapat dipilih sesuai dengan selera kurva Q/H dapat digunakan

sampai penuh tanpa lebih pada motornya. Kurva diatas digambarkan untuk

kecepatan asinkron kondisi sebenarnya dari motor yang bersangkutan.

59

Kurva diatas berlaku untuk y = 1,0 pada 10 Engler

Dipilih satuan standard; kurva Q/H dapat digunakan sampai penuh tanpa terjadi

overload pada motor, Kurva diatas digambarkan untuk kecepatan asinkron

sebenarnya dari motor ybs.

60

Soal Latihan

1. Hitunglah sudut sudu pada sisi masuk suatu pompa sentrifugal yang memiliki

diameter dalam 300 mm dan diameter luar 600 mm. Sudut sudu

dibengkokkan dengan sudut 45° pada sisi keluar, dan aliran masuk pompa

radial, Pompa berputar pada 1.000 rpm dan kecepatan aliran melalui impeler

konstan pada 3 m/detik . Juga tentukan kerja per kg air dan besar dan sudut

kecepatan absolut air ke luar sudu? (Jawab : 10°49'; 28,58 m/det; 6 °2'; 892,9

Nm)

2. Suatu pompa sentrifugal memompakan 7.500 liter per menit air pada head

20,5 meter ketika berputar pada 600 rpm. Diameter luar impeler 60 cm, rasio

diameter adalah sebesar 2. Luas area aliran melalui impeler 600 cm2. Sudu

keluar dibelokkan 45°. Air memasuki impeler dengan arah radial tanpa ada

kejutan . Hitunglah : (a) efisiensi manomerik (b) sudut sudu pada sisi masuk .

(Jawab: 63,44%; 11021').

3. Suatu pompa sentrifugal mengalirkan 50 liter air per detik pada tinggi angkat

total 24 meter dan putaran 1500 rpm. Kecepatan aliran konstan pada 2,4

meter/detik dan sudu keluar dibelokkan sebesar 30° pada sisi keluar.

Diameter impeler pada sisi masuk ½ dari diameter pada sisi keluar. Jika

efisiensi manometrik 80%, tentukan : (a) Sudut sudu pada sisi masuk (b)

daya dibutuhkan untuk menggerakkan pompa . (Jawab : 13 ° 55'; 20 hp)

61

Perancangan Pompa Khusus

Pendahuluan

Pada bab-bab terdahulu telah dibahas pompa-pompa sentrifugal dan torak.

Tetapi kadang-kadang pada instalasi Industri dari pusat tenaga, minyak dan

cairan Iainnya yang dipompakan dengan kondisi yang berbeda. Kebanyakan

peralatan konvensional seperti motor listrik, motor diesel, atau bensin, lain

sumber daya seperti air terjun, udara bertekanan, atau uap selalu dipergunakan

untuk mengalirkan cairan. Ada beberapa jenis pompa yang perlu di bahas:

Pompa Pancar (Jet Pump)

Pompa jenis ini dalam bentuknya yang sederhana, terdiri dari pipa dengan ujung

sebagian dalamnya berbentuk konvergen.

Uap (atau kadang-kadang di pakai air) dialiran melalui sebuah nosel dengan

tekanan yang tinggi. Seperti terlihat pada gambar 54. Tenaga tekan dari uap

tersebut di konversikan dalam bentuk tenaga kinetik melewati nosel Akibatnya

tekanan pada bagian pipa konvergen akan menurun dan air terisap kedalam

pipa. Air yang terisap setelah melewati jet akan di bawa masuk ke pipa

pengeluaran.

Gambar 54

Pada bagian ini tenaga kinetik (kinetic head) uap air dikonversikan menjadi

62

bentuk tenaga tekan (pressure head) dan mendorong air ke dalam pipa

pengeluaran.

Air Lift Pump

Pompa jenis ini terdiri sebuah pipa vertikal dengan salah satu ujungnya

terbenam cairan yang akan dialirkan.

Udara bertekanan dialirkan ke dasar pipa tersebut melalui sebuah nosel, lihat

gambar 55.

Gambar 55

Efisiensi pompa jenis ini sangat rendah (± 25 %) hal ini disebabkan oleh

kerugian tenaga dan udara bertekanan yang tercampur dengan cairan.

Pompa ini mempunyai keuntungan:

1.Memerlukan perancangan yang sederhana.

2.Tidak terjadi keausan dan keretakan, hal ini disebabkan karena tidak ada

bagian yang bergerak.

3.Tidak memerlukan pelumasan.

4.Biaya perawatannya murah.

63

Rotary pump (pompa rotasi)

Pompa rotasi ini bentuknya mirip dengan pompa sentrifugal, tetapi cara kerjanya

berbeda. Pompa ini memiliki keuntungan yang merupakan gabungan antara

pompa sentrifugal dan pompa torak (yaitu, pengeluaran yang konstan, hal ini

merupakan keuntungan pompa sentrifugal dan tekanan konstan keuntungan

dan pompa torak).

Yang termasuk pompa rotasi ini antara lain:

1. Pompa roda gigi luar (External gear pump)

2. Pompa roda gigi dalam (Internal gear pump)

3. Pompa tekanan rendah (Lobe pump)

4. Pompa sirip ( Vane pump)

Pompa Roda Gigi Luar (External Gear Pump)

Pompa roda gigi luar pada bentuk sederhananya terdiri dari dua bush roda gigi

lurus yang sama yaitu A dan B, bekerja dengan celah antara roda gigi dan

rumah pompa yang kecil.

Roda gigi tersebut dirancang agar dapat membentuk hubungan yang rapat

pada titik kontaknya seperti ditunjukkan pada gambar 56.

Gambar 56

Salah satu roda giginya dihubungkan dengan poros tenaga, sedang Iainya

64

berfungsi sebagai roda gigi yang digerakkan.

Sebelum di jalankan pompa ini harus terisi penuh dengan air. Setelah roda gigi

beputar, air akan terperangkap antara gigi-giginya dan akan dialirkan pada sisi

pengeluaran. Putaran roda gigi-gigi tersebut akan menimbulkan tekanan yang

akan mendorong air ke dalam pipa pengeluaran.

Jika di perhatikan akan diketahui bahwa gigi dari roda gigi tersebut berfungsi

seperti torak atau plunyer pada pompa torak yaitu menekan air kedalam pipa

pengeluaran.

Pompa Roda Gigi Dalam ( Internal Gear Pump)

Pompa roda gigi dalam ini terdiri dari dua bush roda gigi lurus yang mengalami

kontak pada sebelah dalam dan dirancang agar dapat membentuk hubungan

yang rapat pada titik kontaknya serta dilengkapi dengan sebuah rusuk

(cresccuf), seperti di tunjukkan pada gambar 57.

Gambar 57

Rusuk tersebut membentuk garis pemisah yang terietak diantara dua roda gigi

yang berfungsi sebagai sekat antara sisi isap dan sisi tekan. Hal ini dilakukan

dengan menempatkan roda gigi dalam eksentris terhadap rda gigi luar. Roda gigi

65

dalam dihubungkan Iangsung dengan poros penggerak dan roda gigi luar

sebagai roda gigi yang digerakkan.

Pompa jenis ini harus terisi air (cairan) sebelum dijalankan. Pada saat roda gigi

berputar, gigi-giginya akan saling menangkap pada bagian sisi isap.

Akibatnya ruang antara roda gigi akan membesar dan cairan akan mengalir ke

dalamnya. Jika putaran roda gigi ini diteruskan cairan akan terjebak antara gigi-

gigi dan rusuk pembatas antara dua roda gigi tersebut dan mengalir ke sisi

pengeluaran.

Jika diperhatikan akan diketahui bahwa pada gigi dari roda gigi, seperti pompa

roda gigi luar, kenyataannya mini) dengan piston atau plunyer dan pompa torak

yang menekan cairan ke pipa penyaluran.

Lobe Pump ( Pompa Tekanan Rendah)

Gambar 58

Cara kerja pompa jenis ini mirip dengan pompa roda gigi. Ada beberapa bentuk

perangcangan dari pompa rotasi tiga lobe ini. Tetapi roda putarnya biasanya

terdiri dari dua atau tiga lobe, dan kadang-kadang bias lebih, tetapi cara kerjanya

66

tetap sama. Gambar 58 menunjukkan dua buah tipe dari lobe pump.

Lobe ini dirancang agar apat membentuk sebuah hubungan yang rapat pada titik

kontaknya. Piringan tersebut mempunyai sejumlah alur (umumnya 4 sampai 8),

tempat sudu (sirip) pompa. sudu-sudu tersebut dapat bergeser secara radial

didalam alur-alumya. Jika rotan memutar piringan, sudu-sudu akan tertekan ke

rumah hal tersebut disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal, dan membentuk

sebuah sekat cairan yang cukup rapat. Pada saat piringan berputar, cairan akan

terjebak dalam rongga yang dibentuk oleh sudu-sudu dan rumah pompa. Sudu-

sudu tersebut akan mnimbulkan tekanan dan menekan cairan ke dalam saluran

pengeluaran.

Gambar 59

Pada beberapa rancangan dipakai per yang berfungsi menekan sudu-sudu

pompa ke rumah pompanya. Tetapi kebanyakan rancangan, mempergunakan

sudu-sudu berayun. Pada jenis ini sudu bergerak ke luar disebabkan oleh gaya

sentrifugal yang ditimbulkan oleh putaran piringan.

67

Kompresor

Pendahuluan.

Macam-macam gas biasanya banyak dipergunakan dalam industri dan unit

Petrokimia. Udara bertekanan juga banyak dipergunakan diantaranya adalah:

1) Dipergunakan untuk mengoperasikan mesin perkakas pneumatic

unit kecil seperti: mesin keeling dan mesin bor, untuk

menggunakan unit besar misalnya road drills dan sebgainya.

2) Utuk sand blasting, running hosists, group pumps dan pile drivers.

3) Untuk dapur tinggi (blast fumance).

4) Untuk starting motor bakar dan beberapa peralatan lainnya.

Mesin yang menghasilkan gas yang bertekanan tinggi ini disebut sebagai

kompresor. Sebuah kompresor udara mengisap udara dari atmosfir,

megkompresikan dan mengalirkan udara bertekanan kedalam tabung

penampung, dari sini udara dapat dialirkan ke tempat yang memerlukannya

dengan mempegunakan instalasi pipa.

Kompresor dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu:

1. Kompresor Torak (Reciprocating Compressor)

2. Kompresor Rotasi (Rotary Compressor)

Pada dasarnya kompresor rotasi terdiri dari tiga kelompok yaitu, kompresor

radial, (Radial Compressor) atau kompresor sentrifugai (Centrifugal

Compressor), kompresor aliran aksial (axial flow compressor) dan positive

displacement compressor (misalnya root blower).

Kompresor Torak

Kompresor torak satu tingkat ditunjukkan pada gambar 60 (a) dan (b).

Kompresor tersebut terdiri dari torak yang bergerak bolak-balik dalam silinder.

Torak digerakkan oleh batang torak dan engkol yang ditempatkan dalam rumah

engkol. Katup isap (inlet valve) dan katup tekan (out let valve) ditempat pada

68

kepala silinder. Katup-katup tersebut bisanya jenis tekanan diferensial,

maksudnya adalah katup tersebut akan beroperasi akibat pebedaan tekanan

yang bekerja pada katup-katup tersebut. Langkah kerja kompresor jenis ini

adalah sebagi berikut:

Pada gambar 60 a, torak bergerak turun dalam silinder, hal ini menyebabkan

tekanan dalam silinder turun lebih rendah dari pada tekanan diluar silinder.

Keadaan tersebut akan menyebabkan katup isap terbuka. Setelah tekanan

dalam silinder sama dengan tekanan luar, katup isap akan kembali pada

kedudukannya semula. Dengan demikian silinder telah terisi oleh udara baru

selama langkah isap ini katup tekan dalam keadaan tertutup.

Pada gambar 60 b, torak bergerak ke atas dan menyebabkan kenaikan tekanan

udara dalam silinder jika tekanan udara tersebut lebih tinggi dari pada tekanan di

luar katup tekanan akan menyebabkan tekan terbuka dan udara dalam silinder

dialirkan sampai pada akhir langkah. Pada akhir langkah kompresi ini katup

tekan akan kembali pada kedudukannya semula dan langkah kerja berikutnya

berulang seperti pada proses di atas.

Gambar 60

Kompresor jenis ini dapat dihasilkan tekanan tinggi dengan aliran udara yang

69

terputus-putus (intermittent).

Kompresor Rotasi (Rotary Compressor)

Gambar 61 menunjukkan sebuah kompresor radial, yang terdiri dari sebuah

impeler yang berotasi, biasanya bekerja pada putaran tinggi (berkisar antara

20.000 sampai 30.000 rpm) dalam rumah pompa. Impeler ini terdiri dari piringan

tempat memasang sudu-sudu radial. Sudu-sudu tersebut akan membentuk

udara kedalam sel-sel. Impeler ini dilidungi oleh rumah pompa.

Udara yang keluar dari impeler tersebut ditekan ke dalam deiusor, hal ini akan

membantu mengarahkan aliran udara kedalam rumah keong (volute). Difusor ini

juga berfungsi memperlambat aliran udara, perlambatan ini akan mengakibatkan

kenaikan tekanan udara, selama secara teoritis tidak ada kerugian tenaga pada

aliran udara tersebut.

Rumah keong ini adalah merupakan peralatan pengumpul pada kompersor ini,

rumah keong ini mempunyai bentuk yang membesar ke arah pengeluaran.

Gambar 61

Hal ini diperlukan untuk mengumpulkan udara di dalam rumah keong tersebut,

sehingga ruangan yang lebih luas diperlukan untuk mengalirkan udara yang

70

makin mengikat jumlahnya. Udara bertekanan yang ada dalam kompresor

tersebut dialirkan keluar melalui saluran pengeluaran.

K ompresor jenis ini menghasilkan udara yang konstan dengan kapasitas besar

pada tekanan menengah. Perbandingan kompresi yang dihasilkan oleh

kompresor ini berkisar antara 4 atau 6: 1.

Gambar 62 menunjukkan kompresor aliran aksial (axial — flow compressor).

Pada kompresor jenis ini mempunai sudu-sudu putar. Sudu tetap ini terpasang

pada rumah kompresor, sedang sudu geraknya terpanjang pada drum yang

dapat diputar oleh sebuah poros sudu gerak ini akan mendorong udara dalam

kompresor.

Gambar 62

Gambar 62

Sedangkan sudu tetap berfungsi sebagai sudu-sudu pengarah dan sebagai

difusor. Sudut sudu tersebut diseduaikan sehingga menghasilkan aliran udara

yang merata dari sudu ke sudu. Udara tersebut mengalir secara aksial dalam

kompresor dan dialirkan lewat saluran pengaliran pada ujung akhir kompresor.

71

Kompresor jenis ini mempunyai putaran yang tinggi (10.000 sampai 30.000 rpm)

dan umumnya dengan jumlah aliran udara yang besar. Perbandingan tekanan

kompresinya sebesar 10 : 1 atau lebih.

Axial-flow compressor ini kebanyakan digunakan pada mesin turbin dari sebuah

pesawat terbang.

72