Modul Pompa

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Pengertian dan Fungsi Pompa

Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk

memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu

media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang

dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi

dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction)

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

mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi

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

cairan dan melawan hambatan yang ada sepanjang aliran fluida. Jadi pompa

dalam industri biasanya digunakan untuk transportasi fluida, dimana kerja dari

pompa tersebut tergantung dari sifat dan jenis fluida.

1.2 Klasifikasi Pompa berdasarkan Prinsip Kerja.

Sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi

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

dan digunakan baik didunia permesinan, kedokteran, pengolahan kimia

maupun rumah tangga. Ditinjau dari prinsip kerja maka pompa dapat

diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Pompa Desak (Positive Displacement Pump), perpindahan fluida akibat

adanya dorongan dari komponen (rotor,piston) pompa yang bergerak.

Kapasitas yang dihasilkan oleh pompa tekan adalah sebanding dengan

kecepatan pergerakan atau kecepatan putaran, sedangkan total head

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

pergerakan atau putaran. Jenis pompa ini dapat dikelompokkan menjadi :

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

- Pompa Diafragma

b. Rotary Diplacement : - Rotary dan eccentris Spiral

- Gear , Vane dan lainnya

1

1

 Gambar 1.1 Jenis-jenis Pompa Torak

2

Gambar 1.2 Pompa Diafragma

Gambar 1.3 Pompa Roda Gigi (Gear Pump)

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

3

2. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump), perpindahan fluida yang

bersentuhan dengan impeler yang sedang berputar menimbulkan gaya

sentrifugal menyebabkan fluida terlempar keluar. Kapasitas yang di hasilkan

oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan putaran, sedangkan total

head (tekanan) sebanding dengan kuadrat dari kecepatan putaran.

Jenis pompa ini dapat dikelompokkan berdasarkan :

a. Kapasitas :

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

b. Tekanan Discharge :

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

c. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

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

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

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

d. Posisi Poros :

Poros tegak Poros mendatar

e. Jumlah Suction :

Single Suction Double Suction

f. Arah aliran keluar impeller :

Radial flow Axial flow Mixed fllow

4

Gambar 1.6 Pompa Sentrifugal

3. Jet Pumps, Sifat dari jets pump adalah sebagai pendorong untuk

mengangkat cairan dari tempat yang sangat dalam. Perubahan tekanan dari

nozzle yang disebabkan oleh aliran media yang digunakan untuk membawa

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

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

konstruksinya sangat sederhana. Keefektifan dan efisiensi pompa ini sangat

terbatas.

4. Air lift Pumps (Mammoth Pumps), Prinsip kerja pompa ini hampir sama

dengan jet pump dan kapasitasnya sangat tergantung pada aksi dari campuran

antara cairan dan gas (two phase flow).

Gambar

Gambar 1.7 Jet Pump Gambar 1.8 Mammoth Pump

5

5. Hidraulic Rams Pump, Pompa ini menggunakan energi kinetik dari aliran

fluida yang menekan bandul/pegas pada suatu kolom dan energi tersebut

disimpan dan kemudian melawan kembali sehingga terjadi aliran fluida secara

terus menerus tanpa bantuan tenaga dari luar.

Gambar 1.9 Hidraulic Rams Pump

6. Elevator Pump, Sifat dari pompa ini mengangkat cairan ke tempat yang

lebih tinggi dengan menggunakan roda timbah,archimedean screw dan

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

seperti pasir, lumpur dan lainnya.

Gambar 1.10 Archimedean Screw Pump

7.Electromagnetic Pumps, Cara kerja pompa ini adalah tergantung dari kerja

langsung sebuah medan magnet ferromagnetic yang dialirkan, oleh karena itu

penggunaan dari pompa ini sangat terbatas khususnya pada pemompaan

cairan metal.

6

1.3 Klasifikasi Pompa berdasarkan Instalasi

Yang di maksud dengan pemasangan pompa mencakup :

a. Pemasangan pompa secara horizontal/vertical/inclined

b. Pemasangan pompa secara kering/basah

c. Pemasangan Pompa tetap dan dapat dipindah-pindah

d. Pemasangan pompa secara pararel/seri

Pembahasan berikut ini ditekankan pada pembahsan mengenai pemasangan

pompa secara pararel dan seri saja beserta pengaruhnya.

1. Pemasangan pompa secara pararel

Pemasangan pararel sering dilakukan karena meninjau beberapa faktor yang

sangat penting antara lain penghematan energi pada penggerak mula, dan

lainnya sehingga tercapai pengoperasian yang optimum. Pada umumnya pada

pemasangan pompa secara pararel dipergunakan dua atau lebih pompa yang

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

adalah Pemasangan pompa pararel dengan kapasitas paruh, dan penambahan

satu unit pompa untuk menambah kapasitas karena peningkatan kebutuhan

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

dengan dua unit pompa menghasilkan kurva hubungan head dan kapasitas

sebagai berikut :

Gambar 1.11 Hubungan H – Q Pompa Paralel

7

Dari gambar di atas maka yang perlu diperhatikan dalam menentukan unit

pompa adalah sebagai berikut :

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

berubah kapasitasnya akan meningkat dan headnya akan menurun tidak

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

menentukan pompa yang dapat di rekomendasikan dan di jamin oleh pabrik

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

kurva pompa.

b.Untuk penggunaan pompa yang mempunyai sifat kurva curam maka

kapasitas yang akan di capai untuk dua unit pompa beroperasi secara

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

c. Untuk menentukan besar daya penggerak mula maka dasar perhitungan

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

Bahwa dengan penambahan satu unit pompa yang sejenis dan mempunyai

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

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

pompa beroperasi terutama untuk pompa yang mempunyai sistim kurva

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

rekomendasikan untuk beroperasi pararel.

2. Pemasangan Pompa secara Seri

Untuk keperluan pemindahan fluida yang relatif jauh atau tinggi dalam arti head

yang besar maka diperlukan pemasangan pompa secara seri dengan kapasitas

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

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

keuntungannya terutama untuk kurva sistim yang curam dan sistim kurva

pompa yang landai. Pada waktu menjalankan pompa pertama harus dijalankan

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

terjadi masalah pada kavitasi, kemudian pompa kedua dan seterusnya.

8

Gambar 1.12 Hubungan H – Q Pompa Seri

Sebaliknya pada waktu mematikan pompa, urutan sebaliknya yang harus di

lakukan. Dalam praktek laangan, daripada memasang pompa impeler tunggal

secara seri lebih baik memakai pompa yang mempunyai impeler ganda atau

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

1.4 Faktor Utama dalam Pemilihan Pompa

Pada prinsipnya pemilihan pompa bukan berdasarkan murah dan

tahan lama tetapi berdasarkan fungsi yaitu memindahkan sejumlah fluida

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

Kapasitas dan Head ini merupakan faktor yang utama.

1. Kapasitas

Kapasitas pompa adalah kemampuan pompa mengalirkan volume fluida

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

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

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

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

tidak diperhitungkan sebagai kapasitas pompa, karena itu maka sering

menggunakan istilah efisiensi volumetrik.

9

2. Tekanan Kerja (Total Head)

Tekanan adalah perbandingan antara Gaya/berat persatuan luas

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

eksak menggunakannya. Karena hal tersebut maka satuannya pun

dinyatakan sesuai dengan penggunanya, Misal yang berkaitan dengan air

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

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

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

Head yang dibutuhkan untuk memindahkan fluida sebanding dengan jarak

ketinggian dan massa jenis fluida tersebut.

3. Jenis dan Data Fluida

Jenis dan data cairan sangatlah perlu dalam menentukan pemilihan pompa.

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

akan berhubungan langsung dengan kebutuhan daya dari penggerak mula.

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

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

yang sesuai dengan cairan yang dipompakan terutama untuk cairan yang

bersifat korosi. Cairan yang di pompakan juga mempunyai viscositas yang

berbeda-beda akan mempengaruhi kurva pompa. Makin tinggi viscositas

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

kapasitas, Total head, Efisiensi dan meningkatkan kebutuhan tenaga.

1.5 Penggerak Mula Pompa

Pada dasarnya pompa memerlukan tenaga penggerak mula untuk

mengoperasikannya. Dalam pemilihan penggerak mula dari pompa tersebut

maka keadaan setempat dan tersedianya sumber energi sangat

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

dan tidak memungkinkan untuk diadakan sumber listriknya maka tidaklah

mungkin kita memilih motor listrik sebagai penggerak mulanya. Sebagai contoh

ditengah perkebunan yang luas maka kita dapat memilih motor diesel sebagai

tenaga penggerak mulanya.

10

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

tabel dengan tenaga bervariasi sesuai jenis motornya.

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

3. Mesin Uap dengan kecepatan putar relatif rendah

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

Perubahan kecepatan putaran pada penggerak mula akan mempengaruhi garis

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

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

adalah sebagai berikut :

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

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

sebagai berikut :

11

1.6 Tugas Diskusi

1. Jelaskan pengertian dan fungsi pompa !

2. Jelaskan Jenis-jenis pompa rotary !

3. Jelaskan prinsip kerja pompa torak dan pompa sentrifugal!

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

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

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

Ban mobil pada no.5 ?

7. Coba jelaskan empat faktor pemilihan pompa !

8. Coba klasifikasikan, apakah kapasitas pompa dibawah ini termasuk

rendah, menengah atau tinggi ?

a. 1,5 Gallon/det

b. 12 liter/det

c. 1400 inc3/menit

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

Spesifikasi pompa tersedia, tekanan discharge 125 mka dan kapasitas

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

pemasangannya ?

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

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

a. Kapasitas pompa yang terjadi

b. Total head yang dapat dicapai

c. Tenaga pompa

12

BAB IIPOMPA TORAK

2.1 Komponen Pompa Torak

Gambar 2.1 Komponen Pompa Torak

1. Piston/plunger berfungsi untuk mengisap fluida ke dalam dan menekannya

kembali keluar selinder.

2. Batang Piston berfungsi sebagai penerus tenaga gerak dari mesin ke piston.

3. Mur Piston berfungsi untuk mengikat piston pada batang piston.

4. Ring/seal berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida dari dalam selinder

5. Selinder berfungsi sebagai tempat pergerakan piston dan penampungan

sementara fluida.

6. Selinder liner berfungsi sebagai pelapis selinder yang bagian dalamnya

harus mempunyai permukaan yang halus guna memperlancar gerak piston.

7. Packing berfungsi sebagai pencegah kebocoran fluida dari dalam selinder.

8. Perapat packing berfungsi sebagai penekan supaya packing tetap pada

posisinya sewaktu batang piston bergerak.

9. Katup Isap berfungsi untuk mengatur pemasukan dan penutupan fluida pada

saat piston langkah isap.

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

ke dalam ruang selinder pada saat piston langkah tekan.

13

13

2.2 Prinsip Kerja Pompa Torak

Sambil memperhatikan Gambar 2.1, prinsip kerjanya dapat diuraikan sebagai

berikut :

Piston bergerak mundur / kekiri,

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

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

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

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

ruang selinder bagian kanan piston.

Piston bergerak maju/ kekanan,

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

katup tekan kanan terbuka sehingga fluida mengalir ke ruang outlet dan

keluar pompa melalui pipa penyalur.

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

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

ruang selinder bagian kiri piston, dan selanjutnya kembali piston bergerak

mundur – maju secara berkelanjutan.

2.3 Perhitungan Kapasitas Pompa Torak

1. Pompa Torak Kerja Tunggal

Pompa tipe ini mempunyai tekanan kerja tinggi sesuai dengan tenaga

penggeraknya. Kerja piston hanya pada satu sisi sehingga disebut kerja

tunggal. Operasi pompa ini dapat dilakukan secara manual maupun

menggunakan tenaga penggerak mula.

Gambar 2.2 Pompa Torak Kerja Tunggal

14

Sesuai konstruksinya, kecepatan gerak piston setiap saat berubah mulai dari

nol – cepat – nol dan seterusnya sehingga aliran fluida keluar pompa tidak

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

langkah tekan sehingga volume fluida yang dialirkan pompa dapat dihitung

dengan rumus :

Volume (m3)

Bila pompa digerakkan oleh mesin penggerak mula yang mempunyai jumlah

putaran “n” maka kapasitas fluida yang dihasilkan adalah :

Kapasitas (m3/menit) atau

(m3/detik)

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

kerugian volume, jadi kapasitas sesungguhnya disebut kapasitas efektif adalah:

(m3/detik)

dimana : Q kapasitas teoritis pompa (m3/detik)

Qe kapasitas efektif pompa (m3/detik)

D diameter piston/plunger ( m )

S langkah gerak piston ( m )

n putaran mesin penggerak (rpm)

efisiensi volumetrik ( % )

2. Pompa Torak Kerja Ganda

15

Tipe pompa ini juga termasuk pompa yang mempunya tekanan kerja tinggi

sesuai dengan mesin penggeraknya. Dalam operasinya, setiap langkah piston

melakukan pengisapan dan penekanan fluida. Pada langkah mundur, sisi

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

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

kedua sisi piston bekerja secara bersama maka disebut pompa kerja ganda

yang menghasilkan aliran fluida merata dengan kapasitas yang lebih besar.

Gambar 2.3 Pompa Torak Kerja Ganda

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

Volume langkah maju V = (m3)

Volume langkah mundur V = (m3)

Bila pompa digerakkan oleh mesin yang mempunyai putaran “n”, maka

kapasitas pompa adalah :

Kapasitas langkah maju (m3/menit)

Kapasitas langkah mundur (m3/menit)

Kapasitas Pompa Torak Kerja Ganda Q = Qmj + Qmd

(m 3/menit) atau

(m3/det) dan (m3/detik)

3. Pompa Diferensial

16

Pompa diferensial ini merupakan gabungan antara pompa kerja tunggal dan

kerja ganda dimana aliran fluida lebih stabil tapi kapasitasnya sama dengan

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

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

Piston bergerak ke kanan

a. Ruang kiri piston terjadi pengisapan fluida, volume fluida yang terisap

masuk ke dalam selinder Vi = (m3)

b. Ruang kanan piston terjadi penekanan sehingga volume fluida mengalir

keluar Vtkn = (m3)

Gambar 2.4 Pompa Diferensial

Piston bergerak ke kiri

a. Fluida di ruang kiri piston ditekan sehingga mengalir ke ruang piston bagian

kanan dan sebagian keluar pompa.

Volume fluida yang tertekan (Vt) = (m3)

Volume fluida yang masuk ke ruang kanan Vkn = (m3) b.

Volume keluar Pompa Vtkr = Vt – Vkn = (m3)

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

V = Vtkn + Vtkr = +

17

V = (m3), Bila terjadi jumlah cicles atau putaran mesin

penggerak adalah “n” maka Kapasitas Pompa Diferesnsial sama dengan

Kapasitas Pompa torak kerja tunggal yaitu sebesar :

Kapasitas Teoritis Pompa Diferensial (m3/detik)

Kapasitas Efektif Pompa Diferensial (m3/detik)

dimana : Q kapasitas teritis pompa (m3/detik)

Qe kapasitas efektif pompa (m3/detik)

D diameter piston/plunger ( m )

S langkah gerak piston ( m )

n putaran mesin penggerak (rpm)

efisiensi volumetrik ( % )

Kapasitas langkah maju berbeda dengan kapasitas langkah mundur, ini akan

menyebabkan terjadi getaran pada gerak rotor secara keseluruhan yang dapat

menurunkan usia pemakaian pompa. Untuk mencegah hal ini maka diusahakan

kapasitas maju dan mundur harus sama dengan jalan menghitung

perbandingan diameter piston dan batangnya sebagai berikut :

Vtkn = Vtkr =

=

=

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

4. Contoh Perhitungan Kapasitas Pompa Torak

18

Sebuah pompa mempunyai ukuran diameter plunger 140 mm, diameter batang

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

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

a. Pompa Torak Kerja Tunggal

b. Pompa Torak Kerja Ganda

c. Pompa Torak Diferensia langkah maju dan langkah mundur

Penyelesaian

a. Kapasitas Pompa Kerja Tunggal (Qkt)

Qkt = = Ltr/det

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

b. Kapasitas Pompa Kerja Ganda (Qkg)

Qkg = =

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

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

c. Kapasitas Pompa Diferensial (Qkd)

Qmaju = =

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

Qmundur = = = 2,009 ltr/det = 7,235 m3/jam

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

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

2.4 Tekanan (Head) Pompa Torak

19

Secara umum pompa mempunyai head isap dan tekan, seperti

pompa yang sering digunakan dirumah tangga mempunyai head isap 9 mka

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

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

dan tenaga penggerak pompa.

Head tekan pada pompa torak sebanding dengan gaya dorong mesin

penggerak dan berbanding terbalik dengan luas penampang plungernya, hal ini

dapat dirumuskan sebagai berikut :

( N/m2 )

dimana , Pt : Tekanan pompa ( N/m2 )

F : Gaya dorong batang plunger dari mesin ( N )

A : Luas penampang plunger ( m2 )

H : Head tekan/tinggi pemindahan fluida ( N/m2 )

Hl : Kerugian tinggi angkat total ( N/m2 )

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

Toricelli. Teori Boyle-Gay Lussac berhubungan dengan penampang dan

langkah gerak plunger yaitu : sedangkan menurut Toricelli terkait

dengan letak pemasangan pompa dan tekanan udara sekitarnya yang secara

umum dapat dijelaskan seperti pada Gambar 2.5.

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

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

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

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

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

turbulen, katup maupun tekanan penguapan karena perubahan tempratur.

20

Gambar 2.5 Tinggi Tekan Udara Normal

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

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

pompa tidak dapat mengisap atau tidak berfungsi sebagaimana mestinya.

Kerugian tekanan akibat penguapan dapat dilihat pada Tabel 2.1

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

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

permukaan sumber fluidanya ?

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

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

permukaan sumber air.

2.5 Tingi Angkat dan Randemen Hidrolis

21

Tinggi angkat adalah merupakan jumlah tinggi isap dan tinggi tekan.

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

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

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

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

dan sebagainya. Untuk mengetahui besarnya tinggi angkat pompa maka

dipasang manometer vakum pada langkah isap dan manometer tekan pada

langkah tekan.

Gambar 2.6 Manometer Ketel Angin

Manometer isap menunjukkan 52 cmHg, mka = 6,84 mka, berarti

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

Manometer tekan menunjukkan 122 CmHg, mka =16,05 mka,

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

Perbandingan anatara tinggi angkat dan tinggi angkat manometer disebut

Randemen/efisiensi hidrolis yang besarnya adalah :

Randemen Hidrolis X

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

2.6 Tenaga Pompa Torak

22

Dalam proses pemindahan zat alir dibutuhkan suatu usaha baik

secara manual maupun menggunakan permesinan. Usaha adalah merupakan

perkalian gaya dan jarak yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

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

G adalah Gaya berat zat cair (fluida) G = V x x g (N)

Ht adalah tinggi total dan sering dikenal dengan Hman = H + Hl

Daya atau Tenaga adalah kemampuan melakukan usaha setiap detik

yang mana besarnya dapat dirumuskan : Tenaga secara umum

N = = = watt

Kapasitas Q = . Dengan mensubstitusikan harga kapasitas pompa

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

dapat dirumuskan :

Kerja Tunggal ( watt )

Kerja Ganda ( watt )

Karena adanya faktor gesekan antara komponen pompa maka tenaga yang

dibutuhkan untuk menggerakkan pompa disebut tenaga penggerak yang

besarnya adalah :

Tenaga Penggerak Pompa ( watt )

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

Contoh Perhitungan Tenaga Pompa

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

23

meter dan menekannya setinggi 42 meter dimana kerugian tinggi angkat

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

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

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

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

Penyelesaian :

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

n = 100 rpm, H + Hl = 53 mka

a. Kapasitas Pompa teoritis

Q = = 5,52 liter/det

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

b. Tenaga teoritis

= 2870,0 watt

Tenaga Penggerak Pompa Np = = = 3376,5 watt

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

Diferensial yang berkapasitas 270 liter/menit dan pemindahan total

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

Akibat gesekan dan kerugian lainnya menimbulkan efisiensi volumetrik dan

mekanik masing-masing 95 dan 90 %.

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

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

c. Tenaga Penggerak Pompa (Kw)

Penyelesaian :

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

S = 2D d = 0,7 D

24

a. Perhitungan ukuran komponen Pompa

Kapasitas Pompa =

Diameter Piston D = = = 1,241 dm = 125 mm

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

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

b. Kapasitas Isap dan Tekan Pompa

Kapasitas Isap Qi = = = 2,35 liter/det

Kapasitas Tekan Qt = = = 2,25 liter/det

c. Tenaga Penggerak Pompa

Tenaga Penggerak Pompa Np =

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

2.7 Perhitungan Ukuran Utama Pompa Torak

Konstruksi umum pompa torak berbentuk selinder dan didalamnya

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

sejumlah fluida yang bertekanan sesuai kebutuhan

25

1. Perhitungan Diameter didasarkan pada kapasitas pompa yaitu:

a. Pompa Kerja Tunggal

Diameter Piston Kerja Tunggal/Diferensial (m)

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

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

Diameter piston kerja Ganda (m)

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

2. Perhitungan Tebal Selinder didasarkan pada tekanan yang bekerja

yang mengakibatkan timbulnya tegangan tarik pada dinding yang

besarnya dapat diuraikan sebagai berikut :

A ≥

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

2 x t x L ≥ ........ t ≥ ... untuk mencegah ketidak rata-an,

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

Tebal Selinder berdinding tipis (Cm)

Untuk selinder berdinding tebal, dapat menggunakan Rumus menurut Bach

Tebal selinder berdinding tebal

Keterangan :

t ; tebal dinding selinder ( Cm )

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

26

D : diameter dalam selinder ( Cm )

R1 : Jari-jari dalam selinder ( Cm )

R2 : Jari-jari luar selinder ( Cm )

: Tegangan tarik izin bahan selinder (Kg/cm2)

Besi tuang 150 – 250 (Kg/cm2)

Baja tuang 350 – 550 (Kg/cm2)

3. Perhitungan Batang Piston, alat ini berfungsi untuk meneruskan gaya

dorong mesin penggerak ke piston guna menekan dan mengisap fluida.

Besarnya gaya dorong yang dibutuhkan dapat dihitung sebagai berikut :

Gaya dorong F = A x P = ( N )

Gaya ini menimbulkan tegangan tekan pada batang piston yang besarnya :

Tegangan tekan a = dengan mensub-

stitusikan ke dua persamaan tersebut maka diperoleh ukuran diameter :

Diameter batang piston ( m )

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

dorong yang terjadi harus lebih kecil dari gaya buckling yang besarnya

menurut Euler adalah :

Jadi Panjang batang Piston

Keterangan :

L : panjang batang piston ( cm )

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

F : gaya dorong piston ( Kgf )

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

I = A.y2 momen inertia (cm4 )

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

y = untuk benda bulat I = dan A =

27

Jadi, jari-jari girasi y =

Faktor kelangsingan batang piston yang harganya adalah

Besi tuang ≥ 90 dan Baja tuang ≥ 135.

Contoh

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

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

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

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

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

a. Diameter dalam selinder ( mm )

b. Tebal selinder ( mm )

c. Diameter batang torak ( mm )

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

e. Tenaga yang dibutuhkan ( Kw )

Penyelesaian

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

Qe = 19 lit/det Baja tuang 350–550 (Kg/cm2) = 350 (Kg/cm2)

a. Diameter dalam Selinder (D)

Kapasitas Pompa Diferensial S = 2.D Q =

D = = = 2,04 dm = 204 mm

Diameter torak = diameter dalam selinder D = 204 mm

b. Tebal Selinder (t)

( cm )

P = = = 1000 x 10 x 42,5/0,85

28

P = 500000 N/m2 = 5 Kgf/cm2 D = 20,4 cm = 350 kgf/cm2

Jadi tebal selinder 0,65 cm = 7 mm

Menurut Bach

R2 = 10,2 = 10,33 cm

T = 10,33 – 10,2 = 0,13 cm = 1,3 mm

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

c. Diameter Batang Torak (d)

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

2,44 Cm

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

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

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

4606,62 ≥ 1633,43 jadi sangat aman terhadap buckling

d. Kapasitas Isap dan Tekan Pompa Diferensial

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

Kapasitas Tekan Qt = = = 10,1 liter/det

e. Tenaga yang dibutuhkan (Np)

N = Q x ρ x g x Ht watt

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

N = 10 Kw jadi tenaga yang dibutuhkan

29

2.8 Tugas Diskusi

1. Jelaskan keuntungan pompa Diferensial bila dibandingkan dengan pompa

kerja tunggal !

2. Jelaskan keuntungan dan kerugian pompa torak kerja ganda !

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

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

Jelaskan arah pecahnya tabung tersebut, apakah memanjang atau melin-

tang ! dan jelaskan kemungkinan faktor-faktor penyebabnya !

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

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

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

hidraulis 88 %, langkah piston dua kali diametrnya dan putaran

penggeraknya 120 rpm ,maka rencanakan ukuran utama pompa tersebut !

BAB III

POMPA SENTRIFUGAL

3.1 Komponen Pompa Sentrifugal

Adapun jenis dan fungsi komponen utama pompa sentrifugal dapat

dikelompokkan menjadi dua komponen utama yaitu Rotor dan Stator yang

dapat dijelaskan sebagai berikut :

30

Gambar 3.1 Komponen utama Pompa Sentrifugal

A. Komponen yang bergerak (Rotor)

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

menjadi energi potensial sehingga menarik dan melemparkan fluida

dengan gaya sentrifugal yang timbul akibat adanya massa fluida dan

putaran.

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

penggerak ke impeler.

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

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

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

adanya berat rotor dan memperkecil gaya gesekan sehingga memperlancar

gerak putar rotor itu sendiri

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

penguraian gaya sentrifugal pada kelengkungan konstruksi impeler dan juga

memkecil gaya gesek pada poros

B. Komponen yang diam (Stator)

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

yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat

kedudukan inlet dan outlet flange serta tempat memberikan arah aliran dari

31

31

impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi

dinamis

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

pompa

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

4. Suction Flange berfungsi sebagai tempat penyambungan pipa inlet ke

rumah Pompa

5. Discharge Flange berfungsi sebagai tempat penyambungan pipa

outlet/tekan ke rumah pompa

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

fluida pada saat pompa beroperasi

7. Casing Wear Ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang

melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan

cara memperkecil celah antara casing  dengan impeller.

8. Cooling Jacket merupakan ruangan ventilasi untuk pendingin cover dan

rumah pompa pada saat beroperasi

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

pompa yang biasanya dalam waktu-waktu tertentu dibuka guna membuang

kotoran yang mengendap di dalam pompa

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

sebagai tempat pemasangan pompa pada fondasinya

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

yang berfungsi untuk pelepas tekanan fluida yang berlebihan antara kedua

ruang tersebut.

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

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

menutup bearing supaya bearing tetap pada posisi dan bebas dari debu

14.Bearing Bracket Support berfungsi sebagai pendukung rumah bearing

15.Oil Chamber berfungsi sebagai wadah dan tempat pembuangan minyak

pelumas antara poros dan bearing

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

kebocoran oli pelumas bearing melalui poros yang sedang berputar

32

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

maupun untuk mencegah gerak aksial yang akan terjadi

18. Mechanic Seal berfungsi untuk mencegah kebocoran fluida melalui poros

3.2 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Bila dilihat dari samping gambar di atas maka bentuk impeler adalah

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

dihidupkan maka poros meneruskan putaran ke impeler sehingga fluida masuk

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

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

ditimbulkan oleh putaran impeler tersebut. Terlemparnya fluida keluar secara

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

berlangsung selama motor penggerak pompa dihidupkan sehingga terjadi

aliran paksa terhadap fluida mulai dari reservoir sampai keluar pompa.

Gambar 3.2 Konstruksi Impeler

Poros dan Impeller pada pompa sentrifugal didukung dengan bantalan pada

kedua ujung porosnya ataupun hanya salah satu ujungnya saja. Pada

pemasangan satu bantalan menghemat satu seal tetapi akan terjadi

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

Untuk meningkatkan kapasitas dapat di buat impeller dengan double suction,

ini juga berguna untuk menyetimbangkan gaya axial yang terjadi. Untuk

memenuhi kebutuhan akan total head yang tinggi maka dapat di konstruksikan

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

membantu menghilangkan gaya axial dari impeller jamak tersebut maka dapat

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

33

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

c. Impeler bertolak Belakang d. Impeler Multi Stage

Gambar 3.3 Jenis-jenis Pompa Sentrifugal

3.3 Perhitungan Head dan Tekanan

Pompa sentrifugal adalah salah satu tipe pompa yang bekerja

menurut gaya sentrifugal yaitu gaya yang timbul akibat adanya massa yang

berputar dan arahnya keluar tegak lurus meninggalkan sumbu putar. Massa

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

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

umum disebut gaya sentrifugal yang besarnya adalah :

Gaya sentrifugal Fsf = m. ω . R2 (N) dan ω = 2. π . n rad/menit

Akibat gaya ini maka timbul percepatan yang meningkatkan kecepatan dan

berubah menjadi energi kinetis Ek = ½. m . V2 joule. Sesuai dengan bentuk

casing dan fungsi pompa maka energi kinetis fluida ini berubah menjadi energi

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

34

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

angkat fluida pada pompa sentrifugal merupakan fungsi kuadrat dari kecepatan

putar impelernya. Tinggi angkat ini berkaitan langsung dan sebanding dengan

dengan tekanan pompa yaitu :

Tekanan Pompa Sentrifugal ( Pa )

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

Contoh

Pompa sentrifugal mempunyai diameter impeler 300 mm berputar pada 1200

rpm, tentukanlah tinggi angkat dan tekanan impelernya bila randemen hidraulis

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

Penyelesaian

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

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

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

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

35

Tekanan fluida pada impeler

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

3.4 Kerja Spesifik dan Tinggi Angkat

Perpindahan energi sudu terjadi pada saat sudu diputar dimana fluida

masuk di bagian dalam dengan kecepatan relatif dan arah . Kecepatan

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

dengan kecepatan U1 keliling sudu. Pada saat sudu berbutar bergerak

menelusuri sisi sudu dan keluar dengan kecepatan relatif dengan arah .

Karena adanya gesekan antara fluida dan sisi sudu maka harga dapat

dirumuskan : = . . Gabungan atau resultan antara dan U2

menghasilkan kecepatan V2 fluida keluar sudu.

Gambar 3.4 Segi tiga Kecepatan

Adapun harga parameter diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :

Kecepatan keliling sudu bagian dalam U1 = (m/det)

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = (m/det)

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

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

gesekan maka ≥ 900 , jika diambil 900 maka harga

dapat menggunakan Rumus Phitagoras, tapi bila > 900 maka dapat

menggunakan Aturan Cosinus.

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

≥ 900

θ1 = didapat dari hitungan

= 5 - 120 Pompa dengan saluran pengarah (Bertingkat)

36

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

θ2 = 25 – 320

Kecepatan keliling sudu bagian luar U2 = (m/det)

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

Kecepatan keliling sudu bagian luar mempunyai batasan sesuai dengan bahan

yang digunakan antara lain adalah sebagai berikut :

U2 = 35 meter/detik untuk Besituang Kelabu

U2 = 60 meter/detik untuk Perunggu Tuang

U2 = 70 meter/detik untuk Logam ringan

U2 = 80 meter/detik untuk Baja tuang

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

Dengan menggunakan Aturan Cosinus maka didapat harga kecepatan V2 fluida

keluar sudu. Komponen Kecepatan fluida yang berpengaruh terhadap tenaga

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

V2x = V2u = V2 . Cos

Menurut kaidah Momentum, akibat adanya putaran akan menimbulkan Momen

puntir (Torsi) yang besarnya adalah :

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

T =

Torsi ini dihasilkan oleh tenaga penggerak yang besarnya adalah :

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

N = ω x

N =

jika ruas kiri dan kanan dibagi massa setiap detik, maka diperoleh

Tenaga Spesifik

( Nm/Kg)

37

Tenaga Spesifik adalah tenaga yang dibutuhkan untuk memindahkan 1 Kg

fluida.

Kerja spesifik berkaitan langsung dengan tinggi angkat pompa yang harganya

menurut Euler adalah Y = g . H

Tinggi angkat, Persamaan Euler (mka)

Dari persamaan Euler tersebut dapat dijelaskan bahwa tinggi angkat berlaku

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

memperhitungkan massa jenis setiap fluida maka tinggi angkat ini berubah

menjadi tekanan yang besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut :

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

Keterangan,

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

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

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

g ; gravitasi bumi (m/det2)

3.5 Tenaga dan Efisiensi Pompa

Tinggi angkat merupakan faktor utama dalam penentuan ukuran dan

tenaga pompa. Dari uraian sebelumnya telah dijelaskan bahwa besarnya

tenaga dapat dihitung dengan persamaan :

Tenaga Pompa watt

Dalam pengoperasian pompa terdapat berbagai jenis kerugian seperti tinggi

angkat , volumetrik dan mekanis sehingga menurunkan efisiensi secara

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

1. Efisiensi Hidraulis

2. Efisiensi Volumetrik

38

3. Efisiensi Mekanis

4. Efisiensi Pompa

Harga Efisiensi hidraulis dan mekanik tergantung pada kecepatan putar spesifik

yang besarnya adalah :

Gambar 3.5 Grafik Kecepatan putar Spesifik dan Randemen

Tabel 3.1 Hubungan antara Kecepatan Putar Spesifik dan Randemen Hidraulis

(nq) adalah kecepatan spesifik yaitu kecepatan putar yang dibutuhkan untuk

menghasilkan tinggi angkat Hq = 1 meter dengan kapasitas Q = 1 m3/det

Harga (nq) ini berpengaruh terhadap pemilihan bentuk impeler yang

digunakan apakah impeler tekanan tinggi atau rendah.

39

Contoh

Sebuah pompa sentrifugal mempunyai kapasitas efektif

126 m3/jam dengan putaran 1450 rpm dan Randemen Volu

metrik 95 %. Dari hasil pengukuran impelernya terdapat

data seperti gambar disamping

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

b. Tekanan Kerja Pompa (P) Pa

c. Tenaga Penggerak Pompa (Np) Kw

(Data lain lihat Referensi )

Penyelesaian

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

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

a. Kerja Spesifik (Y)

Kecep. Keliling sudu bagian dalam U1 = = = 7,59 m/det

Kecep. Keliling sudu bagian luar U2 = = = 16,94 m/det

Kapasitas pompa = = 0,037 m3/detik

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

A1 = 0,057 m2

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = = 0,65 m/det

Bila sudut masuk = 900 maka V1u = V1 . Cos 900 = 0,00 m/det

Kecepatan Relatif masuk sudu ω1

ω1 = = 7,62 m/det

Sudut masuk relatif θ1 = = = 4,90

Kecepatan Relatif keluar sudu ω2 = . = 0,95 – 0,98

40

ω2 = 0,95 . 7,62 = 7,24 m/det

Sudut Relatif keluar sudu θ2 = 25 – 320 diambil 300

Kecepatan fluida keluar sudu V2 =

V2 = V2 = 11,27 m/det

Sudut fluida keluar sudu

18,750 dapat diterima karena

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

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

V2u = 11,13 m/det Jadi Kerja Spesifik Y = (16,94 x 11,13 - 7,59 x 0 ) = 188,54 Nm/Kgb. Tekanan Kerja Pompa ρair = 1000 Kg/m3 Jadi Tekanan Kerja Pompa P = 1000 x 188,54 = 188540 Pa

c. Tenaga Penggerak Pompa (Np)

Tinggi angkat H = meter

Putaran spesifik = x 1450 = 30,83 rpm

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

Gambar 3.4 didapat : dan 78 %

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

N = 6975,98 watt

Tenaga Penggerak Pompa Np = =

Np = 9316,21 watt = 9,4 Kw

41

3.6 Perencanaan Dasar Ukuran Utama Pompa

Secara umum perencanaan ukuran utama dari pompa sentrifugal

didasarkan pada tinggi angkat dan kapasitas yang diperlukan. Dari parameter

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

tenaga penggeraknya. Perbandingan ke dua tenaga ini disebut Randemen

mekanik yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

Tenaga Penggerak Pompa ( watt )

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

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

N = Kwatt, sedangkan Torsi T = F x R dari persamaan tersebut

didapat harga Torsi : ( Nm )

1. Perhitungan Diameter Poros

Poros berfungsi sebagai tempat pemasangan impeler dan sekaligus sebagai

penerus putaran dari motor penggerak. Akibat berat dan gaya sentrifugal

impeler akan menimbulkan tegangan bending sedangkan akibat putaran

motor akan menimbulkan tegangan geser puntir. Karena hal tersebut maka

perhitungan ukuran didasarkan pada :

a. Diameter poros berdasarkan Torsi

b. Diameter poros berdasarkan Bending

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

Pompa satu tingkat ringan = 20 N/mm

Pompa bertingkat ringan = 15 N/mm2

Pompa bertingkat berat = 10 N/mm2

Untuk mendapatkan perhitungan diameter poros yang lebih aman maka

dapat menggunakan resultan dari pengaruh torsi dan momen bending. Dari

42

hasil perhitungan diameter maka dilakukan penyesuaian dengan standar

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

didapat gambar poros yang diinginkan.

Gambar 3.6 Poros Pompa

2. Perhitungan Diameter Impeler

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

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

mempunyai kekurangan dan kelebihan sesuai dengan kebutuhannya.

a. Terbuka b. Semi Terbuka c. Tertutup

Gambar 3.7 Tipe Impeler

Dalam perencanaan Ukuran Impeler tergantung

pada ukuran poros yang harganya dapat dijelas

kan sebagai berikut :

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

Diameter luar inlet DS = D1 =

Diameter luar outlet D2 =

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

melalui celah-celah casing.

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

diperoleh dari Grafik Kapasitas dan Putaran pada Gambar 3.8

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

43

Gambar 3.8 Grafik Kapasitas dan Putaran

3. Perhitungan Lebar Impeler

Ukuran lubang saluran sudu (t) dibatasi oleh dinding yang tebalnya (s) :

s = (2 – 10) mm untuk Besi tuang

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

Karena hal tersebut maka terjadi penyempitan yang menimbulkan

peningkatan kecepatan masuk sudu. Faktor penyempitan dapat ditentukan:

untuk saluran inlet = 1,1 - 1,2

saluran outlet = 1,03 – 1,08

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = x Vo dan V2 = x V2m

Luas saluran inlet A1 = (t-s) . b1 . z

Lebar saluran inlet

Lebar saluran outlet

Fungsi sudu adalah mengarahkan aliran fluida dari arah aksial menjadi arah

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

aliran tetapi meningkatkan faktor gesekan antara fluida dengan dinding sudu.

Jumlah sudu ini dipengaruhi oleh perbandingan diameter inlet dan outlet

44

maupun jumlah sudut relatif yang harganya dapat ditentukan melalui grafik

berikut ini.

Gambar 3.9 Grafik Sudut Relatif dan Jumlah Sudu

Contoh

Rencanakanlah ukuran utama ( Diameter poros dan ukuran Impeler) pompa

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

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

Penyelesaian :

a. Jumlah Tingkat / Impeler

Kapasitas fluida Q = 300 m3/jam = 0,083 m3/detik

Tinggi angkat bila 1 tingkat H = 120 meter

Kecepatan Spesifik =

nq = 11,5 permenit

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

Impeler Tekanan tinggi H’ = 100 meter

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

45

Jumlah tingkat i = H : H’ = 120 : 100 = 1,2 dibulatkan menjadi 2 tingkat,

berarti tinggi angkat satu impeler H = 120 : 2 = 60 meter.

Kecepatan Spesifik = = 19 permenit

Bila nq = 19 dan 2 tingkat maka tipe impeler yang

dipakai adalah Impeler Tekanan tinggi

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

b. Tenaga dan Torsi Pompa

Tenaga penggerak pompa = =

Momen puntir / Torsi

c. Diameter Poros Pompa

Diameter poros bertingkat ringan

= 66 mm

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

d. Perhitungan Diameter Impeler

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

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

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

46

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

Diameter luar inlet DS = D1 =

=

= 0,1994 m = 200 mm

Diameter luar outlet D2 =

Kecepatan keliling impeler U2 = 35 m/det untuk Besi tuang diambil 33 m/det D2 = = 0,435 m = 435 mm

e. Perhitungan Segitiga Kecepatan

Kecepatan fluida masuk sudu V1 = x Vo = 1,1 - 1,2

V1 = 1,15 x 3,5 = 4 m/det

Kecep. Keliling sudu bagian dalam U1 = =

U1 = 15,2 m/det

Kecepatan Relatif masuk sudu ω1 =

ω1 = 15,5 m/det

Sudut masuk relatif θ1 = = = 14,70 150

Kecepatan Relatif keluar sudu ω2 = . = 0,95 – 0,98

ω2 = 0,95 . 15,5 = 14,7 m/det

Sudut Relatif keluar sudu θ2 = 25 – 320 diambil 280

Dengan memperhatikan ketentuan sebelumnya dan menggunakan Aturan

Sinus – Cosinus maka harga kecepatan fluida dan besar sudut lainnya

didapat sebagai berikut :

= 190 θ2 = 280

ω2 = 14,7 m/det V2 = 24,5 m/det

U2 = 33 m/det V2u = 24 m/det dan V2m = 6,9 m/det

47

f. Perhitungan Lebar Sudu

Lebar saluran inlet

b1 = 0,0398 m = 40 mm

Lebar saluran outlet

b2 = 0,0097 m = 10 mm

g. Perhitungan Jumlah dan Jarak Sudu

Perbandingan D2 : D1 = 435 : 200 = 2,175 dan jumlah sudut relatif

θ1 + θ2 = 150 + 280 = 430, maka dari Gambar 3.9 didapat jumlah sudu (z) =7

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

Jarak sudu inlet = 89,7 mm 90 mm

Jarak sudu outlet = 195 mm

Jadi dari perhitungan ukuran sudu-sudu diatas maka hasilnya dapat

digambarkan berikut ini.

48

h. Pengecekan Tinggi Angkat setiap sudu (H1s)

Tinggi angkat setiap sudu menurut Euler :

Karena dari awal sudah ditentukan pompa sentrifugal 2 tingkat atau 2

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

cukup memenuhi sebab > 120 meter walaupun sedikit boros.

3.7 Tugas Diskusi

1. Jelaskan perbedaan antara sudu dan impeler !

2. Jelaskan pengertian dari Kerja spesifik pompa !

3. Apa yang dimaksud dan manfaat Segitiga Kecepatan !

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

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

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

Hitunglah : a. Tinggi angkat Pompa

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

c. Tenaga Penggerak Pompa (Kwatt)

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

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

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

BAB IV

KATUP POMPA

4.1 Fungsi dan Klasifikasi Katup

Katup adalah salah satu komponen penting untuk menunjang proses

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

mengatur pemasukan dan pengeluaran fluida ke dalam atau keluar pompa.

Katup dirancang untuk dapat bergerak secara otomatis tanpa adanya bantuan

49

tenaga mekanis tetapi bekerja berdasarkan prinsip perbedaan tekanan yang

timbul di bawah dan di atas katup itu sendiri.

Bahan katup yang digunakan disesuaikan dengan tipe pompa

maupun jenis fluida yang dibutuhkan. Pompa bertekanan dan suhu tinggi

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

yang bertekanan dan suhu rendah menggunakan bahan bukan dari logam

seprti karet, kulit, kanvas ataupun kayu.

Setiap jenis pompa mempunyai tipe katup yang berbeda, bila ditinjau

dari fungsinya maka katup dapat dibagi dua yaitu :

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

mengatur pemasukan fluida ke dalam pompa dan akan tertutup pada

langkah tekan guna mencegah kembalinya fluida ke posisi semula.

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

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

isap guna mencegah kembalinya fluida ke dalam pompa,

Bila ditinjau dari bentuk dasar geometrisnya maka katup dapat dibagi menjadi

enam bentuk yaitu :

1. Katup Cakra Datar

2. Katup Cakra Konis

3. Katup Cincin Tunggal

4. Katup Cincin Ganda

5. Katup Engsel dan

6. Katup Peluru (Bola)

4.2 Katup Cakra Datar

Tipe katup ini mempunyai bentuk seperti piringan yang mempunyai

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

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

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

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

Q1 = Q2 Q1 = A1 x C1 =

Q2 = A2 x C2 =

50

51

Untuk menjaga kesetabilan aliran guna mencegah getaran maka diharapkan

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

tersebut didapat : = harga tinggi angkat katup (hki) adalah :

Gambar 4.1 Katup Cakra Datar

Tinggi angkat Katup Isap

Dalam prakteknya, tinggi angkat katup isap

banyak menggunakan rumus empiris yaitu

hki = (0,1 – 0,2).d dan kecepatan fluida pada

celah katup C2 = 1,5 m/det.

Untuk katup tekan dapat dihitung menggunakan rumus :

sehingga didapat harga

Tinggi angkat katup tekan (m/det)

Keterangan, hki / hkt : tinggi angkat katup isap/tekan ( m )

D : diameter engkol ( m )

d : diameter lubang saluran ( m )

Cpm : kecepatan piston maksimum (m/det)

C1 : kecepatan fluida melalui saluran (m/det)

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

S : langkah piston ( m )

Contoh

51

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

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

Tentukanlah kecepatan maksimum torak dan diameter serta tinggi angkat

katup!

Penyelesaian :

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

a. Kecepatan piston maksimum = 1,256 m/det

b. Diameter dan tinggi angkat katup

hkt = diambil 0,2.d

Diameter katup = 0,103 m dibulatkan 105 mm

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

mm

4.3 Katup Cakra Konis

Dengan jalan yang sama seperti perhitungan katup cakra di atas

dengan sudut kemiringan katup α maka berlaku persamaan :

hx = hkt. Sin α

Tinggi angkat katup tekan (hkt)

52

Gambar 4.2 Katup Cakra Konis

4.4 Katup Cincin Tunggal

Gambar 4.3 Katup Cincin Tunggal

Persamaan aliran fluida antara saluran isap dan dudukan katup :

untuk menjaga kesetabilan aliran fluida maka

diupayakan Ct = C1 sehingga dh2 – db

2 = d2, jadi harga diameter luar dudukan

katup dapat dirumuskan :

Persamaan aliran fluida antara celah katup dan dudukan katup :

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

maka diupayakan Ct = C2 sehingga didapat harga lebar lubang laluan

dudukan katup

Persamaan aliran fluida antara pada pompa dan celah katup:

53

Contoh

Sebuah pompa dengan putaran pompa penggerak 120 rpm. Perbandingan

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

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

Hitunglah a. Diameter dan langkah piston !

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

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

Penyelesaian

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

a. Diameter dan Langkah Piston

Langkah Piston S = 0,239 meter dibulatkan 240 mm

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

b. Tinggi angkat Katup

= 0,008 m = 8 mm

c. Diameter Katup Cincin

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

di = 156 – 16 - 2x3 = 134 mm

Diameter luar Cincin dl = dt + a + 2s

dl = 156 +16 + 2x3 = 178 mm

4.5 Katup Cincin Ganda

54

Gambar 4.4 Katup Cincin Ganda

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

cincin majemuk dapat digunakan persamaan :

Rumus Empiris

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

b = 2(a + s) dt1 ≤ 70 mm

din = dtn –a – 2s a = 2,25 hk

din = dtn –a – 2s hk ≤ 10 mm Kapasitas kecil

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

Contoh

Sebuah pompa torak mempunyai diameter piston 200 mm dan langkahnya 360

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

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

Hitunglah a. Kecepatan piston maksimum

b. Diameter tusuk jika jumlah cincin 3 buah

c. Diameter luar dan dalam cincin katup

Penyelesaian

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

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

55

a. Kecepatan piston maksimum

= 2,26 m/det

b. Diameter tusuk katup

0,071 = 0,0754 x

= 942 mm

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

dt1 = dt1

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

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

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

= 232 mm

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

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

c. Diameter luar dan dalam cincin katup

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

di2 = 314 – 18 – 2.2,5 = 291 mm

di3 = 396 – 18 – 2.2,5 = 373 mm

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

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

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

4.6 Katup Engsel

56

Gambar 4.5 Katup Engsel

4.7 Katup Peluru (Bola)

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

Gambar 4.6 Katup Peluru

4.8 Jenis-jenis Kerugian Hambatan

Dalam proses pemindahan fluida banyak hambatan yang harus dilalui

misalnya adanya gesekan antara fluida dengan fluida, gesekan dengan dinding

penghantar, adanya pengaruh turbulen karena belokan maupun perubahan

penampang (orifice). Pengaruh kecepatan dan percepatan aliran pun

menimbulkan hambatan yang akan menurunkan kapasitas dan tinggi tekan

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

mana diantaranya dapat diuraikan secara singkat berikut ini.

1. Kerugian Hambatan karena Kecepatan

57

Menurut Hukum kekekalan energi, Energi kinetik diubah menjadi energi

potensial yang besarnya sama yaitu : m.g.h = ½.m. V2

Kerugian tinggi tekan karena kecepatan (mka) untuk air

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

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

2. Kerugian Hambatan karena Gesekan

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

hg = z. hv

Untuk pipa lurus, harga

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

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

V : kecepatan aliran fluida (m/det)

d : diameter pipa penghantar ( m )

l : panjang pipa penghantar ( m )

z : faktor hambatan karena gesekan

: koefisien gesek fluida

Tabel 4.1 Faktor Hambatan Elbow 90O

58

3. Kerugian Hambatan karena Percepatan

Pada saat piston bergerak kekanan, posisi engkol di titik A maka percepatan

= 0 dan pada saat berada dititik B maka percepatannya dapat dihitung

dengan diferensial sebagai berikut :

Jarak tempuh X = R Cos maka

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

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

Percepatan fluida dalam selinder maksimum amaks = R .

Percepatan fluida dalam saluran Isap

m/det2

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

m = hi. Ai. a = aimak ha =

Jadi kerugian hambatan karena percepatan ha =

Keterangan

ha : kerugian hambatan karena percepatan ( m )

hi : tinggi isap/jarak sumbu pompa ke permukaan fluida ( m )

: massa jenis fluida (Kg/m3)

aimaks : percepatan aliran fluida pada saluran isap (m/det2)

A : luas penampang piston ( m2 )

Ai : luas saluran isap ( m2 )

59

Contoh

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

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

yang faktor hambatannya zs = 2 , koefisien gesek = 0,024. Hitunglah :

kecepatan fluida, kerugian hambatan karena kecepatan dan gesekan !

Penyelesaian

a. Kecepatan pada saluran isap V1 = 0,74 m/det

b. Kerugian hambatan karena kecepatan 0,028 mka

c. Kerugian hambatan karena gesekan hg = z x hv

Faktor hambatan karena panjang pipa =

Faktor hambatan karena belokan pipa zb

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

Faktor hambatan karena saringan zf = 2

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

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

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

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

Ditanya : a. Kecepatan sudut engkol

b. Percepatan air masuk pompa

c. Kerugian karena percepatan

Penyelesaian

a. Kecepatan sudut engkol = 9,42 rad/det

b. Percepatan air masuk pompa =

a1maks = 24,35 m/det2

60

c. Kerugian karena percepatan ha = =

ha = 1,99 mka

3. Kerugian Hambatan Katup

Sesuai dengan fungsinya maka katup harus dapat bergerak (terbuka dan

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

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

antara lain adalah :

- Gaya berat katup (Wk)

- Gaya berat pegas (Wp)

- Gaya pegas Fp = k . x

- Gaya gerak percepatan F = m . a

- Gaya akibat berat fluida di atas katup

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

Kerugian hambatan katup hk = Pb - Pa (mka)

4.9 Tugas Diskusi

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

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

lebih menguntungkan, jelaskan alasannya !

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

ukuran a, b dan dt1 sama !

4. Jelaskan faktor-faktor hambatan pada pompa !

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

berputar pada 120rpm menggunakan katup cakra datar. Kecepatan

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

angkat katup!

61

6. Sebuah pompa berputar pada 160 rpm menggunakan katup cincin

tunggal. Perbandingan langkah dengan diameter piston S = 2,2 D.

Kecepatan piston maksimum sama dengan kecepatan fluida melalui

celah katup yaitu sebesar 1,5 m/det.

Hitunglah a. Diameter dan langkah piston !

b. Diameter tusuk bila tinggi angkat katup 7,8 mm !

c. Diameter luar dan dalam katup cincin bila s = 2,5 mm

7. Pompa plunyer digunakan untuk menaikkan air 30 m3/det. Diameter dan

panjang pipa isap masing-masing 120 mm dan 30 meter. Koefisien

gesek = 0,025 dan hambatan saringan zs = 2. d/R = 1,2

Hitunglah : a. Kecepatan aliran fluida (m/det)

b. Kerugian tekanan karena kecepatan (mka)

c. Kerugian tekanan karena gesekan (mka)

d. Kerugian tekanan karena percepatan (mka)

BAB V

KOMPRESOR

5.1 Pengertian dan Fungsi Kompresor

Kompresor adalah suatu alat untuk melayani udara bertekanan yaitu

dengan cara mengisap udara luar dan mengkompreskannya ke dalam suatu

sistem atau tabung. Alat ini banyak dijumpai dalam dunia industri/usaha

misalnya mulai dari mengisi ban, pengecatan, penyediaan udara dalam proses

pembakaran motor bakar, Boiler, Dapur Tinggi, sirkulasi udara pada sitem

62

penyegaran/pendingin udara maupun sistem pengoperasian mesin produksi,

robot pneumatik, otomisasi pada mesin-mesin industri dan lain sebagainya.

Sistim udara tekan terdiri dari : bagian pemasokan yang terdiri dari

kompresor dan sarana penunjangnya, bagian permintaan, yang terdiri dari

sistim distribusi , penyimpanan dan peralatan pemakai akhir. Bagian

pemasokan yang dikelola dengan benar akan menghasilkan udara bersih,

kering, stabil dan siap dikirimkan dengan tekanan sesuai kebutuhan.

Bagian permintaan yang dikelola dengan benar akan menggunakan udara

bertekanan secara tepat dan efisien. Perbaikan dan pencapaian puncak kinerja

sistim udara tekan memerlukan bagian sistim pemasokan dan permintaan dan

interaksi diantara keduanya. Contoh interaksi antara pemasok dan pengguna

udara bertekanan dapat digambarkan seperti pada Gambar 5.1

Sistim udara tekan terdiri dari komponen utama berikut :

a.Filter Udara Masuk: Mencegah debu masuk kompresor; debu menyebabkan

lengketnya katup/ kran, merusak silinder dan pemakaian yang berlebihan.

b.Pendingin antar tahap: Menurunan suhu udara sebelum masuk ke tahap

berikutnya untuk mengurangi kerja kompresi dan meningkatkan efisiensi.

Biasanya digunakan pendingin air.

c.After-Coolers: Tujuannya adalah membuang kadar air dalam udara dengan

penurunan suhu dalam penukar panas berpendingin air.

d.Pengering Udara: Sisa-sisa kadar air setelah after-cooler dihilangkan

dengan menggunakan pengering udara, karena udara tekan untuk keperluan

instrumen dan peralatan pneumatik harus bebas dari kadar air. Kadar air

dihilangkan dengan menggunakan adsorben seperti gel silika/ karbon aktif,

atau pengering refrigeran, atau panas dari pengering kompresor itu sendiri.

e.Traps Pengeluaran Kadar Air: Trap pengeluaran kadar air diguakan untuk

membuang kadar air dalam udara tekan. Trap tersebut menyerupai steam

traps. Berbagai jenis trap yang digunakan adalah kran pengeluaran manual,

klep pengeluaran otomatis atau yang berdasarkan waktu dll.

63

64

Gambar 5.1 Gambaran Instalasi Kompresor

5.2 Prinsip Kerja Kompresor

Salah satu tipe kompresor adalah kompresor torak seperti Gambar 5.2.

Bila switch di tekan on maka motor Listrik hidup dan memutar poros engkol

yang diujungnya dilengkapi dengan eccentric bearing. Gerak putar eccentric

bearing akan diteruskan oleh conecting rod membuat piston diafragma

bergerak naik turun. Pada saat piston bergerak turun (langkah isap) maka

tekanan dalam ruang selinder turun menyebabkan udara masuk melalui air

filter- inlet port – inlet valve ke dalam ruang selinder. Pada saat piston bergerak

ke atas (Langkah kompressi) tekanan meningkat membuat discharge valve dan

port terbuka sehingga udara mengalir melalui discharge tube menuju dan

masuk ke dalam air storage tank.

64

Gambar 5.2 Komponen Kompressor Torak (Thomas Klenck)

Untuk menunjang proses kerja dan keamanan maka setiap kompressor

dilengkapi komponen penunjang antara lain :

Check Valve berfungsi untuk mengatur aliran udara dari dalam selinder

kedalam tangki atau dapat langsung digunakan ke luar sesuai kebutuhan.

Safety Valve berfungsi untuk menjaga dan melepas tekanan lebih yang terjadi

di dalam tanki. Disamping melepas tekanan lebih juga berfungsi untuk

menekan tombol menjadi off sehingga motor listrik mati. Regulator (Pressure

Adjustable) berfungsi untuk mengatur tekanan udara yang dapat dikeluarkan

dari dalam tanki. Pressure Gauge berfungsi untuk menunjukkan tekanan udara

65

yang sedang dialirkan keluar melalui pipa penghubung. Compressed air

supply berfungsi sebagai pipa/selang untuk menyalurkan udara bertekanan ke

tujuan sesuai kebutuhan. Fan berfungsi sebagai pendingin dengan jalan

meniup udara ke sekeliling dinding kompresor. Air Filter berfungsi untuk

menyaring udara supaya udara yang masuk ke dalam selinder bebas dari debu

atau kotoran. Cooling Fins berfungsi sebagai sirip pendingin kepala

kompresor. Motor and Body Hausing berfungsi sebagai dudukan dan

pelindung komponen kompresor dan motor prnggerak.

5.3 Klasifikasi Kompresor

1.Kompresor Positive Displacement

Kompresor ini dapat dibagi dua jenis yaitu reciprocating dan putar/ rotary.

a. Kompresor reciprocating

Di dalam industri, kompresor reciprocating paling banyak digunakan untuk

mengkompresi baik udara maupun refrigerant. Prinsip kerjanya seperti

pompa sepeda dengan karakteristik dimana aliran keluar tetap hampir

konstan pada kisaran tekanan pengeluaran tertentu. Juga, kapasitas

kompresor proporsional langsung terhadap kecepatan dan keluarannya,

berupa denyutan.

66

Gambar 5.3 Kompresor Reciprocating Horizontal (King, Julie)

Kompresor reciprocating tersedia dalam berbagai konfigurasi; terdapat

empat jenis yang paling banyak digunakan yaitu horizontal, vertical,

horizontal balance-opposed, dan tandem.

Kompresor reciprocating vertical digunakan untuk kapasitas 50 – 150 cfm.

Kompresor horisontal balance opposed digunakan kapasitas 200 – 5000

cfm untuk desain multitahap dan sampai 10,000 cfm untuk desain satu

tahap (Dewan Produktivitas Nasional, 1993).

Kompresor udara reciprocating biasanya merupakan aksi tunggal dimana

penekanan dilakukan hanya menggunakan satu sisi dari piston. Kompresor

yang bekerja menggunakan dua sisi piston disebut sebagai aksi ganda.

Sebuah kompresor dianggap sebagai kompresor satu tahap jika

keseluruhan penekanan dilakukan menggunakan satu silinder atau

beberapa silinder yang parallel. Beberapa penerapan dilakukan pada

kondisi kompresi satu tahap. Rasio kompresi yang terlalu besar (tekanan

keluar absolut/ tekanan masuk absolut) dapat menyebabkan suhu

pengeluaran yang berlebihan atau masalah desain lainnya. Mesin dua

tahap yang digunakan untuk tekanan tinggi biasanya mempunyai suhu

pengeluaran yang lebih rendah (140 to 160 0C), sedangkan pada mesin

satu tahap suhu lebih tinggi (205 to 240 0C).

67

Gambar 5.4 Kompresor Reciprocating Two Stages (King, Julie)

Untuk keperluan praktis sebagian besar plant kompresor udara

reciprocating diatas 100 horsepower/ Hp merupakan unit multi tahap

dimana dua atau lebih tahap kompresor dikelompokkan secara seri. Udara

biasanya didinginkan diantara masing-masing tahap untuk menurunkan

suhu dan volum sebelum memasuki tahap berikutnya (Dewan

Produktivitas Nasional, 1993). Kompresor udara reciprocating tersedia

untuk jenis pendingin udara maupun pendingin air menggunakan

pelumasan maupun tanpa pelumasan, mungkin dalam bentuk paket,

dengan berbagai pilihan kisaran tekanan dan kapasitas.

b. Kompresor Putar/ Rotary

Kompresor rotary mempunyai rotor sebagai pengganti piston dan memberi

kan pengeluaran udara secara kontinyu tanpa denyutan. Kompresor

beroperasi pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan keluaran

yang lebih tinggi dibandingkan kompresor reciprocating. Biaya investasinya

rendah, bentuknya kompak, ringan dan mudah perawatannya, sehingga

kompresor ini sangat popular di industri. Biasanya digunakan dengan

ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW.

68

Gambar 5.5 Kompresor Ulir (Referensi unknown)

Jenis dari kompresor putar adalah:

- Kompresor lobe (roots blower)

- Kompresor ulir (ulir putar helical-lobe, dimana rotor putar jantan dan betina

bergerak berlawanan arah dan menangkap udara sambil mengkompresi.

- Jenis baling-baling putar/ baling-baling luncur

Kompresor putar merupakan kompresor kontinyu, dengan paket yang sudah

termasuk pendingin udara atau pendingin air. Karena desainnya yang seder

hana dan hanya sedikit bagian-bagian yang bergerak, kompresor ini mudah

perawatannya, mudah operasinya dan fleksibel dalam pemasangannya.

2. Kompresor Dinamis

Kompresor udara sentrifugal merupakan kompresor dinamis, yang

tergantung pada transfer dari energi putar impeller ke udara. Rotor

melakukan pekerjaan ini dengan mengubah energi kinetik menjadi tekanan

udara. Kompresor udara sentrifugal adalah kompresor yang dirancang bebas

minyak pelumas. Gir yang dilumasi minyak pelumas terpisah dari udara

dengan pemisah yang menggunakan sil pada poros dan ventilasi atmosferis.

Kompresor ini mempunyai karakteristik berbeda dengan mesin

reciprocating. Mesin sentrifugal lebih sesuai diterapkan untuk kapasitas

besar diatas 12,000 cfm.

69

Gambar 5.6 Kompresor Sentrifugal (King, Julie)

Peralatan Energi Thermis: Kompresor dan Sistim Udara tekan

Beberapa kriteria seleksi untuk berbagai jenis kompresor terlihat pada tabel

dibawah ini.

Tabel 5.1 Kriteria Seleksi Umum untuk Kompresor

(Knfederasi Industri India)

Tabel 5.2 Perbandingan Karakteristik beberapa jenis Kompresor (Kantor Pengembangan Energi Berkelanjutan, 2002)

70

5.4 Kapasitas Kompresor

Kapasitas kompresor adalah debit penuh aliran udara yang ditekan

dan dialirkan pada kondisi suhu total, tekanan total, dan diatur pada saluran

masuk kompresor. Debit aliran yang sebenarnya, bukan merupakan nilai volum

aliran yang tercantum pada data alat, yang disebut juga pengiriman udara

bebas/ free air delivery (FAD) yaitu udara pada kondisi atmosfir di lokasi

tertentu. FAD tidak sama untuk setiap lokasi sebab ketinggian, barometer, dan

suhu dapat berbeda untuk lokasi dan waktu yang berbeda.

Kompresor yang sudah tua, walupun perawatannya baik, komponen

bagian dalamnya sudah tidak efisien dan FAD nya kemungkinan lebih kecil dari

nilai rancangan. Kadangkala, faktor lain seperti perawatan yang buruk, alat

penukar panas yang kotor dan pengaruh ketinggian juga cenderung

mengurangi FAD nya. Untuk memenuhi kebutuhan udara, kompresor yang

tidak efisien mungkin harus bekerja dengan waktu yang lebih lama, dengan

begitu memakai daya yang lebih dari yang sebenarnya dibutuhkan.

Pemborosan daya tergantung pada persentase penyimpangan kapasitas FAD.

Sebagai contoh, kran kompresor yang sudah rusak dapat menurunkan

kapasitas kompresor sebanyak 20 persen. Pengkajian berkala terhadap

kapasitas FAD untuk setiap kompresor harus dilakukan untuk memeriksa

kapasitas yang sebenarnya. Jika penyimpangannya lebih dari 10 persen, harus

dilakukan perbaikan.

Metoda ideal pengkajian kapasitas kompresor adalah melalui uji nosel

dimana nosel yang sudah dikalibrasi digunakan sebagai beban, untuk

membuang udara tekan yang dihasilkan. Alirannya dikaji berdasarkan suhu

udara, tekanan stabilisasi, konstanta orifice, dll.

71

Metode sederhana pengkajian kapasitas pada ruang kerja

- Tutup semua aliran keluar kompresor yang menuju ke sistim pengguna

- Buka kran penguras air dan kuras habis airnya dan kosongkan receiver dan

pipa saluran. Pastikan bahwa jalur water trap ditutup rapat sekali lagi untuk

memulai pengujian.

- Mulai nyalakan kompresor dan aktifkan stopwatch.

- Catat waktu yang digunakan untuk mencapai tekanan operasi normal P2

(dalam receiver) dari tekanan awalnya P1.

- Hitung kapasitas dengan formula dibawah ini

Kapasitas Kompresor Displacement secara teoritis adalah :

m3/menit

Dimana D = Diameter silinder ( meter )

S = Panjang Langkah piston ( meter )

n = Jumlah putaran ( rpm )

i = 1 untuk silinder dengan aksi tunggal

2 untuk silinder dengan aksi ganda

z = Jumlah silinder

72

Efisiensi Volumetrik

5.5 Tenaga/daya Kompresor

Tenaga dalam hal ini dapat dibedakan menjadi tiga istilah yaitu :

a. Tenaga teoritis yang dapat dirumuskan :

dimana

( Hp )

atau dapat juga dihitung dengan persamaan Isothermal :

( Kw )

b. Tenaga Indikator yang didapat dari hasil pengukuran terhadap proses kerja

kompresor untuk menghasilkan Qa dari tekanan P1 menjadi P2 dalam

selang waktu tertentu ( Ni). Untuk keperluan ini maka diperlukan Lembaran

kerja yang berisikan data-data kompresor seperti pada Tabel 3.

Tabel 5.3 Lembar Kerja Data Kompresor

73

c. Tenaga Efektif adalah tenaga yang dibutuhkan untuk menggerakkan

kompresor (Np). Sumber tenaga penggerak dapat digunakan motor Listrik,

Mesin atau turbin uap, motor bakar dan lainnya.

5.6 Randemen (Efisiensi) Kompresor

Ada beberapa teknik pengukuran keunggulan kompresor yang biasa

digunakan antara lain adalah :

a. Efisiensi Volumetrik

b. Efisiensi Thermal

c. Efisiensi Mekanik

d. Efisiensi Kompresor

Semua harga efisiensi tersebut akan berbeda pada kondisi yang berbeda

seperti suhu lingkungan, ketinggian, kerapatan maupun tekanan udara sekitar.

1. Pengaruh Suhu Udara Aliran Masuk

74

Pengaruh udara masuk pada kinerja kompresor tidak boleh diremehkan.

Udara masuk yang tercemar atau panas dapat merusak kinerja kompresor

dan menyebabkan energi serta biaya perawatan yang berlebihan. Jika kadar

air, debu, atau bahan pencemar lain terdapat dalam udara masuk, maka

bahan pencemar tersebut dapat terkumpul pada komponen bagian dalam

kompresor, seperti kran, fan, rotor dan baling-baling. Kumpulan pencemar

tersebut dapat

mengakibatkan kerusakan dini dan menurunkan kapasitas kompresor.

Kompresor menghasilkan panas pada operasinya yang kontinyu. Panas ini

dilepaskan ke kamar/ruang kompresor sehingga memanaskan udara masuk.

Hal ini mengakibatkan rendahnya efisiensi volumetrik dan pemakaian daya

menjadi lebih besar. Sebagai aturan umum, “Setiap kenaikan suhu udara

masuk sebesar 4 0C akan meningkatkan konsumsi energi sebesar 1 persen

untuk keluaran yang sama”. Jadi udara dingin yang masuk akan

meningkatkan efisiensi energi kompresor . Jika saringan udara masuk

ditempatkan pada kompresor, suhu harus dijaga pada nilai minimum untuk

mencegah penurunan aliran massa. Cara ini dapat dilakukan dengan

menempatkan pipa masuk diluar ruangan atau gedung.

Tabel 5.4 Pengaruh Suhu udara masuk pada Daya Kompresor

(Konfederasi Industri India)

2. Pengaruh Penurunan Tekanan dalam Saringan Udara

75

Saringan udara masuk pada kompresor harus dipasang guna membawa

udara dari lokasi yang bersih dan dingin. Pabrik pembuat kompresor

biasanya memasok, atau merekomendasikan, saringan udara masuk dengan

kualitas khusus yang dirancang untuk melindungi kompresor.

Semakin baik penyaringan pada saluran masuk, maka akan semakin rendah

biaya perawatan kompresornya. Walau demikian, penurunan tekanan yang

melintas saringan udara harus dijaga minimum (ukuran dan perawatannya)

untuk mencegah pengaruh penyumbatan dan penurunan kapasitas

kompresor. Alat pengukur perbedaan tekanan merupakan salah satu

peralatan yang terbaik untuk memantau kondisi saringan pada saluran

masuk. Penurunan tekanan yang melintas saringan baru pada saluran

masuk tidak boleh lebih dari 3 pound per inchi kuadrat (psi). Sebagai aturan

umum “Untuk setiap kenaikan “penurunan tekanan”250 mm WC yang

melintas pada jalur yang diakibatkan oleh saringan yang tersumbat dll,

konsumsi daya kompresor akan meningkat sekitar 2 persen untuk keluaran

yang sama.”Jadi, disarankan untuk membersihkan saringan udara masuk

secara reguler untuk meminimalkan penurunan tekanan. Manometer atau

pengukur perbedaan tekanan yang melintas saringan dapat digunakan untuk

memantau penurunan tekanan supaya dapat merencanakan jadual

pembersihan saringan.

Tabel 5.5 Pengaruh penurunan tekanan karena saringan pada

Peningkatan Konsumsi Daya (Konfederasi Industri India)

3. Pengaruh Ketinggian Pemasangan Kompresor

76

Ketinggian memiliki dampak langsung terhadap efisiensi volumetrik

kompresor. Kompresor yang terletak pada tempat yang lebih tinggi akan

mengkonsumsi daya yang lebih besar untuk mencapai tekanan tertentu

dibandingkan yang berada pada permukaan laut, dimana rasio kompresinya

lebih tinggi.

Tabel 5.6 Pengaruh Ketinggian pada Efisiensi Volumetrik kompresor (Confederation of Indian Industries)

4. Pengaruh Pengaturan Tekanan

Untuk kapasitas yang sama, sebuah kompresor memakai lebih banyak daya

pada tekanan yang lebih tinggi. Kompresor tidak boleh beroperasi diatas

tekanan operasi optimumnya sebab bukan hanya akan memboroskan energi,

tetapi juga akan mengakibatkan pemakaian yang berlebihan dan

membahayakan keamanan kerja. Penurunan tekanan pengiriman akan

menghemat daya. Jika satu titik pengguna atau kelompok kecil pengguna

memerlukan tekanan yang lebih besar daripada plant lainnya, perlu

dipertimbangkan untuk mengoperasikan sistim tersendiri atau menambahkan

paket penguat/booster pada titik pengguna, sehingga dapat menjaga sistim

yang lebih besar beroperasi pada tekanan yang lebih rendah. Pengoperasian

sebuah kompresor pada tekanan 120 PSIG dibandingkan 100 PSIG

misalnya, memerlukan energi 10 persen lebih besar dan juga meningkatkan

77

laju kebocoran. Setiap upaya harus dilakukan untuk menurunkan tekanan

sistim dan kompresor ke tingkat yang serendah mungkin.

Tabel 5.7 Pengaruh Penurunan tekanan pengiriman terhadap Pemakaian

Daya (Konfederasi Industri India)

Catatan: Penurunan tekanan pengiriman sebesar 1 bar pada kompresor akan

mengurangi konsumsi daya sebesar 6 – 10 persen

5. Pengaruh Penurunan Tekanan pada Jalur Distribusi

Penurunan tekanan/ pressure drop merupakan sebuah istilah yang

digunakan untuk penurunan tekanan udara dari keluaran kompresor aktual

ke titik pengguna. Penurunan tekanan terjadi jika udara mengalir melalui

sistim pengelolaan dan distribusi. Sistim yang dirancang dengan benar harus

memiliki penurunan tekanan kurang dari 10 persen dari tekanan pengeluaran

kompresor, diukur dari keluaran tangki penerima ke titik penggunaan. Makin

panjang dan makin kecil diameter pipa maka akan semakin besar kehilangan

karena gesekannya. Untuk mengurangi penurunan tekanan secara efektif,

dapat digunakan sebuah sistim loop dengan aliran dua arah. Penurunan

tekanan yang diakibatkan oleh korosi dan komponen-komponen sistim itu

sendiri merupakan isu- isu penting. Penurunan tekanan yang diakibatkan

oleh ketidak cukupan ukuran pipa, elemen saringan yang tersumbat, ukuran

kopling dan pipa yang tidak benar merupakan pemborosan energi.

Penurunan tekanan yang dapat diterima dalam praktek di industri adalah 0,3

bar dalam header utama pada titik terjauh dan 0,5 bar pada sistim distribusi.

Tabel 5.8 Pengaruh Penurunan Tekanan terhadap berbagai Ukuran Pipa

78

(Konfederasi Industri India)

5.7 Kebocoran pada Instalasi Kompressor

Sistim pipa dan pengatur distribusi membawa udara tekan dari plant

pusat kompresor ke area proses. Sistim ini terdiri dari berbagai kran pemisah,

traps fluida, tangki penyimpan sementara, dan juga pemanasan pada pipa

dalam jumlah kecil untuk mencegah terjadinya pengembunan atau pembekuan

pada jalur yang terbuka ke udara luar. Kehilangan tekanan pada distribusi

biasanya dikompensasikan dengan tekanan yang lebih tinggi di bagian

pengeluaran kompresor.

Pada titik penggunaan udara tekan, sebuah pipa pengumpan

dilengkapi dengan kran pemisah aliran, saringan, dan regulator, mengalirkan

udara tekan ke pipa untuk memasok ke peralatan proses atau pengguna.

Kebocoran dapat menjadi sumber yang signifikan dari energi yang terbuang

dalam sistim udara tekan di industri, kadang-kadang memboroskan 20 hingga

30 persen dari keluaran kompresor. Sebuah plant yang tidak terawat dengan

baik mungkin akan memiliki laju kebocoran setara 20 persen dari kapasitas

produksi udara tekan total. Pendeteksian dan perbaikan kebocoran secara pro-

aktif dapat mengurangi kebocoran kurang dari 10 persen dari keluaran

kompresor. Disamping sebagai sumber pemborosan energi, kebocoran dapat

juga berkontribusi terhadap kehilangan operasi lainnya. Kebocoran

menyebabkan penurunan tekanan sistim, yang dapat membuat fungsi

peralatan udara jadi kurang efisien, memberi pengaruh yang merugikan

terhadap produksi. Lagipula, dengan memaksakan peralatan bekerja lebih

lama, kebocoran akan memperpendek umur hampir seluruh peralatan sistim

termasuk komponen kompresor itu sendiri.

79

Kebocoran dapat berasal dari berbagai bagian dari sistim, tetapi area

permasalahan yang paling umum adalah:

a Kopling, pipa, tabung, dan sambungan

b Pengatur tekanan

c Traps kondensat terbuka dan kran untuk mematikan

d Sambungan pipa, pemutus, dan sil karet.

Laju kebocoran yang diidentifikasikan dalam feet kubik per menit (cfm) juga

berbanding lurus terhadap kuadrat diameter orifice yang mana nilainya dapat

dilihat pada tabel berikut ini.

1. Penentuan jumlah kebocoran

Untuk kompresor yang memiliki pengendali start/stop atau load/unload,

terdapat suatu cara yang mudah untuk memperkirakan jumlah kebocoran

dalam sistim yaitu menghidupkan kompresor pada saat tidak ada kebutuhan

pada sistim (seluruh peralatan pengguna akhir yang dioperasikan dengan

udara dimatikan). Sejumlah pengukuran dilakukan untuk menentukan waktu

rata-rata yang digunakan pada saat load dan unload pada kompresor.

Kompresor akan menyala pada saat load, kemudian akan mati pada saat

unload karena adanya kebocoran udara akan menyebabkan tekanannya

turun karena lolosnya udara melalui kebocoran. Kebocoran total (persentase)

dapat dihitung sebagai berikut :

Persentasi Kebocoran

80

Persentase kehilangan kebocoran harus kurang dari 10 persen dalam sistim

yang terawat dengan baik. Sistim yang perawatannya buruk dapat memiliki

kehilangan setinggi 20 hingga 30 persen dari daya dan kapasitas udaranya.

Penghitungan Jumlah Kebocoran

Contoh

Dalam uji kebocoran suatu kompresor, teramati hasil-hasil sebagai berikut

Persentasi Kebocoran = 12,5 %

Jumlah Kebocoran = 4,375 m3/menit

2. Meminimalkan Kebocoran

Sebagimana telah dijelaskan sebelumnya, kebocoran udara tekan akan

menimbulkan pemborosan daya. Kebocoran udara hampir sangat tidak

mungkin terlihat, karena itu untuk mendeteksi kebocoran diperlukan alat

yang salah satu adalah akustik ultrasonik, yang dapat mengenali suara

desisan berfrekuensi tinggi yang ditimbulkan karena adanya kebocoran

udara.

Kebocoran seringkali terjadi pada sambungan dan pertemuan antara

komponen. Menghentikan kebocoran dapat dilakukan dengan sangat

sederhana seperti mengencangkan sambungan atau sangat rumit dengan

penggantian alat yang tidak berfungsi seperti kopling, sambungan, bagian

pipa, selang, penguras, dan traps. Dalam banyak kasus, kebocoran

81

diakibatkan oleh gagalnya pembersihan karet atau tidak benarnya

menggunakan sil karet. Pilihlah sambungan berkualitas tinggi, putuskan

sambungannya, ditambah selang dan pasangkan secara benar dengan sil

karet yang cocok untuk menghindari kebocoran dimasa mendatang.

5.8 Pengendalian Kompresor

Kompresor udara menjadi tidak efisien bila alat tersebut dioperasikan

dibawah kapasitasnya. Untuk menghindari kompresor tetap on ketika tidak

diperlukan, dipasang sebuah alat kontrol otomatis yang dapat mematikan dan

menghidupkan kompresor sesuai kebutuhan.

Praktek perawatan yang baik dan benar akan secara dramatis

meningkatkan efisiensi kinerja sistim. Untuk keperluan tersebut maka perlu

pemeliharaan dan pengecekan secara terjadwal terhadap komponen

penunjang antara lain yaitu :

a. Pelumasan, Tekanan minyak pelumas kompresor harus secara visuil

diperiksa setiap hari,dan saringan minyak pelumasnya diganti setiap bulan.

b. Saringan Udara, Saringan udara masuk sangat mudah tersumbat, terutama

pada lingkungan yang berdebu. Saringan harus diperiksa dan diganti secara

teratur.

c. Traps Kondensat, Banyak sistim memiliki traps kondensat untuk

mengumpulkan (untuk traps yang dipasang dengan sebuah kran apung)

dan menguras kondensat dari sistim. Traps manual harus secara berkala

dibuka dan ditutup kembali untuk menguras fluida yang terakumulasi, traps

otomatis harus diperiksa untuk memastikan bahwa tidak ada kebocoran

udara tekan.

d. Pengering Udara, Udara kering merupakan energi yang intensif. Untuk

pengering yang didinginkan, periksa dan ganti saringan awal secara teratur

karena pengering tersebut seringkali memiliki lintasan kecil dibagian

dalamnya yang dapat tersumbat oleh bahan pencemar. Pengering

regeneratif memerlukan sebuah penyaring penghilang minyak pada saluran

masuknya, karena mereka tidak dapat berfungsi dengan baik jika minyak

pelumas dari kompresor melapisi bahan penyerap airnya. Suhu

pengeringan yang baik harus dijaga dibawah 100°F untuk menghindari

82

peningkatan pemakaian bahan penyerap airnya, yang harus diganti lagi

setiap 3 – 4 bulan tergantung pada laju kejenuhan.

e. Periksa kebocoran dan kehilangan tekanan diseluruh sistim secara teratur

f. Hindari praktek yang tidak benar, untuk memastikan penggunaan udara yang

bebas kadar air pada titik penggunaan.

g Atur seluruh operasi titik penggunaan pada tekanan serendah mungkin

dengan menggunakan pengatur/regulator yang baik.

h. Matikan pasokan udara ke peralatan produksi yang sedang tidak bekerja

i. Pantau penurunan tekanan dalam sistim pemipaan.

j. Gunakan teknologi pengeringan yang memberi tekanan maksimum yang

diperbolehkan untuk titik pengembunan.

k. Pilihlah suku cadang kompresor “yang terbaik dikelasnya”

l. Lakukan strategi perawatan pencegahan yang sistimatik

m.Berikan pelatihan dan ciptakan kepedulian diantara pekerja terhadap operasi

dan perawatan yang efisien sistim kompresor.

n. Patikan seluruh sistim dipantau oleh praktek good housekeeping.

o. Pastikan kondensasi dapat dihilangkan secara cepat dari jaringan distribusi,

atau tidak terjadi kondensasi.

83

5.9 Tugas Diskusi

1. Jelaskan kesamaan dan perbedaan utama antara pompa dan

kompresor !

2. Jelaskan Jenis-jenis kompresor yang banyak digunakan di Industri !

3. Jelaskan Jenis dan fungsi komponen utama pada instalasi sistem udara

bertekanan !

4. Jelaskan jenis dan fungsi komponen penunjang kompresor !

5. Jelaskan jenis-jenis kompresor positive displecement dan jelaskan juga

keuntungan masing-masing tipe kompresor tersebut !

6. Apa yang dimaksud dengan kompresor aksi ganda !

7. Apa yang dimaksud kompresor multistage dan apa kelebihannya !

8. Dengan menggunakan Tabel 5.2, pilihlah tipe kompresor yang sesuai

bila digunakan pada tekanan sedang dan berkapasitas tinggi walaupun

dalam penggunaannya sering dipakai pada paroh kapasitas !

9. Jelaskan 10 jenis karakteristik kompresor sentrifugal !

10. Apa yang dimaksud dengan free actual delivery (FAD) !

11. Jelaskan tiga jenis efisiensi kompresor dan faktor-faktor yang

Mempengaruhinya !

12. Jelaskan cara menentukan kapasitas aktual kompresor !

13. Sebuah mesin otomisasi membutuhkan udara16 m3/menit bertekanan

7bars. Alat ini berjarak 50 meter dari kompresor yang dihubungkan

dengan pipa distribusi berdiameter 50 mm. Lokasi pabrik berada 500

meter di atas permukaan laut sehingga suhu / tekanan udara

lingkungan 26,60C / 1 bars. Persentasi kebocoran udara 5 %.

Hitunglah kapasitas dan tenaga penggerak kompresor bila efisiensi

mekanik 85 % !

84

DAFTAR PUSTAKA

1. Eka Jogaswara, Drs., Penggunaan Peralatan Mekanik Industri , Jilid 2

Penerbit : Armico, Bandung 2000

2. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono, Turbin Pompa dan Kompresor

Penerbit : Erlangga , Jakarta 1980

3. http://www.youtube.com/watch?v=B8MV09HF-nY&NR=1 9 Agustus 2010

4. Karassik, Igor J.; Messina, Joseph P.; Cooper, Paul; Heald, Charles C.

Pump Handbook (3rd ed.). New York: McGraw-Hill. (2001).

ISBN 9781591243618.

5. ksbforblog.blogspot.com/2009/04/pemilihan-pompa-sentrifugal.html

9Agustus 2010

6. McKane, A. and Medaris, B. The Compressed Air Challenge – Making a

difference for US industry. 2003. http://eetd.lbl.gov/ea/indpart/publications/lbnl_52771.pdf

7. UNEP (Year 2006), Peralatan Energi Thermis: Kompresor dan Sistim Udara

Tekan. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia

www.energyefficiencyasia.org @ UNEP

85

86