ARTIKEL HIDROLIKA

DETEKSI INSTALASI POMPA SENTRIFUGAL TERHADAP GEJALA KAVITASI

RISMA SIHOMBING

05091002007

JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIANUNIVERSITAS SRIWIJAYA

INDRALAYA

2011

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Hidrolika merupakan satu topik dalam Ilmu terapan dan keteknikan yang

berurusan dengan sifat-sifat mekanis fluida, yang mempelajari perilaku aliran air

secara mikro maupun makro. Mekanika Fluida meletakkan dasar-dasar teori

hidrolika yang difokuskan pada rekayasa sifat-sifat fluida. Dalam tenaga fluida,

hidrolika digunakan untuk pembangkit, kontrol, dan perpindahan tenaga

menggunakan fluida yang dimampatkan. Topik bahasan hidrolika membentang

dalam banyak aspek sains dan disiplin keteknikan, mencakup konsep-konspen

seperti aliran tertutup (pipa), perancangan bendungan, pompa, turbin, tenaga air,

hitungan dinamika fluida, pengukuran aliran, serta perilaku aliran saluran terbuka

seperti sungai dan selokan.

Kata Hidrolika berasal dari bahasa Yunani hydraulikos, yang merupakan

gabungan dari hydro yang berarti air dan aulos yang berarti pipa.

Penemuan terkait di Romawi Kuno. Pada masa Romawi Kuno telah

dikembangkan beragam penerapan hidrolika, mencakup penyediaan air untuk

umum, sejumlah Aqueduct, kincir air, pertambangan hidrolis. Romawi Kuno

termasuk golongan awal yang menggunakan prinsip siphon untuk membawa air

melintasi lembah, serta menggunakan teknik tertentu bernama hushing dalam

pertambangan. Mereka menggunakan timbal dalam sistem pemipaan untuk suplai

domestik dan umum, semisal pemandian umum pada masa itu.

Inovasi pada Masa Kejayaan Islam. Pada masa kejayaan Islam, terobosan

dalam mekanika fluida oleh fisikawan muslim semisal Abu Rayhan al-Biruni

(973-1048) dan Al-Khazini (penemu keseimbangan hidrostatis pada tahun 1121),

menghantarkan berbagai inovasi di bidang hidrolika dari insinyur-Insinyur Arab

dan para penemu. Kerajaan Arab telah menemukan sistem pengairan domestik

semisal sistem pembilasan dan sistem transportasi air yang berdampak baik pada

pertanian.

Aliran dapat diklasifikasikan dalam banyak bentuk, seperti turbulen dan

laminer. Situasi aliran turbulen sangat sering terjadi dalam praktek perekayasaan,

dalam aliran turbulen partikel-partikel massa molar yang kecil fluida bergerak

dalam lintasan-lintasan yang sangat tidak teratur, dengan mengakibatkan

pertukaran momentum dari satu bagian ke bagian lainnya dengan cara yang akak

menyerupai perpindahan momentum molekular. Aliran laminer, partikel-partikel

fluida bergerak sepanjang lintasan-lintasan yang halus serta lancar dalam lamina-

lamina, dan satu lapisan meluncur pada lapisan yang bersebelahan.

Penentuan aliran tersebut bila dilihat secara kasat mata sangat sukar untuk

dilaksanakan. Guna menentukan makna kelompok tanpa dimensi. Reynold

melakukan eksperimennya mengenai aliran air melalui lubang kaca. Sebuah

tabung kaca dipasang horizontal dengan satu ujungnya di dalam tangki dan

sebuah katup pada ujung lainnya. Pada ujung hulu terpasang lubang masuk corong

lonceng yang licin dengan jet warna yang diatur deikian sehingga arus zat waktu

yang halus dapat disemprotkan di titik di setiap di depan corong lonceng tersebut.

Bilangan Reynold ini selanjutnya akan memudahkan untuk penentuan jenis aliran

yang tejadi pada suatu saluran, baik saluran terbuka maupun saluran tetutup.

Sehingga praktikan tidak perlu menerka-nerka jenis aliran pada suatu saluran.

Aliran fluida di dalam fluida berdasarkan bilangan Reynold dibedakan

menjadi aliran laminer, aliran transisi dan aliran turbulen. Dalam hal ini jika nilai

Re kecil aliran akan meluncur di atas lapisan lain yang dikenal dengan aliran

laminer, sedangkan jika aliran-aliran tadi terdapat garis edar tertentu yang dapat

dilihat, aliran ini disebut aliran turbulen. Nilai bilangan Reynold pada pipa atau

saluran-saluran adalah sebagai berikut:

- Aliran laminer terjadi jika Re <> 4000

- Aliran transisi terjadi jika 2100 <> 1000

Sistem jaringan pipa digunakan oleh perusahaan-perusahan sebagai

pendistribusian air minum, minyak maupun gas bumi. Demikian juga dengan

keperluan air pada rumah tangga, sistem jaringan pipa ini paling banyak

digunakan baik untuk penyaluran air bersih maupun sanitasi.

Jaringan pipa air bersih atau instalasi air bersih adalah suatu jaringan pipa

yang digunakan untuk mengalirkan atau mendistribusikan air, baik itu dari sumber

air ke penampungan air maupun dari provider ke konsumen. Dimana pada aliran

normal terjadi karena adanya perbedaa n tinggi tekanan/perbedaan elevasi muka

air. Sedangkan pada aliran mekanik digunakan pompa air, sehingga dapat

mengalirkan air dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi.

Pipa yang paling banyak digunakan adalah pipa besi (galvanis) dimana

pipa galvanis, lebih kuat, tahan terhadap temperatur tinggi, tidak mudah pecah

atau bocor dan mudah dipasang, serta tahan lama. Pipa ini tersedia dipasaran

dengan berbagai merek baik yang diproduksi oleh industri dalam negeri maupun

dari produk impor.

Pada aliran air salah satu gangguan atau hambatan yang sering terjadi dan

tidak dapat diabaikan pada aliran air yang menggunakan pipa adalah kehilangan

energi akibat gesekan (mayor lose) dan minor lose (adanya perubahan arah,

perubahan penampang serta gangguan-gangguan lain yang mengganggu aliran

normal. Hal ini menyebabkan energi aliran air semakin lemah dan mengecil.

Kebutuhan air yang harus dipenuhi akan menentukan ukuran dan tipe

sistem distribusi yang di inginkan misalnya dipakai kebutuhan 1000 liter/orang

untuk suatu jaringan, maka kita harus merencanakan debit dan tekanan yang akan

diberikan. Sedangkan tekanan menjadi penting karena tekanan rendah akan

mengakibatkan masalah dalam distribusi jaringan pipa, namun bila tekanan besar

akan memperbesar kehilangan energi.

Panjangnya jarak tempuh pendistribusian air, mengakibatkan timbulnya

pemasalahan pada perencanaan instalasi perpipaan, diantaranya adanya kontur

tanah/lahan yang tidak rata, gedung-gedung, jalan raya, serta instalasi-instalasi

lainnya. Untuk itu perlu pembelokan arah pipa agar tidak mengganggu instalasi

instalasi lainnya.

Akibat sambungan dan pembelokan serta kurangnya perawatan dan akibat

umur pipa akan timbul permasalahan pada aliran seperti adanya: a) kebocoran, b)

lebih sering terjadi kerusakan pipa atau komponen lainnya, c) besarnya tinggi

energi yang hilang dan d) penurunan tingkat layanan penyediaan air bersih untuk

konsumen (Kodoatie, 2002: 262) , dan masih banyak permasalahan lainnya.

Kehilangan energi akibat perubahan arah pada pipa dibedakan menjadi 2

(dua) yaitu pembelokan karena adanya sambungan yang terkesan tiba-tiba/tajam,

pembelokan ini disebut Elbow dan pembengkokan secara berangsur –angsur

pembengkokan ini disebut Bends. Perbedaan kedua perubahan arah itu bisa dilihat

pada gambar berikut ini.

Gambar 1.1 Perubahan Arah Pada Pipa

Elbow adalah pembelokan yang biasanya terjadi diakibatkan adanya

sambungan pipa, sambungan yang dipakai adalah fitting/keni. Fitting yang biasa

dijual dipasaran adalah sudut 45o dan 90o.

Pompa sebagai salah satu mesin aliran fluida hidrolik pada dasarnya

digunakan untuk memindahkan fluida tak mampat (incompressible fluids) dari

suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan fluida yang

dipindahkan tersebut. Pompa akan memberikan energi mekanis pada fluida

kerjanya, dan energi yang diterima fluida digunakan untuk menaikkan tekanan

dan melawan tahanan-tahanan yang terdapat pada saluran-saluran instalasi pompa.

Pompa sentrifugal sebagai salah satu jenis pompa yang banyak dijumpai

dalam industri bekerja dengan prinsip putaran impeler sebagai elemen pemindah

fluida yang digerakkan oleh suatu penggerak mula. Zat cair yang berada di dalam

akan berputar akibat dorongan sudu-sudu dan menimbulkan gaya sentrifugal yang

menyebabkan cairan mengalir dari tengah impeler dan keluar melalui saluran di

antara sudu-sudu dan meninggalkan impeler dengan kecepatan tinggi. Cairan

dengan kecepatan tinggi ini dilewatkan saluran yang penampangnya makin

membesar (diffuser) sehingga terjadi perubahan head (tinggi tekan) kecepatan

menjadi head tekanan. Setelah cairan dilemparkan oleh impeler, ruang di antara

sudu-sudu menjadi vacuum, menyebabkan cairan akan terhisap masuk sehingga

terjadi proses pengisapan.

Mengingat luasnya aplikasi penggunaan pompa sentrifugal di mana

sebagian besar memerlukan stabilitas yang tinggi dan performansi yang dapat

diandalkan, maka perencanaan komponen penyusun dan pemeriksaan instalasinya

harus dilakukan dengan teliti dan dapat diandalkan.

Turunnya performansi pompa secara tiba-tiba dan ketidakstabilan dalam

operasi sering menjadi masalah yang serius dan mengganggu kinerja sistem secara

keseluruhan. Salah satu indikasi penyebab turunnya performansi pompa adalah

apa yang dikenal sebagai peristiwa kavitasi (cavitation), dan menjadi ancaman

serius pada pengoperasian pompa sentrifugal.

2. Tujuan

Penulisan paper ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh gejala kavitasi

terhadap instalasi pompa sentrifugal.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Mekanika fluida merupakan cabang ilmu teknik mesin yang mempelajari

keseimbangan dan gerakan gas maupun zat cair serta gaya tarik dengan benda-

benda disekitarnya atau yang dilalui saat mengalir. Istilah lain adalah

hydromechanic ; sedangkan hidrolika merupakan penerapan dari ilmu tersebut

yang menyangkut kasus-kasus teknik dengan batas-tertentu, dan semua cara

penyelesaiannya. Jadi, hidrolika membahas hukum keseimbangan dan gerakan

fluida serta aplikasinya untuk hal-hal yang praktis.

Sasaran pokok dari hidrolika adalah aliran fluida yang dikelilingi oleh

selubung; seperti misalnya aliran didalam saluran-terbuka & tertutup. Sebagai

contoh : aliran pada sungai, terusan, cerobong dan juga pipa saluran; nozzle dan

komponen-komponen mesin hidrolik. Jadi sasaran utama hidrolika adalah aliran-

dalam dari fluida dengan istilah internal problems yang berbeda dengan external

Problems yang membahas aliran media disekeliling benda yang dicelupkan

didalamnya ; seperti misalnya benda padat yang bergerak dalam air atau diudara.

Khusus tentang aliran luar, teorinya banyak dibahas dalam hydrodynamics dan

aerodynamics yang menyangkut perencanaan kapal terbang dan kapal laut.

Perlu diingat, istilah fluida didalam mekanika fluida mempunyai

pengertian yang lebih luas dibanding yang kita lihat dalam kehidupan seharihari.

Fluida adalah semua bahan yang cenderung berubah bentuknya walaupun

mengalami gaya-luar yang sangat kecil.

Ada perbedaan antara zat-cair dan gas. Zat cair cenderung untuk

mengumpul dan membentuk tetesan ( apabila jumlahnya sedikit ) ; untuk volume

yang banyak ia akan membentuk muka - bekas ( free surface ). Sifat penting

lainnya dari zat-cair, perubahan

Tekanan dan temperatur hampir atau sama sekali tak berpengaruh terhadap

volume; sehingga dalam praktek zat cair dianggap bersifat incompressible.

Sedangkan gas akan mengkerut bila mengalami tekanan dan memuai tak-

terhingga besarnya bila tekanan hilang. Jadi, sifatnya betul-betul kompresibel.

Selain perbedaan tersebut, pada kondisi tertentu hukum gerakan untuk zat

cair dan gas secara praktis adalah sama. Salah satu keadaan yang dimaksudkan

adalah, gas mengalir dengan kecepatan yang rendah dibanding kecepatan suara

didalamnya.

Bidang hidrolika khusus mempelajari gerakan zat cair. Internal flow dari

gas hanya disinggung jika kecepatan alirnya jauh lebih rendah dibanding

kecepatan suara, sehingga sifat kompresibelnya dapat kita abaikan. Kasus

demikian banyak kita jumpai dalam bidang teknik; misalnya : aliran udara dalam

sistem ventilasi dan saluran-saluran gas ( air ducts ). Mempelajari kasus aliran zat

cair dan juga gas-gas jauh lebih sukar dan rumit dibanding benda-padat, karena

mekanika benda-padat hanya untuk partikel-partikel yang saling terikat kuat

( rigid bodies ) ; sedangkan mekanika fluida, yang dijadikan objek adalah media

yang memiliki sangat banyak partikel-partikel dengan berbagai ragam gerakan

relatifnya. Galileo telah membuat hukum : bahwa jauh lebih mudah mempelajari

gerakan benda-benda di-langit yang letaknya jauh dari bumi dibanding

mempelajari aliran yang panjangnya hanya 1 foot.

Akibat kesulitan inilah maka teori mekanika fluida menimbulkan 2

pendapat yang berbeda. Pendapat pertama adalah analisa matematika yang betul-

betul teoritis dan bertolak dari rumus-rumus mekanika yang menyebabkan

timbulnya ilmu hidromekanika-teoritis yang pernah disingkirkan untuk selang

waktu yang cukup lama. Metode yang diutarakan merupakan cara-cara yang

efektif dan pula menarik untuk bidang penelitian. Namun cara teoritis ini banyak

menemukan hambatan & kesukaran sehingga tak mampu menjawab pertanyaan

dari kasus-kasus praktis.

Namun tuntutan yang selalu membuntuti bidang teknik praktis akhirnya

menelorkan ilmu-baru tentang aliran fluida, yakni hidrolika (Hydraulics) karena

para ahli harus mengalihkan perhatiannya kepada experimen yang extensif dan

pengumpulan data fakta agar bisa diterapkan kepada kasus -kasus teknik.

Memang semula hidrolika hanya merupakan ilmu yang sifatnya empiris

murni; namun sekarang, kita dapat pula memberikan pembuktian secara

hidromekanik teoritis untuk memecahkan berbagai kasus; sebaliknya didalam

hidromekanika teoritis kita banyak menerapkan experimen guna menyesuaikan

dan memudahkan membuat kesimpulan. Oleh sebab itu, garis batas yang

membedakan ke–2 metode tersebut dapat dihapuskan secara berangsur-angsur.

Cara-cara penyelidikan mekanika fluida, terutama aliran fluida menurut

hidrolika adalah sebagai berikut : Kasus yang kita selidiki kita buat sesederhana

mungkin dan diusahakan ideal, kemudian kita menerapkan hukum-hukum dari

mekanika teori.

Hasil yang didapat kita bandingkan dengan data-data hasil pengujian;

perbedaannya kita hitung; kemudian rumus-rumus teoritis serta jawabannya kita

atur sedemikian rupa sehingga dapat diterapkan untuk hal-hal yang praktis.

Banyak kasus yang bisa timbul, yang secara praktis menentang analisa

teoritis, ini kita selidiki dengan cara-cara pengukuran dan pengujian; hasil yang

didapat kita pakai sebagai rumus-empiris. Oleh sebab itulah, hidrolika kita

kelompokkan sebagai ilmu yang sifatnya semi-empiris.

Hidrolika juga merupakan ilmu-terapan selain ilmu teknik (engineering

science) karena ia muncul akibat tuntutan & kebutuhan hidup manusia dan sangat

luas penggunaannya dalam bidang teknik; seperti misalnya metode perhitungan &

perencanaan bangunan-air :

–. Dam

–. Parit & terusan (canals)

–. Pintu air (weirs)

–. Jaring-jaring pipa saluran.

Dalam bidang permesinan :

–. Pompa;

–. Turbin;

–. Fluid couplings;

–. Berbagai peralatan lain dalam berbagai cabang ilmu teknik.

–. Perencanaan machine tools.

–. Bidang penuangan dan tempa logam.

–. Pembuatan barang-barang plastik, dsb.

Contoh lain yang menggunakan prinsip hidrolika :

–. Perencanaan canggih pesawat udara dengan fluid drives.

–. Sistem bahan bakar dan pelumassan.

–. Shock absorber hidrolik.

Munculnya ilmu hidrolika karena mengikuti penemuan berbagai hokum

dan lahirnya sejumlah kasus yang punya hubungan dengan keseimbangan &

gerakan fluida.

Yang pertama mempelajari hidrolika adalah Leonardo da Vinci

(pertengahan abad XV) dengan karya tulisnya : ON THE FLOW OF WATER AND

RIVER STRUCTURES. Setelah itu ia melakukan observasi dan memperoleh

pengalaman membangun instalasi hidrolika di Milan ( Italia ) dan juga di Florence

dsb.

Berikutnya muncul Galileo dengan studi sistematik mengenai dasar-dasar

hidrostatika. Pada 1643 seorang murid Galileo bernama Torricelli

memperkenalkan hukum tentang aliran-bebas zat cair melewati lobang (celah).

Pada 1650 diperkenalkan hukum distribusi tekanan dalam zat cair yang dikenal

dengan hukum Pascal. Hukum tentang gesekan dalam fluida yang mengalir; yang

sangat terkenal sampai saat ini dirumuskan oleh Isaac Newton. Selain itu ia juga

dikenal sebagai penemu teori viskositas, dan pula dasar teori mengenai similaritas

hidrodinamik.

Akan tetapi hukum -hukum tersebut sampai dengan pertengahan abad

XVIII statusnya masih ngambang karena tak ada ilmu yang betul-betul mendalam

tentang sifat fluida. Dasar teori mekanika fluida dan hidrolika kemudian menjadi

baku setelah Daniel Bernoulli dan Leonhard Euler memperkenalkan ilmunya

dalam abad XVIII. Daniel Bernoulli seorang pakar kelahiran Swiss (1700 – 1780)

telah mendidik 11 orang pakar ilmu; hampir semuanya ahli matematik dan orang

teknik. Selanjutnya ia menjadi staff akademi ilmu pengetahuan Rusia yang

kemudian menetap di St. Petersburg. Antara 1728 s/d 1778 ia telah menerbitkan

47 judul buku tentang matematika, mekanika dll. Tahun 1738 dengan tulisannya

tentang hidrodinamika membuat rumusan yang merupakan hukum-dasar aliran

fluida yang menyatakan hubungan antara tekanan ( p ); kecepatan ( v ) dan head

( H ) dari fluida. Persamaan Bernoulli merupakan prinsip dari teori mekanika

fluida secara umum, dan khususnya hidrolika. Pakar lain yang juga perlu

diketahui adalah seorang ahli matematika, fisika dan astronomi Leonhard Euler

(1707 – 1783) dari negeri Switzerland tinggal di St. Petersburg. Tahun 1755 ia

menemukan persamaan diferensial-umum aliran fluida-ideal ( non viscous ) bila

di-integral merupakan persamaan Bernoulli. Ini merupakan tonggak awal metode

analisa teoritis dalam bidang mekanika fluida. Selain itu Euler juga sebagai pakar

yang menurunkan persamaan-usaha ( work ) semua mesin-mesin hidrolik jenis

rotodinamik ; seperti turbin; pompa sentrifugal dan juga fans; dan juga teori gaya

-apung. Pakar lainnya dalam bidang hidrolika adalah Lomonosov (menurut cerita

orang Rusia). Jadi session I yang merupakan awal perkembangan ilmu hidrolika

adalah hasil karya dari Bernoulli ; Euler ; Lomonosov. Dalam session II yang lahir

dalam tengah-abad-dua dari abad XVIII dan juga abad XIX hanya merupakan

penemuan data-data experimen dari aliran pada saluran terbuka & saluran tertutup

dan juga faktor koreksi persamaan Bernoulli ( µ ). Kemampuan analisa

sebelumnya hanya didasarkan teori semata -mata yang menyangkut fluida-ideal

sehingga tidak dapat memenuhi selera bidang praktis, seperti misalnya yang

menyangkut pengaruh viskositet. Dalam session berikutnya ditemukan massalah

yang memulai abad mekanika fluida, seperti : pengaruh viskositet fluida; teori

similaritas dan berbagai teori serta hal-hal praktis.

Stokes telah menurunkan teori dasar dari aliran fluida yang

memperhitungkan viskositet dan berbagai massalah lainnya. Reynolds

menetapkan teori similaritas yang sangat memudahkan kita dalam menarik

kesimpulan dan sistematik dari data-data experimen yang sebelumnya telah

dikumpulkan. Reynodls juga sebagai pemula dari teori aliran turbulentt yang amat

sangat rumit itu. N.P. Petrov menyelidiki aplikasi teori Newton tentang gesekan

dalam fluida; sehingga dianggap sebagai penemu teori pelumas mesin

(lubrication).

Nikolai Joukowski yang interest dalam hidrolika berhasil menggabungkan

hasil-hasil experimen dengan teori-teori yang telah ada sehingga bermanfaat

untuk keperluan penelitian dan aplikasi. Bidang lain yang telah dibakukan adalah

dasar teori tentang Aerodynamics. Yang paling menarik dari penemuan

Joukowski adalah teori tentang Water Hammer yang menyebabkan saluran-

saluran pecah karena alat-alat ditutup mendadak (valve ; turbine gates ; faucet)

dan berbagai kasus dalam bangunan -air; seperti teori aliran air-tanah ( ground

water = percolation theory ). Ia juga menyelidiki keadaan aliran melalui lobang

( orifice ); teori pelumassan ( lubrication ); distribusi kecepatan dalam saluran;

reaksi dari semprotan fluida dan getaran akibat fluida; analogi antara terjadinya

gelombang ( wave formation ) pada permukaan zat cair dan perubahan tekanan

yang drastis dalam aliran udara supersonik atau teori Shockwaves.

Untuk bidang hidrolika nama-nama pakar yang juga harus dicantumkan

adalah : Ludwig Prandtl ; Theodor Von Karman ; Johann Nikuradse. Prandtl &

Karman terkenal dalam bidang mekanika fluida & aerodinamika terutama dalam

kasus turbulensi, sedangkan temannya Nikuradse menurunkan teori aliran dalam

pipa. Sebenarnya mereka-mereka itu mempelajari kasus -kasus tersebut karena

keadaan yang memaksa, akibat tantangan untuk membangun stasionstasion PLTA

; jaring-jaring pipa dan terusan ( canals ) berukuran raksasa agar kebutuhan hidup

manusia selalu terpenuhi.

Menurut orang-orang Rusia, orang mereka yang berjasa dalam bidang

mekanika fluida adalah :

–. N.N. Pavlovsky : aliran pada saluran terbuka, teori energi air-laut.

–. L.S. Leibenzon : Cairan kental; hidrolika minyak bumi ( PETROLEUM

) dan air tanah.

GAYA-GAYA DALAM FLUIDA.

- TEKANAN

Menurut teori hidrolika, fluida adalah suatu kontinyum ( continuum) yakni

suatu bahan yang bersifat kontinyu, berusaha menempati seluruh ruangan, tanpa

ada yang kosong. Oleh karena itu, struktur molekuler dapat diabaikan, sehingga,

fluida dengan partikel yang sangat kecil sekalipun mesti terbentuk dari

molekulmolekul yang sangat banyak jumlahnya. Karena fluida selalu berusaha

molor ( yields ) walaupun tegangannya sangat kecil maka ia tak bisa

menimbulkan gaya yang terpusat.

Semua gaya-gaya yang diberikan padanya akan didistribusikan merata

dalam seluruh volume ( massa ) atau searah dengan permukaannya. Jadi gaya luar

yang bisa bekerja pada setiap-volume fluida hanyalah gaya inersia ( body force )

atau gaya permukaan ( surface force ). Gaya inersia sebanding massa fluida, untuk

bahan yang homogeny sebanding dengan volume fluida. Ini timbul terutama

akibat pengaruh gravitasi, dan juga gaya yang dialami fluida dalam bejana yang

bergerak dengan akselerasi, atau fluida yang mengalir dengan akselerasi dalam

saluran yang stasioner. Besaran ini didapat dari teori D’Alembert. Gaya

permukaan terbagi kontinyu pada seluruh permukaan fluida; jika distribusinya

merata maka sebanding dengan luas permukaan. Ini timbul akibat pengaruh

lingkungan dari fluida yang kita tinjau atau akibat pengaruh benda lain yang

bersinggungan dengan volume tersebut ( benda padat; cair; gas ).

Jika gaya permukaan besarnya ( D R ) bekerja pada luasan ( D S ) secara

tegak-lurus ataupun menyudut, maka gaya tersebut bisa diuraikan menjadi :

–. Komponen normal ( tegak lurus ) = D P.

–. Komponen tangensial = D T

Komponen pertama juga disebut gaya–tekan ( tekanan ). Komponen kedua

juga dinamakan gaya–gesek atau gaya geser.

Istilah tersebut juga berlaku untuk 1 satuan gaya; maksudnya yang dialami

oleh 1 satuan. Untuk gaya inersia dihitung per-satuan massa, sedangkan

untuk gaya permukaan per-satuan luas.

Karena gaya inersia = massa x percepatan; maka gaya inersia spesifik

( yang dialami 1 satuan massa ) akan = percepatan yang dialami massa fluida.

Tekanan hidrostatik atau hanya disebut tekanan adalah besarnya gaya-tekan yang

dialami 1 satuan luas. Untuk yang bersifat merata ( atau perhitungan harga rata-

rata ), maka tekanan :

Jadi secara umum, definisi dari tekanan hidrostatik pada suatu titik adalah harga-

batas DP / D S jika (D S ) mendekati 0.

Bila tekanan diukur diatas titik ( 0 ) absolut; dinamakan tekanan absolut. Bila

diukur diatas atau dibawah tekanan atmosfer ( sebagai patokan ) dinamakan gauge

pressure. Jadi,

Satuan untuk tekanan dalam bidang teknik adalah atmosfer standard :

Untuk tegangan geser atau gaya geser dalam fluida, secara definitif sama dengan

tekanan :

- SIFAT-SIFAT ZAT CAIR

Karena hidrolika hanya membahas zat cair; maka kita harus tahu sifat-sifat

fisiknya terlebih dahulu; yang dinyatakan dengan simbol berikut :

–. Berat jenis adalah beratnya per-satuan volume :

dimana : G = berat zat cair.

W = volumenya.

Besarnya ( g ) tergantung satuan yang kita pakai ( metrik; British ). Untuk air pada

4 0C ® g = 1000 [Kg/m3] = 0,001 [Kg/Cm3].

–. Kerapatan ( DENSITY) adalah massa per-satuan volume.

Untuk zat cair yang tak homogen rumus ( 1.4 ) dan juga ( 1.5 ) menyatakan harga

rata-rata. Agar dapat menghitung harga absolut dari ( g ) dan ( r ) pada suatu titik,

volumenya kita anggap cenderung berharga = 0; harga-batas masingmasing

perbandingan tersebut bisa kita hitung.

–. Specific gravity ( d ) suatu zat cair adalah perbandingan berat-jenisnya

terhadap air 4 0C :

Sifat-sifat fisik zat cair yang kita harus ketahui adalah : kompresibilitas; Koefisien

muai termis; tegangan tarik; viskositet; Penguapan ( evaporability).

1. Kompresibilitas : adalah perubahan volume zat cair akibat

perubahan tekanan yang dialami. Perubahan volume relatif per-

satuan tekanan disebut angkakompresibilitas ; ( bp ) yang

dinyatakan dengan rumus :

Tanda ( – ) karena kenaikan tekanan mengakibatkan kerutnya

volume. Kebalikan dari angka kompresibilitas dinamakan modulus

elastisitas volume ( volume or bulk Modulus of elasticity) :

Harga ( K ) sedikit terpengaruh oleh ( T ) dan ( p ). Modulus ( K )

zat cair yang lain, keadaannya juga seperti yang dimiliki air. Secara

umum semua zat cair dianggap inkompresibel ; sehingga berat-

jenis ( g ) tak dipengaruhi oleh ( p ).

2. Koefisien muai termis : Perubahan relatif volume untuk kenaikan

suhu sebesar 1 0C.

3. Tegangan tarik : Untuk zat cair diabaikan. Air putus dengan

tegangan hanya 0,00036 (Kg/Cm2); semakin berkurang untuk

temperatur yang bertambah.

Jika selang waktu kerja beban-tarik sangat pendek, hambatan tahanan =

resistance ) berharga lebih besar. Dalam praktek, air dianggap tak mampu

menahan tegangan tarik. Permukaan zat cair mempunyai tegangan permukaan

yang cenderung menggulung zat cair sehingga membentuk tetesan ( bola )

sehingga timbul tambahan tegangan didalam zat cair itu. Tapi tegangan itu hanya

terlihat untuk volume yang berukuran sangat kecil. Pada pipa kapiler gejala

tersebut menyebabkan zat cair naik lebih tinggi; atau turun lebih rendah dari

bidang datar (permukaan); gejala tersebut dinamakan kapileritas atau meniskus.

Untuk pipa-gelas dengan diameter = ( d ) ; kenaikan atau penurunannya

dinyatakan dengan :

4. Viskositet : Kemampuan menahan geseran atau tergeser

terhadap lapisan-lapisannya.

Gejala ini tidak terlalu sulit kita pahami, pada hal-hal khusus dinyatakan

dengan besarnya tegangan geser. Viskositet merupakan kebalikan dari fluiditas.

Zat cair yang kental (glycerine & lubricants ) fluiditasnya rendah. Apabila cairan-

kental mengalir terhadap bidang padat maka terjadi perubahan kecepatan (dalam

arah tegak lurus) terhadap arah aliran; hal mana disebabkan oleh viskositet. Lihat

Gb.2. Makin dekat lapisan terhadap bidang padat, kecepatan lapisan ( v ) semakin

kecil; pada y = 0 ® v = 0. Jadi tiap lapisan bergeser terhadap yang lainnya,

sehingga timbul gaya gesek atau gaya geseran.

Viskositet zat cair sangat dipengaruhi oleh temperatur; berkurang Bila

temperatur semakin tinggi; seperti pada Gb.3. Untuk gas-gas sifatnya adalah

terbalik. Viskositet semakin Bertambah mengikuti temperatur. Hal demikian

terjadi karena Keadaan viskositet untuk gas berbeda terhadap zat cair. Pada zat

cair molekul-molekul lebih rapat susunannya disbanding Gas dan viskosite t

adalah akibat dari gaya tarik antar molekul ( kohesi ). Gaya ini berkurang,

sehingga viskositet juga menurun Bila temperatur meningkat; sedangkan pada

gas-gas, viskositet itu Terjadi karena pertukaran-kalor yang semrawut antar

molekul-molekulnya, Sehingga bertambah dengan naiknya temperatur. Viskositet

dinamik ( m ) baik cairan maupun gas -gas akibat Tekanan, perubahannya amat-

sangat kecil, sehingga dapat diabaikan. Sifat ini ikut diperhitungkan hanya untuk

tekanan yang berskala sangat tinggi. Ini berarti tegangan-geser fluida dianggap tak

terpengaruh oleh tekanan absolut.

Menurut pers. ( 1.11 ) tegangan geser hanya timbul pada fluida yang

bergerak; jadi, viskositet timbul hanya jika fluida sedang mengalir. Maksudnya,

istilah viskositet hanya timbul apabila fluida sudah mengalir. Didalam fluida yang

dalam keadaan diam tidak ada tegangan geser yang terjadi. Dapat kita simpulkan,

hukum tentang gesekan dalam fluida ( akibat viskositet ) keadaannya memang

sangat berbeda dengan gesekan benda-padat.

TEKANAN FLUIDA TERHADAP PERMUKAAN MELENGKUNG,

GAYA–APUNG & FLOATASI

Kasus-kasus yang menyangkut tekanan fluida terhadap bidang dengan

bentuk sembarang memang agak sulit dianalisa karena harus dihitung 3 komponen

dari pada gaya -total dan juga 3 momen. Syukurlah kita tidak terlalu sering

bertemu dengan kasus model itu. Biasanya, model permukaannya adalah bentuk

silindris atau bentuk-bulat yang mempunyai bidang simetri tegak. Untuk kasus

seperti ini analisa tekanan dapat disederhanakan dengan mencari resultante -nya

terhadap bidang-tegak tersebut. Salah satu contohnya adalah seperti Gb.13.

Misalkan bidang melengkung ( AB ) dengan rusuk atau garis –lukis

(generator of the body) tegak-lurus bidang gambar. Maka akan ada 2

kemungkinan : a). Zat cair terletak diatas bidang.

b). Zat cair terletak dibawah bidang.

Kasus a).

Volume zat cair ABCD dengan AB merupakan permukaan yang melengkung. BC

dan AD adalah bidang-bidang yang tegak; CD adalah permukaan bebas. Kita

harus meninjau persamaan-persamaan keseimbangan dalam arah datar dan arah

tegak. Jika besarnya gaya dorong yang diberikan zat cair pada AB adalah sebesar

P ; berarti pula bidang AB memberikan gaya sebesar P kepada zat cair. Pada

Gb.13 terlihat gaya tersebut beserta komponen-komponen tegak dan datar yakni

Ph dan Pv. Persyaratan untuk arah-tegak :

dimana : p0 = tekanan pada permukaan bebas.

Sh = proyeksi luasan ( AB ) terhadap bidang datar.

G = berat zat cair dalam volume yang kita tinjau.

Persyaratan keseimbangan dalam arah datar. Gaya dorong zat cair dalam volume

yang ditinjau terhadap luasan EC dan AD adalah imbang karena sama-besar,

hanya berlawanan arah; maka yang perlu dibahas hanyalah tekanan yang bekerja

pada luasan BE yang merupakan proyeksi-tegak ( Sv ) dari luasan AB :

Kasus b).

Besarnya teka nan hidrostatik pada semua-titik diatas bidang ( AB ) sama besar

dengan kasus a) hanya tandanya yang berlawanan. Gaya -gaya Pv dan Ph dihitung

dengan persamaan pers. ( 2.8 ) dan ( 2.9 ) ; tapi tandanya yang dibalik. Seperti

halnya pada kasus a), G disini adalah berat zat cair dengan volume ABCD

(walaupun sebenarnya untuk kasus -b). volume tersebut kosong. Titik pusat

tekanan TPT untuk bidang melengkung dapat ditentukan dengan gampang jika

besar dan arah gaya-gaya Pv & Ph telah diketahui, atau jika letak TPT untuk

proyeksi tegak dari luasan telah diketahui, demikian pula titik-berat dari volume

ABCD. Kasusnya akan menjadi lebih sederhana lagi apabila bidang lengkung itu

berbentuk lingkaran, karena arah gaya resultante berpotongan dengan garis sumbu

permukaan ( AB ) yang telah kita ketahui dari sifatnya bahwa setiap tekanan

elementer ( dP ) selalu berarah tegak-lurus terhadap bidang, jadi, searah dengan

radiusnya.

Cara tadi ( bidang silindris ) juga berlaku untuk bidang berbentuk bola.

Gaya resultante akan melalui titik berat luasan TBL yang terletak pada bidang

simetri yang tegak. Metode tadi, mencari komponen vertikal gaya-tekanan dari

bidang melengkung dapat pula kita terapkan untuk membuktikan keampuhan dari

Hukum archimedes. Misalkan suatu benda dengan volume ( W ) dicelupkan

dalam zatcair, seperti Gb.14. Garis lukisnya ( generator ) yang terbentang

disekeliling bendanya dan ber-arah vertikal akan membagi benda tersebut menjadi

2 bagian, yakni ACB dan ABD.

Komponen vertikal Pv1 dari tekanan (gauge pressure) yang dialami oleh

permukaan atas benda (yakni diatas AB) arahnya ke -bawah, besarnya sama

dengan berat zat cair dengan volume AA ’ B ’ BCA. Komponen vertikal Pv2 dari

tekanan yang dialami oleh bagian bawah benda, ber-arah ke -atas, besarnya sama

dengan berat zat cair yang mengisi volume AA ‘ B ‘ BDA. Tekanan resultante

yang dialami benda akan berarah vertikal yang besarnya sama dengan berat zat

cair yang mengisi selisih kedua bentuk itu, yakni berat dari zat cair yang

volumenya sama dengan volume benda tersebut; jadi :

Apabila bejana bergerak tidak-lurus dan tidak uniform maka semua

partikel zat cair dalam bejana, selain mengalami gaya gravitasi juga gaya

tambahan akibat dari akselerasinya. Gaya tambahan tersebut berusaha menggeser

zat cair yang ada dalam bejana, sedemikian, apabila geraknya uniform terhadap

waktu maka zat cair akan menempati posisinya yang baru yang seimbang

terhadap dinding bejana. Keadaan seperti itulah yang dimaksud sebagai

kedudukan Relatif ( relative rest ). Permukaan-bebas, seperti halnya bidang-batas

lainnya yang mempunyai tekanan sama, maka zat cair yang berada dalam

kedudukan– relatif konturnya sangat berbeda dibanding bidang bertekanan-sama

didalam bejana diam, yang mestinya horizontal. Agar bisa menentukan bagaimana

bentuk sebenarnya dari permukaan-bebas zat cair yang mengalami kedudukan

relatif maka sifat-sifat dasar dari semua bidang bertekanan-sama harus ikut pula

dipertimbangkan lagi; sebagai contohnya : Gaya resultante ( resultant body force )

selalu tegak-lurus terhadap bidang bertekanan-sama. Seandainya gaya resultante

ini arahnya menyudut terhadap bidang bertekanan-sama, maka komponen

tangensialnya akan berusaha menggeser partikel-partikel zat cair searah bidang

tersebut. Akan tetapi untuk yang mengalami kedudukan relatif partikel-partikel

zat cairnya hanya diamdiam saja, baik terhadap dinding bejana dan pula terhadap

partikel lainnya. Berarti, yang paling mungkin adalah : “arah gaya resultante

juga tegak–lurus terhadap muka–bebas dan bidang–bidang lain yang mempunyai

tekanan–sama”. Selain itu, tidak mungkin terjadi 2 bidang yang bertekanan-sama

akan saling berpotongan, karena zat cair pada titik-potong tersebut akan

mengalami 2 tekanan. Ada 2 sifat penting yang akan kita bahas karena merupakan

ciri khas dari cairan dengan kedudukan relatif :

1). Bejana bergerak lurus dengan akselerasi yang merata.

2). Bejana berputar uniform terhadap sumbu tegak.

ZAT CAIR DALAM BEJANA YANG BERGERAK LURUS DENGAN

AKSELERASI MERATA

Kita amati zat cair menempati sebuah bejana, misalnya bahan-bakar dalam

tangki pesawat udara, bergerak mengikuti garis-lurus dengan akselerasi merata = (

a ). Gaya ( body force ) resultante pada zat cair merupakan jumlah vector dari

gaya akibat akselerasi yang arahnya berlawanan dengan ( a ) dan gaya berat;

seperti Gb.19. Untuk tiap satuan massa kita pakai simbol ( j ) untuk gaya-

resultante; maka :

Jadi resultante gaya -gaya yang dialami partikel-partikel zat cair

mempunyai arah yang paralel; bidang-bidang yang bertekanan-sama posisinya

tegak lurus kepada gaya tersebut. Semua bidang bertekanan sama ( termasuk

muka-bebasnya ) merupakan bidang-bidang yang paralel. Sudut kemiringan

terhadap bidang horisontal tergantung pada arah gaya ( j ).

Untuk menentukan posisi muka-bebas zat cair dalam bejana yang bergerak

dengan akselerasi merata dalam arah garis-lurus, persyaratan lainnya yang masih

diperlukan adalah volume. Volume zat cair dalam bejana harus diketahui dari

ukuran bejana : B ; H ; dan tinggi permukaan awal zat cair ( h ). Untuk

menentukan tekanan pada sembarang titik dalam zat cair. Kita tinjau titik

sembarang dalam fluida ( M ) dengan luasan ( dS ) yang paralel terhadap muka -

bebas dan kita buat tabung silindris zat cair yang tegak-lurus terhadap free surface

dengan alas = dS.

Untuk fluida yang bergerak kita mulai dengan teori aliran Fluida-ideal.

Untuk itu kita perkenalkan beberapa istilah-istilah : Fluida Ideal : Fluida dengan m

= 0. Sifatnya seperti fluida riil yang tidak bergerak ( real motionless ) karena

parameter yang ada hanya tekanan (compressive strain). Jadi, dalam fluida ideal

yang sedang mengalir, tekanan tegak-lurus terhadap permukaan ( bidangbatas dan

mengarah kedalam ) ; pada setiap titik dalam fluida, tekanan mengarah kesegala

arah dan sama-besar. Steady Flow : Termasuk jenis aliran dimana parameternya

pada suatu titik tidak berubah terhadap waktu. Tekanan ( p ) dan kecepatan alir ( v

) hanya berubah karena posisi partikel fluida.

- Steady Flow :

–. Fluida keluar dari bejana dengan permukaan fluida - konstan.

–. Saluran yang dilayani pompa sentrifugal dengan n = konstan & uniform.

- Unsteady Flow :

+. Fluida yang keluar lewat lobang pada dasar bejana.

+. Aliran pada pipa masuk & buang pompa dari jenis reciprocating.

RUMUS BERNOULLI UNTUK FLUIDA RIIL

Untuk beralih dari STREAM TUBE fluida ideal kepada flu ida riil ( arus

fluida yang mempunyai viskositet ) dengan dimensi tertentu dan dibatasi oleh

TUBE ( WALL ) maka harus kita perhitungkan pengaruh kekentalan atau

viskositet.

I. Pada suatu penampang, distribusi kecepatan tidak merata.

II. Adanya kerugian energ i atau kerugian HEAD.

Apabila zat cair kental mengalir terhadap bidang padat (misalnya pipa

saluran ) aliran terhambat karena viskositet dan juga gaya –tarik adhesi molekuler

antara zat cair & permukaan; sehingga kecepatan yang maximum adalah pada

garis sumbu dari arus. Makin dekat ke permukaan, kecepatan makin berkurang,

akhirnya v = 0 pada permukaan bidang / saluran. Akibat peristiwa demikian itu,

profil kecepatan pada suatu penampang saluran berupa parabola. Adanya variasi

kecepatan berarti, lapisan zat cair mengalami slip antara satu dengan lainnya

sehingga timbul :

–. Regangan geser tangensial.

–. Tegangan akibat gesekan.

–. Dalam zat cair kental, partikel-partikel bergerak ngawur ( meluntir &

berpusar ) sehingga terjadi kehilangan energi.

Akibatnya, energitotal ( total head ) sepanjang arus fluida kental tidak konstan

jumlahnya, seperti halnya untuk fluida ideal. Energinya berangsurangsur termakan

( dissipated ) untuk mengatasi tahanan dan kerugian sepanjang alirannya. Karena

distribusi kecepatan yang bentuknya tidak merata inilah, maka untuk

memudahkan cerita kita perkenalkan istilah-istilah :

+. Kecepatan alir rata-rata pada suatu penampang lintang = vm.

+. Energi spesifik rata-rata.

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kavitasi dikenal sebagai masalah terbesar dalam operasi pompa

sentrifugal. Oleh karena itu penting untuk diperhatikan proses terjadinya kavitasi,

gejala-gejala yang muncul, dan bagian-bagian pompa yang rentan terhadap

kerusakan akibat kavitasi ini.

Kavitasi terjadi bila tekanan fluida pada saat memasuki pompa turun

hingga di bawah tekanan uap jenuhnya (pada temperatur lingkungan), gelembung-

gelembung uap kecil akan mulai terbentuk. Gelembung-gelembung uap ini akan

terbawa oleh aliran fluida dan masuk pada daerah yang bertekanan lebih tinggi,

sehingga gelembung akan pecah dan menimbulkan suara berisik dan getaran.

Selain itu performansi pompa akan turun secara tiba-tiba sehingga pompa tidak

dapat beroperasi dengan baik. Jika pompa dijalankan dalam keadaaan kavitasi

secara terus-menerus dalam jangka waktu lama, maka permukaan dinding saluran

di sekitar aliran akan termakan sehingga menjadi berlubang-lubang. Peristiwa ini

yang dinamakan erosi kavitasi, sebagai akibat tumbukan gelembung-gelembung

uap yang pecah pada dinding secara terus-menerus.

Gambar 1. Penurunan Tekanan pada Pompa Sentrifugal

Bagian–bagian yang sering terkena kavitasi adalah sudu-sudu impeler dan difuser

dan juga bagian dalam dinding rumah pompa. Pada pompa diagonal dan pompa

aksial (propeller pumps), kavitasi terjadi pada sudu impeler dekat sisi masuk,

pada bagian dalam dari dinding rumah pompa, dan pada sisi masuk sudu difuser.

Penurunan tekanan pada umumnya disebabkan oleh beberapa hal, antara lain :

a. Kenaikan gaya angkat statis (static lift) dari pompa sentrifugal

b. Penurunan tekanan atmosfer seiring dengan bertambahnya

ketinggian/elevasi

c. Penurunan tekanan absolut sistem, seperti dijumpai pada pemompaan

fluida dari tabung vakum.

d. Kenaikan temperatur fluida yang dipompa.

Secara umum dapat disimpulkan bahwa terjadinya kavitasi akan mengakibatkan

beberapa kerugian sebagai berikut :

a. Penurunan head dan kapasitas pemompaan

b. Penurunan efisiensi pompa

c. Pecahnya gelembung-gelembung uap saat melalui daerah yang bertekanan

lebih tinggi akan menyebabkan suara berisik, getaran dan kerusakan pada

beberapa komponen terutama impeler dan difuser.

HEAD TOTAL POMPA DAN PARAMETER PENCEGAHAN KAVITASI

Dalam perancangan pompa sentrifugal, selain kapasitas pemompaan, jenis

fluida yang dipompa, dan kecepatan spesifik pompa, data lain yang diperlukan

adalah besarnya tinggi tekan (head) total pompa. Untuk instalasi yang sudah

direncanakan, head total pompa (H) dapat dihitung berdasarkan persamaan :

H=Head statis+Head dinamis

=(ha+Δh p )+(hL+

vd2

2 g)

…………………….…………. (1)

Di mana :

ha = perbedaan tinggi antara muka air sisi keluar dan sisi isap (m)

Tanda (+) dipakai apabila muka air sisi keluar lebih tinggi daripada sisi

isap.

hp = perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air

(m) =

P2−P1

γ

hL = berbagai head kerugian (losses) pada pipa, katup, belokan,

sambungan, dll. (m)

= hL suction + hL discharge

vd2

2 g = head kecepatan keluar (m)

Besarnya head kerugian pada sisi isap dan sisi tekan ini dapat ditentukan melalui

persamaan :

hL=( f × L .v2

2 g . d)+∑ K .

v2

2 g ………………..……………………… (2)

Di mana :

f = koefisien gesekan pipa saluran

L = panjang pipa

v = kecepatan aliran fluida di dalam pipa

d = diameter pipa

K = koefisien tahanan fitting (katup, belokan, dsb.)

v2/2g = head kecepatan masuk/keluar

g = percepatan gravitasi

Faktor f (koefisien gesekan pipa) besarnya sangat tergantung dari jenis/pola aliran

fluida pada saluran yang bersangkutan (aliran laminar atau turbulen). Kedua

macam aliran ini dapat diketahui dengan menggunakan parameter Reynold

Number (Re).

Reynold Number :

Re= v . Dυ di mana = viskositas kinematik aliran

Jika Re<4000, maka aliran yang terjadi adalah laminar, dan :

f =64Re ……………………………………….. (3)

Jika Re>4000, maka aliran adalah turbulen, dan :

f =0 . 020+ 0 .0005D (Formula Darcy) ………….……………………. (4)

Besarnya koefisien tahanan fitting (K) berbeda untuk setiap jenis fitting dan katup

yang berlainan dalam satu instalasi. Standar fitting yang banyak digunakan adalah

sebagai berikut :

Tabel 1. Harga koefisien tahanan pipa pada berbagai macam fitting

Fitting and Valves Koefisien tahanan (K)

Globe valve, fully open

Angle valve, fully open

Swing check valve, fully

open

Gate valve, fully open

Gate valve, three-fourths

open

Gate valve, one-half open

Gate valve, one-fourth open

Close return bend

Standard Tee

Standard 90o elbow

Medium sweep 90o elbow

Long sweep 90o elbow

45o elbow

10.0

5.00

2.50

0.19

1.15

5.60

24.0

2.20

1.80

0.90

0.75

0.60

0.42

Antisipasi terhadap kavitasi memperhatikan beberapa parameter sebagai berikut.

NET POSITIVE SUCTION HEAD AVAILABLE (NPSHa)

Head isap positif netto yang tersedia atau NPSH available (NPSHa)

merupakan head yang dimiliki fluida pada sisi isap pompa (ekivalen dengan

tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi dengan tekanan uap jenuh fluida

di tempat tersebut. Perhitungan NPSH available dilakukan berdasarkan instalasi

dan posisi/letak pompa, beberapa di antaranya seperti berikut ini:

1. Pompa menghisap cairan dari tempat terbuka, posisi pompa di atas permukaan

cairan yang dihisap :

Gambar 2. Instalasi pompa dengan posisi pompa di atas permukaan cairan isap

2. Pompa menghisap cairan dari tangki terbuka, posisi pompa di bawah

permukaan cairan yang dihisap :

Gambar 3. Instalasi pompa dengan posisi pompa di bawah permukaan cairan isap

3. Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, letak pompa di bawah cairan

yang dihisap:

Gambar 4. Instalasi pompa dengan posisi pompa di bawah tangki isap tertutup

4. Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, pompa terletak di atas

permukaan yang dihisap:

Gambar 5. Instalasi pompa dengan posisi pompa di atas tangki isap tertutup

Besarnya NPSH yang tersedia untuk empat sistem di atas dapat dirumuskan

sebagai berikut:

NPSHa=( Pa−Pv

γ )±hs−hLs……………………..………………… (5)

di mana:

Pa = tekanan atmosfer

Pv = tekanan uap jenuh

hs = head isap statis

(+) untuk kondisi pompa di bawah permukaan cairan yang dihisap

(-) untuk kondisi pompa di atas permukaan cairan yang dihisap

hLs = head kerugian isap

= berat jenis fluida

NET POSITIVE SUCTION HEAD REQUIRED (NPSHr)

Head isap positif netto yang diperlukan atau NPSH Required (NPSHr)

adalah head minimal yang diperlukan untuk mencegah kavitasi pada laju aliran

fluida yang diberikan. Besarnya harga NPSHr biasanya ditentukan dari pabrik

pembuat pompa melalui beberapa pengujian. Untuk keperluan perancangan,

besarnya NPSHr dihitung dengan persamaan :

NPSHr=σ×H ………………………………………….……. (6)

di mana :

H = head aktual per tingkat pompa

= bilangan kavitasi Thoma

=

8 .8×10−4

ηh2

×N sq4/3

h = efisiensi hidrolis pompa

Nsq = kecepatan spesifik kinematis

=n√QH3/4

Q = kapasitas pompa (m3/s)

H = head per tingkat (m)

n = putaran pompa (rpm)

Agar pompa dapat beroperasi dengan aman dan terhindar dari peristiwa

kavitasi, maka sebagai syarat utama adalah harga NPSH yang tersedia (NPSHa)

harus lebih besar daripada NPSH yang diperlukan (NPSHr).

BEBERAPA METODE PENCEGAHAN KAVITASI

Fluida yang dipompa akan menguap ketika tekanan menjadi sangat rendah

atau temperaturnya terlalu tinggi, sehingga akan memacu terjadinya kavitasi.

Untuk mencegah penguapan fluida ini, beberapa hal yang dapat dilakukan antara

lain:

a. Menaikkan besarnya head statis pompa

1) Menambah ketinggian level fluida dalam tangki

2) Menaikkan posisi tangki

3) Meletakkan pompa dalam sebuah sumuran penampung

4) Mengurangi kerugian head pada pipa

5) Memasang pompa penguat (booster pump)

6) Memberi tekanan pada tangki penyalur

Kerugian head pada pipa dapat terjadi karena beberapa alasan sebagai

berikut :

1) Kesalahan dalam perencanaan sistem, terlalu banyak fitting dan/atau

diameter pipa terlalu kecil

2) Kebocoran dalam saluran pipa

3) Timbul kerak dan/atau terjadi korosi pada bagian dalam pipa

b. Menurunkan temperatur fluida yang dipompa

1) Menginjeksi fluida pendingin pada sisi isap (telah banyak dilakukan)

2) Mengisolasi pipa-pipa dari sinar matahari

c. Menurunkan besarnya NPSH yang Diperlukan (NPSHr)

1) Menggunakan pompa isap ganda (double suction pump). Hal ini dapat

menurunkan NPSHr hingga 27%.

2) Menggunakan pompa dengan kecepatan yang lebih rendah

3) Jika dimungkinkan dapat digunakan inducer, hal ini dapat mengurangi

NPSHr hingga 50%.

4) Menggunakan beberapa pompa yang lebih kecil

BAB IV

PENUTUP

- Kesimpulan

Berdasarkan uraian di atas, kavitasi sebagai ancaman terbesar dalam

operasional pompa sentrifugal, sangat dianjurkan untuk dicegah dan dikenali

secara dini. Turunnya performansi pompa secara tiba-tiba, suara berisik dan

getaran, serta kerusakan pada impeler merupakan beberapa indikasi pompa telah

mengalami kavitasi. Secara teoritis, pemeriksaan pompa dari kavitasi dapat

dilakukan dengan perhitungan besarnya NPSH, di mana berlaku NPSH yang

tersedia > NPSH yang diperlukan bila tidak dikehendaki terjadi kavitasi. Secara

praktis, beberapa cara dapat dilakukan terhadap faktor penunjang operasional

pompa, seperti koreksi pada posisi pompa, saluran pipa, hingga injeksi fluida

pendingin pada sisi isap.

DAFTAR PUSTAKA

Arikunto, Suharsimi. 1998. Prosedur Penelitian Suatu pendekatan Praktek. Jakarta: Rineka Cipta.

http://Hidrolika - Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas.htmlhttp://kavitasi dan pencegahannya ~ manusiabiasa.htmlhttp:// Kavitasi « Belajar untuk lebih baik...htmKodoatie, Robert. 2002. Hidrolika Terapan, Aliran Pada Saluran Terbuka dan

Pipa. Yogyakarta : Andi Offset.Krist, Thomas. 1991. Hidraulika (Terjemahan Dines Ginting). Jakarta: ErlanggaLazarkiewics, S., 1965, Impeller Pumps, Pergamon Press, London.Lobanoff, Val.S., 1986, Centrifugal Pump Design and Application, Gulf

Publishing Co.Ludwig, Ernest E., Applied Process Design for Chemical and Petrochemical

Plants.Nelson, W.E., 1997, Understanding Pump Cavitation, Chemical Processing.Stepanoff, A.J., 1957, Centrifugal and Axial Flow Pumps, John Wiley and Sons,

New YorkStreeter, Victor L dan Wylie, Benjamin E. 1999. Mekanika Fluida Jilid 1.

Terjemahan Arko Prijono . Jakarta: ErlanggaSudjana. 1992. Metoda Statistik. Bandung : Tarsito.Sularso, Pompa dan Kompresor, 1987, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.