4/8/2015

1

BAB IIAZAS POMPA

2.1 KERJA POMPA SENTRIFUGAL

2.1.1 Head Zat Cair

Pandanglah aliran suatu zat cair (atau fluida inkompresibel, misalnyaair) melaui suatu penampung saluran seperti diperlihatkan dalamGb. 2.1.

Gambar 2.1

Z2g

v

γp

H2

(2.1)

dimana g (dalam m/s2) adalah kecepatan gravitasi, dan adalah berat jenis zat cair persatuan volume ( kgf/m3 ).

Pada penampang tersebut zat cair mempunyai tekana statis p(dalam kgf/m2), kecepatan rata-rata v (dalam m/s), danketinggian Z (dalam m) di ukur dari bidang referensi. Maka zatcair tersebut pada penampang yang bersangkutan dikatakanmempunyai head total H dalam (m) yang dapat dinyatakansebagai :

Adapun masing-masing suku dari persamaantersebut diatas, yaitu : p/, v2/2g , dan Z berturut-turut disebut head tekanan, head kecepatan, headpotensial. Ketiga head ini tidak lain adalah energimekanik yang dikandung oleh satuan berat (1 kgf)zat cair yang mengalir pada penampang yangbersangkutan. Satuan energi persatuan beratadalah ekivalen dengan satuan pasang (tinggi).Maka head total H yang merupakan jumlahan darihead tekanan; head kecepatan; head potensial,adalah energi mekanik total per satuan berat zatcair, dan dinyatakan dengan satuan tinggi kolom zatcair dalam meter.

Dalam satuan SI (le System International d’Unites), Head Hsering kali dinyatakan sebagai energi spesifik Y, yaitu energimekanik yang dikandung aliran per satuan massa (1 kg) zat cair.Satuan Y adalah J/kg. Dengan satuan ini, energi spesifiktekanan, kecepatan, dan potensial dapat dinyatakan berturut-turut sebagai p/ , v2 , dan gZ. Maka persamaan energi spesifiktotal dapat ditulis sebagai :

Dimana adalah massa jenis zat cair persatuan volume ( kgf/m3 ).

gZ2

v

ρp

gHY2

(2.2)

• Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gb. 2.2,merupakan sebuah impeler (baling-baling) untuk mengangkatzat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebihtinggi.

2.1.2 Kerja Pompa Sentrifugal

Gambar 2.2. Pompa Sentrifugal

4/8/2015

2

• Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarimpeler didalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeler,oleh sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal makazat cair akan mengalir dari tengah impeler ke luar melalui salurandiantara sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cari menjadi lebihtinggi. Demikian pula head kecepatannya tambah besar karena zatcair mengalami percepatan. Zat cair yang keluar dari impelerditampung oleh saluran berbenguk volut (spiral) di keliling impelerdan disalurkan ke luar pompa melaui nosel. Di dalam nosel inisebagian head kecepatan aliran diubah menjadi tekanan. Jadiimpeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cairsehingga energi yang dikandung menjadi bertambah besar. Selisihenergi per satuan berat atau head total zat cair antara flens isap danflens keluar pompa disebut head total pompa.

Dari uraian diatas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubahenergi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida.Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekanan,head kecepatan, head potensial pada zat cair yang mengalir secarakontinyu.

2.2 HUKUM KESEBANGUNAN

Jika dua buah pompa sentrifugal (pompa No.1 dan No.2 yanggeometris sebangun satu dengan yang lain, maka untuk kondisialiran yang sebangun pula, berlaku hubungan sebagai berikut :

322

311

2

1

Dn

Dn

Q

Q

22

21

21

21

2

1

Dn

Dn

Q

Q

52

32

51

31

2

1

Dn

Dn

P

P

(2.3)

(2.4)

(2.5) dan indeks 1 dan 2 menyatakanberturut-turut pompa No.1 dan pompaNo.2.

Dimana,D = diameter impeler (m)Q = kapasitas aliran ( /s)H = head total pompa (m)P = daya poros pompa (kW)N = putaran pompa (rpm)

3m

Hubungan yang dinyatakan diatas tersebut “HukumKeseimbangan Pompa”.

Hukum ini sangat penting untuk menaksir perubahan formasipompa bila putaran dirubah. Hukum ini juga berguna untukmemperkirakan performasi pompa yang direncanakan apabilapompa tersebut geometris sebangun dengan pompa yangsudah diketahui performasinya.

2.3 KECEPATAN SPESIFIK (NOMOR JENIS) DANKLASIFIKASINYA

2.3.1 Kecepatan Spesifik

• Hubungan dalam persamaan (2.6) akan berlaku pada pompaNo.1 dan No.2 yang geometris sebangun jika aliran di dalamkedua pompa adalah sebangun tersebut terjadi pada kapasitasaliran Q1 dan Q2 , head H1 dan H2 , serta putaran n1 dan n2 ,untuk pompa No.1 dan No.2.

(2.6)0H

Qn

H

Qn

3/42

1/22

23/41

1/21

1

Jika D1 dan D2 dihilangkan dari persamaan (2.3) dan persamaan(2.4) yang menyatakan hukum kesebangunan, maka akandiperoleh hubungan berikut ini :

• Berdasarkan persamaan (2.6) tersebut diatas maka orangmendefinisikan ns yang dinamakan ‘kecepatan spesifik’ dalampersamaan :

3/4

1/2

s H

Qnn (2.7)

dimana n, Q, dan H adalah harga-harga pada titik efisiensimaksimum pompa.

Kecepatan spesifik, yang didefinisikan dalam persamaan tersebut diatas adalah sama untuk pompa-pompa yang sebangun (atau samabentuk impelenya); meskipun ukuran dan putarannya berbeda.Dengan lain perkataan, harga n dapat dipakai sebagai parameteruntuk menyatakan jenis pompa.Jadi jika suatu pompa sudahditentukan maka bentuk impeler pompa tersebut sudah tertentupula.

sn

Dalam menghitung ns untuk pompa sentrifugal jenis isapan ganda(double sudion) harus dipakai harga Q/2 sebagai ganti harga Qdalam persamaan (2.7) karena kapasitas aliran yang melaluisebuah impeler adalah setengah dari kapasitas aliran keseluruhan.Adapun untuk pompa bertingkat banyak, head H yang dipakaidalam perhitungan ns adalah head per tignak dari pompa tersebut.

Perlu diperhatikan bahwa n adalah bukan bilangan tak berdimensi.Jadi untuk bentuk impeler yang sama, besarnya angka n dapatberbeda tergantung pada satuan yang dipakai untuk menyatakan n,Q, dan H. Dalam tabel 2.1 diberikan faktor-faktor konversi yangharus dipakai untuk mengubah harga ns dari satuan yang satukepada yang lain.

Menurut ISO, sebagai ganti ns dipakai “Nomor Jenis” K yang tidakberdimensi dan dapat dinyatakan dalam persamaan :

3/4

1/2

Y

Q2ππK (2.8) K = nomor jenis

n = putaran per detik ( s-1 )Q = kapasitas aliran ( m3 /s)Y = spesifikasi energi total, per

tingkat pompa sentrifugal (J/kg)

4/8/2015

3

Satuan yang digunakan K

ns

m3/S, m, rmp 0,129

1/s, m, rpm 4,08

ft3/min, ft, rpm 2,44

ft3/min, ft, rpm 0,314

U.S.gpm, ft, rpm 6,67

(K)

Tabel 2.1 Tabel konversi untuk ns

2.3.2 Putaran Spesifik dan Bentuk Impeler

• Dari pers. (2.7) dapat disimpulkan bahwa pompa dengan head totalyang tinggi dan kapasitas aliran yang kecil cenderung mempunyaiharga ns yang kecil. Sebaliknya dengan harga head total yangrendah dan kapasitas aliran yang besar, harga ns pompa akanmenjadi besar. Selanjutnya apabila kapasitas aliran dan head totalsama, harga ns akan berubah jika putaran n berubah. Dalam hal inins akan bertambah besar jika putaran n menjadi lebih tinggi.

Gb.2.3 memperlihatkan harga ns dalam hubungannya denganbentuk impeler yang bersangkutan. Disini juga diperlihatkan jenispompa yang sesuai dengan harga ns yang ada. Jika harga nskecil, impeler akan berjenis sentrifugal (atau radial). Lebar satuan didalam impeler akan bertambah besar jika harga ns bertambahbesar. Bila ns bertambah lebih lanjut, maka akan dicapai bentukaliran campur. Disini campuran melalui impeler akan mempunyaiarah diagonal (menyudut) terhadap sumbu poros.Jika nsdiperbesar lagi, maka aliran akan berarah aksial atau sejajardengan sumbu poros.

Gambar 2.3

Jika kapasitas dinyatakan dalam m3/min, head total dalam m,dan putaran dalam rpm,maka harga ns sentrifugal akan berkisarantara 100 sampai 700. Pompa sentrifugal dapat digolongkanlebih lanjut atas pompa volut dan pompa difuser.Sebagaimana ditunjukkan dalam Gb.2.4 aliran yang keluar dariimpeler pompa volut ditampung di dalam volut (atau rumahspiral), yang selanjutnya akan menyalurkan ke nosel keluar.Harga ns dari pompa volut bervariasi pada daerah yang cukupluas yaitu antara 100 sampai 700.

2.3.3 Klasifikasi Pompa

Dari gambar tersebut dapat dimengerti bahwa pada dasarnyabentuk impeler ditentukan oleh harga ns - nya. Namun perludiperhatikan bahwa tidak semua faktor tergantung pada saja,karena pada beberapa daerah tertentu dua buah pompa denganjenis yang berbeda dapat dirancang dari harga ns yang sama.

Adapun pompa difuser mempunyai difuser yang dipasangmengelilingi imperler seperti diperlihatkan dalam Gb.2.5. Guna daridifuser ini adalah untuk menurunkan kecepatan, aliran yang keluardari impeler, sehingga energi kinetik aliran dapat diubah menjadienergi tekanan secara efisien. Pompa difuser dipakai untukmemperoleh head total yang tinggi. Harga ns pompa ini berkisarantara 100 sampai 300.

Pompa sentrifugal juga dapat menggunakan dua macam impeler,yaitu jenis isapan tunggal dan isapan ganda (Gb.2.6). selain itupompa sentrifugal juga dapat disusun dengan satu tingkat ataubertingkat banyak. Susunan bertingkat banyak dipakai apabiladiingini head total pompa yang tinggi.

Untuk head yang lebih rendah, dapat dipilih pompa aliran campur(Gb.2.7).Harga ns pompa jenis ini berkisar antara 350 sampai1300. Pompa ini umumnya menggunakan rumah difuser dengansudut antar seperti terdapat dalam gambar. Jika pompamenggunakan volut untuk menampung langsung aliran yang keluardari impeler, maka disebut “pompa aliran campur jenis volut”.

Kadang-kadang jenis-jenis pompa tersebut diatas (pompasentrifugal/radial, pompa aliran campur, dan pompa aksial) disebutpompa turbo. Secara skematis, klasifikasi pompa diperlihatkandalam Tabel 2.2.

Pompa jenis aksial dipakai untuk head yang lebih rendah lagi.Aliran didalam pompa ini mempunyai arah aksial (sejajar poros)seperti diperlihatkan dalam Gb.2.8. Untuk mengubah headkecepatan menjadi head tekanan, dipakai sudu antar yangberfungsi sebagai difuser.

4/8/2015

4

Gambar 2.4. Pompa volut Gambar 2.5. Pompa difuser

Gambar 2.6. Pompa jenisisapan ganda

Gambar 2.7. Pompa alirancampur (mixed flow)

Gb. 2.8. Pompa aliran aksial

Pompa Turbo

PompaSentrifugal

PompaAliran campur

PompaAliran aksial

Pompa volut

Pompa difuser

PompaAliran campur

jenis volut

PompaAliran campurjenis difuser

Tabel 2.2. Klasifikasi pompa turbo