4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pompa Sentrifugal

Dilihat dari sistem kerjanya, pompa dikelompokkan menjadi positive

displacement pump dan Dynamic pump. Positive displacement pump adalah pompa

yang menghasilkan energi mekanik kemudian ditambahkan ke fluida secara

periodik melalui pergerakan dalam sistem tertutup. Positive displacement pump

digunakan dalam aliran kecepatan rendah, operasi fluida bertekanan tinggi dan

fluida berviskositas tinggi. Dynamic pump adalah pompa yang menghasilkan energi

kinetik, kemudian energi kinetik ditambahkan ke fluida secara terus menerus untuk

meningkatkan kecepatan fluida melalui suatu impeller akibatnya pompa

menghasilkan peningkatan tekanan. Dynamic pump dibagi dalam dua kelas : [1]

a. Pompa sentrifugal,

b. Pompa special, misal: jet (eductor), gas lift, dan hydraulic ram.

Pompa sentrifugal adalah menyalurkan energi kinetik ke fluida yang kemudian

mengubah energi kinetik menjadi energi potensial berupa tekanan fluida. Pompa

sentrifugal memompa fluida melalui impeller. Impeller ini dipasang pada salah satu

ujung poros dan pada ujung yang lain dipasang kopling untuk meneruskan daya

dari penggerak.

Pompa sentrifugal juga terbagi dalam beberapa jenis. Klasifikasi pompa

sentrifugal menurut jumlah impeller yaitu:

1. Single stage : Terdiri dari satu impeller, dan

2. Multistages : Terdiri dari beberapa impeller.

Pompa jenis multistages dipilih untuk kerja yang membutuhkan Head yang

relatif tinggi karena merupakan penyederhanaan dari pompa disusun secara seri.

Cara menghubungkan pompa dengan penggerak dapat dihubungkan langsung (Close

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

couple) seperti pada Gambar 2.1 dan 2.3 atau antara pompa dan penggerak terpisah

yang dihubungkan menggunakan kopling (End suction) seperti pada Gambar 2.2 dan

2.4.

Gambar 2.1, Pompa Sentrifugal Single Stage Close

Couple [2]

Gambar 2.2, Pompa Sentrifugal Single Stage End

Suction [3]

Gambar 2.3, Pompa Sentrifugal Multistages Close

Couple [4]

Gambar 2.4, Pompa Sentrifugal Multistages End

Suction [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Dalam kehidupan sehari-hari pompa sentrifugal banyak memberikan berbagai

manfaat besar bagi manusia, terutama pada bidang industri. Secara umum pompa

sentrifugal digunakan untuk kepentingan pemindahan fluida dari satu tempat ke

tempat lain.

Aplikasi pompa sentrifugal pada bidang pertanian, pompa sentrifugal

digunakan untuk memindahkan air sumur atau sungai untuk ditampung dalam kolam

penampungan atau langsung dialirkan ke sawah yang memerlukan debit yang tinggi.

Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas

gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah

dan dipasarkan. Pada industri perkapalan, pompa sentrifugal banyak digunakan

untuk memperlancar proses pekerjaan kapal untuk pemompa air pendinginan,

pemadam kebakaran, dan sebagainya.[6]

2.1.1 Komponen Utama Pompa Sentrifugal

Komponen utama pompa sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5, Komponen Utama Pompa Sentrifugal [7]

Berikut penjelasan mengenai komponen utama pompa sentrifugal :

Keterangan:

1. Impeller

2. Poros

3. Casing

4. Bantalan

5. Sistem Paking

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

1. Impeller atau baling-baling, adalah bagian yang berputar dari pompa

sentrifugal, yang berfungsi untuk mentransfer energi dari putaran motor

menuju fluida yang dipompa dengan cara menambah percepatan aliran

fluida. Desain impeller sangat bergantung pada kebutuhan tekanan,

kecepatan aliran, serta kesesuaian dengan sistemnya. Impeller menjadi

komponen yang sangat berpengaruh pada performa pompa. Modifikasi

desain impeller akan berpengaruh terhadap bentuk kurva karakteristik

pompa tersebut.

2. Poros pompa, adalah bagian yang mentransmisikan putaran dari sumber

gerak, seperti motor listrik ke pompa. Hal yang perlu diperhatikan pada

pompa sentrifugal adalah kesejajaran poros pompa dengan penggerak,

maka gaya pada poros penggerak akan secara sempurna terdistribusikan

ke seluruh impeller pompa.

3. Casing pompa sentrifugal, didesain berbentuk sebuah diffuser yang

mengelilingi impeller pompa. Diffuser ini lebih sering dikenal sebagai

volute casing. Sesuai dengan fungsi diffuser, volute casing berfungsi

untuk meurunkan kecepatan aliran fluida yang masuk ke dalam pompa.

Menuju sisi outlet pompa, volute casing didesain membentuk corong

yang berfungsi mengonversikan energi kinetik menjadi tekanan dengan

cara menurunkan kecepatan dan menaikkan tekanan.

4. Bantalan atau bearing, pada pompa berfungsi untuk menahan posisi rotor

terhadap stator. Bearing yang digunakan pada pompa yaitu berupa

journal bearing yang berfungsi untuk menahan gaya berat dan gaya –

gaya yang searah dengan gaya berat tersebut, Serta thrust bearing yang

berfungsi untuk menahan gaya aksial yang timbul pada poros pompa

relatif terhadap stator pompa.

5. Sistem packing pada pompa, adalah untuk mengontrol kebocoran fluida

yang mungkin terjadi pada sisi perbatasan antara bagian pompa yang

berputar poros dengan stator. Sistem sealing yang banyak digunakan

pada pompa sentrifugal adalah mechanical seal dan gland packing.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

2.2 Performansi Pompa Sentrifugal

Performansi pompa termasuk salah satu spesifikasi pompa yang sangat

penting. Parameter kinerja pompa sentrifugal antara lain Head, Debit dan Daya.

2.2.1 Head

Tekanan dapat diekspresikan dalam bentuk head (H) dan dinyatakan dalam

satuan meter (m) atau feet (ft). Head pada suatu tekanan tertentu bergantung pada

berat fluida menurut persamaan berikut: [8]

𝑝 = 𝜌 𝑔 𝐻 ........................................................................ (1)

Keterangan:

𝑝 : Tekanan [Pa]

𝜌 : massa jenis [kg/m³]

g : Percepatan gravitasi [m/s²]

𝐻 : Head [mka]

Sebuah pompa sentrifugal menciptakan kecepatan fluida. Energi kecepatan

ini kemudian ditransformasikan ke energi tekanan saat fluida lepas dari pompa.

Oleh karenanya, head yang tercipta bisa dikatakan sebanding dengan energi yang

diisap dan ditekan. Hubungan ini dinyatakan pada persamaan berikut: [8]

𝐻 = 𝐻𝑠 + 𝐻𝑑 .................................................................................. (2)

Keterangan:

H : head total [mka]

Hs : head suction [mka]

Hf : head discharge [mka]

2.2.2 Net Positive Suction Head (NPSH)

NPSH adalah kebutuhan minimum pompa untuk bekerja secara normal.

NPSH menyangkut apa yang terjadi di bagian suction pompa. NPSH dipengaruhi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

oleh pipa suction dan konektor-konektor, ketinggian dan tekanan fluida dalam

pipa suction, kecepatan fluida dan temperatur. NPSH dinyatakan dalam

satuan meter.

Ada 2 macam NPSH yaitu, NPSH Available (NPSHav) dan NPSH Required

(NPSHre). NPSHav adalah nilai NPSH yang ada pada sistem saat pompa akan

bekerja. NPSHre adalah nilai NPSH spesifik pompa agar bekerja dengan normal,

yang diberikan oleh pabrik pembuat berdasarkan hasil pengetesan.

NPSHav > 1,3 NPSHre dengan kata lain NPSHav sistem haruslah lebih

besar dari NPSHre pompa yang dipergunakan agar pompa tersebut dapat bekerja

dengan baik.

2.2.3 Debit

Kapasitas atau debit (Q) dalam SI dinyatakan dalam m3/s dan dalam satuan

British adalah GPM atau CFM. Karena air adalah fluida yang tidak dapat

dimampatkan, ada hubungan langsung antara debit pompa dan kecepatan aliran.

Persamaan dituliskan: [8]

𝑄 = 𝐴1. 𝑉1 = 𝐴2. 𝑉2 .......................................................... (3) Keterangan:

Q : kapasitas/debit aliran [m³/s]

𝐴1 : luas penampang pipa 1 [m²]

𝐴2 : luas penampang pipa 2 [m²]

𝑉1 : kecepatan aliran 1 [m/s]

𝑉2 : kecepatan aliran 2 [m/s]

Kapasitas dapat juga ditentukan dengan pembacaan water meter yang

kemudian dibagi waktu tertentu sesuai dengan persamaan berikut:

𝑄 =∆𝑣

∆𝑡

𝑄 =

𝑣2−𝑣1

∆𝑡 ......................................................................... (4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

Keterangan:

𝑣2 : Volume akhir [m3]

𝑣1 : Volume awal [m3]

∆𝑡 : Selisih waktu [s]

2.2.4 Daya Hidrolis

Daya hidrolis adalah daya keluaran pada pompa, yang dituliskan dengan

persamaan:[8]

𝑃ℎ = 𝜌 𝑔 𝐻 𝑄 ................................................................... (5)

Keterangan:

𝑃ℎ : daya Hidrolis [W]

ρ : massa jenis fluida [kg/m³]

g : percepatan gravitasi [m/s²]

Q : kapasitas pompa [m³/s]

H : head pompa [mka]

2.2.5 Daya Elektrik

Daya elektrik adalah besarnya energi listrik yang masuk ke motor listrik, yang

dapat dituliskan dengan :

𝑃𝐸 = 𝑉. 𝐼 ......................................................................... (6)

Keterangan:

𝑃𝐸 : daya input motor listrik [W]

V : besar Tegangan pada motor listrik [volt]

I : besar Arus pada motor listrik [ampere]

2.2.6 Efisiensi

Dengan demikian dapat diketahui persamaan efisiensi pompa:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

𝜂 =𝑃ℎ

𝑃𝐸............................................................................... (7)

Keterangan:

𝑃𝐸 : daya input motor listrik [W]

𝑃ℎ : daya Hidrolis [W]

2.3 Kurva Performa Pompa

Gambar 2.6 memperlihatkan kinerja sebuah pompa sentrifugal pada saat head

= 0 maka debit pada kondisi maksimum dan sebaliknya. Kurva berbentuk parabolik.

Gambar 2.6, Kurva Karakteristik Debit dengan Head[9]

Gambar 2.7 memperlihatkan kinerja sebuah pompa sentrifugal yang

berbentuk parabolik. Daya maksimum terjadi saat debit pada kondisi tertentu, maka

apabila daya telah mencapai kondisi maksimumnya, daya kemudian akan menurun

seiring dengan bertambahnya debit.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

Gambar 2.7, Kurva Karakteristik Debit dengan

Daya[10]

Gambar 2.8 memperlihatkan kinerja sebuah pompa sentrifugal yang

berbentuk parabolik bahwa pada saat efisiensi bernilai nol, debit pada kondisi nol

dan head pada kondisi nol. Efisiensi berada pada titik maksimumnya pada debit

pada kondisi tertentu.

Gambar 2.8, Kurva Karakteristik Debit dengan

Efisiensi [11]

Gambar 2.9 memperlihatkan kinerja sebuah pompa sentrifugal pada saat

head bertambah maka akan bertambah pula kecepatan putar. Bentuk kurva adalah

hampir linear.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

Gambar 2.9, Kurva Karakteristik Kecepatan dan Head

Gambar 2.10 memperlihatkan kinerja sebuah pompa sentrifugal pada saat

daya bertambah maka akan bertambah pula kecepatan putar. Bentuk kurva adalah

parabolik. Pada saat kecepatan tertentu, daya akan berada pada kondisi

maksimumnya.

Gambar 2.10, Kurva Karakteristik Kecepatan dengan

Daya [12]

Gambar 2.11 memperlihatkan kurva karakteristik pompa sentrifugal.

Performansi pompa dapat ditampilkan melalui grafik pada kurva karakteristik.

Kurva karakteristik di bawah menunjukkan head, daya, dan efisiensi terhadap debit.

Kurva head menunjukan relatif datar dan menurun secara bertahap saat debit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

bertambah. Kurva daya menunjukan garis linear meningkat secara bertahap saat

debit meningkat dan kurva efisiensi menunjukan kurva parabolik. Pada ketiga kurva

tersebut terdapat titik singgung yang disebut dengan BEP.

Gambar 2.11, Kurva Karakteristik Pompa [13]

Performansi pompa menurut instalasi dan kebutuhan spesifik dapat

dirangkai menggunakan sistem seri dan paralel. Seperti terlihat pada Gambar 2.12

menunjukan bahwa apabila dua buah pompa diinstalasi dan disusun seri maka Head

yang dihasilkan akan ditambahkan tiap pompa tanpa mengubah debit. Apabila dua

buah pompa diinstalasi dan disusun paralel maka debit yang dihasilkan

ditambahkan tiap pompa.

Gambar 2.12, Kurva Sistem Seri dan Paralel [14]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

2.3.1 Pengaruh Putaran

Perubahan putaran pompa akan mempengaruhi kinerja pompa. Persamaan

yang menunjukkan hubungan antara putaran pompa dengan kapasitas, head dan daya

poros pompa dinyatakan hukum kesebangunan pompa seperti terdapat pada

persamaan: [8]

𝑄2

𝑄1=

𝑛2

𝑛1 .............................................................................. (8)

𝐻2

𝐻1= (

𝑛2

𝑛1 )2 ........................................................................ (9)

Keterangan:

Q : kapasitas/debit aliran [m³/s]

H : head [mka]

N : putaran [rpm]

Adapun pengaruh perbedaan kecepatan putar terhadap head dapat dilihat pada

Gambar 2.13 yang memperlihatkan kurva performa pompa pada berbagai kondisi

putaran dimana pada suatu kenaikan putaran tertentu maka akan ditandai dengan

head dan debit yang bertambah.

Gambar 2.13, Kurva Performa Debit dan Head

Pengaruh Kecepatan [15]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

Pengaruh putaran terhadap daya dinyatakan dalam: [8]

𝑃2

𝑃1= (

𝑛2

𝑛1 )3 ...................................................................... (10)

Keterangan:

P : Daya [watt]

N : putaran [rpm]

Adapun kurva daya terhadap debit karena pengaruh putaran dapat dilihat pada

Gambar 2.14 memperlihatkan kurva performa pompa pada berbagai kondisi

putaran dimana pada suatu kenaikan putaran tertentu maka akan ditandai dengan

daya dan debit yang bertambah.

Gambar 2.14, Kurva Performa Debit dan Daya

Pengaruh Kecepatan [16]

Pengaruh putaran terhadap efisiensi ditunjukkan pada Gambar 2.15

memperlihatkan kurva performa pompa pada berbagai kondisi putaran dimana pada

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

suatu kenaikan putaran tertentu maka akan ditandai dengan efisiensi dan debit yang

bertambah. Bentuk kurva adalah parabolik.

Gambar 2.15, Kurva Performa Debit dan Efisiensi

Pengaruh Kecepatan [17]

2.4 Gangguan pada Pompa Sentrifugal

Seperti suatu alat atau fasilitas pada umumnya pompa dapat mengalami

gangguan, hal ini umum terjadi jika komponen utama pompa tidak dilakukan

pemeliharaan yang tepat. Penelusuran gangguan pompa dapat ditinjau dari masalah

isap, masalah hidrolik dan masalah mekanik.[18]

1. Motor mengalami pembebanan lebih

Jika motor mengalami beban lebih ditunjukkan dengan adanya suara dan

getaran kemungkinan penyebabnya adalah:

a) Tegangan listrik yang rendah

b) Kapasitas pompa tidak sesuai dengan kebutuhan

c) Penekanan paking perapat berlebihan sehingga koefisien geseknya

tinggi, akibatnya beban motor berat

d) Massa jenis cairan berubah lebih berat karena kotoran

2. Terjadi getaran dan bunyi yang berlebihan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

Jika kondisi motor terjadi getaran dan bunyi yang berlebihan,

kemungkinan penyebabnya adalah:

a) Misalignment poros motor dengan poros pompa

b) Terjadi kekendoran baut pengikat

c) Pompa beroperasi tidak sesuai dengan spesifikasinya

d) Terjadi kavitasi

e) Grease atau pelumasan tidak baik

f) Keausan pada rotor sehingga unbalance

g) Bantalan motor atau pompa telah mengalami kerusakan

3. Terjadi panas yang berlebihan pada bantalan

Apabila pompa mengalami panas yang berlebihan pada bantalan,

kemungkinan penyebabnya adalah:

a) Misalignment, beban bantalan tinggi yang akan menimbulkan panas

b) Tidak berfungsinya pelumas atau grease karena kering atau kurang

c) Kerusakan atau keausan pada bantalan

4. Kebocoran pada paking pompa

Jika pada pompa terjadi kebocoran pada paking, kemungkinan

penyebabnya adalah:

a) Penekanan pada gland paking kurang kencang

b) Seal pada stuffing box sudah rusak

c) Poros aus atau lentur

2.5 Pemeliharaan Pompa Sentrifugal

2.5.1 Pengertian Pemeliharaan

Pemeliharaan atau yang lebih dikenal dengan kata maintenance dapat

didefinisikan sebagai suatu aktivitas yang diperlukan untuk menjaga atau

mempertahankan kualitas pemeliharaan suatu fasilitas agar fasilitas tersebut dapat

berfungsi dengan baik dalam kondisi siap pakai. [19]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

Gambar 2.16, Maintenance Strategy [20]

Gambar 2.16 memperlihatkan terdapat dua jenis maintenance strategy yaitu

planned maintenance dan unplanned maintenance. Planned maintenance

merupakan maintenance strategy yang dilakukan secara terencana dan berkala.

1. Pemeliharaan Terencana (Planned Maintenance)

Pemeliharaan terencana adalah pemeliharaan yang dilakukan sesuai

dengan waktu yang ditentukan. Pemeliharaan terencana terbagi menjadi

pemeliharaan pencegahan. Pemeliharaan pencegahan adalah kegiatan

pemeliharaan yang dilakukan untuk mencegah timbulnya kerusakan yang

tidak terduga. Pemeliharaan pencegahan terbagi menjadi 2 macam yaitu:

a) Pemeliharaan terjadwal (Scheduled Maintenance)

Pemeliharaan terjadwal adalah jenis perawatan yang dilakukan dengan

interval tertentu sesuai dengan standar overhaul komponen yang ada.

Kegiatan yang dilakuakan saat pemeliharaan terjadwal adalah:

a) Pemeriksaan tekanan isap dan buang.

b) Pemeriksaan kebocoran pada paking.

c) Pemeriksaan isapan pompa.

b) Pemeliharaan Prediksi (Predictive Maintenance)

Merupakan tindakan perawatan yang bersifat pengamatan terhadap

objek dengan melakukan pengukuran tertentu. Kegiatan yang

dilakuakan adalah pengukuran vibrasi dan kavitasi dengan cara:

MAINTENANCE

PLANNED MAINTENANCE

PREVENTIVE MAINTENANCE

SCHEDULED MAINTENANCE

PREDICTIVE MAINTENANCE

UNPLANNED MAINTENANCE

EMERGENCY MAINTENANCE

CORRECTIVE MAINTENANCE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

a) Sediakan alat yang diperlukan yaitu Vib-Scanner.

b) Lakukan pengujian pada motor dan pompa.

c) Hasil pengujian didapat dalam bentuk spectrum.

d) Analisis data spectrum yang didapatkan untuk mengetahui gejala

yang ada di pompa sentrifugal tipe multistages.

2. Pemeliharaan Tak Terencana (Unplanned Maintenance)

Pemeliharaan tak terencana yaitu pemeliharaan yang dilakukan tanpa

menggunakan interval waktu yang telah ditentukan sedemikian rupa.

Biasanya pemeliharaan tak terencana berupa pemeliharaan kerusakan.

Pemeliharaan kerusakan adalah pemeliharaan yang dilakukan setelah

pompa tidak dapat digunakan lagi. Kegiatan yang dilakukan adalah:

a) Pergantian komponen yang rusak.

b) Penambahan grease pada komponen pompa.

c) Perbaikan pada komponen yang memiliki kerusakan kecil.

3. Pemeliharaan Perbaikan (Corrective Maintenance)

Pemeliharaan perbaikan adalah perawatan yang dilakukan untuk

mengembalikan kondisi suatu peralatan atau mesin ke kondisi standar

melalui pekerjaan repair (perbaikan) atau adjustment (penyetelan).

Pemeliharaan Perbaikan hanya dilakukan setelah komponen atau mesin

telah menunjukan adanya gejala. Disassembly pompa sentrifugal tipe

multistages.

a) Identifikasi komponen-komponen pompa.

b) Lakukan perbaikan dan pemeliharaan pada komponen yang bermasalah

serta pergantian pada komponen jika terdapat komponen yang rusak.

c) Assembly pompa sentrifugal tipe multistages.

d) Lakukan running test pada pompa setelah diassembly.

2.5.2 Pemeriksaan pada Pompa Sentrifugal

Untuk mencegah terjadinya kerusakan sejak dini, maka dilakukannya

pemeriksaan sebelum operasi. Untuk mengetahui kondisi pompa ataupun kinerja

pompa, maka harus dilakukan pemeriksaan ketika pompa beroperasi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

1. Pemeriksaan sebelum pengoperasian

a) Pembersihan reservoir

b) Pemeriksaan pipa isap

c) Pemeriksaan kelistrikan

d) Pemeriksaan kelurusan

e) Pemeriksaan pelumas

f) Pemeriksaan putaran dengan manual

g) Pemeriksaan pipa dan alat bantu

h) Pemeriksaan katup isap dan tekan

i) Pemeriksaan arah putaran

j) Memancing (jika perlu)

2. Pemeriksaan sewaktu operasi

a) Pemeriksaan head

b) Pemeriksaan debit

c) Pemeriksaan kebocoran pada gland packing

d) Pemeriksaan kebocoran pada sambungan pipa dan katup

e) Temperatur bantalan pompa

f) Pemeriksaan bunyi dan getaran

g) Pemeriksaan tegangan (V) dan arus (A).

2.6 Pengujian Performansi Pompa Sentrifugal

Untuk mengevaluasi kemampuan pompa air sentrifugal yang dioperasikan

pada kondisi optimal dengan pengaturan instalasi uji mengacu pada JIS B 8301 :

2000 seperti terlihat pada Gambar 2.17. [21]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

Gambar 2.17, Instalasi Pompa Sentrifugal [21]

Pengujian pompa dilaksanakan dengan pengaturan pembukaan katup

pengatur aliran untuk berbagai kondisi putaran motor pompa. Parameter uji yang

diukur adalah:

1. Tinggi tekan.

2. Tinggi isap.

3. Debit.

4. Putaran motor penggerak.

5. Daya hidrolis.

6. Daya elektrik.

7. Efisiensi.