II-1

BAB II

LANDASAN TEORI

Teknologi dispenser semakin meningkat seiring perkembangan jaman.

Awalnya hanya menggunakan pemanas agar didapat air dengan temperatur hanya

hangat dan panas menggunakan heater , kemudian dispenser dilengkapi pendingin

dan pemanas dengan gravitasi untuk mengalirkan air pada tabung dispenser.

Sampai saat ini dikembangkan dispenser yang dilengkapi pendingin dan pemanas

dengan meletakan galon dibawah, tanpa harus mengangkat galon ke atas

dispenser oleh salah satu perusahaan elektronik asal Jepang, dengan dispenser EZ

Fill Series Bottom Gallon tetapi dengan harga yang relatif mahal, dengan

maximum input power sebesar 750Watt.

Gambar 2.1 Dispenser EZ Fill Series Bottom Gallon

(sumber : www.sharp-indonesia.com)[5]

Bagian-bagian utama pemindah air dari galon ke tabung dispenser dan

pengontrol level air pada tabung dispenser ialah pompa, system kendali otomatik

ON/OFF, sensor dan roda gigi.

2.1 Pompa

Pompa adalah peralatan mekanis untuk meningkatkan energi tekanan pada

cairan yang di pompa. Pompa mengubah energi mekanis dari mesin penggerak

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-2

menjadi energi potensial tekan. Pompa berfungsi sebagai pemindah fluida dari

tempat rendah ke tempat yang tinggi, atau dari tempat bertekanan rendah ke

tempat bertekanan tinggi.

Menurut prinsip operasinya, pompa digolongkan kedalam pompa dinamik

dan pompa statik atau perpindahan positif.

2.1.1 Pompa perpindahan positif (Mahmudi, 2010)[3]

Pompa perpindahan positif (positive displacement pump) sering disebut

juga dengan pompa tekanan statik adalah pompa yang mengalirkan fluida dengan

kapasitas atau debit yang tetap terhadap perubahan/variasi tekanan atau head, dan

fluida berpindah karena menerima dorongan/desakan. Berdasarkan cara

perpindahannya, pompa perpindahan positif digolongkan sebagai berikut:

A) Pompa bolak-balik (reciprocating pump)

1 Pompa torak

2 Pompa plunyer

3 Pompa diafragma

B) Pompa berputar (rotary)

1 Pompa roda gigi

2 Pompa ulir/screw

3 Pompa vane

4 Pompa lobe

A) Pompa Bolak-Balik atau Reciprocating Pump

Pompa bolak-balik atau reciprocating pump adalah pompa yang

mengubah energi mekanis poros dari penggerak pompa menjadi energi aliran dari

zat cair yang dipindahkan dengan menggunakan elemen yang bergerak bolak-

balik dalam silinder. Pompa bolak-balik umumnya digunakan untuk pemompaan

sumur minyak. Termasuk jenis ini adalah pompa torak, pompa plunyer dan pompa

diafragma atau membran.

Kekurangan pompa bolak-balik antara lain :

a. Tekanan yang dihasilkan tinggi, sehingga hanya dibatasi oleh

tenaga dari unit pompa dan bagian dari unit pompa.

b. Tekanan yang dihasilkan tidak tergantung kapasitasnya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-3

c. Kerja pompa membutuhkan katup-katup, sehingga dari segi

ekonomi kurang baik.

d. Membutuhkan dimensi yang besar untuk mendapatkan kapasitas

tinggi.

Adapun pompa diafragma atau membran adalah pompa yang komponen

utamanya berupa membran yang fleksibel sebagai elemen pemindah positif.

Pompa ini umumnya untuk kapasitas kecil, dipakai untuk aliran selokan atau

yang mengandung padatan misalnya bubur kertas kental, bahkan campuran air

dengan pasir. Pompa jenis ini kemungkinan tersumbatnya kecil dan tahan

terhadap korosi oleh bahan-bahan kimia yang dipompanya, dikarenakan bagian

yang berhubungan langsung dengan fluida adalah diafragma. Berikut ini adalah

kekurangan dan kelebihan pompa diafragma :

a. Pemeliharaan mudah dan murah.

b. Dapat memompakan zat cair yang mengandung lumpur.

c. Aliran yang dihasilkan berdenyut atau tidak stabil.

d. Besar kapasitas sangat bergantung pada ukuran besar kecilnya

pompa.

e. Efisiensi rendah pada kapasitas tinggi.

B) Pompa Rotari

Susunan penggerak pompa rotari untuk desain multishaft tediri dari dua

jenis. Elemen pemompa pada poros yang digerakan dapat menggerakan elemen

pasangannya pada poros yang bebas, akan tetapi bila bahan-bahan abrasive yang

ada di dalam cairan itu dapat menyebabkan keausan yang berlebihan atau bila

elemen pemompa itu fleksibel, roda gigi pengatur waktu (timing gear) akan

menggerakan poros yang bebas tadi. Ini memungkinkan elemen-elemen pompa

beroperasi pada clearance yang sempit tanpa terjadinya persentuhan yang keras.

Pompa rotary dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya:

a. Pompa roda gigi (gear pump)

b. Pompa cuping (lobe pump)

c. Pompa ulir/sekrup (screw pump)

d. Pompa baling (vane pump)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-4

1. Pompa roda gigi (gear pump)

Pompa roda gigi terbagi menjadi dua jenis yaitu pompa roda gigi luar dan

pompa roda gigi dalam. Pompa roda gigi luar merupakan jenis pompa rotari yang

paling sederhana. Gerigi berpisah pada sisi hisap (Gambar 2.2) cairan akan

mengisi ruangan yang ada diantara gerigi tersebut. Cairan ini akan dibawa

berkeliling dan ditekan keluar apabila geriginya bersatu lagi. (Edwards, 1996)[1]

Pompa roda gigi dalam mempunyai rotor yang mempunyai gerigi dalam

yang berpasangan dengan roda gigi luar yang bebas (idler). Sebuah sekat

berbentuk bulan sabit (Gambar 2.3) dapat digunakan untuk mencegah cairan

kembali ke sisi hisap pompa.

Gambar 2.2 pompa roda gigi luar Gambar 2.3 pompa roda gigi dalam

(sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_pump)[11]

2. Pompa cuping (lobe pump)

Pompa cuping ini mirip dengan pompa roda gigi dalam hal aksinya dan

mempunyai dua rotor atau lebih dengan dua, tiga, empat cuping atau lebih pada

masing masing rotor (Gambar 2.4 sampai 2.6). Cairan dialirkan dengan frekuensi

yang lebih sedikit tapi dalam jumlah yang lebih besar dari yang dialirkan oleh

pompa roda gigi, maka aliran dari pompa jenis cuping ini tidak sekonstan aliran

pompa roda gigi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-5

Gambar 2.4 pompa lobe dua cuping Gambar 2.5 pompa lobe tiga cuping

Gambar 2.6 pompa lobe empat cuping

(sumber : Edwards, Hicks. 1996. Teknologi Pemakaian Pompa. Jakarta:

Erlangga)[1]

3. Pompa ulir/sekrup (screw pump)

Pompa sekrup ini mempunyai beberapa sekrup yang berputar di dalam

rumah pompa yang diam. Pompa sekrup tunggal mempunyai rotor spiral yang

berputar di dalam sebuah stator atau lapisan (linier) heliks-dalam (internal-helix-

stator). Rotor terbuat dari logam sedangkan heliks terbuat dari karet keras atau

lunak, tergantung pada cairan yang dipompakan.

Pompa dua sekrup atau tiga sekrup masing-masing mempunyai satu atau

dua sekrup bebas (idler). Aliran melalui ulir-ulir sekrup, sepanjang sumbu sekrup,

sekrup-sekrup yang berlawanan dapat dipakai untuk meniadakan dorongan aksial

pada pompa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-6

Gambar 2.7 pompa sekrup ganda

(sumber : Edwards, Hicks. 1996. Teknologi Pemakaian Pompa.Jakarta:

Erlangga)[1]

4. Pompa baling (vane pump)

Pompa ini menggunakan baling-baling yang dipertahankan tetap menekan

lubang rumah pompa oleh gaya sentrifugal bila rotor diputar. Cairan yang terjebak

antara dua baling dibawa berputar dan dipaksa keluar dari sisi buang pompa.

Gambar 2.8 pompa baling

(sumber : http://www.britannica.com)[12]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-7

Karakteristik pompa rotari :

1 Ukuran keseluruhan lebih kecil sehingga lebih praktis

2 Aliran zat cair yang dihasilkan uniform

3 Dapat bekerja dengan putaran tinggi sehingga dapat dihubungkan dengan

tenaga penggeraknya

4 Tekanan yang dihasilkan relatif tinggi

5 Dapat melakukan pengisapan ketika masih berisi udara

6 Dapat dipasang/bekerja dengan berbagai posisi

2.1.2 Head dan Kapasitas Fluida

Head atau tinggi tekan dan kapasitas atau debit aliran merupakan besaran

utama dalam pompa. Persyaratan utama sebuah pompa adalah bahwa pompa

dapat mengalirkan jumlah cairan yang sesuai ke tinggi tekan yang ada pada sistem

pompa.

1. Head

Tekanan suatu fluida cair P dapat diasumsikan sebagai tekanan suatu

kolom vertikal berisi fluida dimana pengaruh beratnya memberikan tekanan yang

sebanding dengan tekanan di semua titik. Tinggi kolom ini disebut head statis (H),

dan dinyatakan dalam satuan meter (m) atau feet (ft). Head statis pada suatu

tekanan tertentu bergantung pada berat fluida menurut rumus berikut :

H =

atau H =

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

Dimana :

H = Head (m)

= massa jenis (kg/m3)

= berat jenis (N/m3)

g = gravitasi (m2/s)

P = Tekanan (Pa)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-8

2. Kapasitas

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

cairan tidak dapat dimampatkan, ada hubungan langsung antara debit pompa dan

kecepatan aliran. Hubungan tersebut terlihat sebagai berikut:

Q = A.V..................................................................................................... (2)

Q = (π/4.D2).V

Dimana :

Q = kapasitas aliran/debit aliran (m3/s)

A = Luas penampang pipa (m2)

V = kecepatan aliran (m/s)

D = diameter pipa (m)

3. Sistem Aliran Fluida

Gambar 2.9 Aliran Steady pada dua titik

Sistem aliran fluida pada pompa dan pipa, ada beberapa persamaan umum

yang digunakan :

1) Persamaan kontinuitas sepanjang aliran pada titik 1 dan 2 :

Q = V . A = V1 . A1 = V2 . A2 = tetap ...............................................(3)

Dimana Q = kapasitas/debit/aliran, V = kecepatan aliran fluida dan A =

luas penampang pipa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-9

2) Persamaan energi aliran (persamaan Bernoulli) antara dua titik permukaan

fluida

....................................(4)

Dimana P = tekanan, Z = ketinggian, = = berat jenis, g = gravitasi,

Hp = head pompa dan HL = rugi head pompa.

Rugi head selang :

HL = Hf + Hm............................................................................... (5)

Hf = rugi gesek selang (rugi mayor)

Hm = rugi komponen selang (rugi minor)

3) Persamaan Head Pompa (Hp)

Hp =

.............................................(6)

Jika P1 = P2 dan V1 = V2, maka :

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

4) Perhitungan Daya Pompa (NP)

Dalam Satuan SI :

Np = p..................................................................................(8)

Dimana Np (W), Q(m3/s), Hp(m), p = efisiensi pompa

Atau Np = p , dan Np dalam satuan Kw................(9)

Dalam satuan metrik (teknik)

Np = p , dimana Np (kW), Q(m3/menit), Hp(m)...........(10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-10

2.1.3 Spesifikasi dan Pemilihan Pompa

Memilih pompa untuk suatu kebutuhan, terlebih dahulu harus diketahui

head dan kapasitas/debit aliran yang diperlukan. Agar pompa dapat bekerja

dengan baik, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi

masuk/isap pompa yang terpasang pada instalasinya. Putaran pompa dapat

ditentukan atas dasar tekanan isap ini. Contoh data yang diperlukan untuk

memilih pompa disajikan pada tabel berikut :

Tabel 2.1 Data untuk pemilihan pompa

No Data yang diperlukan Keterangan

1 Kapasitas/debit Diperlukan juga keterangan mengenai kapasitas

maksimum dan minimum.

2 Kondisi isap Tinggi isap dari permukaan air isap ke level

pompa

Tinggi fluktuasi permukaan air isap

Tekanan yang bekerja pada permukaan air isap

Kondisi pompa isap

3 Kondisi keluar Tinggi permukaan air keluar ke level pompa

Tinggi fluktuasi permukaan air isap

Besarnya tekanan pada permukaan air keluar

Kondisi pipa keluar

4 Head Total Pompa Harus ditentukan berdasarkan kondisi diatas.

5 Jumlah Pompa Jumlah pompa yang diperlukan untuk kondisi

diatas.

6 Kondisi Pompa Kerja terus-menerus, terputus-putus, jumlah jam

kerja dalam setahun.

7 Penggerak Pompa Motor listrik, motor bakar torak, turbin uap.

8 Poros tegak atau

mendatar

Hal ini kadang-kadang ditentukan oleh pabrik

pompa berdasarkan instalasinya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-11

9 Tempat Instalasi Pembatasan pada ruang, ketinggian diatas

permukaan laut, diluar atau didalam gedung,

fluktuasi suhu.

10 Lain-lain Disesuaikan dengan keperluan pengguna.

2.2 Sistem Kendali Otomatik ON-OFF

Sistem kendali ON-OFF, elemen kendali ini hanya mempunyai kedudukan

pada posisi on atau off. Sistem kendali ini relatif sederhana, mudah dirancang, dan

murah. Oleh karena itu banyak digunakan di industri maupun rumah-rumah.

Sistem kendali ini biasa digunakan untuk mengendalikan laju aliran yang masuk

ke tangki penampung sehingga konstan positif atau nol. (Mashudi, 1995)[2]

2.3 Sensor

Sensor digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisik

atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik

disebut Transducer.

Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil

dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan

pemakaian dan menghemat energi. (id.wikipedia.org.sensor)[4]

2.4 Roda Gigi

Gambar 2.10 Bagian roda gigi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-12

Modul :

z

dm dimana : d : diameter lingkar jarak bagi..........(11)

z : Jumlah gigi

m: Modul

Jarak bagi lingkar :

z

dt

.

....................................................................................................(12)

dimana : d : diameter lingkar jarak bagi

z : Jumlah gigi

t : Jarak bagi lingkar

mt . .......................................................................................................(13)

Tinggi kepala = m

Tinggi kaki = m + ck .............................................................................(14)

dimana ck : 0.25 x m (kelonggaran puncak)

Tebal gigi

2

. mgigiTebal

.....................................................................................(15)