motor DC - Universitas Sumatera Utara

BAB II
MOTOR ARUS SEARAH DAN POMPA SENTRIFUGAL
II.1
MOTOR ARUS SEARAH
II.1.1 Umum
Motor arus searah (motor DC) adalah mesin yang mengubah energi listrik
arus searah menjadi energi mekanis yang berupa putaran. Berdasarkan fisiknya
motor arus searah secara umum terdiri atas bagian yang diam (stator) dan bagian
yang berputar (rotor).
Motor arus searah bekerja berdasarkan prinsip interaksi antara dua fluksi
magnetik. Dimana kumparan medan akan menghasilkan fluksi magnet yang
arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan dan kumparan jangkar akan
menghasilkan fluksi magnet yang melingkar. Interaksi antara kedua fluksi magnet
ini menimbulkan suatu gaya sehingga akan menimbulkan momen puntir atau
torsi.
II.1.2 Konstruksi Motor Arus Searah
Gambar di bawah ini merupakan konstruksi motor arus searah.
Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator
6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rotor
Keterangan dari gambar tersebut adalah :
1. Rangka atau gandar
Rangka motor arus searah adalah tempat meletakkan sebagian besar
komponen mesin dan melindungi bagian mesin. Rangka juga berfungsi sebagai
tempat mengalirkan fluksi magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan.
2. Kutub Medan
Kutub medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub. Sepatu kutub yang
berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan inti. Adapun fungsi
dari sepatu kutub adalah :
a. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan medan
b. Menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh
jangkar dengan menggunakan permukaan yang melengkung.
3. Sikat
Sikat adalah jembatan bagi aliran arus ke lilitan jangkar. Dimana
permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan
arus listrik. Sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi.
7
Universitas Sumatera Utara
4. Kumparan Medan
Kumparan medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti
kutub. Rangkaian medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi utama
dibentuk dari kumparan pada setiap kutub. Pada aplikasinya rangkaian medan
dapat dihubungkan dengan kumparan jangkar baik seri maupun paralel dan juga
dihubungkan tersendiri langsung kepada sumber tegangan sesuai dengan jenis
penguatan pada motor
5. Jangkar
Inti jangkar yang umumnya digunakan dalam motor arus searah adalah
berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat
melilitkan kumparan jangkar tempat terbentuknya ggl induksi. Inti jangkar terbuat
dari bahan ferromagnetik.
6. Kumparan Jangkar
Kumparan
jangkar
pada
motor
arus
searah
merupakan
tempat
dibangkitkannya ggl induksi. Pada motor DC penguatan kompon panjang
kumparan medan serinya diserikan terhadap kumparan jangkar, sedangkan pada
motor DC penguatan kompon pendek kumparan medan serinya diparalel terhadap
kumparan jangkar.
7. Komutator
Untuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang
disebut komutator dan sikat. Komutator terdiri dari sejumlah segmen tembaga
yang berbentuk lempengan-lempengan yang dirakit ke dalam silinder yang
8
Universitas Sumatera Utara
terpasang pada poros. Di mana tiap-tiap lempengan atau segmen-segmen
komutator terisolasi dengan baik antara satu sama lainnya.
8. Celah Udara
Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan
permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan
sepatu kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi
yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan.
II.1.3 Prinsip kerja Motor Arus Searah
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.3 Pengaruh penempatan konduktor pengalir arus dalam medan magnet
Setiap
konduktor
yang
dialiri
arus
mempunyai
medan
magnet
disekelilingnya. Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus
yang mengalir dalam konduktor.
9
Universitas Sumatera Utara
H=
NI
Lilitan ampere /meter...................................(2.1)
l
Di mana :
H = Kuat medan magnet (Lilitan ampere/meter)
N = Banyak kumparan (Lilitan)
I = Arus yang mengalir pada penghantar (Ampere)
l = Panjang dari penghantar (meter)
Pada gambar 2.3(a) menunjukkan sebuah medan magnet seragam yang
dihasilkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan yang arahnya dari kutub
utara menuju kutub selatan. Sedangkan gambar 2.3(b) menggambarkan sebuah
konduktor yang dialiri arus searah dan menghasilkan medan magnet (garis-garis
gaya fluksi) disekelilingnya.
Jika konduktor yang dialiri arus tersebut ditempatkan di dalam medan
magnet seragam, maka interaksi kedua medan akan menimbulkan medan yang
tidak seragam seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3 (c). Sehingga kerapatan
fluksi akan bertambah besar di atas sebelah kanan konduktor (dekat kutub selatan)
dan di bawah sebelah kiri konduktor (dekat kutub utara) sedangkan kerapatan
fluksi menjadi berkurang di atas sebelah kiri konduktor dan di bawah sebelah
kanan konduktor. Kerapatan fluksi yang tidak seragam ini menyebabkan
konduktor di sebelah kiri akan mengalami gaya ke atas, sedangkan konduktor di
sebelah kanan akan mengalami gaya ke bawah. Kedua gaya tersebut akan
menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar dengan arah putaran searah
dengan putaran jarum jam.
10
Universitas Sumatera Utara
Prinsip dasar di atas diterapkan pada motor DC. Prinsip kerja sebuah
motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambar 2.4 berikut:
Gambar 2.4 Prinsip kerja motor arus searah
Berdasarkan gambar di atas kedua kutub stator dibelitkan dengan
konduktor- konduktor sehingga membentuk kumparan yang dinamakan kumparan
stator atau kumparan medan. Kumparan medan tersebut dihubungkan dengan
suatu sumber tegangan, maka pada kumparan medan itu akan mengalir arus
medan (If). Kumparan medan yang dialiri arus ini akan menimbulkan fluksi utama
yang dinamakan fluksi stator. Fluksi ini merupakan medan magnet yang arahnya
dari kutub utara menuju kutub selatan (hal ini dapat dilihat dengan adanya garis–
garis fluksi). Apabila pada kumparan jangkar mengalir arus yakni arus jangkar,
berdasarkan hukum Lorentz kita ketahui bahwa apabila sebuah konduktor yang
dialiri arus ditempatkan pada sebuah medan magnet maka pada konduktor
tersebut akan timbul gaya, maka demikian pula halnya pada kumparan jangkar.
Besarnya gaya ini bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada kumparan
jangkar (I), kerapatan fluksi (B) dari kedua kutub dan panjang konduktor jangkar
(l). Semakin besar fluksi yang terimbas pada kumparan jangkar maka arus yang
mengalir pada kumparan jangkar juga besar, dengan demikian gaya yang terjadi
pada konduktor juga semakin besar.
11
Universitas Sumatera Utara
Jika arus jangkar (I) tegak lurus dengan arah induksi magnetik (B) maka
besar gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar yang
ditempatkan dalam suatu medan magnet adalah :
F = B . I . l Newton………………………(2.2)
Dimana :
I
= Arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere)
B = Kerapatan fluksi (Weber/m2)
l
= Panjang konduktor jangkar (m)
Maka, besar gaya keseluruhan yang ditimbulkan oleh jumlah total konduktor
jangkar z adalah :
F  z.B.I ..l Newton ………………………(2.3)
Gaya yang terjadi pada kumparan jangkar di atas akan menghasilkan torsi yang
besarnya adalah :
Ta  F .r Newton-meter…………………(2.4)
Ta  z.B.I .l.d / 2 Newton- meter…………(2.5)
Maka,
Apabila torsi start lebih besar dari pada torsi beban maka jangkar akan
berputar.
II.1.4 Reaksi Jangkar
Reaksi jangkar merupakan pengaruh medan magnet yang disebabkan oleh
mengalirnya arus pada jangkar, di mana jangkar tersebut berada di dalam medan
magnet. Reaksi jangkar menyebabkan terjadinya 2 hal, yaitu :
1. Demagnetisasi atau penurunan kerapatan fluksi medan utama.
2. Magnetisasi silang.
12
Universitas Sumatera Utara
Apabila kumparan medan dialiri oleh arus tetapi kumparan jangkar tidak
dialiri oleh arus, maka dengan mengabaikan pengaruh celah udara, jalur fluksi
ideal untuk kutub utama dari motor arus searah dua kutub, berasal dari kutub
utara menuju kutub selatan seperti pada gambar 2.5 berikut ini [ B.L.Theraja hal
605] :
Bidang Netral
Magnetis
U
S
Sikat
O
FM
Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan
Dari gambar 2.5 dapat dijelaskan bahwa :
 Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis.
 Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis.
Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang di dalam motor di
mana konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet sehingga gaya gerak
listrik induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat
dari gambar 2.5 sikat selalu ditempatkan di sepanjang bidang netral magnetis.
Oleh karena itu, bidang netral magnetis juga disebut sebagai sumbu komutasi
karena pembalikan arah arus jangkar berada pada bidang tersebut. Vektor OFM
mewakili besar dan arah dari fluksi medan utama, di mana vektor ini tegak lurus
terhadap bidang netral magnetis.
Sewaktu hanya konduktor jangkar saja yang dialiri oleh arus listrik
sementara kumparan medan tidak dieksitasi, maka disekeliling konduktor jangkar
13
Universitas Sumatera Utara
timbul ggm atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada
gambar 2.6 berikut ini [ B.L.Theraja hal 606] :
Bidang Netral Magnetis
O
U
S
FA
Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar
Penentuan arah dari garis gaya magnet yang diakibatkan oleh arus jangkar
ditentukan dengan aturan putaran sekrup (cork-screw rule). Besar dan arah garis
gaya magnet tersebut diwakili oleh vektor OFA yang sejajar dengan bidang netral
magnetis. Pada prakteknya, sewaktu mesin beroperasi maka konduktor jangkar
dan konduktor medan sama- sama dialiri oleh arus listrik, distribusi fluksi resultan
diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karena itu distribusi
fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah
mengalami pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal
tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat dari gambar 2.7
berikut ini [ B.L.Theraja hal 606] :
Gambar 2.7 Hasil kombinasi antara fluksi medan dan fluksi jangkar
14
Universitas Sumatera Utara
Fluksi yang dihasilkan oleh gaya gerak magnet (ggm) jangkar menentang
fluksi medan utama pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan
memperkuat fluksi medan utama pada setengah bagian yang lain. Hal ini jelas
akan menyebabkan penurunan kerapatan fluksi pada setengah bagian dari salah
satu kutubnya dan terjadi kenaikan pada setengah bagian yang lain di kutub yang
sama. Efek dari intensitas medan magnet atau lintasan fluksi pada jangkar yang
memotong lintasan fluksi medan utama ini disebut sebagai reaksi jangkar
magnetisasi-silang (cross-magnetization).
Magnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada
Gambar 2.7 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM,
serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap
vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh  karena
posisi bidang netral magnetis ini selalu tegak lurus terhadap vektor OF. Dengan
pergeseran bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran
bidang netral magnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen
komutator dekat sikat.
Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat dengan
titik jenuhnya, sehingga dapat menimbulkan kejenuhan magnetik. Pengaruh
kejenuhan magnetik terhadap fluksi medan utama dapat dijelaskan dengan
bantuan gambar 2.8 sebagai berikut:
15
Universitas Sumatera Utara
Φ
y
x
z
ggm
O
B B
Gambar 2.8 Kurva pemagnetan saat terjadi reaksi jangkar
Misalkan fluks sebesar Ox adalah fluksi dihasilkan medan utama tanpa
dipengaruh reaksi jangkar. Misalkan pula dengan adanya reaksi jangkar
pertambahan-pengurangan kuat medan magnet (ggm) yang terjadi pada kutub
medan sebesar B ampere-lilitan. Pada lokasi di permukaan kutub di mana gaya
gerak magnet (ggm) rotor menambahkan ggm kutub terjadi penambahan
kerapatan fluks sebesar xy. Sedangkan pada lokasi permukaan kutub di mana ggm
rotor mengeliminir ggm kutub terjadi penurunan kerapatan fluksi sebesar xz, di
mana harga xz lebih besar dari pada xy. Oleh karena itu, penjumlahan rata-rata
kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin
berkurang. Hal inilah yang disebut sebagai efek demagnetisasi reaksi jangkar dan
perlu dicatat bahwa demagnetisasi timbul hanya karena adanya saturasi
magnetik.Untuk mengatasi reaksi jangkar ada tiga cara yang dapat dilakukan,
yaitu
16
Universitas Sumatera Utara
II.1.4.1 Pergeseran Sikat (Brush Shifting)
Ide dasarnya adalah dengan memindahkan sikat seirama dengan
perpindahan bidang netral untuk menghindari percikan bunga api yang timbul.
Namun dalam penerapannya hal ini cukup sulit karena jarak perpindahan bidang
netralnya sangat ditentukan oleh besarnya beban yang dipikul, maka jarak
perpindahan bidang netralnya pun berpindah, sehingga sikat harus juga diubah
setiap saat, seirama dengan perubahan jarak perpindahan bidang netral. Selain itu
pergeseran sikat akan memperburuk melemahnya fluks akibat reaksi jangkar
mesin, selain dengan metode ini mesin arus searah tidak dimungkinkan untuk
bekerja sebagai generator (akan menimbulkan percikan api yang lebih besar), dan
sangat tidak ekonomis terutama untuk mesin-mesin berukuran kecil.
Adapun efek diperburuknya fluks akibat reaksi jangkar dapat dilihat pada
Gambar 2.9 berikut ini. Pada gambar 2.9 (a) diperlihatkan kondisi ketika bidang
netral mesin bergeser (lihat gambar segitiga ggm-nya), sedangkan pada gambar
2.9(b) terlihat bidang netral yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat
mesin. Akibat pergeseran tersebut (lihat gambar segitiga ggm-nya), terlihat ggm
resultannya melemah sedemikian rupa.
17
Universitas Sumatera Utara
(a)
(b)
Gambar 2.9 Pelemahan ggm akibat pergeseran bidang netral
II.1.4.2 Penambahan kutub bantu (interpole)
Ide dasar penambahan kutub bantu (interpole) yaitu jika tegangan pada
kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi penyearahan dibuat nol,
maka tidak akan terdapat percikan bunga api pada sikat-sikat mesin tersebut.
Untuk itu, kutub-kutub kecil yang disebut kutub komutasi ditempatkan ditengahtengah diantara kutub-kutub utama. Interpole ini dihubungkan seri terhadap
kumparan rotor. Sehingga dengan adanya fluks dari interpole ini akan dapat
mencegah/mengurangi adanya tegangan yang muncul pada kawat-kawat yang
sedang melakukan proses komutasi.
Ketika beban yang dipikul mesin meningkat dan arus rotor pun meningkat,
besarnya perubahan/ pergeseran bidang netral meningkat pula. Hal tersebut akan
menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang sedang
melakukan komutasi. Pada saat itu fluks interpole juga meningkat, menghasilkan
tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan berlawanan dengan tegangan
yang timbul akibat pergeseran bidang netral.
18
Universitas Sumatera Utara
IA
-
U
Jangkar
VT
S
+
IA
Gambar 2.10 Motor DC yang dilengkapi dengan kutub bantu
II.1.4.3 Belitan Kompensasi (Compensating Windings)
Belitan kompensasi ini dihubungkan seri terhadap kumparan, rotor belitan
ini bertujuan untuk mengurangi penyimpangan yang timbul akibat reaksi jangkar.
Fluks yang ditimbulkan oleh reaksi jangkar diimbangi oleh fluks yang
ditimbulkan oleh belitan kompensasi yang besarnya sama dan berlawanan. Ketika
beban berubah, maka reaksi jangkar yang berubah akan selalu diimbangi oleh
fluks belitan kompensasi, sehingga bidang netralnya tidak bergeser.
Teknik ini memiliki kelemahan karena mahal harganya, dan juga masih
memerlukan interpole untuk mengatasi tegangan yang tidak dapat diatasi oleh
belitan kompensasi. Karenanya teknik ini digunakan untuk motor-motor yang
bekerja ekstra berat, dimana pelemahan fluks akan menjadi masalah yang serius.
19
Universitas Sumatera Utara
II.1.5 Jenis-jenis Motor Arus Searah
Jenis-jenis motor arus searah dapat dibedakan berdasarkan jenis
penguatannya, yaitu hubungan rangkaian kumparan medan dengan kumparan
jangkar. Sehingga motor arus searah dibedakan menjadi :
1. Motor arus searah penguatan bebas
2. Motor arus searah penguatan sendiri
II.1.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas
Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber
tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Di mana kumparan medan
disuplai dari sumber tegangan DC tersendiri. Rangkaian ekivalen motor arus
searah penguatan bebas dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
+
Vt
Ia
Ra
If
+
Ea
Vf
Rf
-
Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas
Dari rangkaian tersebut berdasarkan hukum Kirchoff tentang tegangan diperoleh
persamaan:
Vt = Ea + Ia.Ra + Vsikat …………………………..(2.6)
Vf = If . Rf ……………….…………………….…..(2.7)
Dimana:
Vt
= tegangan terminal jangkar motor arus searah (volt)
Ra
= tahanan jangkar (ohm)
If
= arus medan penguatan bebas (ampere)
20
Universitas Sumatera Utara
Vf
= tegangan terminal medan penguatan bebas (volt)
Rf
= tahanan medan penguatan bebas (ohm)
Ea
= gaya gerak listrik motor arus searah (volt)
Vsikat
= jatuh tegangan pada sikat (volt)
Umumnya jatuh tegangan pada sikat relatif kecil sehingga besarnya dapat
diabaikan. Dan untuk rumus selanjutnya Vsikat ini diabaikan.
II.1.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri
Motor arus searah penguatan sendiri adalah motor arus searah yang
sumber tegangan penguatannya berasal dari motor itu sendiri. Dimana kumparan
medan berhubungan langsung dengan kumparan jangkar. Kumparan medan dapat
dihubungkan secara seri maupun paralel dengan kumparan jangkar. Dan juga
dapat dihubungkan dengan keduanya,yaitu secara seri dan paralel, tergantung
pada jenis penguatan yang diberikan terhadap motor.
Motor arus searah penguatan sendiri terdiri atas:
1. Motor arus searah penguatan seri
2. Motor arus searah penguatan shunt
3. Motor arus searah penguatan kompon panjang
4. Motor arus searah penguatan kompon pendek
21
Universitas Sumatera Utara
II.1.5.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Seri
Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri adalah sebagai
berikut:
Rs
+
IL
IS
Ia
Ra
Vt
+
Ea
-
-
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri
Pada motor arus searah penguatan seri, kumparan medan dihubungkan
secara seri dengan rangkaian jangkar. Oleh sebab itu arus yang mengalir pada
kumparan medan seri sama dengan arus yang mengalir pada kumparan jangkar.
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan seri
adalah:
Vt = Ea + Is.Rs + Ia. Ra …………………………..(2.8)
Karena,
IL= Ia = Is
Maka
Vt = Ea + Ia (Ra + Rs)
……………………………(2.9)
Dimana :
Is
= arus kumparan medan seri (Ampere)
Rs
= tahanan medan seri (ohm)
IL
= arus dari jala – jala (Ampere)
22
Universitas Sumatera Utara
II.1.5.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt
Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt ditunjukkan pada
gambar di bawah:
+
IL
Vt
Ish
Rsh
Ia
Ra
+
Ea
-
-
Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt
Pada motor shunt kumparan jangkar dihubungkan langsung pada terminal
sehingga paralel dengan kumparan jangkar.
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor shunt adalah:
Vt = Ea + Ia.Ra ……………………………………(2.10)
I sh =
Vt
R sh
………………………………….………(2.11)
IL = Ia + Ish ………………………………….......…(2.12)
Dimana :
Ish
= arus kumparan medan shunt (Ampere)
Rsh
= tahanan medan shunt (Ohm)
23
Universitas Sumatera Utara
II.1.6 Torsi dari Motor DC
II.1.6.1 Prinsip Dasar
Torsi adalah putaran atau pemuntiran dari suatu gaya terhadap suatu poros.
Ini diukur dengan hasil kali gaya itu dengan jari – jari lingkaran dimana gaya
tersebut bekerja. Gambar dibawah ini menunjukkan suatu pulley dengan jari –
jari r bekerja suatu gaya F newton yang menyebabkan benda berputar dengan
kecepatan n putaran per detik.
Torsi = F x r Newton – meter (N-m).
Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada suatu putaran [ B.L. Theraja
hal.666 ] :
= gaya x jarak
= F x 2 r Joule ………………………………………….............…(2.13)
Gambar 2.14 Suatu pulley yang berputar karena mengalami suatu gaya
Daya yang dibangkitkan adalah,
= F x 2 r x n
Joule/detik
= (F x r) 2 n
Joule/detik ……………………………….…(2.14)
Jika : 2 n = kecepatan sudut (  )dalam rad/detik
F x r = torsi T, maka daya yang dibangkitkan = T x  Joule/detik
= T x  watt …….…(2.15)
24
Universitas Sumatera Utara
II.1.6.2 Torsi jangkar dari Motor DC
Di dalam motor DC, setiap konduktor di bagian permukaan jangkar akan
mengalami gaya F pada suatu jarak r yang merupakan jari jari jangkar. Dengan
demikian, masing – masing konduktor menghasilkan suatu torsi yang cenderung
untuk memutar. Jumlah seluruh torsi yang dihasilkan oleh konduktor jangkar
dikenal dengan torsi jangkar (Ta). Jika pada suatu motor DC :
r
= rata – rata jari – jari jangkar dalam meter
l
= panjang efektif masing – masing konduktor dalam
meter
Z
= jumlah total konduktor jangkar
i
= arus dalam setiap konduktor = Ia/A dalam ampere
B
= rapat fluks rata- rata dalam weber/meter2

= fluks per kutub dalam weber
P
= jumlah kutub
Maka gaya pada setiap konduktor,
Torsi yang dihasilkanoleh suatu konduktor
Torsi jangkar,
F = B i l ……………...….…(2.16)
=Fxr
Newton-meter
Ta = Z F r
Newton-meter
Ta = Z B i l
Newton-meter (2.17)
Sekarang i = Ia/A, B =  /a dimana a adalah luas penampang jalur fluks per kutub
1
p
pada jari – jari r. jelasnya,
a = 2 r
Maka
I

Ta = Z x ( )  ( a )  lxr
a
A
….(2.18)
I

= Z x ( )  ( a )  lxr
a
A
25
Universitas Sumatera Utara
=
ZI a P
2A
N-m
P
Ta = 0,159 ZI a ( ) Nm….(2.19)
A
Atau
Karena Z, P dan A nilainya selalu tetap, maka :
Ta ~  Ia
Karena itu torsi didalam motor DC berbanding langsung dengan fluks per kutub
dan arus jangkar. Untuk motor DC shunt, besarnya fluks  relative konstan
sehingga :
Ta ~ Ia.......................................….....(2.20)
Ekspresi lainnya untuk menyatakan besarnya torsi jangkar yaitu :
Ea =
Pzn
..................................….(2.21)
60 A
60  E a
Pzn
=
A
n
Dari persamaan (2.35) di atas diperoleh persamaan untuk Ta yaitu [ B.L. Theraja
hal 667 ] :
 60  E a 
Ta = 0,159 x 
 x Ia
 n 
Atau
Ta = 9,55 x
Ea  I a
N-m.....................................(2.22)
n
II.1.6.3 Torsi Poros dari Motor DC
Torsi yang dapat dimanfaatkan pada poros motor untuk melakukan usaha
yang berguna dikenal dengan torsi poros. Ini dilambangkan dengan Tsh. Torsi total
yang dibangkitkan didalam jangkar motor tidak semuanya dapat digunakan pada
26
Universitas Sumatera Utara
poros karena sebagiannya hilang untuk mengatasi rugi – rugi besi dan gesek
didalam motor. Dengan demikian, torsi poros Tsh lebih kecil nilainya
dibandingkan torsi jangkar Ta. Selisih Ta - Tsh disebut rugi – rugi torsi (torque
losses).
Jelasnya, Ta - Tsh = 9,55 x
Rugi  rugibesi  gesek
.......................................(2.23)
n
Tsh dapat dihitung dengan cara sebagai berikut [ B.L. Theraja hal 667 ]:
Daya keluaran dalam Watt ( Pout ) = Pin - ∑ rugi - rugi
Tsh =
Sehingga
Atau
Tsh= 9,55 
Daya keluaran dalam Watt
2n / 60
N-m
Daya keluaran dalam Watt
N-m...............(2.24)
n
II.1.7 Pengaturan Kecepatan Pada Motor Arus Searah
Sebagaimana telah diketahui bahwa di dalam motor DC berlaku
persamaan [ V.K dan Rohit Mehta hal 337] :
Ea = Vt – IaRa
PZn
60 A
Dimana
Ea =
Sehingga
PZn
= Vt – IaRa........................................(2.25)
60 A
Atau
n=
Atau
Tetapi
n=K
Vt  IaRa  60 A

Vt  IaRa 

PZ
di mana K =
60 A
.........................(2.26)
PZ
Vt – IaRa = Ea
27
Universitas Sumatera Utara
Maka
n=K
Atau
n~
Dimana :
Ea

Ea
...................................................(2.27)

T
= torsi (Newton – meter)
K
= konstanta (bergantung pada ukuran fisik motor)

= fluksi setiap kutub (Weber)
Ia
= arus jangkar (Ampere)
P
= jumlah kutub
Z
= jumlah konduktor
A
= cabang paralel
Dengan demikian di dalam motor DC , kecepatan berbanding lurus dengan GGL
balik Ea dan berbanding terbalik dengan fluks per kutub Φ.
Umumnya pada setiap motor, torsi dan kecepatan merupakan faktor yang
sangat penting. Ketika torsi meningkat, kecepatan motor akan berkurang dan
sebaliknya. Telah diketahui bahwa untuk motor DC berlaku [ B.L.Theraja hal
691] :
n=K
Vt  IaRa  = K Ea


Ta ~  Ia
Jika fluks berkurang, dari persamaan (2.27), kecepatan motor akan meningkat
tetapi dari persamaan (2.19), torsi motor berkurang. Hal ini tidak mungkin karena
kecepatan motor seharusnya hasil dari peningkatan torsi. Tentu saja, memang
begitu didalam kasus ini. Ketika fluks berkurang sedikit, arus jangkar menjadi
semakin besar. Begitu juga sebaliknya, karena adanya pelemahan medan, torsi
meningkat sesaat ke suatu nilai yang cukup tinggi bahkan melebihi torsi beban
28
Universitas Sumatera Utara
motor. Kelebihan torsi tersebut menyebabkan motor mengalami percepatan dan
GGL balik juga meningkat. Kecepatan motor yang stabil akhirnya dicapai ketika
GGL balik telah telah meningkat sampai ke suatu nilai dimana arus jangkar
I a  Vt  E a  / Ra 
dapat membangkitkan torsi yang cukup untuk memikul
beban.
II.1.8 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Shunt
Karakteristik dari suatu motor layak diketahui, karena karakteristik dari
suatu motor akan mencerminkan performansi (unjuk kerja) dari motor listrik
tersebut selama kondisi operasinya. Pada motor arus searah penguatan shunt
terdapat tiga karakteristik yakni antara lain: Karakteristik Torsi dan Arus Jangkar,
Karakteristik Putaran dan Arus Jangkar, dan Karakteristik Torsi dan Putaran.
Persamaan dasar motor DC adalah
ZP  m ZP
 m
.

a 2 2a
Ea 
E a  K a m
Ka 
ZP
2a
Sebagaimana telah diketahui
Te 
1
m
E a .I a 
Te 
1  ZnP 
.I a 

2n  a

Te 
PZ
. .I a
2a
Te  K a . .I a
29
Universitas Sumatera Utara
Pada motor DC emf yang timbul dalam jangkar dinamakan back emf atau
counter emf. Untuk motor DC, tegangan sumber atau suplai selalu tetap.
Pada motor DC shunt untuk tegangan suplai konstant maka If
juga
konstant. Pada Arus Jangkar Ia yang kecil pengaruh demagnetisasi dari reaksi
jangkar biasanya dapat diabaikan sehingga besar fluksi pada celah udara tidak
terpengaruh. Untuk Ia yang besar pengaruh demagnetisasi dari reaksi jangkar akan
mengurangi besar fluksi celah udara sedikit.
m 
Ea
K a
E a  Vt  I a Ra
m 
Vt  I a Ra
...................................(2.28)
K a
II.1.8.1 Karakteristik Putaran – Arus Jangkar ( n/ Ia )
Untuk Motor Arus Searah berlaku :
Ea = Vt - IaRa
Dimana Ea = Ka..
Maka Ka.. = Vt - IaRa
Dimana  ≈ If
Dengan harga If yang konstan maka Ka, , Vt dan Ra merupakan konstanta
sehingga diperoleh
m 
Vt  I a Ra
K a
Dengan Vt dan If yang konstan maka kecepatan putaran motor hanya
dipengaruhi oleh perubahan IaRa drop dan dipengaruhi oleh demagnetisasi dari
30
Universitas Sumatera Utara
reaksi jangkar. Dengan bertambahnya Ia, maka pengaruh dari demagnetisasi reaksi
jangkar akan bertambah besar yang akan berkurangnya besar fluksi medan
penguatan maka kecepatan motor akan bertambah besar. Tetapi dengan
bertambahnya Ia, maka besar IaRa akan bertambah sehingga besar Vt - IaRa akan
berkurang, akibatnya terjadi pengurangan besar fluksi medan maka putaran motor
DC shunt akan berkurang, dengan bertambah besarnya Ia akan jatuh (berkurang)
sedikit dari mo = kecepatan putaran pada beban nol. Karena pada beban nol Ia
sama dengan kecil sekali,maka :
m 0 
Vt
..........................................(2.29)
K a
Dan pada kasus bila pengaruh reaksi jangkar diabaikan maka :
m 
Vt  I a Ra
...................................(2.30)
K a
Diperoleh : Ka. = konstan, sehingga kecepatan putaran motor akan jatuh lebih
cepat dengan bertambahnya Ia [ P.S. Bimbhra hal 471].
Gambar 2.15 Karakteristik Putaran – Arus Jangkar Pada Motor DC Shunt
31
Universitas Sumatera Utara
II.1.8.2 Karakteristik Torsi – Arus Jangkar ( T/ Ia )
Dari rumus Te = Ka.. Ia menunjukkan jika fluksi  adalah konstan (pada
motor DC shunt), maka besar torsi akan bertambah secara linear dengan
bertambahnya Ia. Tetapi bila Ia bertambah maka besar fluksi akan berkurang
karena pengaruh demagnetisasi dari reaksi jangkar sehingga kurva karakteristik
Torsi – Arus jangkar akan bias atau mengalami pembelokan dari kurva garis lurus
[P.S. Bimbhra hal 471] :
Gambar 2.16 Karakteristik Torsi – Arus Jangkar Pada Motor DC Shunt
II.1.8.3 Karakteristik Torsi – Putaran ( T/n )
Karakteristik putaran torsi disebut juga sebagai karakteristik mekanik dan
pada kondisi steady state (nominal) dapat diperoleh sebagai berikut :
m 
Maka
Ea
sedangkan E a  Vt  I a Ra
K a
m 
Vt  I a Ra
...................................................(2.31)
K a
Tetapi Te  K a . .I a sehingga I a 
Te
K a
Substitusikan harga Ia ke dalam persamaan (2.31) :
32
Universitas Sumatera Utara
Sehingga
m 
Vt  I a Ra
K a
m 
TR
1 
Vt  e a
K a 
K a
m 
Vt
T
 Ra 2e 2
K a
Ka
 m   m 0  Ra



Te
......................................(2.32)
K a2 2
Maka dapat dilihat dengan pertambahan Te kecepatan putaran akan turun.
Sehingga untuk Te lebih besar, Ia lebih besar dibutuhkan, sehingga akan
mengurangi besar fluksi celah udara () yang disebabkan karena kejenuhan
dan reaksi jangkar. Maka dengan Te bertambah maka  akan berkurang.
Te
2
bertambah dengan perbandingan yang lebih cepat dan putaran dari motor akan
turun lebih cepat dibandingkan dengan kenaikan torsi mesin seperti
diperlihatkan gambar di bawah ini. Jika pengaruh reaksi jangkar diabaikan
maka (Ka.)2 nilainya konstan sehingga kecepatan putaran akan berkurang
dengan lambat seiring Pertambahan Te [P.S. Bimbhra hal 471]:
Gambar 2.17 Karakteristik Torsi – Putaran Pada Motor DC Shunt
33
Universitas Sumatera Utara
II.2
POMPA SENTRIFUGAL
II.2.1 Umum
Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan zat cair dari
tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi dengan cara menaikkan tekanan
cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan digunakan untuk mengatasi hambatanhambatan pengaliran berupa perbedaan tekanan, ketinggian atau hambatan gesek.
Gaya sentrifugal adalah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan
sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar). Maka, pompa
sentrifugal adalah suatu pompa kerja dinamis yang menggunakan impeller yang
berputar untuk meningkatkan tekanan fluida.
II.2.2 Bagian – Bagian Utama pada Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian – bagian utama dari pompa sentrifugal dapat dilihat
seperti gambar berikut [ Pompa A hal 32] :.
Gambar 2.18 Pompa sentrifugal
34
Universitas Sumatera Utara
A. Stuffing Box
Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana
poros pompa menembus casing.
B. Packing
Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing
pompa melalui poros.
C. Shaft (poros)
Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama
beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.
D. Shaft sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan
keausan pada stuffing box.
E. Vane
Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
F. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung
elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor, inlet dan outlet nozel serta
tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi
kecepatan cairan menjadi energi dinamis.
G. Eye of Impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
H. Impeller
Impeler adalah roda atau rotor yang dilengkapi dengan sudu – sudu,
dimana sudu – sudu ini berguna untuk memindahkan mekanis poros menjadi
35
Universitas Sumatera Utara
energi fluida Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa
menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinu sehingga
dapat mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih
tinggi. Impeller terdiri dari beberapa pisau (blade) biasanya melengkung disebut
sudu (vanes) yang dipasang dengan pola yang teratur disekeliling poros. Pada
umumnya terdapat 2 impeller yaitu [Bruce R.Munson hal 694] :
(a) Impeller Terbuka
(b) Impeller Tertutup
Gambar 2.19 Gambar jenis – jenis impeler
I. Wearing Ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati
bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller.
J. Bearing
Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros
agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial.
II.2.3 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal digerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan pada
poros pompa untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Pada
saat impeller berputar zat cair dihisap melalui mata pada selubung dan masuk ke
dalam impeller. Maka zat cair yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu –
sudu ikut berputar karena timbul gaya sentrifugal pada impeller. Akibat dari
36
Universitas Sumatera Utara
putaran impeler yang menimbulkan gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari
tengah impeller menuju keliling luar sudu melalui saluran diantara sudu – sudu
dan meninggalkan impeler dengan kecepatan yang tinggi sehingga head tekanan
zat cair menjadi lebih tinggi dan head kecepatannya bertambah besar karena zat
cair mengalami percepatan.
Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi akan melalui
saluran yang penampangnya semakin membesar yang disebut volute (cangkang
keong) di keliling impeller dan disalurkan ke luar pompa melalui nosel. Kapasitas
yang di hasilkan oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan putaran,
sedangkan total head (tekanan) yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal adalah
sebanding dengan pangkat dua dari kecepatan putaran [ Sularso hal 4] :
Gambar 2.20 Prinsip kerja dari pompa sentrifugal
II.2.4 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam
[ Pompa A hal.23]:
1. Menurut kapasitas :
a. Kapasitas rendah (< 20m3/jam)
b. Kapasitas sedang (20 – 60m3/jam)
c. Kapasitas tinggi (> 60 m3/jam)
37
Universitas Sumatera Utara
2. Menurut tekanan yang dihasilkan :
a. Tekanan rendah (<5 kg/cm2)
b.Tekanan menengah (5 – 50kg/cm2)
c. Tekanan tinggi (>50kg/cm2)
3. Menurut kecepatan spesifik :
a. Kecepatan rendah
b. Kecepatan menengah
c. Kecepatan tinggi
d. Pompa aliran campur
e. Pompa aliran aksial
4. Menurut jumlah impeler dengan tingkatannya :
a. Pompa dengan impeler tunggal.
b. Pompa dengan impeler banyak.
5. Menurut sisi masuk impeler :
a. Pompa isapan tunggal (single suction)
b. Pompa isapan ganda (double suction)
II.2.5 Head Pompa Sentrifugal
Head pompa adalah besarnya energi yang diperlukan pompa untuk
memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan
akhir yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa yang umumnya
dinyatakan dalam satuan panjang.
Head pompa dapat diartikan juga sebagai energi yang diberikan pompa ke
dalam fluida dalam bentuk tinggi tekan. Dimana tinggi tekan merupakan
ketinggian fluida harus naik untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan
yang dikandung satu satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Dalam
persamaan Bernoulli , ada 3 macam head (energi) fluida dai sistem instalasi aliran
38
Universitas Sumatera Utara
yaitu energi tekanan, energi kinetik, eneri potensial. Hal ini dapat dinyatakan
dengan rumus sebagai berikut [pompa A hal 34]:
H 
Dimana : H
P

 Z 
V2
..................................................(2.33)
2g
= Head total pompa (m)
P
= Head tekanan (m)

Z = Head statis total (m)
V2
= Head kecepatan (m)
2g
Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi
pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi energi
(losses) yang dinamakan sebagai head losses (HL).
5
No
Keterangan Gambar
1
Reservoir isap
2
Pipa isap
3
Pompa
B
4
Pipa tekan
5
Reservoir tekan
4
3
2
1
A
Gambar 2.21 Skema Instalasi Pompa
Pada kondisi yang berbeda seperti pada gambar (2.21) diatas maka persamaan
Bernoulli adalah sebagai berikut :
PA

A
V A2
PB
V B2

 ZA  H 

 Z B  H L ( losses dari A ke B)
2g
2g
B
39
Universitas Sumatera Utara
Karena

A

B
maka :

  Z B  Z A   H

 P  P A   V B2  V A2
H   B
  

2g

 
 P
H  
 
Dimana : H
P

  V 2
  
  2g

  H

 H
ST
L
L
= Head total pompa (m)
= Head pompa karena perbedaan tekanan pada sisi isap
dengan sisi tekan (m)
V 2
= Head pompa karena ada perbedaan kecepatan (m)
2g
HST
= Head statis = ZB - ZA (m)
HL
= Head losses dari A ke B (m)
II.2.5.1 Head Tekanan
Head tekanan adalah perbedaan head tekanan yang bekerja pada
permukaan zat cair pada sisi tekan dengan head tekanan yang bekerja pada
permukaan zat cair pada sisi isap. Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus
[pompa A hal 36] :
P

Dimana :
P

PB


PB


PA

...........................................(2.34)
= Head tekanan (m)
= Head tekanan pada permukaan zat cair pada sisi tekan (m)
40
Universitas Sumatera Utara
PA
= Head tekanan pada permukaan zat cair pada sisi isap (m)


= Berat jenis fluida (kN/m3)
II.2.5.2 Head Kecepatan
Head kecepatan adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada
saluran tekan dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap. Head kecepatan
dapat dinyatakan dengan rumus [pompa A hal 36] :
2
HV =
2
VB
V
 A ...........................................(2.35)
2g
2g
Dimana : HV = Head kecepatan (m)
2
VB
2g
= Head kecepatan zat cair pada saluran tekan (m)
2
VA
2g
g
= Head kecepatan zat cair pada saluran isap (m)
= Percepatan gravitasi (m/s2)
II.2.5.3 Head Statis Total
Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada
sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap. Head statis total dapat
dinyatakan dengan rumus [pompa A hal 36] :
Z = ZB - ZA...........................................(2.36)
Dimana :
Z : Head statis total (m)
ZB: Head statis pada sisi tekan (m)
ZA: Head statis pada sisi isap (m)
41
Universitas Sumatera Utara
Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa
Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa
II.2.5.4 Kerugian Head (Head Losses)
Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengaliran cairan dalam
sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head (head losses). Head losses terdiri
dari mayor head losses (hf), minor head losses (hm) dan total losses (htot)
II.2.5.4.1 Mayor head loss (mayor losses)
Rugi – rugi mayor adalah rugi – rugi energi yang disebabkan oleh adanya
gesekan – gesekan antara aliran fluida dan dinding pipa yang besarnya rugi – rugi
ini sangat dipengaruhi oleh panjang pipa. Rugi – rugi di sepanjang pipa ini dapat
dirumuskan sebagai berikut [ Sularso hal 28 ] :
hf  f
L V2
.............................................(2.37)
D 2g
Dimana : hf = Mayor losses (m)
f = Faktor gesekan
L = Panjang pipa (m)
V = Kecepatan rata – rata cairan dalam pipa (m/s)
D = Diameter dalam pipa (m)
Harga f (faktor gesekan) didapat dari diagram Moody (lampiran) sebagai fungsi
dari Angka Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relative atau ekivalen
(Relative Roughness - ε/D ), yang nilainya dapat dilihat pada grafik (lampiran)
sebagai fungsi dari nominal diameter pipa dan kekasaran permukaan di dalam
pipa (ε) yang tergantung dari jenis material pipa.
42
Universitas Sumatera Utara
Persamaan diagram moody [Bruce R. Munson hal 432] :
  ...............................................(2.38)

f    Re,

D

Besarnya bilangan Reynolds dapat dilihat dari jenis aliran dalam pipa.
Aliran dalam pipa dapat dibagi menjadi dua jenis bagian yaitu aliran laminar dan
aliran turbulen. Aliran di dalam pipa ini sangat dipengaruhi oleh kecepatan,
viskositas kinematis atau jenis fluida itu sendiri juga dipengaruhi oleh diameter
pipa. Untuk menentukan jenis aliran yang terjadi digunakan harga bilangan
reynold tersebut. Untuk mendapatkan harga bilangan reynold dapat digunakan
persamaan sebagai berikut [ Sularso hal 42] :
Re = VD ...............................................(2.39)

Dimana :  = Viskositas kinematik zat cair (m2/s),  =

........................(2.40)

Sehingga Re :
 VD
....................................................(2.41)

Re 
Dimana : Re = Reynolds number
3
 = densitas cairan (kg/m )
V = Kecepatan rata – rata aliran (m/s)
D = Diameter dalam pipa (m)
2
 = viskositas dinamik dalam cairan (N-s/m )
Apabila aliran laminer (Re < 2300), faktor gesekan (f) dapat dicari dengan
pendekatan rumus [ Sularso hal 29] :
f 
64
.....................................................(2.42)
Re
43
Universitas Sumatera Utara
Dan apabila aliran turbulen (Re > 4000), faktor gesekan (f) dapat dicari dengan
Moody diagram seperti keterangan diatas. Dan jika Re = 2300 - 4000, aliran
tersebut disebut sebagai aliran transisi . Berikut ini gambar dari ketiga jenis aliran
tersebut [Thermodynamic Pumps hal 18] :
Gambar 2.22 Jenis – jenis aliran dalam Pipa
II.2.5.4.2 Minor head loss (minor losses)
Merupakan kerugian head pada fitting atau sambungan – sambungan pipa
seperti katup (valve), belokan (elbow), saringan (strainer), sambungan, rugi – rugi
pada bagian saluran masuk (entrance), rugi – rugi pada bagian saluran keluaran
(exit), pembesaran pipa (expansion) dan pengecilan pipa (contraction) yang
terdapat sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan Rumus
[Bruce R. Munson hal 437] :
hm
V2
 k
................................................(2.43)
2g
Dimana : hm = Minor losses (m)
k = Koefisien gesekan dalam fitting, elbow dan valve
V = Kecepatan rata – rata aliran (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
44
Universitas Sumatera Utara
Dalam menghitung kerugian pada fitting, elbow dan valve dapat menggunakan
tabel pada lampiran. Besaran ini menyatakan kerugian pada fitting, elbow dan
valve dalam ukuran panjang ekivalen dari pipa lurus.
II.2.5.4.3 Total Losses
Total losses merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :
h tot  h f  h m ..........................................(2.44)
Dimana : htot : Total losses (m)
hf : Jumlah mayor losses (m)
hm : Jumlah minor losses (m)
II.2.6 Kecepatan Spesifik dan Tipe Impeller
Jenis impeler yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada
kecepatan spesifiknya. Kecepatan spesifik adalah kecepatan yang diperlukan
pompa untuk menghasilkan head 1m dengan kapasitas 1 m3/s dan dihitung
berdasarkan persamaan di bawah ini [Fritz diesel hal 248] :
ns  n
Q
H
1
2
3
4
................................................(2.45)
Dimana : nS = Kecepatan spesifik (1/menit)
n = kecepatan kerja /putar pompa yang telah dipilh (menit-1)
Q = kapasitas pompa (m3/s)
H = Head pompa (m)
Setelah kita mengetahui berapa nilai dari putaran spesifik pompa, maka kita dapat
mengetahui jenis impeler dari pompa tersebut berdasarkan tabel di bawah ini.
45
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik
No
Jenis Impeler
nS
1.
Radial Flow
500 – 3000
2.
Francis
1500 – 4500
3.
Aliran Campur
4500 – 8000
4.
Aliran aksial
8000 ke atas
Pump selection book, C.P Beaton, G.T Meiklejhon
II.2.7 Daya Pompa Sentrifugal
Daya Pompa adalah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar
impeler didalam memindahkan sejumlah fluida dengan kondisi yang diinginkan.
Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan [ Fritz Diesel
hal 243] :
PP =
Q .H P . . g
P
......................................(2.46)
Dimana : PP = Daya pompa (watt)
Q = Kapasitas pompa (m3/s)
HP = Head pompa (m)
 = rapat jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
 P = Efisiensi Pompa
Dalam percobaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa
sehingga daya motor listrik yang dibutuhkan sebagai penggerak poros pompa
dapat dihitung dengan rumus [ Sularso hal 58] :
46
Universitas Sumatera Utara
Pm =
N P (1   )
t
..................................(2.47)
Dimana : Pm = Daya motor penggerak (kW)
PP = Daya pompa (kW)
 = Faktor cadangan daya motor listrik = (0.1 - 0.2)
 t = Efiensi transmisi = 1.0 (dikopel langsung)
Sedangkan daya hidrolik (daya teoritis ) pompa yaitu daya yang dibutuhkan untuk
mengalirkan sejumlah zat cair dapat dihitung berdasarkan persamaan di bawah ini
[ Sularso hal 53 ] :
PH = Q . H P .  . g ...................................(2.48)
Dimana : PH = Daya hidrolik pompa (watt)
II.2.8 Torsi Pompa Sentrifugal
Torsi pada pompa sentrifugal adalah momen gaya hasil bagi antara daya
pompa dengan kecepatan putaran.Torsi pompa dapat dihitung berdasarkan
persamaan di bawah ini [Fritz Diesel hal 260] :
Tp =
PP

Nm.......................................(2.49)
Dimana : TP = Torsi pompa (Nm)
PP = Daya pompa (kW)
 = Kecepatan sudut dalam radian/detik
=
2 n
rad/detik.
60
47
Universitas Sumatera Utara