BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Fluida Mesin fluida adalah

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin Fluida
Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis poros
menjadi energi potensial fluida, atau sebaliknya mengubah energi fluida (energi potensial dan
energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Dalam hal ini fluida yang dimaksud adalah
berupa cair, gas dan uap.
Sesuai dengan pengertian diatas, maka berdasarkan fungsinya mesin fluida dapat dibedakan
atas dua golongan, yaitu:
1. Mesin tenaga, yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi (energi potensial atau
energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Mesin yang termasuk golongan ini adalah:
turbin, kincir air dan kincir angin.
2. Mesin kerja, yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis poros menjadi
energi fluida (energi potensial atau energi kinetik). Mesin yang termasuk golongan ini
adalah: pompa, kompresor dan blower.
2.2 Pompa
Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan mesin kerja.
Pompa berfungsi untuk mengalirkan fluida dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih
tinggi atau dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi.
Disamping itu juga pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari tempat yang lebih
tinggi ke tempat yang lebih rendah, misalnya pada sistem pemipaan yang panjang dan
berkelok-kelok.
Universitas Sumatera Utara
2.3 Klasifikasi Pompa
Pompa dapat diklasifikasikan secara umum berdasarkan pemberian energi pada fluida
kerjanya, yaitu:
1. Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump)
2. Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump)
2.3.1 Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump)
Pompa jenis ini bekerja dengan prinsip memberikan tekanan secara periodik pada
fluida yang terkurung dalam rumah pompa sehingga tekanan statisnya naik. Pompa jenis ini
umumnya digunakan untuk kapasitas kecil dan head yang tinggi. Pompa yang termasuk jenis
ini adalah:
• Pompa Putar (Rotary Pump)
Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung antara ruangan
rotor dan rumah pompa, selanjutnya didorong keruang tekan dengan gerak putar dari rotor
sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akan dikeluarkan melalui sisi tekan. Contoh
pompa jenis ini adalah: gear pump, srew pump dan vane pump.
Gambar 2.1 Screw Pump
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Gear Pump
Gambar 2.3 Vane Pump
• Pompa Torak (Reciprocating Pump)
Pompa torak mempunyai bagian utama berupa torak yang bergerak bolak- balik
didalam silinder. Fluida masuk melalui katup isap (suction valve) ke dalam silinder dan
kemudian ditekan oleh torak, sehingga tekanan statis fluida naik dan sanggup mengalirkan
fluida keluar melalui katup tekan (discharge valve). Contoh pompa tipe ini adalah: pompa
diafragma dan pompa plunyer.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Torak Pump
2.3.2 Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump)
Pompa tekanan dinamis disebut juga rotodynamic pump, turbo pump atau interpeler
pump. Pompa ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
• Mempunyai bagian utama merupa sudu dengan kurungan sudu disekeliling poros putar.
• Melalui sudu-sudu, fluida mengalir secara kontinue, dimana fluida berada diantara sudusudu tersebut.
Energi mekanis dari luar diberikan pada poros untuk memutar impeler. Akibatnya fluida
yang berada dalam impeler oleh dorongan sudu-sudu akan terlempar menuju saluran
keluar,
Pada proses ini fluida akan mendapat percepatan sehingga fluida tersebut memiliki energi
kinetik. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan energi kinetik akan
berubah menjadi energi tekanan di sudu-sudu pengarah atau di dalam rumah pompa.
Berdasarkan arah aliran fluida, maka impeler dapat dibedakan atas:
• Impeler Jenis Radial
Universitas Sumatera Utara
Arah aliran fluida masuk impeler sejajar dengan poros pompa dan keluar dari impeler
dengan arah radial. Head yang dihasilkan dapat mencapai di atas 50 meter kolom air dengan
putaran 500 - 1500 rpm. Perbandingan diameter buang (discharge) dengan diameter mata
sisi masuk (inlet eye diameter) adalah sekitar 2 dan secara praktis dipakai pada mesin-mesin
yang bertingkat banyak.
Gambar 2.5 Impeler Jenis Radial
• Impeler Jenis Francis
Pada impeler ini, arah aliran fluida sama dengan aliran pada jenis radial hanya head
yang dihasilkan lebih kecil tetapi kapasitas lebih besar. Kecepatan putar spesifiknya berkisar
1500 - 4500 rpm. Sudut sisi masuk harus berkurang sesuai dengan jari-jarinya (kecepatan
keluar impeler) untuk menjamin masuknya fluida dengan mulus, sehingga bentuknya seperti
turbin francis. Jenis impeler ini dapat juga dipakai untuk impeler isapan ganda.
Gambar 2.6 Impeler Jenis Francis
Universitas Sumatera Utara
● Impeler Jenis Aliran Campuran
Arah aliran fluida impeler sejajar dengan poros pompa dan keluar dari impeler dengan
arah radial dan aksial. Bila dibandingkan dengan jenis impeler francis, head yang
dihasilkan lebih rendah dengan putaran spesifik yang lebih besar sekitar 4500 - 8000 rpm.
Diameter buang rata-rata besarnya sama dengan diameter sisi masuk, walaupun dapat juga
lebih kecil. Impeler dibuat berbentuk sekrup.
Gambar 2.7 Impeler Jenis Aliran Campuran
● Impeler Jenis Aksial
Jenis impeler ini memiliki aliran fluida masuk dan keluar dengan arah aksial. Gaya
sentrifugal yang bekerja tidak ada sehingga semua head yang ditimbulkan adalah akibat
dari tekanan sudu-sudu. Impeler jenis ini digunakan untuk head yang rendah (3 - 40) ft
dengan kapasitas aliran yang besar. Impeler jenis aksial ini mempunyai putaran spesifik
yang tinggi yaitu diatas 8000 rpm.
Gambar 2.8 Impeler Jenis Aksial
Universitas Sumatera Utara
Pompa tekanan dinamis dapat dibedakan berdasarkan berbagai kategori, yaitu:
A. Berdasarkan bentuk rumah.
1. Pompa Volut
Pompa ini khusus untuk pompa sentrifugal. Aliran fluida yang meninggalkan impeler
secara langsung memasuki rumah pompa yang berbentuk volut (rumah siput), sebab
diameternya bertambah besar.
Gambar 2.9 Pompa Volut
2. Pompa Difuser
Konstruksi pompa ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) disekeliling saluran
keluar impeler. Pemakaian diffuser ini akan memperbaiki efisiensi pompa. Diffuser ini sering
digunakan pada pompa bertingkat banyak dengan head yang tinggi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Pompa Difuser
3. Pompa Vorteks
Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut. Pompa ini tidak
menggunakan diffuser, namun memakai saluran yang lebar. Dengan demikian pompa ini tidak
mudah tersumbat dan cocok untuk pemakaian pada pengolahan cairan limbah.
Gambar 2.11 Pompa Vorteks
B. Berdasarkan jumlah tingkat.
1. Pompa satu tingkat
Pompa ini hanya mempunyai sebuah impeler. Pada umumnya head yang dihasilkan
pompa ini impeller rendah, namun konstruksinya sederhana.
2. Pompa bertingkat banyak
Pompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasang secara berderet pada
satu poros. Zat cair yang keluar dari impeller tingkat pertama akan diteruskan ke
impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga tingkat terakhir. Head total pompa merupakan
penjumlahan head yang dihasilkan oleh masing-masing impeler.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Pompa Bertingkat Banyak
C. Berdasarkan jenis impeler.
1. Pompa Sentrifugal
Pompa ini menggunakan impeler jenis radial atau francis. Aliran zat cair yang keluar
dari impeler akan melalui bidang tegak lurus poros pompa. Impeler dipasang pada satu ujung
poros dan pada ujung lainnya dipasang kopling sebagai penggerak poros pompa.
Gambar 2.13 Pompa Sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
2. Pompa aliran campur.
Pompa ini menggunakan jenis aliran campur (mix flow). Aliran akan keluar dari
impeler sesuai dengan arah bentuk permukaan kerucut rumah pompa.
Gambar 2.14 Pompa Aliran Campuran
3. Pompa aliran aksial.
Pompa ini menggunakan impeler jenis aksial dan zat cair yang meninggalkan impeler
akan bergerak sepanjang permukaan silinder rumah pompa ke arah luar. Konstruksinya mirip
dengan pompa aliran campur, kecuali bentuk impeler dan difusernya.
Gambar 2.15 Pompa Aliran Aksial
D. Berdasarkan letak poros
1. Pompa poros mendatar.
Pompa ini mempunyai poros dengan posisi horizontal (Gambar 2.9 s/d 2.15). Pompa
jenis ini memerlukan tempat yang relatif lebih luas.
2. Pompa jenis poros tegak
Universitas Sumatera Utara
Poros pompa ini berada pada posisi vertikal. Poros ini dipegang di beberapa tempat
sepanjang pipa kolom utama bantalan. Pompa ini memerlukan tempat yang relatife kecil
dibandingkan dengan poros mendatar. Penggerak pompa umumnya diletakkan diatas pompa.
Gambar 2.16 Pompa Aliran Campur Poros Tegak dan pompa isapan ganda
E. Berdasarkan belahan rumah
1. Pompa belahan mendatar.
Pompa ini mempunyai belahan rumah yang dapat dibelah dua menjadi bagian atas dan
bagian bawah oleh bidang mendatar yang melalui sumbu poros. Jenis pompa ini sering
digunakan untuk pompa berukuran menengah dan besar dengan poros mendatar.
2. Pompa belahan radial.
Rumah pompa ini terbelah oleh sebuah bidang tegak lurus poros. Belahan rumah
pompa seperti ini sering digunakan pada pompa kecil dan umumnya untuk pompa – pompa
dengan poros tegak.
Universitas Sumatera Utara
F. Berdasarkan sisi masuk impeler
1. Pompa isapan tunggal
Pada pompa ini fluida masuk dari sisi impeler. Konstruksinya sangat sederhana,
sehingga sangat sering dipakai untuk kapasitas yang relatif kecil. Adapun bentuk
konstruksinya terlihat pada gambar 2.9 s/d 2.16.
2. Pompa Isapan ganda
Pompa ini memasukkan fluida melalui dua sisi isap impeler. Pada dasarnya pompa ini
sama dengan dua buah impeler pompa isapan tunggal yang dipasang bertolak-belakang dan
dipasang beroperasi secara paralel. Dengan demikian gaya aksial yang terjadi pada kedua
impeler akan saling mengimbangi dan laju aliran total adalah dua kali laju aliran tiap
impeler. Oleh sebab itu pompa itu banyak dipakai untuk kebutuhan dengan kapasitas yang
besar.
2.3.3 Pompa-pompa Jenis Khusus
• Pompa dengan Motor Benam (Submersible Motor)
Pompa biasanya digunakan untuk memompa fluida dari sumur yang sangat dalam.
Pompa dan motor penggeraknya merupakan satu kesatuan dan keduanya dipasang terbenam
dibawah permukaan fluida.
• Pompa Kriogenik
Pompa jenis ini mempunyai konstruksi dimana penggeraknya merupakan satu unit
dengan pompa. Pompa jenis ini digunakan untuk melayani pemompaan yang mengharuskan
tidak terjadinya kebocoran yaitu pada fluida-fluida hasil proses pendinginan kriogenik.
• Pompa memancing sendiri (Self Priming Pump)
Tidak seperti pompa yang lainnya, pompa ini beroperasi tanpa perlu dipancing terlebih
dahulu. Pompa ini biasanya berukuran kecil dan digunakan untuk keperluan darurat atau
tidak terus menerus.
Universitas Sumatera Utara
• Pompa Pasir
Pompa ini digunakan untuk memindahkan zat cair yang mengandung pasir atau
butiran zat padat dalam ukuran besar. Pompa ini mempunyai impeler terbuka dengan jumlah
sudu sedikit untuk mencegah terjadinya sumbatan pasir pada celahnya.
2.4 Dasar Perencanaan Pompa
Dalam merencanakan sebuah pompa sebagai peralatan untuk memindahkan fluida dari
satu tempat ke tempat yang lain dengan head (tinggi tekan) tertentu, diperlukan beberapa
syarat utama, antara lain:
1. Kapasitas
Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa tersebut persatuan
waktu. Kapasitas pompa tergantung kepada kebutuhan yang harus dipenuhi dengan fungsi
pompa yang direncanakan.
2. Head Pompa
Head Pompa adalah besarnya energi yang dibutuhkan oleh pompa untuk dapat
menaikkan/memindahkan fluida dari keadaan awal ke keadaan baru. Head pompa dinyatakan
dalam satuan tinggi kolom air (dalam meter).
3. Sifat Zat Cair
Pengertian sifat zat cair disini adalah sifat dari zat cair yang meliputi tekanan, temperatur,
viskositas, massa jenis dan kandungan zat padat.
4. Kondisi Kerja
Pada perencanaan pompa harus dipertimbangkan jumlah operasi pompa (dalam jam)
yang dihitung pertahun, kondisi pemakaian pompa apakah bekerja terus menerus atau
terputus-putus, dan pengaruh kondisi kerja terhadap pemilihan pompa.
5. Motor Penggerak
Motor penggerak disini dapat meliputi motor listrik, motor bakar torak atau turbin.
Universitas Sumatera Utara
6. Tempat instalasi
Dalam hal ini perlu diketahui pembatasan – pembatasan pada ruang instalasi,
ketinggian di atas permukaan laut, kondisi tempat pompa di luar atau di dalam gedung,
fluktuasi temperatur lingkungan.
2.5 Dasar Pertimbangan Pemilihan Pompa
Dalam hal pemilihan jenis pompa ini, sebagai dasar pertimbangan adalah keuntungan
dan kerugian dari jenis-jenis pompa tersebut. Untuk memenuhi kebutuhan pemindahan zat
cair, pompa yang digunakan pada umumnya adalah jenis pompa torak dan pompa sentrifugal.
Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa yang akan digunakan tersebut adalah
fungsi pompa dan instalasi, kapasitas, head atau tekanan, viskositas fluida, lokasi kerja pompa
dan jenis penggerak. Sebagai dasar pertimbangan lain adalah keuntungan dan kerugian dalam
hal teknis dan ekonomisnya.
Dalam perencanaan ini, pompa digunakan untuk memindahkan lateks dari truk tangki
ke tangki penampungan . Kondisi yang diinginkan pada perencanaan ini adalah:
• Kapasitas dan head pompa harus dapat dipenuhi pada kondisi operasi maksimum
sehingga mampu mengalirkan lateks.
• Aliran harus bersifat kontinue dan merata
• Fluida yang dialirkan adalah lateks.
• Tidak adanya kebocoran untuk menghindari penurunan kapasitas produksi.
Untuk memilih pompa yang tepat dan sesuai dengan kondisi pengoperasian, maka perlu
dipertimbangkan sifat-sifat pompa dalam pengoperasiannya, seperti pada tabel berikut:
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Pompa Sentrifugal dan Pompa Torak
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Masalah
Alirannya
Putaran poros
Kapasitas
Head
Biaya pemeliharaan
Pondasi
Getaran
Motor penggerak
Pompa Sentrifugal
Kontinue
Lebih tinggi
Lebih besar
Kecil / medium
Murah
Biasa
Kecil
Dapat dikopel
langsung
Pompa Torak
Berfluktuasi
Lebih rendah
Lebih kecil
Tinggi
Mahal
Kokoh
Cukup besar
Tidak dapat dikopel
langsung
Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini,
maka dengan membandingkan sifat pompa dan cara kerjanya, dipilih pompa sentrifugal dalam
perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni:
1. Aliran fluida lebih merata
2. Putaran poros dapat lebih tinggi
3. Rugi – rugi transmisinya lebih kecil karena dapat dikopel langsung dengan motor
penggerak
4.. Konstruksinya yang lebih aman dan lebih kecil.
2.6 Putaran Spesifik Pompa
Putaran spesifik pompa adalah besarnya putaran impeler untuk menghasilkan
kapasitas 1 m3/det dan head 1 meter pada efisiensi maksimum. Putaran spesifik ini diperlukan
untuk menentukan jenis impeler dan jumlah tingkat suatu pompa. Putaran spesifik dapat
dihitung dengan persamaan :
𝑄
ns= 𝐻 3/4
..........................[lit.14 hal.177]
dimana:
n = putaran pompa (rpm)
ns = kecepatan spesifik (rpm)
Universitas Sumatera Utara
Q = kapasitas pompa (gpm)
H = head pompa (ft)
Persamaan diatas berlaku untuk pompa satu tingkat. Untuk hal-hal yang khusus
dimana tinggi kenaikan pompa-pompa yang besar atau pada kapasitas pompa yang kecil, akan
didapatkan kecepatan spesifik yang sangat kecil, sehingga dengan demikian pompa dibuat
bertingkat banyak.
2.7 Daya Pompa
Daya yang diberikan kepada pompa harus lebih besar dari daya akibat fluida dan
akibat dari kerugian-kerugian yang terjadi. Daya pompa dapat dihitung dengan persamaan:
ρ.Q.H.g
ηp
Pp=
..........................[lit.14 hal.177]
dimana:
H = head pompa (m)
Pp = daya pompa (watt)
ρ
= massa jenis fluida (kg/m3)
Q = kapasitas pompa (m3/det)
ηp = efisiensi pompa (%)
g
= gravitasi bumi (m/det2)
Universitas Sumatera Utara