1

JENIS POMPA Tugas pompa dalam aliran fluida: • Melawan gesekan pipa (F), • Menaikkan kecepatan aliran (v2/2g), • Menaikkan tekanan (P/ρg) • Melawan elevasi (z) Dari berbagai jenis pompa, yang paling sering digunakan dalam industri: 1. Pompa desak (Positive displacement)

1.1. Gerak berputar (Rotary pumps) 1.2. Gerak bolak-balik (Reciprocating pumps)

2. Pompa pusingan (Centrifugal)

2

3

1. POMPA DESAK (DISPLACEMENT PUMP) Prinsip kerja pada dasarnya berdasarkan pembesaran dan pengecilan ruang dalam pompa. Head yang dihasilkan bisa maksimal dan tidak dipengaruhi kapasitas pemompaan. Pompa desak gerak berputar (rotary pumps) Secara garis besar, komponen pompa terdiri atas rumah pompa dan bagian yang dapat berputar yang dapat berupa roda gigi (gear pump), sudu-sudu (sliding-vane pump) dan ulir (screw pump). Prinsip kerja umum: Putaran bagian dalam pompa menyebabkan penurunan tekanan pada bagian hisap (suction). Cairan yang masuk terperangkap di bagian dalam pompa dan ikut berputar. Cairan keluar lewat bagain kempa (discharge) yang sebelumnya terjadi pengecilan volum ruang yang menyebabkan kenaikan tekanan cairan. Kegunaan umum: Untuk putaran tetap, debit pompa tetap dan tidak tergantung outlet pressure

4

1.1.a. Pompa roda gigi (gear pumps)

External gear pumps

Internal gear pumps

5

Prinsip kerja: Karena putaran roda gigi, terjadi penurunan di bagian hisap sehingga cairan mengalir dan mengisi rongga gigi. Cairan terperangkap dalam rongga gigi terbawa berputar kemudian dikempakan pada bagian kempa, karena terjadi pengecilan rongga gigi Kegunaan: Untuk cairan viskositas tinggi tidak mengandung padatan dan non-korosif, putaran dan head tinggi.

6

1.1.b. Pompa lobe (Lobe pumps)

Prinsip kerja: Mirip dengan gear pumps Kegunaan: Untuk cairan viskositas tinggi dan mengandung padatan (slurry). Dapat tersusun atas dua atau tiga rotor tergantung pada kekentalan cairan, ukuran padatan dan kontinyunitas pemompaan.

7

1.1.c. Pompa sudu-sudu (sliding-vane pump) Prinsip kerja: Rotor asimetris di dalam rumah memiliki sudu-sudu yang bebas bergerak secara radial. Karena gaya sentrifugal sudu-suda akan selalu menempel pada dinding pompa. Cairan masuk pada bagian hisap, mengisi ruang antar sudu, terjebak dan terbawa putaran kemudian dikeluarkan di bagian kempa karena adanya pengecilan ruang sudu. Kegunaan: Cocok untuk cairan yang tidak mengandung padatan, proses vakum, non-korosif.

8

1.1.d. Pompa ulir (Screw pump)

Single-rotor screw pump

Two-rotor screw pump

9

Prinsip kerja: Oleh gerak putar poros ulir zat cair mengalir dalam arah aksial. Pada keadaan kering pompa ini tidak dapat mengisap sendiri, sehingga sebelum digunakan pompa ini harus terisi cairan yang akan dipompa (dipancing). Kegunaan: Cocok untuk memompa zat cair yang bersih dan mempunyai sifat pelumasan yang baik. Secara umum pompa rotary mempunyai kecepatan aliran volum yang konstan asal kecepatan putarannya dapat dipertahankan tetap. Selain itu alirannya lebih teratur (tidak terlalu pulsatif). Hal ini sangat berbeda dengan pompa reprocating (bandingkanlah setelah pembahasan pompa reprocating). Pompa rotary cocok untuk operasi pada kisaran tekanan sedang dan untuk kisaran kapasitas dari kecil sampai sedang (lihat gambar pemilihan jenis pompa berdasarkan karanteristiknya)

10

Mesin penggerak rotary pumps Mesin penggerak rotary pumps yang paling banyak dijumpai adalah motor

listrik dan mesin uap.

Karakteristik pompa jenis rotary pumps Hubungan antara tekanan yang dibangkitkan (head) dan kecepatan aliran volum (kapasitas) sering disebut dengan karakteristik pompa

11

12

Pompa desak gerak bolak balik (Reciprocating pumps) Pada pompa desak gerak bolak-balik, gerak putar dari mesin penggerak diubah menjadi gerak bolak-balik dari torak (piston) atau plunyer (plunger) atau membran yang terdapat dalam rumah pompa. Pompa desak gerak bolak-balik dapat digolongkan dalam tiga jenis yaitu: pompa torak, pompa plunyer, dan pompa membran. 1.2.a. Pompa torak (Piston pumps) Jenis menurut cara kerja: • Kerja tunggal (single acting) • Kerja ganda (double acting) Jenis menurut jumlah silinder: • Silinder tunggal (simplex) • Silinder ganda (duplex) Jenis menurut penggerak • Direct acting • In-direct acting

13

Pompa torak silinder tunggal kerja tunggal

Prinsip kerja: Bila batang torak dan torak bergerak ke atas, katup hisap terbuka dan cairan dapat mengisi silinder di bawah torak. Pada saat yang sama, cairan yang ada di atas torak terkempakan ke luar. Jika torak bergerak ke bawah katup isap akan tertutup dan katup kempa terbuka sehingga cairan dapat masuk ke silinder di atas torak. Karena kerja isap dan kerja kempa berlangsung secara bergantian, aliran cairan yang dihasilkan terputus-putus.

14

Pompa torak silinder tunggal kerja ganda

Prinsip kerja:

Pada prinsipnya sama dengan cara kerja pompa torak kerja tunggal, tetapi pada pompa torak kerja ganda terdapat dua katup isap dan dua katup kempa yang masing-masing bekerja secara bergantian. Sehingga pada saat yang sama terjadi kerja isap dan kerja kempa. Karena itu aliran zat cair menjadi relatif lebih teratur.

flywheele

15

Kegunaan Pompa torak cocok digunakan untuk pekerjaan pemompaan dengan daya

isap yang tinggi. Baik digunakan untuk head yang relatif rendah, kapasitas kecil, atau untuk aliran yang tidak kontinyu. Disamping itu pompa torak dapat digunakan untuk memompa udara dalam kapasitas yang besar. Jenis pompa ini tidak baik digunakan untuk cairan yang mengandung padatan (slurry) atau cairan mudah menguap Pola aliran pada discharge

16

1.2.b. Pompa plunyer (plunger pumps)

Prinsip kerja:

Prinsip kerja pompa plunyer sama dengan prinsip kerja pompa torak, tetapi torak diganti dengan plunyer Kegunaan: Baik digunakan untuk memperoleh head yang sangat tinggi dan kapasitas yang relatif besar. Cocok untuk cairan yang mengandung padatan (slurry), cairan yang mudah menguap, atau cairan kental.

17

1.2.c. Pompa membran (Diaphram pumps)

Prinsip kerja :

Aliran cairan disebabkan karena pembesaran dan pengecilan ruang dalam rumah pompa oleh membran yang kenyal. Seperti halnya pompa torak, pompa membran dapat digunakan sebagai kerja tunggal dan kerja ganda, dan juga memberikan aliran cairan yang terputus-putus.

18

Kegunaan: Baik digunakan untuk pemompaan yang butuh lift suction head dan

flowrate tinggi. Cocok untuk cairan yang mengandung padatan (sludge dan slurry). Mesin penggerak pompa desak gerak bolak-balik

Pompa desak gerak bolak-balik digerakkan oleh motor listrik atau mesin uap, yang dilengkapi dengan tali atau rantai yang menghubungkan antara motor penggerak dengan roda gigi dan poros engkol untuk merubah kerja putar menjadi kerja bolak-balik. Untuk pompa jenis torak dan plunyer ada yang memiliki direct acting system. Karakteristik pompa desak gerak bolak-balik

Seperti halnya karakteristik pompa desak gerak berputar, kapasitas pompa desak gerak bolak-balik tidak dipengaruhi oleh tekanan yang dibangkitkan.

19

2. POMPA SENTRIFUGAL (CENTRIFUGAL PUMP)

Pompa sentrifugal (radial flow pumps)

discharge

suction

20

21

Prinsip kerja: Bila kipas berputar dengan cepat, maka sudu-sudu kipas memberikan

gerak berputar kepada cairan yang berada di dalam rumah pompa. Gaya sentrifugal yang terjadi mendorong cairan ke bagian keliling luar kipas dan terkempakan keluar. Karena itu pada lubang saluran masuk ke dalam kipas di dalam rumah pompa timbul ruang kosong sehingga tekanannya turun (hampa udara). Oleh sebab itu cairan dapat terdorong masuk ke dalam rumah pompa atau terjadi kerja isap. Pada keliling sebelah luar kipas, zat cair mengalir dalam rumah pompa dengan tekanan dan kecepatan tertentu. Cairan mengalir sedemikian rupa dalam aliran yang tidak terputus-putus dari saluran isap melalui pompa ke saluran kempa. Kelebihan: • Untuk flowrate yang sama harga pembelian lebih murah dari pada pompa

desak. • Tidak banyak bagian yang bergerak (tidak ada katup) sehingga biaya

perawatannya rendah. • Lebih sedikit memerlukan tempat. • Jumlah putaran tinggi sehingga memungkinkan digerakkan langsung oleh

motor listrik atau turbin. • Jalannya tenang sehingga konstruksi fondasi dapat dibuat ringan.

22

• Bila konstruksi disesuaikan dapat digunakan untuk memompa cairan yang mengandung kotoran atau padatan.

• Output aliran yang diperoleh tidak terputus-putus. Kekurangan 1. Efesiensi rendah terutama untuk flowrate yang kecil dan head rendah. 2. Dalam pelaksanaan normal tidak dapat menghisap sendiri. 3. Tidak cocok untuk memompa cairan yang kental, terutama pada aliran

volum yang kecil.

23

Karakteristik pompa sentrifugal Pada pompa sentrifugal head yang dapat dicapai dan kapasitas terdapat

hubungan yang tidak dapat dipisahkan (berbeda dengan pompa desak). Bila head bertambah besar maka kapsitasnya akan menurun asal semua data pompa yang lainnya dipertahankan tetap. Karekteristik pompa yang berbeda akan berbeda pula.

24

25

Untuk keperluan head tinggi dipakai Multistage Centrifugal Pumps sedangkan untuk kapasitas besar digunakan Double Suction Centrifugal Pumps. Double Suction Centrifugal Pumps

26

Pompa jenis ini dipilih bila diperlukan kapasitas pemompaan yang tinggi tetapi head rendah.

Prinsip kerja:

Dalam rumah pompa terdapat dua kipas yang posisinya saling membelakangi (back to back). Ada dua tempat pemasukan (suction) cairan sehingga pompa ini ekivalen dengan dua buah pompa dengan satu kipas yang bekerja secara paralel. Kapasitas pompa jenis ini sama dengan jumlah kapasitas masing-masing kipas. Tetapi head yang dihasilkan sama dengan head oleh satu kipas dengan diameter dan kecepatan putar yang sama. Multi-stage centrifugal pumps

Dipilih bila diperlukan head pemompaan yang tinggi dimana single stage pump tidak ekonomis. Pompa ini mampu beroperasi sampai head 3000 psia dan kapasitas pemompaan sampai 3000 gallon per menit.

27

Prinsip kerja:

Dalam pompa terdapat beberapa buah kipas yang dipasang secara seri dalam satu poros. Total head yang ditimbulkan sama dengan jumlah head yang dihasilkan masing-masing kipas. Tetapi kapasitasnya sama dengan kapasitas yang melalui satu buah kipas.

28

Pompa sentrifugal dalam susunan seri Tujuan memperbesar head pompa • Head total adalah jumlah head masing-masing pompa. • Bila semua pompa identik, maka kapasitas total pompa sama dengan

kapasitas satu pompa. • Bila pompa tidak identik, maka kapasitas total pompa dibatasi oleh

kapasitas pompa terkecil. Pompa sentrifugal dalam susunan paralel Tujuan memperbesar kapasitas pompa • Kapasitas total adalah jumlah kapasitas masing-masing pompa. • Head total pompa disesuaikan dengan karakteristik masing-masing pompa.

29

30

Pompa baling-baling (Axial flow pumps)

Prinsip kerja:

Pada pompa jenis ini cairan mengalir pada arah axial. Pompa dapat dipasang untuk aliran horisontal atau vertikal. Pompa jenis ini tidak dapat menghisap sendiri sehingga dalam pemakaiannya diperlukan pompa vakum kecil untuk mengusir udara dari rumah pompa. Kadang-kadang pada kipas pompa ini diperlengkapi dengan sudu yang dapat diatur (disetel) ketika sedang bekerja, sehingga aliran volum atau headnya dapat diatur. Kegunaan:

Pompa baling-baling digunakan untuk aliran volum yang sangat besar dengan head dan tekanan yang rendah.

31

Pompa sentrifugal baling-baling (Mixed flow pumps)

Prinsip kerja:

Pompa sentrifugal baling-baling merupakan peralihan antara pompa sentrifugal (radial flow pump) dan pompa baling-baling (axial flow pump). Kipas pompa jenis ini mempunyai sudu yang dibengkokkan dalam tiga jurusan (tiga dimensi). Adapun cara kerjanya sama dengan pompa sentrifugal.

32

Kegunaan Pompa jenis ini biasanya digunakan untuk aliran volum yang besar tetapi

headnya rendah. PERISTIWA KAVITASI

Peristiwa kavitasi terjadi di dalam pompa sentrifugal. Pada lubang pemasukan (suction) pompa sentrifugal terjadi penurunan tekanan. Bila tekanan suction lebih rendah daripada tekanan uap jenuh cairan yang dipompa maka cairan akan menguap ditandai dengan terbentuknya gelembung uap di badan cairan. Karena volum uap persatuan massa jauh lebih besar daripada volum cairannya, maka pada bagian suction terjadi perubahan volum yang sangat besar. Pada saat cairan (+ uap) memasuki sudu-sudu dan kemudian dikempakan pada bagian pengeluaran (discharge) tekanan sistem kembali naik, sehingga uap yang ada akan kembali mengembun. Peristiwa perubahan volum yang besar dan mendadak ini disebut peristiwa KAVITASI.

Peristiwa kavitas dapat merusak kipas pompa dan harus dihindari. Oleh karena itu, tekanan di dalam pompa harus dijaga agar selalu berada di atas tekanan uap jenuh cairan. Tekanan di bagian suction sangat dipengaruhi oleh aliran cairan sebelum masuk pompa.

33

Net Positive Suction Head (NPSH) NPSH adalah tekanan absolut yang terjadi pada bagian pemasukan (suction) pompa untuk mengatasi tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pemompaan. NPSH terhitung berdasarkan kondisi operasi pemompaan disebut Available NPSH (NPSH)A.

34

Dengan menerapkan persamaan Bernoulli antara titik A dan P:

2 2

2 2A A P P

A AP PP v P vz F zg g g gρ ρ+ + − = + +

2 0 0

A(NPSH)2

P P AA AP

P v PP Pz Fg g g g gρ ρ ρ ρ

= + − = + − −

0

A(NPSH) AA AP

P P z Fgρ−

= + −

Nilai NPSHA harus lebih besar daripada nilai NPSH yang disyaratkan untuk jenis pompa yang dipakai, Required NPSH (NPSH)R. Untuk alasan keamanan,

A R(NPSH) (NPSH) 2 ft> + Nilai (NPSH)R untuk masing-masing pompa sifatnya unik dan umumnya diberikan oleh pabrik pembuat pompa.

35

Berikut beberapa contoh: Pompa sentrifugal 1750 rpm.

36

Pompa sentrifugal 3550 rpm

37

38

Memilih pompa sentrifugal

39

40

Umumnya nilai (NPSH)R yang diberikan adalah untuk air pada suhu kamar. Sehingga perlu dikoreksi. Salah satunya digunakan grafik berikut:

41

PUTARAN SPESIFIK (Ns)

Adalah putaran pompa sentrifugal standar yang menghasilkan kapasitas aliran (Qs) sebesar 1 galon/menit (gpm) dan head (Hs) sebesar 1 ft dimana pompa standar tersebut memiliki kipas yang geometrinya similar dengan pompa sentrifugal yang ditinjau.

0.5 0.5

0.75 0.75s s

s

N Q N QH H⋅ ⋅

=

0.5

0.75sN QNH⋅

= Ns [=] rpm; Q [=] gpm; H [=] ft

Atau,

0.5

0.753.65sN QNH⋅

= ⋅ Ns [=] rpm; Q [=] m3/detik; H [=] m

42

Nilai Ns dapat digunakan sebagai: • Type number

Bila akan digunakan sebagai ”type number”, nilai Ns harus dihitung pada kondisi pemompaan yang memberikan efesiensi pompa terbaik.

• Criteria number Nilai Ns tetap meskipun kapasitas, head dan rpm pompa berubah.

43

Hubungan putaran pompa dan NPSH

0.5

0.75( )⋅

=N QS

NPSH N : rpm

Q : gpm NPSH : ft

Nilai S berkisar antara 7000 – 9000

(S = 9000)

44

POWER POMPA Adalah energi yang dibutuhkan pompa persatuan waktu. Hydraulic Power / HP (satuan: horse power, hp) Adalah power teoritis; power yang sebenarnya diterima oleh cairan.

HP ρ= ⋅ ⋅ ⋅g Q H satuan Q, H, ρ, g menyesuaikan

(SG)HP

3960⋅ ⋅

=Q H Q [=] gpm; H [=] ft

Atau,

HP1714Q P⋅ Δ

= Q [=] gpm; ΔP [=] lbf/in2

45

Brake Horse Power / BHP (satuan: horse power, hp) Adalah power yang dikonsumsi oleh pompa. BHP = hydraulic power + kehilangan energi total

HPBHPη

= η : efesiensi pompa

Efesiensi pompa (η) nilainya cukup rendah; berkisar antara 0,5 – 0,8. Kehilangan energi yang terjadi merupakan kontribusi hal-hal berikut: • Kehilangan energi hidrolis (efesiensi hidrolis, ηh)

Adalah kehilangan energi akibat gerakan cairan dalam pompa; pusaran, gesekan dan tumbukan cairan.

• Kehilangan energi volumetris (efesiensi volumetris, ηv) Adalah kehilangan energi akibat kebocoran selama pemompaan.

• Kehilangan energi mekanis (efesiensi mekanis, ηm) Adalah kehilangan energi akibat gesekan antara poros yang berputar dengan bantalan dan tabung packing dan gesekan kipas dengan cairan di sekitarnya.

Efesiensi total adalah hasil kali dari ketiga efesiensi di atas:

46

h v mη η η η= ⋅ ⋅ AFFINITY LAWS untuk pompa sentrifugal • Kapasitas pompa berbanding lurus dengan diameter impeller (D) dan

kecepatan putaran (N) • Head pompa berbanding lurus dengan pangkat dua diameter impeller (D)

dan kecepatan putaran (N) • BHP pompa berbanding lurus dengan pangkat tiga diameter impeller (D)

dan kecepatan putaran (N)

47

48

PEMILIHAN JENIS POMPA Ada berbagai macam guidance di literatur yang dapat digunakan.

49

50

CONTOH SOAL:

Cairan(ρ = 1 g/cm3, μ = 0,01 poise) akandialirkan

dengan sistemaliranseperti padagambarberikut.

Nilai g = 10 m/detik2. Pompayang dipakai mempunyai

Karakteristiksebagai berikut

Head, m 45,1 43,3 37,9

Debit, L/menit 265 378 529

Pipayang dipakai adalah3,5 in Schedule 40, terbuat

dari commercial steel danpanjang ekivalennya200 m.

Perkirakandebit aliranyang akanterjadi.

51