Upload
others
View
32
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sifat – Sifat Kimia dan Fisika Air
Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H2O: satu molekul air
tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom
oksigen. Air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada
kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K
(0 °C). Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki
kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-
garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik.
Keadaan air yang berbentuk cair merupakan suatu keadaan yang tidak umum
dalam kondisi normal, terlebih lagi dengan memperhatikan hubungan antara
hidrida-hidrida lain yang mirip dalam kolom oksigen pada tabel periodik,
yang mengisyaratkan bahwa air seharusnya berbentuk gas, sebagaimana
hidrogen sulfida. Dengan memperhatikan tabel periodik, terlihat bahwa
unsur-unsur yang mengelilingi oksigen adalah nitrogen, flor, dan fosfor,
sulfur dan klor. Semua elemen-elemen ini apabila berikatan dengan hidrogen
akan menghasilkan gas pada temperatur dan tekanan normal.
Alasan mengapa hidrogen berikatan dengan oksigen membentuk fase
berkeadaan cair, adalah karena oksigen lebih bersifat elektronegatif
ketimbang elemen-elemen lain tersebut (kecuali flor).Tarikan atom oksigen
pada elektron-elektron ikatan jauh lebih kuat daripada yang dilakukan oleh
atom hidrogen, meninggalkan jumlah muatan positif pada kedua atom
hidrogen, dan jumlah muatan negatif pada atom oksigen.
Adanya muatan pada tiap-tiap atom tersebut membuat molekul air memiliki
sejumlah momen dipol. Gaya tarik-menarik listrik antar molekul-molekul air
akibat adanya dipol ini membuat masing-masing molekul saling berdekatan,
membuatnya sulit untuk dipisahkan dan yang pada akhirnya menaikkan titik
didih air. Gaya tarik-menarik ini disebut sebagai ikatan hidrogen.
5
Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat
kimia. Air berada dalam kesetimbangan dinamis antara fase cair dan padat di
bawah tekanan dan temperatur standar. Dalam bentuk ion, air dapat
dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H+) yang berasosiasi (berikatan)
dengan sebuah ion hidroksida (OH-). Berikut adalah ketetapan fisik air pada
temperatur tertentu
Tabel 2.1. Sifat fisik air (Air dibawah 1 atm dan air jenuh di atas 100°)
Temperatur
(°C)
Kerapatan
( kg/l)
Viskositas
kinematik (m²/s)
Tekanan uap
(kgf/cm²)
0 0,9998 1,792 0,00623
5 1,0000 1,520 0,00889
10 0,9998 1,307 0,0I251
20 0,9983 1,004 0,02383
30 0,9957 0,801 0,04325
40 0,9923 0,658 4,07520
50 0,9880 0,554 0,12578
60 0,9832 0,475 0,20313
70 0,9777 0,413 0,3178
80 0,9716 0,365 0,4829
90 0,9652 0,326 0,7149
100 0,9581 0,295 1,0332
120 0,9431 0,244 2,0246
140 0,9261 0,211 3,685
160 0,9073 0,186 6,303
180 0,8869 0,168 10,224
200 0,8647 0,155 15,855
220 0,8403 0,130 23,656
240 0,814 0,136 34, I 38
260 0,784 0,131 47,869
280 0,751 0,128 65,468
300 0,712 0,127 87,621
(Tahara H., Sularso, 2000).
6
2.2. Deaerator
(Anggafauzian 2012) mengatakan deaerasi adalah perlakuan terhadap air
untuk menghilangkan gas-gas yang larut dalam air. Adapun gas-gas yang
larut dalam air adalah :
a. Oksigen ( O2 )
b. Karbondioksida ( CO2 )
c. Hidrogen ( H2S)
Pengaruh gas CO2 dalam air dapat menyebabkan air bersifat asam. Bila gas
ini terkandung dalam air, maka air menjadi korosif terhadap pipa yang akan
membentuk besi karbonat yang larut. Didalam air yang terkandung 2-50 ppm
CO2, air bersifat korosif. Gas yang mempercepat korosi adalah oksigen,
korosif yang terjadi mengakibatkan lubang-lubang. Untuk menghilangkan
gas-gas terlarut seperti oksigen, dapat dilakukan dengan cara mekanis atau
kimiawi.Metode deaerasi ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :
a. Metode deaerasi dengan sistem pemanasan
Proses deaerasi pemanasan adalah proses pemisahan yang dilakukan
dengan menggunakan peralatan mekanik yang telah dirancang
sedemikian rupa yang digunakan untuk proses kerja sesuai dengan yang
diinginkan. Prinsip dasar dari deaerasi dengan sitem pemanasan adalah
apabila temperatur dinaikkan pada air maka kelarutan dari gas-gas akan
berkurang atau turun. Jadi syarat-syarat terjadinya deaerasi secara
maksimal itu sangat tergantung pada temperatur. Jika temperatur tidak
sesuai dengan yang seharusnya, maka deaerasi tersebut tidak berjalan
baik.
b. Metode deaerasi dengan system penambahan zat kimia (perlakuan kimia)
Deaerasi dengan sistem penambahan zat kimia adalah dengan cara
memasukkan larutan kimia kedalam air.
7
2.2.1. Pengenalan Deaerator
Deaerator adalah alat yang bekerja untuk membuang gas-gas yang
terkandung dalam air ketel, sesudah melalui proses pemurnian air
(water treatment). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas
awal air pengisian ketel sebelum dimasukkan kedalam boiler. Deaerator
bekerja berdasarkan sifat 26dari oksigen yang kelarutannya pada air
akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Pengenalan deaerator
dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.1. Deaerator
Alat deaerator ini terdiri dari dua drum dimana drum yang lebih kecil
merupakan tempat pemanasan pendahuluan dan pembuangan gas-gas
dari bahan air ketel, sedangkan drum yang lebih besar adalah
merupakan tempat penampungan bahan air ketel yang jatuh dari drum
yang lebih kecil di atasnya. Pada drum yang lebih kecil terdapat spray
nozzle yang berfungsi untuk menyemprot bahan air ketel menjadi
butiran-butiran air halus agar proses pemanasan dan pembuangan gas-
gas dari bahan air ketel lebih sempurna. Juga pada drum yang lebih
kecil disediakan satu saluran vent agar gas-gas dapat terbuang (bersama
steam) ke atmosfer.
Unsur utama dalam menentukan keberhasilan dari proses ini adalah
kontak fisik antara bahan air ketel dengan panas yang diberikan oleh
uap. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada proses deaerator
adalah:
8
a. Jumlah aliran air kondensat
b. Jumlah aliran bahan air ketel
c. Tekanan dalam deaerator
d. Level air dalam deaerator
Jika deaerator tidak dapat bekerja dengan baik, dapat berpengaruh
buruk terhadap sistem air umpan, sistem kondensat, dan juga akan
menaikkan pemakaian bahan kimia. Untuk mencapai efisiensi deaerator
yang baik ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :
a. Pertahankan suhu dan tekanan yang setinggi mungkin sesuai
dengan rancangan
b. Pastikan steam / uap keluar / venting dari deaerator bahwa oksigen
dan gas-gas yang tidak terkondensasi ikut keluar
c. Lakukan inspeksi bagian dalam deaerator untuk memastikan
semua komponen tidak mengalami kerusakan
2.2.2. Bagian-Bagian Utama Deaerator
Untuk menunjang kerja deaerator, maka pada deaerator tersebut perlu
dilengkapi dengan instrumen pengkuran, yang berguna untuk me-
monitoring operasi atau kerja dari deaerator itu sendiri. Gambar
dibawah ini menunjukan tentang bagian-bagian utama dari deaerator
dan beberapa instrumen pengukuran yang melengkapinya.
Gambar 2.2 Komponen Deaerator
9
2.2.3. Jenis-Jenis Deaerator
Adapun jenis-jenis deaerator yang sering dijumpai adalah :
a. Deaerator Type Spray
Deaerator ini digunakan apabila air umpan perlu dipanaskan lebih
dahulu dengan mempergunakan uap sebagai pemanas. Seperti
gambar 2.3 dibawah ini, uap yang masuk kedalam deaerator aliran
memecahkan air menjadi serpihan-serpihan kecil yang
mengakibatkan gas-gas yang larut dalam air dipaksa keluar
sehingga konsentrasi oksigen dalam air turun.
Gambar 2.3. Deaerator Type Spray
b. Deaerator Tipe Vakum
Mekanisme kerja deaerator vakum adalah gas-gas yang larut dalam
air dihilangkan dengan mempergunakan ejector uap atau atau
dengan pompa vakum, untuk memperoleh vakum yang diperlukan,
mekanisme deaerator vakum dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut.
Besarnya vakum tergantung pada suhu air, akan tetapi biasanya
730 mmHg.
10
Gambar 2.4. Deaerator Tipe Vakum
c. Deaerator Type Tray
Pada deaerator tipe tray seperti yang terlihat pada gambar 2.5
dibawah, memaksimalkan sekat-sekat ( Tray ) sebagai media untuk
memperbesar ruang jatuh dari pada air sehingga molekul-molekul
air akan saling terpisah satu dengan yang lainnya, jadi tray pada
deaerator jenis ini adalah untuk memaksa molekul air untuk
menyebar sehingga mempermudah pelepasan udara.
Gambar 2.5. Deaerator Type Tray
11
2.3. Defenisi Pompa
(Sularso 2000) mengatakan pompa adalah mesin atau peralatan mekanis
(kerja putar poros) yang digunakan untuk menaikkan cairan dari dataran
rendah ke dataran tinggi atau untuk mengalirkan cairan dari daerah
bertekanan rendah ke daerah yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat
laju aliran pada suatu sistem jaringan perpipaan. Hal ini dicapai dengan
membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau suction dan tekanan
yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa.
(Frietz Dietzel 1993) mengatakan pompa adalah salah satu mesin fluida yang
termasuk dalam golongan mesin kerja. Pompa berfungsi untuk memindahkan
zat cair dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Disamping itu
pompa juga digunakan untuk memindahkan zat cair dari tempat yang lebih
tinggi ke tempat yang lebih rendah, misalnya pada sistim pemipaan yang
panjang dan berbelok-belok, sehingga mempunyai tekanan hidrolik yang
lebih tinggi.
Dari beberapa pengertian di atas, maka dapat diketahui bahwa pompa adalah
sebuah alat yang digunakan untuk menggerakkan fluida dengan memberikan
gaya tekan terhadap fluida yang akan dipindahkan. Dengan menggunakan
pompa, fluida dapat dipindahkan baik secara vertical maupun horizontal.
2.4. Jenis – jenis Pompa
(Austin H. Church 1986) mengatakan, secara garis besar, jenis-jenis pompa
dibagi menjadi 2 kelompok besar yaitu Pompa Perpindahan Positif (Positive
Displacement Pump) dan Pompa Dinamik (Dynamic Pump). Kedua jenis
pompa dibagi lagi menjadi beberapa jenis.
2.4.1. Pompa Perpindahan Positif (Positive Displacement Pump)
Cara kerja pompa ini adalah dengan memberikan gaya tertentu pada
volume fluida tetap dari sisi inlet menuju titik outlet pompa. Pompa
jenis ini memiliki kelebihan memberikan perpindahan fluida yang stabil
12
dan power density (gaya per satuan berat) yang besar. Jenis - jenis
pompa ini terbagi menjadi (Suhendra: 2019):
a. Pompa Reciprocating
Cara kerja pompa ini adalah mengubah energi mekanis dari
penggerak pompa menjadi energi dinamis terhadap cairan yang
dipindahkan. Perpindahan energi ke cairan terjadi melalui elemen
berupa gear/crank, cam yang bergerak secara memutar dan
memberikan dorongan terhadap piston yang selanjutnya menekan
fluida sehingga dapat mengalir. Sejumlah volume fluida akan
mengalir masuk melalui inlet menuju silinder, kemudian fluida
ditekan/dipompa keluar melalui outlet. Pompa jenis ini banyak
digunakan untuk mengalirkan fluida dengan nilai viskositas besar
seperti minyak mentah, lumpur dan lain - lain.
Gambar 2.6. Ilustrasi Pompa Reciprocating
b. Pompa Rotary
Seperti namanya, pompa ini menggerakan fluida dengan prinsip
rotasi. Kevakuman terbentuk oleh adanya rotasi dari pompa dan
selanjutnya menghisap fluida masuk. Keuntungan dari pompa jenis
ini adalah tingkat efisiensi yang tinggi karena udara yang terdapat
pada pipa alirannya akan keluar secara alami. Adapun kekurangan
dari pompa jenis ini adalah karena sifat alaminya maka clearence
antara sudu putar dan sudu pengikutnya harus sekecil mungkin dan
mengharuskan pompa berputar pada kecepatan rendah dan stabil.
Pompa rotary dapat dibedakan menjadi beberapa jenis yaitu:
13
External Gear Pump
Gambar 2.7. Rotary Pump Tipe External Gear
Internal Gear Pump
Gambar 2.8. Rotary Pump Tipe Internal Gear
Screw Pump
Gambar 2.9. Rotary pump tipe screw
Progressive Cavity Pump
Gambar 2.10. Rotary Pump Tipe Progressive Cavity
14
Rotary Lobe Pump dan Rotary Piston Pump
Gambar 2.11. Rotary Pump Tipe Rotary Lobe
Gambar 2.12. Rotary Pump Tipe Rotary Piston
Vane Pump
Gambar 2.13. Rotary Pump Tipe Vane
2.4.2. Pompa Dinamik (Dynamic Pump)
Pompa dinamik adalah jenis pompa yang dapat menghasilkan fluida
dengan kecepatan tinggi dan mengubah kecepatan fluida menjadi
tekanan melalui perubahan penampang aliran. Jika dibandingkan
dengan pompa tipe positive displacement pump, pompa ini memiliki
efisiensi yang lebih rendah. Meskipun demikian pompa jenis ini biaya
perawatannya lebih murah.
15
J. Karasik Igor, William C. Krutzsc (1978) mengatakan pompa dinamik
dapat bekerja pada fluida berkecepatan tinggi dan debit yang besar.
Jenis - jenis pompa dinamik yaitu:
a. Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal terdiri dari sebuah impeler yang di tengah -
tengahnya terdapat saluran inlet. Pada saat impeler berputar, fluida
mengalir menuju casing di sekitar impeler sebagai dampak dari gaya
sentrifugal. Casing ini berfungsi untuk menurunkan kecepatan fluida
sementara kecepatan putar impeler tetap tinggi. Kecepatan fluida
dikonversikan menjadi tekanan oleh casing sehingga fluida dapat
keluar melalui outlet. Pompa jenis ini memiliki keuntungan biaya
rendah, alirannya halus, bekerja pada kecepatan tinggi, dan memiliki
tekanan yang seragam.
Gambar 2.14. Pompa Sentrifugal
b. Pompa Aksial
Pompa aksial atau dikenal juga dengan pompa propeler
menghasilkan sebagian besar tekanannya dari propeler dan gaya
lifting dari sudu terhadap fluida. Pompa aksial terbagi menjadi dua
jenis yaitu pompa aksial vertikal (single-stage dan two-stage) dan
pompa aksial horizontal. Pada umumnya, pompa aksial yang banyak
digunakan adalah pompa aksial tipe vertikal sementara tipe
horizontal digunakan untuk kebutuhan fluida dengan debit besar dan
tekanan kecil.
16
Gambar 2.15. Pompa Aksial
c. Special-Effect Pump
Pompa jenis ini digunakan pada industri dengan kondisi tertentu.
beberapa jenis pompa yang termasuk kedalam jenis ini adalah jet-
eductor (injector), gas lift, hydraulic ram dan elektromagnetik.
Pompa injektor adalah sebuah alat yang menggunakan efek venturi
dari nozzle konvergen - divergen untuk mengkonversi energi
tekanan dari fluida bergerak menjadi energi gerak sehingga
menciptakan area bertekanan rendah dan dapat menghisap fluida di
sisi suction.
Gambar 2.16. Pompa Injeksi
Gas lift-pump adalah sebuah cara untuk mengangkat fluida di dalam
sebuah kolom dengan jalan menginjeksikan suatu gas tertentu yang
menyebabkan turunnya berat hidrostatik dari fluida tersebut
sehingga reservoir dapat mengangkatnya ke permukaan.
17
Gambar 2.17. Gas Lift-Pump
Pompa air hidraulik ram adalah pompa air siklik dengan
menggunakan tenaga hydro (Hydropower).
Gambar 2.18. Hidraulik Ram Pump
Pompa elektromagnetik adalah pompa yang menggerakan fluida
logam dengan jalan menggunakan gaya elektromagnetik.
18
2.5. Prinsip Dasar Pompa
Suatu pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeler atau lebih
yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang dipasangkan pada poros yang
berputar dan diselubungi dengan/oleh sebuah rumah (casing).Fluida
mamasuki impeler secara aksial didekat poros dan mempunyai energi
potensial, yang diberikan padanya oleh sudu-sudu. Begitu fluida
meninggalkan impeler pada kecepatan yang relatif tinggi, fluida itu
dikumpulkan didalam ‘volute’ atau suatu seri laluan diffuser yang
mentransformasikan energi kenetik menjadi tekanan (Suhendra: 2019). Ini
tentu saja diikuti oleh pengurangan kecepatan. Sesudah konversi
diselesaikan, fluida kemudian dikeluarkan dari mesin tersebut.
Adapun bagian-bagian utama pompa sentrifugal adalah poros, impeller dan
rumah pompa adalah sebagai berikut (Igor J. Karrasik, W. Krutzch, Warren
F Cincin, dkk: 1978)
Gambar 2.19. Bagian Dalam Pompa
Aksi itu sama untuk pompa-pompa dengan kekecualian bahwa volume gas
adalah berkurang begitu gas-gas tersebut melewati blower, sementara volume
19
fluida secara praktis adalah tetap begitu begitu fluida tersebut melewati
pompa.
Pompa-pompa sentrifugal pada dasarnya adalah mesin-mesin berkecepatan
tinggi (dibandingkan dengan jenis-jenis torak, rotary, atau pepindahan).
Perkembangan akhir-akhir ini pada turbin-turbin uap, dan motor-motor listrik
dan disain-disain sistem gigi kecepatan tinggi telah memperbesar pemakaian
dan penggunan pompa-pompa sentrifugal, seharusnya dapat bersaing dengan
unit-unit torak yang ada.
Garis-garis efesiensi adalah garis yang menyatakan efesiensi yang sama
untuk hubungan head dengan kapasitas atau daya dapat di tentukan batasan
putaran maksimum dan minimum dengan kata lain untuk mendapatkan
daerah operasi yang terbaik jika dilihat dari segi putaran pompa. Dan
keuntungannya adalah sebagai berikut :
a. Kontruksi yang lebih sempurna
b. Lebih mudah dioperasikan
c. Biaya perawatan yang rendah
d. Dapat di kopel langsung dengan elektromotor
Kerugiannya :
a. Effesiensi rendah pada kapasitas tinggi
b. Adanya kerugian pada pipa hisap karena bocor pada saat beroperasi
2.6. Komponen Utama Pompa
Adapun komponen utama pada pompa adalah sebagai berikut:
Gambar 2.20. Bagian – Bagian dari pompa
20
Keterangan gambar:
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.Biasanya terbuat dari asbes atau Teflon.
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. Pada pompa multistage dapat sebagai leakage
joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.
E. Vane
Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
F. Casing
Bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen
yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet
nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan
mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single
stage).
G. Eye of Impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
21
H. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi
energi kecepatanpada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga
cairan pada sisi isap secara terusmenerus akan masuk mengisi kekosongan
akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
I. Wearing Ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang
melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan
cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.
J. Bearing
Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari
poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial.
Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar
dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
2.7. Defenisi Head (Tinggi Tekan) Pompa
Head pompa adalah energi yang diberikan 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. Dasar dari penentuan tinggi
tekan (head) pompa adalah persamaan Bernoulli. Untuk aplikasi pada
instalasi pompa, persamaan Bernoulli dalam bentuk energi “head” terdiri dari
empat head, antara lain head elevasi, head tekanan, head kecepatan, dan head
kerugian (gesekan aliran). Persamaan Bernouli dalam bentuk energi head
yaitu (Tim Pertamina: 2009) :
(Z + 𝑣2
2𝑔 +
𝑝
𝜌𝑔)
1+ 𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (Z +
𝑣2
2𝑔 +
𝑝
𝜌𝑔)
2 + 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 (2.1)
𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (𝑍1 − 𝑍2 + 𝑣1
2
2𝑔 −
𝑣22
2𝑔 +
𝑝1
2𝑔 −
𝑝2
𝜌𝑔) + 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 (2.2)
𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (∆𝑍 + ∆𝑣2
2𝑔+ ∆
𝑝
𝜌𝑔) (2.3)
ℎ𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 = (∆𝑍 + ∆𝑝
𝜌𝑔) (2.4)
22
Dimana :
∆𝑍 = ℎ𝑧 = head elevasi, perbedaan tinggi muka air sisi masuk dan
keluar (m)
∆𝑣2
2𝑔 = ℎ𝑣 = head kecepatan sisi masuk dan keluar (m)
∆𝑝
𝜌𝑔 = ℎ𝑝 = head tekanan sisi masuk dan keluar (m)
𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 = head kerugian
𝐻𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = (ℎ𝑧 + ℎ𝑣 + ℎ𝑝) + 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠
2.7.1 Head Statis Total
Head statis adalah penjumlahan head elevasi dengan head tekanan.
Head statis dari head statis sisi masuk dan sisi keluar, adapun
persamaannya sebagai berikut (Sularso: 2000) :
𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑖𝑠𝑎𝑝 = (Z + 𝑝
𝜌𝑔)1
(2.5)
𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 = (Z + 𝑝
𝜌𝑔)2
(2.6)
𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 − 𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑖𝑠𝑎𝑝)
(2.7)
𝐻𝑠𝑡𝑎𝑡𝑡𝑖𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑍2 + 𝑝2
𝜌𝑔 - 𝑍1 +
𝑝1
𝜌𝑔)
(2.8)
Dimana :
ℎ𝑖 : Head statis total
ℎ𝑑 : Head statis pada sisi tekan
ℎ𝑠 : Head statis pada sisi isap
Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari
sumbu pompa (Suction lift).
Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari
sumbu pompa (Suction head).
23
Gambar 2.21 Head Statis Total
2.7.2 Head Kerugian (Loss)
Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian yang
terdiri dari kerugian gesek aliran di dalam perpipaan dan head kerugian
di dalam belokan-belokan (elbow), percabangan, dan perkatupan
(valve) (Sularso: 2000).
𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝐻𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘𝑎𝑛 + 𝐻𝑠𝑎𝑚𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 (2.9)
a. Head kerugian gesek di dalam pipa
Aliran fluida cair yang mengalir di dalam pipa adalah fluida viskos
sehingga faktor gesekan fluida dengan dinidng pipa tidak dapat
diabaikan. Untuk menghitung kerugian gesek dapat menggunakan
perumusan sebagai berikut :
𝑣 = 𝐶𝑅𝑝𝑆𝑞
Dimana :
R = 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑖𝑝𝑎
𝑠𝑎𝑙𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑙𝑢𝑖 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 (jari-jari hidrolik)
(2.10)
S = ℎ𝑓
𝐿 (gradien hidrolik) (2.11)
ℎ𝑓 = 𝑓𝐿
𝐷 ×
𝑣2
2𝑔 (head kerugian gesek dalam pipa) (2.12)
Dengan :
V = kecepatan rata-rata dalam pipa
24
C, p, q = koefisien-koefisien
f = koefisen kerugian gesek
g = percepatan gravitasi 𝑚/𝑠2
L = panjang pipa (m)
D = Diameter pipa (m)
Tabel 2.2. Perbedaan Kekasaran
Material Ft Mm
Glass,plastic 0 0
Concrete 0.0003-0.03 0.9-9
Wood stave 0.0016 0.5
Rubber, smoothed 0.000033 0.01
Copper or brass tubing 0.000005 0.0015
Cast iron 0.00085 0.26
Galvanized iron 0.0005 0.15
Wrought iron 0.00015 0.046
Stainless steel 0.000007 0.002
Commercial steel 0.00015 0.045
Sumber : Fluid Mechanicsedition 4 By Frank M.White
Perhitungan kerugian di dalam pipa dipengaruhi oleh pola aliran,
untuk aliran laminar dan turbulen akan menghasilkan nilai koefisien
yang berbeda. Hal ini dikarenakan karakteristik dari aliran tersebut.
Adapun rumus yang dipakai adalah sebagai berikut :
Aliran Laminar (Re < 2300)
λ = 64
𝑅𝑒 (2.13)
Aliran Turbulen (Re < 4000)
λ = 0,02 + 0,0005
𝐷 (2.14)
Sedangkan untuk mencari nilai Re dengan diketahui kapasitas
pompa dan ukuran penampang, maka rumus mencari nilai bilangan
Reeynold menjadi
25
Re = 𝑉𝑠𝑑𝑖𝑠
𝑣 (2.15)
Dengan :
Re = Bilangan Reynold
υ = viskositas kinematik
dis= diameter dalam pipa
Sehingga untuk mencari faktor gesek (f) didapat dengan cara yang
dijelaskan dengan persamaan di bawah ini :
f = 0.0001375 [1 + (2000𝑘
𝑑𝑖𝑠+
106
𝑅𝑒)
1/3
] (2.16)
b. Head kerugian di dalam jalur pipa
Kerugian head jenis ini terjadi karena fluida mengalami gangguan
aliran sehingga mengurangi energi alirannya. Secara umum rumus
kerugian head ini adalah yang ditunjukan pada persamaan (2.17),
dimana :
ℎ𝑙 = 𝑓.𝑣2
2𝑔 (2.17)
Tabel.2.3. Factor K Alat Kelengkapan Pipa Ulir Dan Alat Kelengkapan Flens
(Ashrae Fundamentals Handbook: 2001)
26
Kerugian head ini banyak terjadi pada:
a) Belokan ( Elbow )
b) Perkatupan sepanjang jalur pipa
Pemasangan katup pada pompa adalah untuk pengontrolan
kapaasitas, tetapi dengan pemasangan katup tersebut akan
mengakibatkan kerugian energi aliran karena aliran dihambat.
Dari uraian di atas secara umum head kerugian total pompa dapat
dituliskan sebagai berikut :
𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 = ℎ𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 + ℎ𝑣 + ℎ𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘𝑎𝑛 + ℎ𝑠𝑎𝑚𝑏𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛
(2.18)
2.7.3 Head Total
Head total pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan air dengan
kapasitas yang telah ditentukan dari kondisi instalasi pompa yang akan
dilayani. Pada gambar di bawah ini (gambar 2.9) head total dapat
dirumuskan sebagai berikut:
Gambar 2.22 Instalasi Pompa dan Head Total
𝐻 = ℎ𝑠 + ∆ℎ𝑝 + ℎ𝑙 + 𝑣2
2𝑔 (2.19)
Dimana :
ℎ𝑠 = head statis total (Perbedaan tinggi muka air sisi keluar dan masuk.
ℎ𝑎 = ℎ𝑑 – ℎ𝑠)
∆ℎ𝑝 = perbedaan head tekan yang berada pada permukaan air (∆ℎ𝑝 =
ℎ𝑝2 - ℎ𝑝1)
27
ℎ𝑙 = berbagai kerugian head di perpipaan, katup, belokan, sambungnan,
dan lain-lain
𝑣2
2𝑔 = head kecepatan luar
2.8. Performansi Pompa
2.8.1 Kapasitas Pompa Sentrifugal
Kapasitas dari suatu pompa sentrifugal dapat dinyatakan dengan rumus
berikut:
Q = V.A V = 𝑄
𝐴 (2.20)
Dimana, bila untuk menghitung kecepatan alirannya menjadi:
𝑉𝑠 = 𝑄𝑃
𝐴𝑠 =
𝑄𝜋
4 × (𝐷)2
(2.21)
Dengan :
Q = Kapasitas Pompa (m)
V = Kecepatan aliran (m/s)
𝐴𝑠 = Luas Penampang Pipa (m2)
𝑑𝑖𝑠 = diameter dalam pipa (m)
2.8.2 Kecepatan Spesifik
Jenis impeller yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada
putaran spesifiknya. Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan
pompa untuk menghasilkan 1 m degan kapasitas 1 m3/s, dan dihitung
berdasarkan (Agustin H. Church: 1986)
𝑛𝑠 = 51,64 𝑛
𝑝√𝑄
𝐻𝑝0,75 (2.22)
Dimana :
𝑛𝑠 = kecepatan spesifik
𝑛 = putaran pompa (rpm)
Q = kapasitas pompa (m3/s)
𝐻𝑝 = head pompa (m)
28
2.8.3 Hubungan antara Kapasitas dengan Efisiensi Pompa Sentrifugal
Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diberikan pompa
kepada fluida dengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa.
Berubahnya kapasitas akan mempengaruhi efisiensi pompa dan daya
pompa.
Untuk menghitung efisiensi pompa, maka ada beberapa hal yang perlu
diperhitungkan yang nantinya akan mempenagruhi efisiensi pompa
seperti rugi-rugi yang terjadi pada pompa disebabkan oleh adanya
kebocoran, kerugian hidrolis, kerugian karena gesekan pada impeller
serta kerugian mekanis pada bantalan dan elemen berputar lainnya yang
dinyatakan pada persamaan 23 berikut ini :
BHP = FHP + HPL + HPDF + HPH + HPM (2.23)
Dimana :
FHP = daya kuda fluida (Hp)
HPL = daya kuda untuk mengatasi kebocoran yang terjadi (Hp)
HPDF = daya kuda untuk mengatasi gesekan pada cakra (Hp)
HPH = daya kuda untuk mengatasi kerugian hidrolis (Hp)
Sehingga untuk efisiensi pompa (η) dapat dicari dengan menggunakan
persamaan 24 (Austin H Chruch: 1986)
η = 𝐹𝐻𝑃
𝐵𝐻𝑃 × 100% (2.24)
Dimana daya kuda fluida (FHP) dapat diketahui dengan menggunakan
persamaan (Austin H Chruch: 1986) :
FHP = 𝛾𝑄𝐻
75 (2.25)
Dengan :
γ = berat jenis cairan yang dipompa
Q = kapasitas pompa
H = head aktual (m)
Besar daya kuda untuk mengatasi kebocoran dapat diketahui dengan
menggunakan persamaan (AJ Stepanov: 1957) :
29
HPL = 𝛾𝑄𝐿𝐻
75 (2.26)
Dengan :
γ = berat jenis cairan yang dipompa
QL = jumlah kebocoran total yang terjadi (0.1 Q m3/s)
H = head pompa (m)
Besar daya kuda yang dipakai untuk mengatasi gesekan pada
cakra/impeller dapat diketahui dengan menggunakan persamaan
(Stephen Lazarkeiwick: 1965) :
hpdf = 0,16 × 𝛾 (𝑛
1000)
3
d5 (2.27)
Dengan :
γ= berat jenis fluida
n = putaran poros
d = dimeter impeller
Daya kuda untuk mengatasi kerugian hidrolis (HPH) dapat diketahui
dengan menggunakan persamaan (Austin H Church: 1986) :
HPH = 𝛾𝑄′ℎ𝑙𝑠
75 (2.28)
Dengan :
γ = berat jenis fluida
Q’ = kapsitas aliran ditambah kebocorn yang terjadi (1.1Q m3/s)
hls = kerugian hidrolis (m)
a. Hal yang mempengaruhi efisiensi pompa
Berbagai pengaruh pada pompa yang bisa menurunkan atau menaikan
efisiensinya. Adapun factor-faktor lain yang juga mempengaruhi dari
efisiensi pompa adalah sebagai berikut ini :
a) Kondisi permukaan pada permukaan dalam pompa.
b) Kerugian mekanis dari pompa
c) Diameter impeller
d) Kekentalan zat cair.
e) Kondisi zat cair yang dipompa
30
2.8.4 Daya Pompa Sentrifugal
Besarnya energi atau daya yang dibutuhkan untuk memutar poros pompa
dipengaruhi oleh kapasitas pompa, tinggi tekan total pompa, berat jenis
fluida yang dipompakan, serta efisiensi total pompa tersebut. Daya yang
dibutuhkan untuk memutar poros pompa (Psh) dirumuskan dengan
persamaan (Stephen Lazarkiewics: 1965)
Dengan :
Np = daya yang dibutuhkan pompa (kW)
Q = kapasitas pompa (m3/det)
H = Head total pompa (m)
γ = berat jenis fluida yang dipompa (kg/m3)
η = efisiensi total pompa
2.9 Kavitasi Pompa
2.9.1 Tekanan Uap Zat Cair
Tekanan uap dari zat cair adalah tekanan mutlak pada temperatur
tertentu dimana pada kondisi tersebut zat cair akan menguap atau
berubah fase dari cairan menjadi gas. Tekanan uap zat cair naik
demikian juga dengan temperatur zat cair tersebut. Pada tekanan
atmosfer temperatur pendidihan air pada suhu 100ºC, akan tetapi
apabila kondisi tekanan zat cair tersebut diturunkan tekanannya
dibawah 1 atm proses pendidihan memerlukan temperatur kurang dari
100ºC. Kondisi sebaliknya apabila kondisi tekanan zat cair naik labih
dari 1 atm maka akan dibutuhkan temperatur yang lebih tinggi dari
100ºC.
Pada instalasi pompa penurunan tekanan terjadi disepanjang perpipaan
terutama bagian pipa isap, didalam pompa sendiri penurunan tekanan
pompa terjadi pada bagian nosel isap, karena dibagian tersebut terjadi
penyempitan saluran yang mengakibatkan kenaikan kecepatan dan
penurunan tekanan.
31
2.9.2 Proses Terjadinya Kavitasi
Pada gambar 2.10 dan 2.11 terlihat terjadinya proses kavitasi di pompa.
Kavitasi terjadi bila tekanan fluida pada saat memasuki pompa turun
hingga di bawah tekanan uap jenuhnya (pada temperatur lingkungan),
gelembung-gelembung uap kecil akan mulai terbentuk. Gelembung-
gelembung uap ini akan terbawa oleh aliran fluida dan masuk pada
daerah yang bertekanan lebih tinggi, sehingga gelembung akan pecah
dan menimbulkan suara berisik dan getaran. Selain itu performansi
pompa akan turun secara tiba-tiba sehingga pompa tidak dapat
beroperasi dengan baik. Jika pompa dijalankan dalam keadaaan kavitasi
secara terus-menerus dalam jangka waktu lama, maka permukaan
dinding saluran di sekitar aliran akan termakan sehingga menjadi
berlubang-lubang. Peristiwa ini yang dinamakan erosi kavitasi, sebagai
akibat tumbukan gelembung-gelembung uap yang pecah pada dinding
secara terus-menerus.
Gambar 2.23 Proses Kavitasi Pada Pompa
Gambar 2.24 Proses Kavitasi Pada Pompa
32
Bagian–bagian yang sering terkena kavitasi adalah sudu-sudu impeler
dan difuser dan juga bagian dalam dinding rumah pompa. Pada pompa
diagonal dan pompa aksial (propeller pumps), kavitasi terjadi pada sudu
impeller dekat sisi masuk, pada bagian dalam dari dinding rumah
pompa, dan pada sisi masuk sudu difuser.
Penurunan tekanan pada umumnya disebabkan oleh beberapa hal,
antara lain :
a) Kenaikan gaya angkat statis (static lift) dari pompa sentrifugal.
b) Penurunan tekanan atmosfer seiring dengan bertambahnya
ketinggian/elevasi.
c) Penurunan tekanan absolut sistem, seperti dijumpai pada
pemompaan fluida dari tabung vakum.
d) Kenaikan temperatur fluida yang dipompa.
Secara umum dapat disimpulkan bahwa terjadinya kavitasi akan
mengakibatkan beberapa kerugian sebagai berikut :
a) Penurunan head dan kapasitas pemompaan
b) Penurunan efisiensi pompa
c) Pecahnya gelembung-gelembung uap saat melalui daerah yang
bertekanan lebih tinggi akan menyebabkan suara berisik, getaran
dan kerusakan pada beberapa komponen terutama impeler dan
difuser.
2.9.3 Faktor Penyebab Terjadinya Kavitasi
1. Penguapan (Vaporization)
Fluida menguap bila tekanannya menjadi sangat rendah atau
temperaturnya menjadi sangat tinggi. Setiap pompa sentrifugal
memerlukan head (tekanan) pada sisi isap untuk mencegah
penguapan. Tekanan yang diperlukan ini, disiapkan oleh pabrik
pembuat pompa dan dihitung berdasarkan asumsi bahwa air yang
dipompakan adalah 'fresh water' pada suhu 68°F.
33
Dan ini disebut Net Positive Suction Head Available ( NPSHA ).
Karena ada pengurangan tekanan ( head losses ) pada sisi suction (
karena adanya valve, elbow, reduser, dll ), maka perhitungan head
total pada sisi suction dan biasa disebut Net Positive Suction Head is
Required (NPSHR). Nilai keduanya mempengaruhi terjadinya
penguapan, maka untuk mencegah penguapan, syaratnya adalah:
NPSHA – Vp ≥ NPSHR
Dimana :
Vp = Vapor pressure fluida yang dipompa
2. Masuknya Udara Luar ke Dalam Sistem (Air Ingestion)
Pompa sentrifugal hanya mampu mengendalikan 0.5% udara dari
total volume. Lebih dari 6% udara, akibatnya bisa sangat berbahaya,
dapat merusak komponen pompa.
Udara dapat masuk ke dalam sistem melalui beberapa sebab, antara
lain:
a) Dari packing stuffing box.
Ini terjadi jika pompa dari kondensor, evaporator, atau peralatan
lainnya bekerja pada kondisi vakum,
b) letak valve di atas garis permukaan air (water line),
c) flens ( sambungan pipa ) yang bocor,
d) tarikan udara melalui pusaran cairan (vortexing fluyd),
e) jika 'bypass line' letaknya terlalu dekat dengan sisi isap, hal ini
akan menambah suhu udara pada sisi isap,
f) berkurangnya fluida pada sisi isap, hal ini dapat terjadi jika level
cairan terlalu rendah.
Keduanya, baik penguapan maupun masuknya udara ke dalam
sistem berpengaruh besar terhadap kinerja pompa, yaitu pada saat
gelembung - gelembung udara itu pecah ketika melewati 'eye
34
impeller' sampai pada sisi keluar (sisi dengan tekanan yang lebih
tinggi). Terkadang, dalam beberapa kasus dapat merusak impeller
atau casing. Pengaruh terbesar dari adanya jebakan udara ini adalah
berkurangnya kapasitas pompa.
3. Sirkulasi Balik di Dalam Sistem (Internal Recirculation)
Kondisi ini dapat terlihat pada sudut terluar (leading edge) impeller,
dekat dengan diameter luar, berputar balik ke bagian tengah kipas.
Ia dapat juga terjadi pada sisi awal isap pompa. Efek putaran balik
ini dapat menambah kecepatannya sampai ia menguap dan kemudian
'pecah' ketika melalui tempat yang tekanannya lebih tinggi. Ini selalu
terjadi pada pompa dengan NPSHA yang rendah. Untuk mengatasi
hal tersebut, kita harus tahu nilai Suction Spesific Speed, yang dapat
digunakan untuk mengontrol pompa saat beroperasi, berapa nilai
terdekat yang teraman terhadap nilai BEP (Best Efficiency Point)
pompa yang harus diambil untuk mencegah terjadinya masalah.
4. Pergolakan Aliran (Turbulence)
Aliran fluida diinginkan pada kecepatan yang konstan. Korosi dan
hambatan yang ada pada sistem perpipaan dapat merubah kecepatan
fluida dan setiap ada perubahan kecepatan, tekanannya juga berubah.
Untuk menghambat hal tersebut, perlu dilakukan perancangan
sistem perpipaan yang baik. Antara lain memenuhi kondisi jarak
minimum antara suction pump dengan elbow yang pertama minimal
sepuluh kali diameter pipa. Pada pengaturan banyak pompa, pasang
suction bells pada bays yang terpisah, sehingga satu sisi isap pompa
tidak akan mengganggu yang lainnya. Jika ini tidak memungkinkan,
beberapa buah pompa bisa dipasang pada satu bak isap ( sump ) yang
besar, dengan syarat sebagai berikut:
a) Posisi pompa tegak lurus dengan arah aliran,
b) jarak antara dua 'center line' pompa minimum dua kali suction
diameter,
35
c) semua pompa dalam keadaan 'runing',
d) bagian piping upstream paling tidak memiliki pipa yang lurus
dengan panjang minimal 10x diameter pipa,
e) setiap pompa harus memiliki kapasitas kurang dari 15.000 gpm,
f) batas toleransi dasar pompa seharusnya sekitar 30% diameter
pipa isap.
5. Vane Passing Syndrome
Kerusakan akibat kavitasi jenis ini terjadi ketika diameter luar
impeller lewat terlalu dekat dengan 'cutwater' pompa. Kecepatan
aliran fluida ini bertambah tatkala alirannya melalui lintasan kecil
tersebut, tekanan berkurang dan menyebabkan penguapan lokal.
Gelembung udara yang terbentuk kemudian pecah pada tempat yang
memiliki tekanan yang lebih tinggi, sedikit diluar alur cutwater. Hal
inilah yang menyebabkan kerusakan pada volute (rumah keong)
pompa. Untuk mencegah pergerakan poros yang berlebihan,
beberapa pabrik pembuat memasang bulkhead rings pada suction
eye. Pada sisi keluar (discharge), ring dapat dibuat untuk
memperpanjang sisi keluar dari dinding discharge sampai selubung
impeller.
2.9.4 Akibat Terjadinya Kavitasi
1. Kapasitas Pompa Berkurang
Ini terjadi karena gelembung-gelembung udara banyak mengambil
tempat (space), dan kita tidak bisa memompa cairan dan udara pada
tempat dan waktu yang sama. Otomatis cairan yang diperlukan
menjadi berkurang. Jika gelembung itu besar pada eye impeller,
pompa akan kehilangan pemasukan dan akhirnya perlu priming
(tambahan cairan pada sisi isap untuk menghilangkan udara).
36
2. Tekanan ( Head ) Kadang Berkurang
Gelembung-gelembung tidak seperti cairan. Ia dapat dikompresi
(compressible). Hasil kompresi ini yang menggantikan head,
sehingga head pompa sebenarnya menjadi berkurang.
3. Pembentukan Gelembung
Pada tekanan rendah karena mereka tidak bisa terbentuk pada
tekanan tinggi. Jika kecepatan fluida bertambah, maka tekanan
fluida akan berkurang. Ini artinya kecepatan fluida yang tinggi pasti
di daerah bertekanan rendah. Ini akan menjadi masalah setiap saat
jika ada aliran fluida melalui pipa terbatas, volute, atau perubahan
arah yang mendadak. Keadaan ini sama dengan aliran fluida pada
penampang kecil antara ujung impeller dengan volute cut water.
4. Bagian-bagian Pompa Rusak
Gelembung - gelembung itu pecah di dalam dirinya sendiri. Ini
dinamakan imploding kebalikan dari exploding. Gelembung-
gelembung itu pecah dari segala sisi, tetapi bila ia jatuh menghantam
bagian dari metal seperti impeller atau voluteia tidak bisa pecah dari
sisi tersebut, maka cairan masuk dari sisi kebalikannya pada
kecepatan yang tinggi dilanjutkan dengan gelombang kejutan yang
mampu merusak bagian pompa. Ada bentuk yang unik, yaitu bentuk
lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal seperti dipukul dengan
'ball peen hammer'.
Kerusakan ini kebanyakan terjadi membentuk sudut ke kanan pada
metal, tetapi pengalaman menunjukkan bahwa kecepatan tinggi
cairan kelihatannya datang dari segala sudut.
Semakin tinggi kapasitas pompa, semakin memungkinkan terjadinya
kavitasi. Nilai specific speed pump yang tinggi mempunyai bentuk
impeller yang memungkinkan untuk beroperasi pada kapasitas yang
tinggi dengan power yang rendah dan kecil kemungkinan terjadi
kavitasi. Hal ini biasanya dijumpai pada casing yang berbentuk pipa
dari pada casing yang berbentuk volute.
37
2.9.5 Pencegahan Kavitasi
Cara menghindari proses kavitasi yang paling tepat adalah dengan
memasang instalasi pompa dengan NPSH yang tersedia lebih besar dari
pada NPSH yang diperlukan. NPSH yang tersedia bisa diusahakan oleh
pemakai pompa sehingga nilainya lebih besar dari NPSH yang
diperlukan. Berikut ini hal-hal yang diperlukan untuk instalasi pompa :
a) Ketinggihan letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap
harus dibuat serendah mungkin agar head isap statis lebih rendah
pula. Pipa Isap harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa
dipakai pipa isap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang
berdiameter satu nomer lebih besar untuk mengurangi kerugian
gesek.
b) Tidak dibenarkan untuk mengurangi laju aliran dengan
menghambat aliran disisi isap.
c) Head total pompa harus ditentukan sedemikian hingga sesuai
dengan yang diperlukan pada kondisi operasi yang sesungguhnya.
d) Jika head pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head
terendah harus diadakan pengamanan terhadap terjadinya kavitasi.
Dalam beberapa hal terjadiny akavitasi tidak dapat dihindari dan
tidak mempengarui performa pompa, sehingga perlu dipilih bahan
impeler yang tahan erosi karena kavitasi.
2.10 Nett Posstive Suction Head ( NPSH ) sebagai parameter Kavitasi
Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai di
bawah tekakan uap jenuhnya. Jadi, untuk menghindari kavitasi harus
diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran di dalam pompa yang
mempunyai tekanan statis lebih rendah atau tekanan uap jenuh cairan pada
temperatur yang bersangkutan. Oleh karena itu, perlu diperhatikan dua jenis
tekanan yang memegamg peranan penting yang dipakai sebagai ukuran
keamanan pompa terhadap kavitasi. Yaitu tekanan yang ditentukan oleh
kondisi lingkungan tempat pompa dipasang dan tekanan yang ditentukan oleh
keadaan aliran di dalam pompa.
38
2.10.1 NPSH yang Tersedia ( NPSH Available )
Head isap positif netto yang tersedia atau NPSH available (NPSHa)
merupakan head yang dimiliki fluida pada sisi isap pompa (ekivalen
dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi dengan tekanan
uap jenuh fluida di tempat tersebut. Perhitungan NPSH available
dilakukan berdasarkan instalasi dan posisi/letak pompa, beberapa di
antaranya seperti berikut ini :
a) Pompa menghisap cairan dari tempat terbuka, posisi pompa di atas
permukaan cairan yang dihisap
Gambar 2.25 Instalasi dengan posisi pompa di atas permukaan cairan isap
b) Pompa menghisap cairan dari tangki terbuka, posisi pompa di
bawah permukaan cairan yang dihisap
Gambar 2.26 Instalasi dengan posisi pompa di bawah permukaan cairan isap
c) Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, letak pompa di
bawah cairan yang dihisap
39
Gambar 2.27 Instalasi dengan posisi pompa di bawah tangki isap tertutup
d) Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, pompa terletak di
atas permukaan yang dihisap
Gambar 2.28 Instalasi pompa dengan posisi pompa di atas tangki
isap tertutup
Besarnya NPSH yang tersedia untuk empat sistem di atas dapat
dirumuskan sebagai berikut:
NPSHa = Hsp ± 𝐻𝑠 - 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣𝑝
(2.30)
Dimana :
Hsp = tekanan atmosfer
𝐻𝑣𝑝 = tekanan uap jenuh
𝐻𝑠 = head isap statis
(+) untuk kondisi pompa di bawah permukaan cairan yang dihisap
(-) untuk kondisi pompa di atas permukaan cairan yang dihisap
𝐻𝑓 = head kerugian isap
40
Kavitasi akan terjadi apabila tekanan zat cair yang dipompa berada
dibawah tekanan uap jenuh zat cair tersebut, untuk menghindari
terjadinya kavitasi maka diusahakan agar tidak ada satu daerahpun
dalam proses pemompan yang memiliki tekanan dibawah tekanan uap
jenuh cairan pada temperatur operasi pemompaan. Terjadinya kavitasi
mempunyai kaitan dengan kondisi pompa pada sisi isap. Tekanan isap
minimum yang dimiliki pompa sehingga mampu memasukkan cairan
kepompa disebut net positive suction head (NPSH). Besarnya NPSH
dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain :
a) Tekanan absolut pada permukaan cairan yang dipompa.
b) Tekanan uap jenuh dari fluida yang dipompa pada temperatur
cairannya.
c) Ketinggian cairan dari poros pompa.
d) Kerugian yang disebabkan oleh gesekan atau turbulensi aliran
dalam pipa isap antar permukaan cairan hingga ke pompa.
2.10.2 Net Postive Head Required (NPSHr)
Head isap positif netto yang diperlukan atau NPSH Required (NPSHr)
adalah head minimal yang diperlukan untuk mencegah kavitasi pada
laju aliran fluida yang diberikan. Besarnya harga NPSHr biasanya
ditentukan dari pabrik pembuat pompa melalui beberapa pengujian.
Agar pompa dapat beroperasi dengan aman dan terhindar dari peristiwa
kavitasi, maka sebagai syarat utama adalah harga NPSH yang tersedia
(NPSHa) harus lebih besar daripada NPSH yang diperlukan (NPSHr).
Besarnya NPSHr berbeda untuk setiap pompa. Untuk suatu pompa
tertentu, NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan
pompanya. Adapun persamaan untuk menghitung NPSHr yaitu :
NPSHr = 𝜎𝐻N (2.31)
Dimana :
NPSHr = NPSH yang diperlukan
𝜎 = Koefisien kavitasi Thoma
𝐻N = Head Total pompa
41
Dimana, dalam mencari koefisien kavitasi Thoma, digunakan grafik
yang terdapat pada gambar 2.16 dengan cara interpolasi. Selain
mempergunakan koefisien thoma, sering juga dipergunakan bilangan
kecepatan spesifik isap S sebagai pengganti perhitungan dengan . Harga
S untuk pompa-pompa berbentuk umum adalah 1200. Harga ini tidak
tergantung pada ns. Sehingga persamaan NPSHr menjadi :
NPSHr = (𝑛
𝑠)
4/3
× 𝑄𝑁2/3 (2.32)
Dimana :
NPSHr = NPSH yang diperlukan
𝑄𝑁 = kapasitas pompa (m3/menit)
n = kecepatan spesifik pompa (rpm)
s = bilangan kecepatan spsesifik isap (1200)
Gambar 2.29 Hubungan antara koefisien kavitasi dan kecepatan
spesifik
42
2.11. Kurva – kurva Prestasi dan Kavitasi Pompa
Untuk pompa centrifugal yang beroperasi pada kecepatan konstan, laju aliran
yang melalui pompa adalah bergantung pada perbedaan tekanan atau
head pada pompa. Semakin rendah head pompa, semakin tinggi laju aliran.
Buku manual untuk pompa spesifik biasanya mengandung kurva laju aliran
pompa versus head pompa yang disebut kurva karakteristik pompa. Setelah
pompa diinstalasi pada sistem, pompa biasanya diuji untuk menjamin bahwa
laju aliran dan head pompa berada dalam spesifikasi yang dibutuhkan. Tipikal
Kurva karakteristik pompa centrifugal ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.30. Kurva Pompa Feeding Boiler
43
Ada beberapa istilah yang berhubungan dengan kurva karakteristik pompa
yang harus didefinisikan. Shutoff head adalah head maksimum yang dapat
dikembangkan oleh pompa centrifugal yang beroperasi pada kecepatan
tertentu. Pump runout adalah aliran maksimum yang dapat dikembangkan
oleh pompa centrifugal tanpa merusak pompa. Pompa sentrifugal harus
didesain dan dioperasikan serta dilindungi dari kondisi pump runout atau
operasi pada shutoff head.