92BAB IVKARAKTERISTIK POMPA1. 2. 3. 4. 4.1. Tujuan Percobaan Menentukan hubungan antara efisiensi kerja pompa terhadap laju alir. Menentukan hubungan antara daya pompa terhadap laju alir. Menentukan hubungan antara tinggi tekan terhadap laju alir.4.2. Tinjauan PustakaPompa adalah mesin atau alat untuk memindahkan fluida incompressible (Geankoplis,1997). Selama bertahun-tahunpompadengan banyakdesaintelah banyak dikembangkanuntuk memenuhi kebutuhandengan kondisi yang berbeda-beda.Hal yang perlu diperhatikan dalam menentukanaplikasiperpompaan adalah tekanan hisap dan keluar pompa,tekananyang hilang akibat adanya friksi dalam pipa, danlaju aliran.Pompa terbagi menjadi 4 jenis utama: Pompa perpindahan positif (positive displacement), Pompa kinetik (dynamic) Lift pump Pompa elektromagnetik (Perry, 1999).Menurut prinsip kerjanya, pompa diklasifikasikan menjadi: 1. Positive Displacement Pump Pompa yang menghasilkan kapasitas intermitten karena fluidanya ditekan dalam elemen-elemen pompa dengan volume tertentu. Jadi, fluida yang masuk kemudian dipindahkan ke sisi buang sehingga tidak ada kebocoran (aliran balik) dari sisi buang ke sisi masuk. Pompa jenis ini menghasilkan head yang tinggi dengan kapasitas yang rendah. Perubahan energi yang terjadi pada pompa ini adalah energi mekanik yang diubah langsung manjadi energi potensial. Macam-macam positive displacement pump: a. Pompa Piston Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya selubung putar akan menyebabkan piston bergerak naik-turun sesuai dengan ujung piston di atas piring dakian. Fluida terisap ke dalam silinder dan kemudian ditukar ke saluran buang akibat gerakan turun-naiknya piston. Bertemunya rongga silindris piston 73pada selubung putar dengan saluran isap dan tekan yang terdapat pada alat berkatup. Pompa ini diproduksi untuk memenuhi kebutuhan head yang sangat tinggi dengan kapasitas aliran rendah. Dalam aplikasinya pompa piston banyak digunakan untuk keperluan pemenuhan tenaga hidrolik pesawat angkat.

Gambar 4.1. pompa pistonb. Pompa Roda Gigi Prinsip kerjanya adalah berputarnya dua buah roda gigi berpasangan yang terletak antara rumah pompa dan menghisap serta menekan fluida yang mengisi ruangan antar roda gigi (yang dibatasi oleh gigi dan rumah pompa) ditekan ke sisi buang akibat terisinya ruang anatara roda gigi pasangannya. Pompa ini biasanya digunakan untuk memenuhi kebutuhan head tinggi dengan kapasitas aliran sangat rendah. Dalam aplikasinya, pompa ini digunakan untuk pelumas.

Gambar 4.2. pompa roda gigic. Pompa Torak Prinsip kerjanya adalah torak melakukan gerakan isap terbuka dan katup tekan tertutup. Sedangkan pada saat torak mulaimelakukan gerakan tekan, katup isap tertutup dan katup tekan terbuka. Kemudian fluida yang tadinya terisap dibuang pada katup tekan. Pompa ini biasa digunakan untuk memenuhi head tinggi dengan kapasitas rendah. Dalam aplikasinya pompa torak banyak digunakan untuk pemenuhan tenaga hidrolik.74

Gambar 4.3. pompa torak2. Pompa Dinamik Pompa dinamik adalah pompa yang ruang kerjanya tidak berubah selama pompa bekerja. Pompa ini memiliki elemen utama sebuah rotor dengan satu impeller yang berputar dengan kecepatan tinggi. Fluida masuk dipercepat oleh impeller yang menaikkan kecepatan absolut fluida maupun tekanannya dan melemparkan aliran melalui volut (Rudianto,2009). Yang tergolong pompa dinamik antara lain: a. Pompa Aksial Pompa aliran aksial berbeda dari aliran radial dalam cairan masuk dan keluar sepanjang arah sejajar sama denganberputar poros. Cairan tidak dipercepat melainkan "diangkat" oleh aksi impeller . Mereka dapat disamakan dengan baling-baling berputar dalam panjang tabung . Pompa aliran aksial beroperasi pada tekanan jauh lebih rendah dan tingkat aliran tinggi dari pompa aliran radial. Prinsip kerja pompa ini adalah sebagai berikut: Dalam aplikasinya pompa jenis ini banyak digunakan untuk irigasi (http:/ / creativecommons. org/ licenses/ by-sa/ 3. 0/.)

Gambar 4.4. pompa aksialb. Pompa Sentrifugal 75Sebuah pompa sentrifugal adalah pompa rotodynamic yang menggunakan impeller yang berputar untuk meningkatkan tekanan dan tingkat dari aliran cairan. Pompa sentrifugal adalah jenis yang paling umum dari pompa digunakan untuk memindahkan cairan melalui sistem perpipaan. Cairan memasuki impeller pompa bersama atau dekat dengan sumbu berputar dan dipercepat oleh impeller, mengalir secara radialluar atau secara aksial ke diffuser atau volute ruang, dari mana ia keluar kedalam sistem perpipaan hilir. Pompa sentrifugal biasanya digunakan untuk debit besar melalui kepala lebih kecil. Pompa sentrifugal yang paling sering dikaitkan dengan jenis aliran radial. Namun, istilah "pompa sentrifugal" dapat digunakan untuk menggambarkan semua jenis impeller pompa rotodynamic termasuk radial, aksial dan variasi aliran campuran (http:/ / creativecommons. org/ licenses/ by-sa/ 3. 0/.).

Gambar 4.5. pompa sentrifugalKlasifikasi pompa sentrifugal: Pompa Volut Aliran yang keluar dari impeller pompa volut ditampung dalam volut, yang selanjutnya akan dialirkan memalui nozzle untuk keluar (Rudianto, 2009).

Gambar 4.6. pompa volut Pompa Hydraulic Ramp 76Sebuah ram hidrolik adalah pompa air didukung oleh tenaga air .Ini berfungsi sebagai transformator hidrolik yang mengambil air di salah satu "pusat hidrolik" (tekanan dan aliran rate dan output air pada tinggi hidrolik-kepala dan bawah aliran-tingkat). Perangkat ini menggunakan efek water hammer untuk mengembangkan tekanan yang memungkinkan sebagian air masukan yang kekuatan pompa yang akan diangkat ke titik yang lebih tinggi dari manaair awalnya dimulai. Ram hidrolik kadang-kadang digunakan di daerah terpencil, di mana ada baik sumber rendah kepala tenaga air, dan perlu untuk memompa air ke tujuan yang lebih tinggi di ketinggian dari sumber. Dalam situasi ini, ram sering berguna, karena tidak memerlukan sumber luar kekuasaan selain energi kinetik air yang mengalir campuran (http:/ / creativecommons. org/ licenses/ by-sa/ 3. 0/.).

Gambar 4.7. Hydraulic Ramp Pompa Benam Pompa benam menggunakan daya listrik untuk menggerakkan motor. Motor itu mempunyai poros yang tegak lurus dengan impeller. Karena kedudukan impeller satu poros dengan motor, maka bila motor bekerja, impeller akan berputar dan air yang berada pada bak isapan terangkat oleh sudu yang terdapat pada impeller. Untuk menahan air yang telah diisap oleh impeller, supaya tidak bocor kembali ke bak isapan, air ditahan oleh lower difusser yang berada di bagian bawah pompa (Rudianto, 2009).

Gambar 4.8. pompa benam

77

Tabel 4.1. Data yang diperlukan dalam pemilihan pompa (http://www.pumpschool.com)No.Data Yang DiperlukanKeterangan

1.KapasitasDiperlukan juga keterangan mengenai kapasitas maksimum dan minimum

2.Kondisi Isap (suction)Tinggi isap dari permukaan air isap ke level pompa. Tinggi flukstuasi permukaan air isap. Tekanan yang bekerja pada permukaan air isap. Kondisi pipa isap.

3.Kondisi Tekan (discharge)Tinggi permukaan air keluar ke level pompa. Tinggi fluktuasi permukaan air keluar. Besarnya tekanan pada permukaan air keluar. Kondisi pipa keluar.

4.Head total pompaHarus ditentukan berdasarkan kondisi-kondisi diatas

5.Jenis zat cairAir tawar, air laut, minyak, zat cair khusus (zat kimia), temperatur, berat jenis, viskositas, kandungan zat padat.

6.Jumlah pompaDitentukan berdasarkan kebutuhan

7.Kondisi kerjaKerja terus-menerus, terputus-putus, jumlah jam kerja seluruhnya dalam setahun

8.PenggerakMotor listrik, motor bakar torak, turbin uap.

9.Poros tegak atau mendatarHal ini kadang ditentukan oleh pabrik pompa yang bersangkutan berdasarkan instalasinya.

10.Tempat instalasiPembatasan-pembatasan pada ruang instalasi, ketinggian diatas permukaan air, diluar atau di dalam gedung, flukstuasi suhu.

78

Gambar 4.9 Kurva karakteristik pompa sentrifugal (Geankoplis,1997).Efisiensi pompa adalah rasio antara daya fluida dengan total daya yang masuk MCabe, 1986). Efisiensi pompa juga didefinisikan sebagai rasio kekuatan disampaikan pada fluida oleh pompa dalam kaitannya dengan kekuasaandisediakan untuk menggerakkan pompa (http:/ / creativecommons. org/ licenses/ by-sa/ 3. 0/.).Fitting adalah alat penyambung yang digunakan untuk merubah arah aliran atau memperkecil jalur pipa. Macam-macam Fitting antara lain:1. Siku (Elbow)Siku dalam system perpipaan digunakan untuk mengubah arah aliran fluida dengan menyambungkan sebuah pipa dengan pipa yang lain. Siku adalah pipa Fitting dipasang antara dua batang pipa atau tabung untuk memungkinkan perubahan arah, biasanya 90 atau 45 .2. Pemerkecil (Reducer)Reducer adalah komponen dalam pipa yang mengurangi pipa ukuran dari yang lebih besar untuk menanggung yang lebih kecil (dalam diameter). Panjang pengurangan biasanya sama dengan rata-rata diameter pipa yang lebih besar dan lebih kecil. Ada dua jenis utama dari consentric reducer dan eccentric reducer. Reducer dapat digunakan baik sebagai nozzle atau diffuser tergantung pada jumlah mach aliran.3. Fitting Tee Sambungan T (Fitting tee) merupakan jenis sambungan yang paling umum digunakan. Jenios Fitting T yaitu tee equal dan Fitting tee non equal. Digunakan untuk menggabungkan dua aliran fluida (split) dari arah yang berlawanan.

794. 5. Sambungan Silang (Cross)Biasa juga disebut dengan sambungan empat arah (4-way Fittings).Sambungan silang memiliki satu masukan (inlet) dan tiga keluaran (outlet) atau sebaliknya. Sambungan silang dapat menghasilkan tegangan yang besar pada pipa dan perubahan temperature, karena Fitting silang merupakan titik pertemuan empat koneksi saluran. 6. Tutup (Cup) Salah satu jenis sambungan pipa, biasanya digunakan untuk menutup aliran aliran fluida cair atau gas pada ujung saluran pipa. Sambungan ini dapat berupa sambungan dengan las, ulir maupun solder.7. Kopling (Coupling) Sebuah kopling menghubungkan dua pipa untuk satu sama lain. Jika ukuran pipa tidak sama, pas dapat disebut kopling mengurangi atau Reducer, atau Full.Dengan konvensi, istilah "ekspander" umumnya tidak digunakan untuk coupler yang meningkatkan ukuran pipa, melainkan istilah "Reducer" digunakan.8. UnionSambungan union hampir mirip dengan sambungan kopling, kecuali designnya dibuat untuk memungkinkan kecepatan aliran fluida dan mempermudah dalam hal maintenance system perpipaan. 80

Gambar 4.10. Macam-macam FittingValve (Katup) adalah sebuah perangkat yang mengatur, mengarahkan atau mengontrol aliran dari suatu cairan (gas, cairan, padatan terfluidisasi) dengan membuka, menutup, atau menutup sebagian dari jalan alirannya.Macammacam Valve (katup) yang sering digunakan adalah sebagai berikut :1. Gate ValveGate Valve adalah jenis katup yang digunakan untuk membuka aliran dengan cara mengangkat gerbang penutupnya yang berbentuk bulat atau persegi panjang. Gate Valve tidak untuk mengatur besar kecil laju suatu aliran fluida dengan cara membuka setengah atau seperempat posisinya, Jadi posisi Gate pada Valve ini harus benar benar terbuka (fully open) atau benar-benar tertutup (fully close). 2. Globe Valve81Globe Valve adalah jenis Valve yang digunakan untuk mengatur laju aliran fluida dalam pipa. Prinsip dasar dari operasi Globe Valve adalah gerakan tegak lurus disk dari dudukannya. Hal ini memastikan bahwa ruang berbentuk cincin antara disk dan cincin kursi bertahap sedekat Valve ditutup.[5]

Gambar 4.11. Globe ValveGambar 4.12. Gate ValveHubungan antara kecepatan putar pompa yang berbeda tertera pada persamaan:

(4.1)Volume tabung dapat dicari dari rumusV = r2 h ..........................................................................................(4.2)Kerja pompa dapat dirumuskan:

Wp = (4.3)Daya untuk pompa dapat dirumuskan:

Brake Kw = (4.4)Persamaan energi mekanik dapat dirumuskan:

(4.5)Flow rate dapat dirumuskan:

(4.6)Rumus mencari laju alir:

(4.7)

82

Mencari bilangan Reynold:

NRe= ............................................................................................(4.8)Macam-macam head loss:1. Head loss karena pipa lurus

(4.9)2. Head loss karena adanya pengecilan diameter pipa (sudden contraction losses)

(4.10)

(4.11)3. Head loss karena adanya pembesaran diameter pipa (sudden enlargement losses)

(4.12)

(4.13)4. Head loss karena adanya sambungan pipa (Fitting)dan Valve(Geankoplis,1997).

(4.14)Hubungan antara efisiensi kerja pompa terhadap laju alir, memiliki hubungan yang berbanding lurus yakni semakin besar efisiensi kerja pompa maka akan semakin besar pula daya pompa yang dikeluarkan oleh adanya input daya yang diberikan oleh listrik, apabila daya yang diberikan semakin besar maka tekanan pompa akan semakin besar juga, karena berlaku asas bernaulli maka kecepatan aliran fluida akan semakin cepat (M.Cabe, 1986).4.3. Variabel PercobaanA. Variabel Tetap.Waktu kalibrasi laju alir: 1,2,3, dan 4 menitPutaran KWH meter: 3 putaranB. Variabel Berubah.Bukaan valve: 1; 1,5; 2 dan 2,5

834.1. 4.4. Alat dan BahanA. Alat-alat yang digunakan: KWH meter manometer pipa U manometer pressure gauge pompa sentrifugal saklar stopwacth sistem perpipaan tangki reservoir tangki supply valveB. Bahan yang digunakan: Air (H2O)4.5. Prosedur PercobaanA. Kalibrasi laju alir berdasarkan bukaan valve Mengisi tangki suply sampai overflow Mengatur bukaan valve dan menyalakan pompa Menyalakan stopwatch ketika air pertama kali keluar ke tangki supply dan mengukur volume air setelah 1 menit Mengulangi langkah 1-3 di atas untuk variabel 2, 3, 4 menit.B. Membuat Kurva Karakteristik Pompa Mengisi tangki suply sampai overflow Mengatur valve yang digunakan sampai variabel sesuai dengan variabel laju alir Pada saat yang bersamaan, membuka valve tangki supply (valve ke vessel dalam keadaan tertutup) dan mencatat waktu yang diperlukan KWH-meter selama 3 kali putaran Pada saat pompa dalam keadaan berjalan, mencatat tekanan dan ketinggian air raksa pada manometer pipa U dan pressure gauge (manometer) Mencatat ketinggian air yang dipindahkan ke tangki supply84 Mengulangi langkah-langkah di atas sebanyak 2 kali run dengan bukaan valve sesuai variabel (berbeda-beda).4.6. Gambar Alat

Gambar 4.6.1. Gambar alat percobaan karakteristik pompaKeterangan gambar: 1. tangki supply 2. pompa3. manometer pipa U4. KWH meter5. pressure gauge (manometer)6. saklar pompa7. gate valve8. tangki reservoir9. globe valve10. vessel8511. sight glassDetail rangkaian alat:Beda tinggi Tangki reservoir dengan Tangki supply (z): 4,67 m1. Sistem perpipaan ukuran: in 40 sch bahan: commercial steel panjang: 736 cm gate valve: 2 buah globe valve: 1 buah tee: 2 buah elbow 90: 4 buah2. Discharge heat manometer skala: 6 kg/cm33. Tangki supply diameter: 59 cm jari-jari: 29,5 cm tinggi: 88 cm4. Tangki reservoir diameter: 59 cm jari-jari: 29,5 cm tinggi: 88 cm5. Pompa speed: 2850 rpm such head: 9 m disc head: 24 m total head: 33 m6. Electric source daya sebesar 220 volt / 50 Hz kapasitas maksimal sebesar 42 L/menit output power sebesar 125 watt 1 KWH setara dengan 900 putaran, 50 Hz, 230 Volt.

865. 4.7. Data PengamatanA. Kalibrasi Laju AlirTabel 4.2. Data pengamatan kalibrasi laju alir berdasarkan bukaan valveBukaan Valve (putaran)t air(menit)h air(m)V air(m3)Debit air (m3/menit)Debit Air (m3/menit)

110.0640.01750.01750.0175

20.1270.03470.0174

30.190.05190.0173

40.260.07100.0178

1.510.06550.01790.01790.0185

20.137750.03760.0188

30.210.05740.0191

40.2660.07270.0182

210.0670.01830.01830.0195

20.14850.04060.0203

30.230.06280.0209

40.2720.07430.0186

2.510.0710.01940.01940.0202

20.1530.04180.0209

30.2350.06420.0214

40.280.07650.0191

B. Karakteristik PompaTabel 4.3. Data pengamatan karakteristik pompaBukaan Valve (putaran)t air(detik)Pressure gauge(psig)h air(m)V air(m3)H pipa U(m)

151.380.60.0480.01310.005

51.0650.6250.04650.01270.0065

50.750.650.0450.01230.008

1.553.5850.4850.0440.01200.01

53.50750.5050.04270.01170.012

53.430.5250.04150.01130.014

255.790.370.040.01090.015

55.950.3850.0390.01070.0175

56.110.40.0380.01040.02

2.559.680.270.050.01370.03

58.980.260.0450.01230.035

58.290.250.040.01090.04

4.8. Data PerhitunganTabel 4.4. Debit alir (Q) pada bukaan valve tertentuh air rata-rata(m)t rata-rata(detik)v air rata-rata(m3)Q rata-rata2850 (m3/s)Q rata-rata1750 (m3/s)

0,046551,070,01270,0002490,0001528

0,042753,510,01170,0002180,0001340

0,039055,950,01070,0001900,0001170

0,045058,980,01230,0002080,0001280

Tabel 4.5. Data perhitungan pembuatan kurva karakteristik pompaDebit air (m3/s)Debit air (gal/min)(%)F (J/Kg)- Ws (J/Kg)Wp (hp)Wp/s (hp/s)H (m)

0,00015283,944015,5028,3775174,17450,448710,00870,5641

0,00013403,459085,0021,8282767,62530,394670,00730,4231

0,00011703,019074,6516,6281662,42520,341910,00610,3526

0,00012803,304394,9019,9196465,71660,373850,00630,3173

Tabel 4.6. Data perhitungan heat losshc (J/Kg)hv (J/Kg)hf (J/Kg)Hf (J/Kg)hex (J/Kg)F (J/Kg)

0,442785,104004,0252418,000450,8050528,37751

0,340593,926053,0962513,846130,6192521,82827

0,259452,990752,3586410,547590,4717316,62816

0,310813,582762,8255212,635450,5651019,91964

885. 4.9. Grafik

Grafik 4.1. Hubungan Laju Alir (Q) dan Efisiensi ()

Grafik 4.2. Hubungan Laju Alir (Q) dan Daya Pompa (hp)

89

Grafik 4.3. Hubungan Laju Alir (Q) dan Tinggi tekan (P)

Grafik 4.4. Hubungan Besar bukaan dan Wp/s (hp/s)4.10. Pembahasan Hubungan antara efisiensi kerja pompa terhadap laju alir secara teori dijelaskan bahwa semakin besar laju alir (Q) maka efisiensi akan semakin besar pula. Pada percobaan diperoleh bahwa laju alir dan efisiensi berbanding lurus. Pada laju alir 3,02 gal/menit efisiensi pompa adalah 4,65%, efisiensi pompa akan meningkat sampai laju alir pada 3,94 gal/menit dengan efisiensi 5,50%. Pada percobaan diperoleh bahwa laju alir dan efisiensi berbanding lurus. Hal ini dapat dilihat pada grafik 4.1.90 Hubungan antara daya pompa dan laju alir secara teori yaitu makin besar laju alir (Q) maka daya pompa akan semakin besar pula. Pada percobaan diperoleh bahwa laju alir dan daya berbanding lurus. Pada laju alir 3,02 gal/menit daya pompa sebesar 0,342 hp. Daya pompa akan semakin besar sampai pada laju alir 3,94 gal/menit dengan daya pompa 0,449 hp. Hubungan antara laju alir dan daya pompa yang berbanding lurus dapat dilihat pada grafik 4.2. Hubungan antara tinggi tekan terhadap laju alir secara teori disebutkan bahwa makin besar laju alir (Q) maka tinggi tekan (P) akan semakin kecil, karena tinggi tekan yang didapatkan adalah tinggi tekan pada manometer sebelum valves. Yaitu semakin besar bukaan valve maka akan semakin kecil tinggi tekan (P). Namun, pada percoban diperoleh tinggi tekan yang tidak konstan. Pada tinggi tekan 2654,48 N/m2 diperoleh besar laju alir 3,02 m, sedang pada saat tinggi tekan 1792,64 N/m2 diperoleh besar laju alir 3,30 m. Didapatkannya laju alir yang tidak konstan dikarenakan besarnya head loss yang terjadi pada friksi-friksi dalam pipa. Hubungan antara tinggi tekan terhadap laju alir dapat dilihat pada grafik 4.3. Hubungan antara besar bukaan dan daya pompa persatuan waktu secara teori yaitu semakin semakin besar bukaan maka daya pompa persatuan waktu (Wp/s) akan semakin kecil. Dari hasil percobaan didapatkan pada bukaan 1 daya pompa persatuan waktu sebesar 0,00879 hp/s, nilai daya pompa tersebut akan mengalami penurunan sampai daya pompa sebesar 0,00635 hp/s pada besar bukaan 2,5. Nilai daya pompa persatuan waktu yang menurun dengan semakin besarnya bukaan diakibatkan karena dengan semakin besarnya bukaan maka tekanan akan semakin kecil sehingga besar daya pompa pada satuan waktu juga akan berkurang. Hubungan antara besar bukaan terhadap daya pompa persatuan waktu dapat dilihat pada grafik 4.4.4.11. Kesimpulan Hubungan antara laju alir terhadap efisiensi adalah berbanding lurus, dimana harga (4,90% 5,50%) dan harga Q (3,30-3,94 gal/menit). Hubungan antara laju alir terhadap daya pompa adalah berbanding lurus. Pada praktikum dengan laju alir 3,30 gal/menit sampai 3,94 gal/menit, didapatkan besar dayanya 0,374 hp, 0,342 hp, 0,395 hp, dan 0,449 hp.91 Hubungan antara laju alir dengan tinggi tekan adalah berbanding terbalik dimana harga H dalam praktikum mengalami penurunan pada tinggi tekan (4309,23; 3481,85; 2654,48 dan 1792,64) didapatkan besar laju alir sebesar (3,94 gal/menit, 3,46 gal/menit, 3,02 gal/menit, dan 3,30 gal/menit).