BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan modern perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan teknologi

begitu cepat, pompa mempunyai kegunaan yang sangat luas dihampir segala bidang kegiatan,

antara lain: industri, pertanian, rumah tangga dan sebagainya. Untuk menangani mesin pompa

ini diperlukan pengetahuan yang memadai dan terperinci terutama dalam cara-cara

penginstalan,pemakaian dan perawatan agar pompa dapat berfungsi secara efektif sesuai

dengan spesifikasi pompa itu sendiri.

Banyak kegiatan yang ditimbulkan karena kesalahan dan kekeliruan dalam menginstalasi,

pemakaian dan perawatan pada pompa. Kapasitas dan efisiensi yang dihasilkan merupakan

dampak kerugian yang ditimbulkannya.

Fenomena yang sering terjadi dalam sistem instalasi pompa sentrifugal adalah kavitasi.

Kavitasi merupakan gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir karena tekanannya

berkurang sampai tekanan uap jenuhnya. Jika tekanannya cukup rendah maka pada

temperatur kemampuan air dapat mendidih. Kavitasi terutama akan terjadi pada daerah yang

mempunyai kecepatan aliran yang tinggi dan cenderung mempunyai tekanan yang rendah

terutama dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir didalam pipa maupun didalam

pompa.

Bertolak dari hal tersebut diatas maka penulis tertarik untuk mengangkat permasalahan

tersebut sebagai bahan untuk penyusunan materi skripsi dengan judul “ KAJIAN

EKSPERIMENTAL POMPA SERI – PARALLEL DENGAN VARIASI TINGGI

PERMUKAAN AIR SEHINGGA TERCIPTANYA BATASAN KAVITASI”.

1.2 Rumusan masalah

Permasalahan yang diambil dalam penulisan ini adalah seberapa jauh tinggi dari NPSH ke

permukaan air sehingga terciptanya batasan kavitasi?

1.3 Batasan masalah

Pembahasan ini dibatasi hanya pada:

a. Variasi ketinggian pipa isap

b. Pompa dan diameter pipa tetap

c. Pipa yang digunakan untuk instalasi pompa jenis PVC

d. Pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal tipe 125 Watt untuk rumah tangga

e. Perhitungan konstruksi pompa dan kekuatan material pompa tidak dibahas

1.4 Tujuan penelitian

Tujuan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah untuk dapat mengetahui tinggi

permukaan air sehingga terciptanya batasan kavitasi.

1.5 Manfaat penelitian

Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam hal pemikiran mahasiswa

yang nantinya akan mengambil skripsi tentang pompa dan untuk peneliti-peneliti tentang

pompa.

1.6 Metode penelitian

Dalam penelitian ini, penulis menggunakan metode-metode untuk melengkapi data yang

diperlukan yaitu dengan cara :

a. Studi Lapangan

yaitu metode pengumpulan data yang didasarkan pada hasil penelitian langsung

dilapangan mengenai masalah yang akan dianalisa untuk kemudian disesuaikan

dengan teori-teori dari literatur yang terkait.

b. Studi Pustaka (Literatur)

yaitu mempelajari beberapa literatur sebagai referensi yang berhubungan dengan

analisa secara teoritis sebagai acuan untuk memecahkan permasalahan.

c. Studi Wawancara (interview)

yaitu metode untuk memperoleh data dan kejelasan dengan berkonsultasi secara

langsung dengan dosen pembimbing.

1.7 Sistematik Penulisan

Dalam penulisan skripsi ini digunakan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan

masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian, dan sistematika

penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini dibahas tentang

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Pompa

Pompa adalah suatu mesin konversi energi yang digunakan untuk memindahkan fluida

kerja dari suatu tempat ke tempat lain karena adanya perbedaaan tekanan pada sisi masuk dan

sisi keluar pompa, yaitu dengan cara mengkonversikan energi mekanis (dari penggerak)

menjadi energi kecepatan dan tekanan di dalam rumah (casing).

2.2 Prisip Kerja Pompa

Pada pompa terdapat sudu-sudu impeler yang berfungsi sebagai tempat terjadi proses

konversi energi dari energi mekanik putaran mejadi energi fluida head. Impeler dipasang

pada poros pompa yang berhubungan dengan motor pengerak, biasanya motor listrik atau

motor bakar.

Poros pompa akan berputar apabila penggeraknya berputar. Karena poros pompa berputar

impeler dengan sudu-sudu impeler berputar, zat cair yang ada di dalamnya akan ikut berputar

sehingga tekanan dan kecepatanya naik dan terlempar dari tengah pompa ke saluran yang

berbentuk volut atau spiral kemudian ke luar melalui nosel .

Jadi fungsi impeler pompa adalah mengubah energi mekanik yaitu putaran impeler

menjadi energi fluida (zat cair). Dengan kata lain, zat cair yang masuk pompa akan

mengalami pertambahan energi. Pertambahan energi pada zat cair mengakibatkan

pertambahan head tekan, head kecepatan dan head potensial. Jumlah dari ketiga bentuk head

tersebut dinamakan head total. Head total pompa juga dapat didefinisikan sebagai selisih

head total (energi persatuan berat) pada sisi hisap pompa dengan sisi ke luar pompa.

2.3 Klasifikasi Pompa

Dari berbagai macam pompa yang ada diklasifikasikan berdasarkan cara pemindahan

energinya di dalam rumah pompa (casing),maka pompa dapat dibedakan menjadi:

A. Positive Displacement Pump

Pada pompa ini berlangsungnya pemindahan zat cair di dalam rumah pompa (casing)

akibat terjadi pembesaran (hisap) dan pengecilan (tekan) volume ruang pompa, dalam kata

lain volume ruang pompa berubah-ubah dari besar ke kecil atau sebaliknya. Berdasarkan

gerakannya dapat dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu sebagai berikut:

1. Pompa dengan gerak putar (Rotary pump)

Pompa menurut prinsip ini, terutama terdiri dari sebuah rumah pompa dengan

sabungan hisap dan sabungan buang dan di dalmnya berputar roda gigi, sekrup, silinder

dengan sudut dapat bergeser radial atau silinder dengan tembereng yang dapat berputar

pula. Jenis-jenisnya adalah:

a. Pompa ulir

b. Pompa dinding

c. Pompa roda gigi

Gambar 2.1: Prinsip pompa roda gigiSumber : http://onnyapriyahanda.com/pompa-2-macam-macam-pompa/

2. pompa dengan gerak bolak -balik (Reciprocating pump)

Berdasarkan kerjanya pompa bolak-balik terdiri dari kerja tunggal, kerja ganda, dan

kerja diferensial. Jenis-jenisnya adalah:

a. Pompa torak

b. Pompa plunyer

c. Pompa membrane

Gambar pompa torak kerja tunggal

Gambar torak plunyer

B. Non positive displacement pump (Pompa Sentrifugal)

Pompa sentrifugal adalah pompa yang mempunyai head velocity yang dihasilkan karena

perubahan kecepatan fluida yang mengalir melalui suatu sudu dari impeler yang berputar.

Perubahan dari kecepatan keliling dan kecepatan relatif akan menghasilkan head tekanan,

sedangkan perubahan dari kecepatan absolut menyebabkan terjadinya head kecepatan.

Mula-mula rumah pompa dan pipa hisap kosong sama sekali. Bedanya dengan pompa

yang berpenghisap adalah bahu pompa sentrifugal ini tidak mampu mengusahakan hampa

udara (vacum) yang besar agar air dapat naik dan masuk sendiri ke dalam pompa. Karena

pompa itu harus diisi dengan air dahulu (dipancing) sebelum diputar porosnya. Setelah

pompa terisi penuh dengan penutup pres tertutup dapat dimulai dengan menggerakkan

pompa. Lubang udara masih terbuka guna memberikan kesempatan keluarnya sisa udara

yang masih tersilip di dalam rumah pompa.

Gambar pompa sentrifugalSumber : sunyoto, Teknik Mesin Industri, Jilid I, Untuk SMK, hal. 105

Air yang dihisap dari pipa hisap sebelum sampai dirumah pompa, mengelilingi poros

dahulu dan dari sini barulah sampai diruang kipas yang kemudian dipentalkan keluar.

Kekosongan yang timbul dimana kipas itu segara diisi oleh air dari pipa.

Dalam penelitian ini menggunakan jenis pompa sentrifugal (satu tingkat tekanan) karena

mengigat kelebihannya lebih banyak bila dibandingkan dengan kerugian yang dimilik jika

dibandingkan dengan jenis pompa yang lain.

Dengan mengalirnya fluida dari impeler ke rumah pompa dan selanjutnya keluar ke

saluran pipa buang, sehingga pada sisi hisap fluida terhisap oleh sisi masuk dari impeler. Jadi

impeler pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandung

menjadi bertambah besar. Jenis-jenis pompa sentrifugal adalah radial, francis, mixed flow dan

propeler.

Kelebihan dari pompa sentrifugal :

1. Pada aliran volume yang sama, harga pembeliannya lebih rendah.

2. Tidak banyak bagian-bagian yang bergerak (tidak ada katup dan

sebagainya) jadi biaya pemeliharaan rendah.

3. Lebih sedikit memerlukan tempat

4. Jumlah putaran tinggi, sehingga memberi kemungkinan penggerakan

langsung oleh suatu elektromotor atau turbin.

5. Jalannya tenang, sehingga pondasi dibuat ringan.

6. Bila konstruksinya di buat sesuai, memberi kemungkinan untuk

memompa zat cair yang mengandung kotoran.

7. Aliran zat cair yang tidak terputus-putus.

Kekurangannya :

1. Rendemen lebih rendah terutama pada aliran volume yang kecil dan

daya dorong yang besar.

2. Dalam pelaksanaan normal tidak mengisap sendiri, (tidak dapat

memompakan udara).

3. Kurang cocok untuk mengerjakan zat cair kental, terutama pada aliran

volume yang kecil.

4. Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Menurut kapasitasnya

a. Pompa kapasitas rendah = < 20 m3/jam

b. Pompa kapasitas sedang = 20 – 60 m3/jam

c. Pompa kapasitas tinggi = > 60 m3/jam

2. Menurut tekanan yang dihasilkan

a. Pompa tekanan rendah = < 5 kg/cm2

b. Pompa tekanan sedang = 5 – 50 kg/cm2

c. Pompa tekanan tinggi = 50 kg/cm2

3. Menurut kecepatan spesifik (ns)

a. Low speed pump ns = 40 – 80 rpm

b. Mooderate speed pump ns = 80 – 150 rpm

c. High speed pump ns = 150 – 300 rpm

d. Mixep speed pump ns = 300 – 600 rpm

4. Menurut jumlah tingkat

a. Tingkat tunggal (Single impeller pump)

Yaitu pompa yang hanya mempunyai satu impeler yng dipasang

pada poros pompa, head total yang ditimbulkan hanya berasal dari

satu impeler jadi head total relatif rendah .

b. Tingkat banyak (Multi stage pump)

Yaitu pompa yang menggunakan beberapa impeler yang dipasah

secara seri dalam satu poros. Fluida cair yang keluar dari impeler

pertam diteruskan ke impeler berikutnya dan seharusnya ke impeler

yang terakhir, diman head total dari pompa ini adalah penjumlahan

head yang ditimbulkan dari masing-masing impeler.

5. Menurut saluran masuk impeler

a. Pompa isapan tunggal (single saction)

Dimana masuknya fluida kedalam rumah pompa pada satu sisi

b. Pompa hisapan ganda (double suction)

Dimana pompa yang memiliki dua saluran masuk, poros yang

menggerakkan impeler dipasang menembus kedua sisi rumah dan

impeler ditahan oleh bantalan di luar rumah (casing)

Gambar pompa jenis hisapan ganda

6. Menurut letak poros

a. Pompa letak poros vertikal

Gambar pompa vertikal dengan gambar lentera

b. Pompa letak poros horisontal

Gambar pompa horizontal dengan kaki di bawah kursi bantalan

2.1 Pompa Sentrifugal

Agar dapat bekerja pompa membutuhkan/mengambil gaya dari mesin penggerak pompa.

Di dalam roda jalan (impeler) fluida mendapat percepatan sedemikian rupa sehingga fluida

tersebut mempunyai kecepatan mengalir keluar dari sudu-sudu roda jalan. Kecepatan keluar

fluida ini selanjutnya akan berkurang dan berubah menjadi tinggi kenaikan H, di sudu-sudu

pengarah atau rumah spiral pompa (rumah keong). Besarnya tekanan yang timbul tergantung

pada besarnya kerapatan fluida.

2.2 Sistem Kerja Pompa

2.2.1 Sistem Kerja Pompa Hubungan Seri

Untuk mendapatkan head total yang lebih besar dibandingkan satu pompa yang

tersedia, dapat dilakukan dengan cara menggabungkan dua buah pompa sentrifugal yang

sejenis maupun yang tak sejenis dengan cara hubungan seri.

Saluran buang dari pompa pertama dihubungkan dengan saluran hisap dari pompa kedua.

Gambar hubungan pompa seri

2.2.2 Sistem Kerja Pompa Hubungan Parallel

Pada hubungan parallel, beberapa buah pompa sejenis dihubungkan pada saluran

buang yang sama. Untuk menjaga agar jangan samapai sebuah pompa membuang kembali zat

cair ke dalam saluran isap pompa yang lain, umpamanya pompa yang terakhir tidak bekerja,

maka perlu memasang sebuah katup pukul balik dibelakang setiap pompa.

Untuk hubungan pompa parallel yang dipakai dua buah pompa yang sejenis pada

tinggi buangan manometris yang sama menghasilkan kuantitas zat cair yang sama besar,

menjadi dua kali lebih besar dar pada satu pompa. Tujuan pompa diparallelkan adalah unntuk

memperoleh debit atau kapasitas yang besar.

Gambar hubungan pompa tunggal dan parallel

Keterangan :

1. Katup isap pompa 1

2. Katup isap pompa 2

3. Pompa 1

4. Manometer suction pompa 1

5. Manometer discharge pompa 1

6. Katup C

7. Katup D

8. Manometer discharge pompa 2

9. Manometer suction pompa 2

10. Pompa 2

11. Katup buang B

Cara kerja masing-masing instalasi

a. Cara kerja instalasi pompa tunggal

Terbuka : katup A, katup C

Tertutup : katup D, katup A1

b. Cara kerja instalasi pompa parallel

Terbuka : katup A, katup A1, katup C

Tertutup : katup D

2.3 Karakteristik Pompa

2.3.1 Karakteristik pompa hubungan seri

Gambar karakteristik pompa yang bekerja secara tunggal dan seri

Sumber:

Jadi head dan kapasitas yang diperlukan tidak dapat dicapai kalau hanya satu pompa

saja maka harus digunakan dua pompa atau lebih yang harus disusun secara tunggal ataun

seri.

Dalam gambar ini kurva untuk pompa tunggal diberi tanda 1A dan 1B.

1 A dan 1 B menunjukkan pompa tunggal yang berhimpitan.

Harga head kurva 2 yang diperoleh dari harga head kurva 1.

Rangkaian kurva 1 dan kurva 2 adalah pompa seri dengan : bila debit (Q) semakin

kecil maka head pompa (H) semakin besar.

2.3.2 Karakteristik pompa hubungan parallel

Gambar karakteristik pompa yang bekerja secara tunggal dan seri

Sumber:

2.4 Kavitasi

Bila tekanan pada sembarang titik da dalam pompa turun menjadi lebih rendah dari

tekanan uap pada temperatur cairannya, cairan itu akan manguap dan membentuk suatu

gelembung. Gelembung – gelembung itu akan mengalir bersama-sama dengan aliran cairan

sampai dengan pada daerah yang mempunyai tekanan lebih tinggi dan gelembung –

gelembung cairan akan mengecil dan pecah ke arah dalam yang mengakibatkan suatu

tumbukan yang besar pada dinding yang didekatnya. Jika pompa mengalami kavitasi maka

akan timbul suara berisik dan getaran, selain itu performansi pompa akan menurun sehingga

pompa tidak akan dapat bekerja dengan baik.

2.5 Head Hisap positif Netto (NPSH)

Seperti yang telah diuraikan di atas kavitasi akan terjadi bila tekanan statis suatu aliran

fluida turun sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Jadi untuk menghindari kavitasi harus

diusahakan agar tidak ada satu bagian pun dari aliran di dalam pompa yang mempunyai

tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh fluida pada temperatur yang bersangkutan.

Karena hal tersebut di atas maka didefenisikan suatu head hisap positif netto (NPSH) dipaki

sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.

2.5.1 NPSH yang tersedia

NPSHyang tersedia adalah head yang dimiliki oleh fluida pada sisi hisap pompa (ekivalen dengan

tekanan mutlak pada sisi hisap pompa), dikurangi dengan tekanan uap jenuh cairan di tempat

tersebut. Pompa yang mengisap fluida di tempat terbuka dengan tekanan atmosfir pada

permukaan fluida, maka besarnya NPSHyang tersedia, adalah :

hsv =Pa

γ−

Pv

γ± hs − hls

Dimana : hsv = NPSHyang tersedia (m)

Pa = tekanan atmosfir (kgf/m2)

Pv = tekanan uap jenuh (kgf/m2)

γ = berat fluida persatuan volume (kgf/m3)

hs = head hisap statis (m), hs adalah positif di atas permukaan fluida yang

dihisap dan negatif jika dibawah.

hls = kerugiam head di dalam pipa hisap (m)

Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa NPSHyang tersedia merupakan tekanan absolut

yang masih tersisa pada sisi pompa setelah dikurangi tekanan uap. Besarnya hanya

tergantung pada kondisi luar pompa dimana pompa dipasang. Tinggi hisap hs biasanya diukur

dari permukaan fluida sampai sumbu pompa, untuk pompa dengan poros mendatar atau

sampai titik tertinggi pada lubang hisap impeler, pada pompa dengan poros tegak.

Jika fluida dihisap dari tangki tertutup, maka Pa dalam persamaan di atas menyatakan

tekanan mutlak yang bekerja pada permukaan fluida di dalam tangki tertutup tersebut.

Khususnya jika tekanan di atas permukaan fluida sama dengan tekanan uap jenuhnya, maka

Pa = Pv sehingga persamaan di atas menjadi :

hsv = - hs - hls

hs adalah negatif karena permukaan fluida di dalam tangki lebih tinggi dari sisi hisap

pompa. Pemasangan pompa semacam ini diperlukan untuk mandapatkan harga hsv positif.

2.5.2 NPSHyang diperlukan

Tekanan terendah di dalam pompa biasanya terdapat disuatu titik dekat setelah sisi

masuk sudu impeler. Ditempat tersebut, tekanan lebih rendah dari tekanan lubang hisap

pompa. Hal ini di sebabkan oleh kerugian head di nosel hisap, Kenaikan kecepatan aliran

karena luas penampang menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu

setempat.

Jadi agar tidak terjadi penguapan fluida, maka tekanan pada lubang masuk pompa,

dikurangi penurunan tekanan di dalam pompa, harus lebih tinggi dari tekanan uap fluida.

Head tekanan yang besarnya sama dengan penurunan tekanan ini disebut NPSH yang diperlukan.

Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap kapasitas putarannya. Agar pompa dapat

bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi persyaratan berikut :

NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan

Harga NPSH yang tersedia dapat dihitung dari kondisi instalasi, sedangkan harga NPSH yang

diperlukan harus diperoleh dari pabrik pompa yang bersangkutan. Namun untuk penaksiran secara

kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dengan konstanta kavitasi σ. Jika head total pompa

pada titik efisiensi maksimum dinyatakan sebagai HN, dan NPSH yang diperlukan untuk titik ini

HsvN, maka σ didefinisikan sebagai :

σ =H svN

HN

Bilangan ini disebut “koefisien kavitasi toma”

Dari percobaan diketahui bahwa harga σ menunjukkan ketergantungan terhadap ns untuk

pompa-pompa yang mempunyai bentuk umum :

NPSH yang diperlukan HsvN = σ HN

Gambar 2. Hubungan antara koefisien kavitasi dan kecepatan spesifikSumber : Sunyoto, teknik mesin industri lilid 1 untuk SMK