H
statis
= 14,7 m H
isap
= 1,5 m L
s
= 6 m L
d
= 15,5 m
a. Pertimbangan ekonomis
Pertimbangan ini menyangkut biaya, baik untuk biaya pembangunan instalasi maupun biaya operasi pemeliharaannya. Komponen biaya yang
terpenting adalah biaya untuk energi atau daya. Agar biaya pemeliharaan dapat ditekan, jumlah pompa harus tepat. Sedapat mungkin pompa-pompa
yangdipakai sama spesifikasinya antara satu dengan yang lain agar penyediaan suku cadangnya mudah dilakukan.
b. Kapasitas aliran
Kapasitas suatu aliran pompa akan menentukan ukuran pompa dan daya yang dibutuhkan oleh pompa tersebut. Semakin besar kapasitas yang
dialirkan oleh pompa maka semakin besar pula ukuran dan daya pompa yang diperlukan.
Menggunakan hanya satu pompa untuk melayani laju aliran keseluruhan daam instalasi yang penting adalah besar resikonya. Instalasinya tidak
akan berfungsi sama sekali jika pompa satu-satunya itu rusak. Jadi untuk memperkecil resiko, perlu dipakai pompa cadangan.
Kapasitas dalam perencanaan ini adalah 9 m
3
jam. Sehingga direncanakan jumlah pompa sebanyak dua buah dengan spesifikasi yang sama. Dalam
operasinya, pompa beroperasi secara bergantian.
3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ∆H
p
Head tekanan merupakan energi yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam sistem kerja ini tekanan
air memasuki pompa adalah sama dengan tekanan keluar yaitu 1 atmosfir, maka beda head tekanan pada sistem ini adalah nol.
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ∆H
v
Universitas Sumatera Utara
Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Diameter pipa hisapnya biasanya
ditentukan sedemikian sehingga kecepatan aliran 2 sampai 3 ms [ Soufyan M. Noerbambang, hal 98 ]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa
isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata - rata 2 ms.
Dari persamaan kontinuitas diperoleh : Q
p
= V
s
. A
s
Dimana : Q
p
= Kapasitas pompa = 10 m
3
jam = 0,0027 m
3
s V
s
= Kecepatan aliran dalam pipa hisap ms A
s
= π4.d
is 2
= luas bidang aliran m
2
d
is
= diameter dalam pipa isap m Sehingga diameter pipa isap adalah :
d
is =
=
=
0,041 m = 4,1 cm = 41 mm = 1,61 in Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa
nominal 2 inch dengan dimensi pipa : -
Diameter dalam d
is
= 2,067 in = 5,25 cm = 0,0525 m -
Diameter luar d
os
= 2,375 in = 6,032 = 0,060 m Dengan ukuran standar pipa tersebut di atas maka kecepatan aliran yang
sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah : V
s
=
=
Universitas Sumatera Utara
V
s
= V
s
= 1,25 ms diperoleh kecepatan aliran fluida masih memenuhi.
Untuk mempermudah perhitungan dalam perencanaan ini maka nilai kecepatan pada sisi masuk V
s
= kecepatan pada sisi keluar V
d
sehingga nilai perbedaan head kecepatannya sama dengan nol,
∆
H
v
= 0.
3.3.3 Perbedaan Head Statis ∆H
s
Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir bawah dengan ketinggian air maksimal pada reservoir atas seperti pada gambar
3.1. Dalam perencanaan ini head statis dapat dilihat pada gambar 3.1 yaitu : H
s
= 14,7 m
3.3.4 Kerugian head H
L
Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2 yaitu kerugian akibat gesekan sepanjang pipakerugian mayor h
f
dan kerugian akibat adanya kelengkapanpada instalasi pipa kerugian minor h
m
. Kerugian akibat gesekan tergantung pada kekasaran dalam pipa dan sepanjang pipa. Kerugian akibat kelengkapan adalah
kerugian akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran.
3.3.4.1 Kerugian Head sepanjang Pipa Hisap a. Kerugian Head akibat gesekan pada pipa hisap
Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap menurut Darcy- Weisbach dapat diperoleh dengan persamaan [ Sularso, Haruo Tahara, hal 28 ]:
h
f
= f x
Dimana :
Universitas Sumatera Utara
h
f
= kerugian karena gesekan m f
= factor gesekan diperoleh dari diagram moody L
s
= panjang pipa isap m d
i
= diameter dalam pipa = 0,0525 m V
s
= kecepatan aliran fluida = 1,25 ms Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Galvanized Iron dimana behan
pipa yang digunakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,00015 m [ tabel
3.6]. Dan faktor pengotoran yang terjadi pada pipa terhadap fluida air dengan siste Tabel 3.7 Tipe Faktor pengotoran Fouling Factor pada pipa
Facility piping system handbook , Michael Frankelm terbuka terlihat pada tabel
3.7 berikut.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.4 Kekasaran relatif e dalam berbagai bahan pipa
Pipeline Material Absolute roughness, e
Ft mm
Glass and various plastics e.g.,PVC and PE pipes
Drawn turbings e.g., copper or aluminum pipes or turbings
Commercial steel or wrought iron Cast iron with asphalt lining
Galvanized iron Cast Iron
Wood stave Concrete
Riveted steel hydraulically smooth
5 x 10
-6
1.5 x 10
-4
4 x 10
-4
5 x 10
-4
8.5 x10
-4
6 x 10
-4
-3 x 10
-3
1 x 10
-3
-1 x 10
-2
3 x 10
-3
-3 x 10
-2
hydraulically smooth 1.5 x 10
-3
4.6 x 10
-2
0.12 0.15
0.25 0.18-0.9
0.3-3.0 0.9-9.0
Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina
Maka kekasaran relative d
i
adalah : d
i
= = 0,0028 m
Faktor gesekan f dapat diperoleh dari diagram moody dengan terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold Re [ Pump Handbook, hal 131 ] :
Re = Dimana :
V
s
= kecepatan aliran fluida ms d
i
= diameter dalam m υ
= viskositas kinematik air pada suhu 20
o
C = 1,02.10
-6
m
2
s Sehingga bilangan Reynold Re adalah :
Re =
=
64338,23 turbulen
Universitas Sumatera Utara
Dari diagram moody untuk Re = 64338,23 dan d
i
= 0,0028 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan f = 0,024 Besarnya kerugian gesek
sepanjang pipa isap menurut Darcy Weisbach adalah : h
fs
= 0,024
x
= 0,22 m
b. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa isap h
ms
Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan [ pump handbook, hal 152]:
h
ms
= Σn.k
dimana : n
= jumlah kelengkapan pipa k
= koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat
adanya kelengkapan pipa, maka perlu diketahui terlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap. Adapun jenis dan
jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut :
Tabel 3.7 Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap
Jenis Jumlah
K n.k
Mulut isap projecting 1
1 1
Elbow long 90
o
standard 1
0,57 0,57
Swing check valve katup searah 1
0,95 0,95
Gate valve 1
0,15 0,15
Total koefisien kerugian 2,67
Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina
Sehingga besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebesar :
h
ms
= 2,67 x = 0,20 m
Universitas Sumatera Utara
Dengan demikian, diperoleh besar kerugian kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa, yaitu sebesar :
h
Ls
= h
fs
+ h
ms
= 0,22 m + 0,20 m h
Ls
= 0,42 m
3.3.4.2 Kerugian head sepanjang pipa tekan H
Ld
a. Kerugian head akibat gesekan pipa tekan H
fd
Pipa tekan dari pompa menuju roof tank direncanakan menggunakan ukuran pipa standar ANSI B.36.10 Schedule 40 dengan ukuran pipa nominal 2 inci dan
bahan pipa adalah galvanized iron yang sama dengan pipa isap. Ukuran pipa tersebut adalah :
- Diameter dalam d
is
= 2,067 in = 5,25 cm = 0.0525 m -
Diameter luar d
os
= 2,375 in = 6,032 = 0,060 m Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa isap, maka
bilangan Reynold Re adalah 59705,88 dan faktor gesekan f sebesar 0,025 Pada gambar 3.1, pada instalasi terlihat satu tangki penyimpanan yang
berkapasitas 14m
3
.Analisa perhitungan panjang pipa menuju tangki penyimpanan dan katup pengatur. Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan :
h
fd
= f x
dimana : L
d
= Panjang pipa tekan = 15,5 m maka diperoleh :
h
fd
= 0,024
x
h
fd
= 0,56 m
b. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa tekan h
md
Besarnya kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah :
Universitas Sumatera Utara
h
md
= Σn.k
dimana untuk memperoleh harga koefisien peralatan, dari gambar perencanaan instalasi sepanjang pipa tekan terdapat yang dipasang dan
disajikan pada tabel berikut:
Tabel 3.8 Koefisien kerugian gesek pada pipa tekan
Jenis peralatan Jumlah
n K
n.K
Swing check valve katup searah 1
0,95 0,95
Gate valve katup gerbang 1
0,15 0,15
Elbow long 90
o
standard 2
0,57 1,14
Ujung keluar pipa inward projecting 1
0,78 0,78
Sambungan flanged tee line flow 1
0,9 0,9
Total koefisien kerugian 3,77
Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina
Maka harga kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah : h
md
= 3,77 x = 0,30 m
Dengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah : H
Ld
= h
fd
+ h
md
= 0,56 m + 0,30 m = 0,86 m
Maka kerugian head total H
L
H
L
= h
Ls
+ h
Ld
= 0,42 m + 0,86 m H
L
= 1,28 m
Universitas Sumatera Utara
Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan :
H
pompa
= Δ H
p
+ Δ H
v
+ H
s
+ H
L
= 0 + 0+ 14,7+ 1,28 m = 15,98 m
Namun untuk pemakaiannya dalam jangka waktu yang laa perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut :
- Kondisi permukaan pipa dalam jangka waktu yang panjang akan
semakin kasar, sehingga nantinya akan memperbesar kerugian yang terjadi.
- Penurunan kinerja pompa yang dipakai dalam rentang waktu yang
sangat lama. -
Kondisi - kondisi lain yang dapat mempengaruhi operasional pompa. Maka dalam perencanaannya head pompa perlu ditambah 10
÷ 25 [ pump handbook, hal 248]. Dalam perancangan ini dipilih 15 maka besarnya
head pompa yang akan dirancang : H
pompa
= 15,98 m . 1+0,15 = 18,37 m = 18 m
3.4 Pemilihan jenis pompa
Pemlihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan harga kapasitas, Q = 10 m
3
jam dan head, H
p
= 18 m maka dari gambar 3.2 dapat dilihat jenis pompa yang cocok digunakan dalam perancangan adalah pompa radial.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa
Sumber: Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz dietzel
3.5 Perhitungan motor penggerak
Ada beberapa jenis alat penggerak motor yang digunakan untuk menggerakkan pompa, antara lain turbin uap, motor bakar dan motor listrik.
Dalam perencanaan ini dipilih motor listrik sebagai penggerak mula pompa dengan pertimbangan :
1. Energi listrik untuk menggerakkan motor listrik dapat dengan mudah
diperoleh dari pembangkit yang ada. 2.
Keuntungan memakai motor listrik dengan mudah dapat dikopel secara langsung ke pompa, pengoperasiannya mudah, putaran yang dihasilkan
konstan, getaran yang ditimbulkan kecil, biaya perawatan murah serta tidak menimbulkan polusi udara.
Universitas Sumatera Utara
Besarnya putaran motor listrik dapat ditentukan dengan mengetahui frekuensi dan jumlah kutub pada motor listrik. Pada umumnya frekuensi listrik di
Indonesia adalah 50 Hz dapat dilihat pada tabel 3.9 berikut ini.
Tabel 3.9 Harga putaran dan kutubnya
Jumlah kutub Putaran rpm
2 3000
4 1500
6 1000
8 750
10 600
12 500
Pompa dan kompresor, Sularso, Haruo Tahara
Pada pemilihan kali ini dipilih motor listrik dengan 2 buah kutub dan putaran 3000 rpm. Akibat adanya terjadi slip pada motor maka akan terjadi
penurunan, besarnya 1 ÷ 2, sehingga putaran menjadi 2950 rpm.
Motor listrik dikopel langsung dengan pompa sehingga putaran pompa sama dengan putaran motor.
3.6 Putaran spesifik dan tipe impeler
Impeler adalah roda atau rotor yang dilengkapi dengan sudu-sudu, dimana sudu - sudu ini berguna untuk memindahkan energi mekanis poros menjadi energi
fluida, tipe impeler suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut. Putaran spesifik untuk pompa yang memiliki impeler satu tingkat dapat
dihitung menggunakan persamaan [Khetagurov, hal 205]: n
s
= Dimana : n
s
= putaran spesifik [rpm] n = putaran pompa [rpm]
= 2950 rpm Q = kapasitas pompa [gpm] = 42,795 gpm
H
p
= head pompa [ft] = 59,058 ft
Universitas Sumatera Utara
Sehingga : n
s
= = 906,02 rpm
Dari tabel 3.10 diketahui bahwa untuk putaran spesifik, n
s
= 863,1 rpm maka jenis impeler yang sesuai adalah jenis radial flow.
Tabel 3.10 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik
Jenis impeler n
s
Radial flow 500 - 3000
Francis 1500 - 4500
Aliran campur 4500 - 8000
Aliran aksial 8000 ke atas
pump selection book, C.P Beaton, G.T Meiklejohn
3.7 Efisiensi Pompa
Efisiensi merupakan parameter yang sangat penting dalam merencanakan pompa. Dengan kondisi sistem yang ada pompa harus dirancang
sedemikian hingga menghasilkan efisiensi yang optimal. Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diberikan pompa kepada fluida dengan daya
yang diberikan motor listrik kepada pompa. Efisiensi total pompa dipengaruhi oleh efisiensi hidrolis, efisiensi mekanis dan efisiensi volumetric.
1. Efisiensi Hidrolis
Efisiensi hidrolis merupakan perbandingan antara head pompa sebenarnya dengan head pompa teoritis dengan jumlah sudu tak berhingga.
Besarnya efisiensi hidrolis dapat ditentukan dengan cara interpolasi dari data dibawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.12 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis
q
n
menit 1
10 15
20 30
50 100
h
η 0.86
0.91 0.94
0.96 0.97
0.98
Sumber: Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz dietzel
Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan [Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 258 ]:
1 4
3 −
= menit
H Q
n n
q
Dimana:
q
n
= kecepatan spesifik menit
1 Q = kapasitas pompa
s m
3
n = kecepatan kerja putar pompa sehingga didapat:
1 4
3
18 0027
. 2950
−
= menit
n
q
= 16,88 menit
1 Maka akan didapat nilai efisiensi hidrolis sebesar:
q
n
menit 1
15 16,88
20
h
η 0.91
h
η 0.94
91 .
94 .
94 .
15 20
88 .
16 20
− −
= −
−
h
η
h
η = 0,92
Universitas Sumatera Utara
2. Efisiensi Volumetris.
Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Efisiensi
volumetris dapat ditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller:
Table 3.6 hubungan antara kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi volimetris
s
n 60 to 100
100 to 150 150 to 220
v
η 0.94 to 0.97
0.97 to 0.99 0.98 to 995
sumber: Marine Auxiliary Machinery and System,. M. Khetagurov. Hal: 253
Kecepatan spesifik impeller dapat dicari dengan menggunkan persamaan Marine AuxiliaryMachinery and System,. M. Khetagurov. Hal:
205 :
4 3
65 .
3 H
Q n
s
= η
Dimana: n = kecepatan impeller pompa rpm
s
n
= kecepatan spesifik impeler
Maka:
4 3
18 0027
. 2950
65 .
3 =
s
η
= 61.61 Sehingga didapat
v
η = 0,941. 3.
Efisiensi Mekanis. Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian
mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan gesekan pada paking. Besarnya efisiensi mekanis menurut
M. Khetagurov berkisar antara 0.9 – 0.97. Dalam perancangan ini diambil harga efisiensi mekanis 0,95.
Universitas Sumatera Utara
Dari perhitungan diatas didapat nilai efisiensi total pompa:
total
η =
h
η
v
η
m
η =
95 .
941 .
92 .
× ×
= 0.82 = 82
3.8 Kavitasi
Kavitasi adalah suatu fenomena dimana fluida kerja yang mengalir di dalam pipa atau pompa mengalami perubahan formasi menjadi gelombang uap dan
diikuti pecahnya gelembung uap tersebut. Akibat yang ditimbulkan kavitasi adalah :
- Menimbulkan erosi pada sudu-sudu impeler dan rumah pompa
- Getaran dan suara berisik karena pecahnya gelembung uap.
Kavitasi pada dasarnya dapata dicegah dengan membuat NPSH yang tersedia lebih besar dari NPSH yang diperlukan. Dalam Perencanaan
instalasi popa, hal-hal yang perlu untuk menghindari kavitasi ialah :
- Pipa isap dibuat sependek mungkin
- Jarak antara permukaan air yang dihisap denga letak pompa dibuat
serendah mungkin.
3.9 Net Positive Suction Head NPSH
Kavitasi akan terjadi jika tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Jadi untuk menghindari kavitasi, ahrus diusahakan
agar tidak ada satu bagian pun dari aliran di dalam pompa yang mempunyai teanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang
Universitas Sumatera Utara
bersangkutan. Dalam hal ini perlu diperhatikan 2 macam tekanan yang memegang peranan penting, yaitu:
- Tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa
dipasang -
Tekanan yang ditentukan oleh keadan aliran dalam pompa Maka dari penjelasan di atas dapat didefinisikan suatu head hisap positif
netto NPSH adalah dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi. Dibawah ini akan diuraikan 2 macam NPSH, yaitu:
1. NPSH yang tersedia pada instalasi
2. NPSH yang dibutuhkan pompa
3.9.1 NPSH yang tersedia
NPSH yang tersedia adalah head yang dimili oleh zat cair pada sisi isap pompa yang dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut
dikurangi dengan head isap statis dan kerugian gesek di dalam pipa. Besar NPSH yang tersedia dapat dihitung dengan persamaan berikut ini [Sularso, Haruo
Tahara, hal 44] : NPSH
A
=
- -
Z
a
- H
s
Dimana : P
1
= tekanan pada pipa isap = 1 atm = 1,0133.10
5
Nm
2
P
2
= Tekanan uap jenuh air pada temperature 20
o
C = 2340 Nm
2
γ = Berat zat cair per satuan volume = 9790 Nm
2
Z
A
= Head isap statis = 1,5 m H
s
= kerugian head di dalam pipa isap = 0,34 m Maka:
Universitas Sumatera Utara
NPSH
A
= m -
m - 1,5 m- 0,34 m = 8,271 m
3.9.2 NPSH yang diperlukan
