Studi Eksperimental Fenomena Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Melalui Pengamatan Pola Aliran Yang Diinterpretasikan Terhadap Perilaku Sinyal Vibrasi

STUDI EKSPERIMENTAL FENOMENA KAVITASI PADA
POMPA SENTRIFUGAL MELALUI PENGAMATAN
POLA ALIRAN YANG DIINTERPRETASIKAN
TERHADAP PERILAKU SINYAL VIBRASI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ASRIL SITORUS
NIM. 060401028

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Salah satu kegagalan yang terjadi pada pengoperasian pompa sentrifugal
dilapangan adalah kavitasi. Kavitasi merupakan peristiwa terbentuknya gelembunggelembung uap didalam cairan yang sedang mengalir. Fenomena ini terjadi akibat
turunnya tekanan fluida sampai di bawah tekanan uap jenuh fluida dan turbulensi
(pulsasi). Pada pompa sentrifugal kavitasi dapat terjadi pada suction pompa maupun pada
pipa aliran fluida. Indikasi kavitasi adalah timbulnya gelembung-gelembung uap, getaran
dan suara bising pada pompa. Dampak kavitasi pada pompa adalah kerusakan pada sudu
pompa dan performance pompa menurun. Penelitian ini dilakukan dengan mengukur
perilaku getaran di dalam rumah pompa serta mengamati pola aliran akibat perubahan
kapasitas pompa yang disinkronkan terhadap bilangan Reynold. Pada penelitian ini
divariasikan kapasitas pompa yang diduga berpengaruh terhadap terjadinya kavitasi pada
pompa sentrifugal. Untuk mengetahui terjadinya kavitasi parameter yang digunakan
dengan mengukur perilaku getaran pompa di dalam rumah pompa dan mengamati pola
aliran dengan gambar dan vibrasi eksitasinya. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan vibrometer dengan arah pengukuran aksial, vertikal dan horizontal pada
frequency domain dan time domain. Secara visual pola aliran terjadi akibat kenaikan
bilangan Reynolds dan kavitasi teramati dengan terjadinya turbulensi aliran yang
terdeteksi dengan naiknya amplitudo sinyal getaran maksimum yang merupakan
simpangan terjauhnya pada gate valve suction closed 80%.
Kata kunci: Kavitasi, sinyal getaran, bilangan Reynolds, pola aliran.

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim
Assalamu alaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur kehadirat Allah Swt atas berkat dan rahmat-Nya yang
telah memberikan penulis kesehatan jasmani dan rohani sehingga dapat
menyelesaikan Skripsi ini. Adapun Skripsi ini dibuat untuk melengkapi syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik dengan judul: “ STUDI EKSPERIMENTAL
FENOMENA KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL MELALUI
PENGAMATAN

POLA

ALIRAN

YANG

DIINTERPRETASIKAN

TERHADAP PERILAKU SINYAL VIBRASI ”.
Selama penulisaan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
pengarahan, saran dan bantuaan baik berupa tenaga, materi maupun dorongan
semangat dari berbagai pihak yang sangat bermanfaat bagi penulis.
Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan banyak terima kasih
kepada :.
1. Kepada kedua orang tua penulis, Ayahanda tercinta A. Sitorus dan
Ibunda Br. Manurung, yang telah begitu berjasa membimbing dan
membuka cakrawala ilmu pengetahuan serta memberikan kesempatan
kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Fakultas Teknik
USU, dan senantiasa mendoakan, mendukung dan memberi limpahan
kasih sayang serta materi dalam penyelesaian skripsi ini. Dengan
segenap cinta, engkau korbankan jiwa raga serta semangatmu yang
membara untuk kami anak-anakmu. Semoga keberhasilan kami
menjadi sebuah panghargaan yang teramat istimewa bagimu.
2. Bapak Dr.-Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing dan
sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan
waktu dan pikirannya dalam penyelesaian skripsi ini dan Bapak Tulus
Burhanudin Sitorus, ST.MT. sebagai Sekretaris Departemen Teknik
Mesin.
3. Bapak Ir. Tugiman K, MT. Selaku dosen pembanding dan sebagai
Koordinator Skripsi Yang Telah Memberikan waktu dan pikirannya
dalam penyelesaian skripsi ini

Universitas Sumatera Utara

4. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc, Selaku dosen pembanding dan sebagai
kepala laboratorium mesin fluida yang telah memberikan waktu dan
pikirannya dalam penyelesaian skripsi ini
5. Ibu Ir. Farida Ariani, MT. Selaku koordinator kerja praktek yang telah
memberikan banyak waktu dan pikiran diwaktu penulis melakukan
kerja praktek
6. Special kepada kakak, abang dan Adikku tercinta (Alm Kak Susanti,
kak Sri, kak Fitri, abangku Fitran dan Andi serta adikku Nur’Aisyah ),
terimakasih atas dukungan serta semangat yang kalian berikan
kepadaku, aku bangga punya keluarga seperti kalian semua dan buat
seseorang yang kusayangi Silvina Abmi siregar yang selalu
mendoakan dan memberikan motivasi diwaktu senang dan duka dalam
penulisan skripsi ini
7. Seluruh staff pengajar di Departemen Teknik Mesin dan Magister
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah
mengubah pola pikir saya serta ilmu yang sangat berharga.
8. Seluruh pegawai Departemen Teknik Mesin, Bang Syawal, Kak
Ismawati, dan Almarhum Bang Fauzi atas segala bantuannya kepada
penulis dalam pengurusan administrasi.
9. Seluruh pegawai Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
10. Seluruh pegawai laboratorium Departemen Teknik Mesin Universitas
Sumatera Utara
11. Rekan-rekan senasib dan seperjuanganku yang selalu memberi
semangat dan dorongan selama melakukan penelitian di Laboratorium
Noise/Vibration Control and Knowledge-Base in Ingineering Fakultas
Teknik USU sampai penyelesaian skripsi ini, Bapak Ibnu hajar ST.
MT., Bang M. Halley, ST. dan Bang Andi syahputra
12. Buat teman-teman mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya stambuk
2006 yang selalu ceria dan penuh semangat meskipun sedang dilanda
kesulitan dan kebingungan. Terutama buat sahabatku Budi satiano
yang selalu memberikan nasihat diwaktu senang dan duka agar penulis
tetap bersemangat. Buat Albert dan Esron terimakasih telah

Universitas Sumatera Utara

memberikan dukungan dan semangat diwaktu PKL. Special buat
sahabat ku Bismar, Amd. dan Alam yang selalu memberikan motivasi
dan semangat kepada penulis.
13. Seluruh para asisten laboratorium khususnya Laboratorium Mesin
Fluida, (bang Suprihatin, bang Eko, bang Said, bang Raja, dan Andre)
yang turut membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
14. Seluruh teman-teman pengurus HMI komisariat FT. USU yang selalu
memberikan dukungan dan ilmu diwaktu kepengurusan dan pengurus
Badan kenajiran Mushollah FT USU
15. Seluruh teman-teman pengurus MER-C Cab. Medan, khusus buat
(Bang Hairun, Budi, Leni, Ita, Riski dan Ira) yang selalu memberikan
motivasi dan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.
16. Seluruh teman-teman satu kost yang selalu membuat penulis
tersenyum, dan buat orang-orang yang selalu mendukung, seluruh
saudara dan teman terbaik yang tidak dapat disebutkan satu persatu,
semoga selalu menjadi jiwa yang selalu menolong
Penulis menyadari masih banyak kelemahan dan kekurangan dalam
penyelesaian skripsi ini. Untuk itu Segala kritik dan saran yang membangun
sangat diharapkan penulis guna kesempurnaan skripsi ini. Penulis berharap
semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya.
Wassalamu alaikum Wr. Wb

Medan,

Juni 2010

Penulis,

Asril Sitorus
NIM : 060401028

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK

Hal
x

KATA PENGANTAR

xi

DAFTAR ISI

xiv

DAFTAR GAMBAR

xvi

DAFTAR TABEL

xxii

DAFTAR NOTASI

xxvii
1

BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang

1

1.2 Pembatasan Masalah

3

1.3 Tujuan Penelitian

4

1.4 Manfaat Penelitian

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1 Prinsip-Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

5

2.2 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

6

2.3 Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal

7

2.4 Kavitasi

9

2.4.1 Penyebab terjadinya kavitasi pada pompa sentrifugal
2.5 Pola Aliran

10
12

2.5.1 Konsep Pola Aliran

13

2.5.2 Klasifikasi Pola Aliran

15

2.5.3 Pola Aliran Von Karman’s

18

2.6 Aliran Fluida
2.6.1 Aliran Laminar dan Turbulen
2.7 Getaran Mekanis

18
19
20

2.7.1 Karakteristik Getaran

21

2.7.2 Sinyal Getaran (Vibrasi)

23

2.7.3 Gerak Harmonik

23

2.7.4 Gerak Periodik

24

Universitas Sumatera Utara

2.7.5 Getaran Bebas (Free Vibration)

25

2.7.6 Getaran Paksa (Force Vibration)

26

2.7.7 Standart Vibrasi Pompa Sentrifugal

28

2.8 Pengolahan Data Vibrasi

29

2.8.1 Data Domain Waktu (Time Domain)

29

2.8.2 Data Domain Frekwensi (Frequensy Domain)

30

2.9 Kerangka Konsep

31
32

BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu

32

3.2 Bahan, Peralatan dan Metode

32

3.2.1 Bahan

32

3.2.2 Peralatan

34

3.2.3 Metode

37

3.3 Variabel yang Diamati

41

3.4 Pelaksanaan Penelitian

43

44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pendahuluan

44

4.1.1 Hubungan Variasi penutupan Katup isap dengan

44

Kapasitas aliran fluida
4.1.2 Perhitungan Reynold Number

45

4.2 Hubungan antara variasi penutupan katup dengan kecepatan

47`

aliran fluida
4.3 Hubungan antara variasi penutupan katup dengan bilangan

48

reynold
4.4 Hubungan kecepatan aliran dengan bilangan Reynold

48

4.5 Karakteristik Pola Aliran

49

4.5.1 Visualisasi Pola Aliran

49

4.6 Hubungan antara variasi bukaan katub dengan pola aliran

50

4.6.1 Open Valve 100 % pada pipa suction dan pipa Discharge

50

4.6.2 Close Valve 20 % pada pipa suction dan pipa Discharge

50

4.6.3 Close Valve 40 % pada pipa suction dan pipa Discharge

50

Universitas Sumatera Utara

4.6.4 Close Valve 60 % pada pipa suction dan pipa Discharge

51

4.6.5 Close Valve 80 % pada pipa suction dan pipa Discharge

51

4.7 Analisa Getaran dengan Variasi penutupan Katup

52

4.7.1 Analisa Getaran pada Bukaan Katub 100 %

52

4.7.2 Analisa Getaran pada penutupan katup 20 %

62

4.7.3 Analisa Getaran pada penutupan katup 40 %

70

4.7.4 Analisa Getaran pada penutupan katup 60 %

79

4.7.5 Analisa Getaran pada penutupan katup 80 %

87

4.7.6 Verifikasi Data Simpangan Pada Berbagai penutupan
Katup

96

4.7.7 Verifikasi Data Kecepatan Pada Berbagai penutupan

102

Katup
4.7.8 Verifikasi Data Percepatan Pada Berbagai penutupan

108

Katup
4.7.9 Hubungan Pola Aliran terhadap Karakteristik Getaran

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

113

123

5.1 Kesimpulan

123

5.2 Saran

125

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1

Rumah Pompa Sentrifugal

7

Gambar 2.2 Proses Kavitasi

9

Gambar 2.3 Kerusakan impeller akibat kavitasi

11

Gambar 2.4 Besarnya massa yang masuk sama dengan yang keluar

14

Gambar 2.5 Tabung Aliran

15

Gambar 2.6 Pola aliran pada pipa horizontal

17

Gambar 2.7 Klasifikasi Pola aliran berdasarkan Reynolds Number
( Chi-2009)

17

Gambar 2.8 Pola aliran Von Karman’s

18

Gambar 2.9 Daerah masuk aliran sedang berkembang dan aliran
berkembang penuh di dalam sebuah sistem pipa.

19

Gambar 2.10 (a) Aliran laminer (b) Aliran turbulen

20

Gambar 2.11 Sistem getaran sederehana

21

Gambar 2.12 Hubungan antara perpindahan kecepatan dan percepatan
getaran

22

Gambar 2.13 Gerak Harmonik Sebagai Proyeksi Suatu titik yang bergerak
pada Lingkaran

24

Gambar 2.14 Gerak Periodik dengan Periode τ

24

Gambar 2.15 Sistem Pegas-Massa dan Diagram Benda Bebas

25

Gambar 2.16 getaran paksa

26

Gambar 2.17 Standart ISO 10816-3 untuk vibrasi

28

Gambar 2.18 Karakteristik Sinyal Statik dan Dinamik

29

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.19 Hubungan Time Domain dengan Frequency Domain

30

Gambar 2.20 Kerangka Konsep Penelitian

31

Gambar 3.1 Pompa Sentrifugal

33

Gambar 3.2 Sistem Pemasangan Pompa dan Pendukungnya

33

Gambar 3.3 Profil Vibrometer Analog VM-3314A, IMC Corporation,
Japan

35

Gambar 3.4 Profil Thermocouple Thermometer Tipe KW 06-278
Krisbow

36

Gambar 3.5 Tampak Depan dan Tampak Samping Arah Pengukuran

38

Gambar 3.6 Pengambilan Titik Pengukuran Vibrasi pada Pompa
Sentrifugal

38

Gambar 3.7 Pipa transparan (pipa acrylic)

40

Gambar 3.8 Tampak depan dari sistem pemasangan pompa dan
instalasinya

42

Gambar 3.9 Tampak Atas dari Sistem Pemasangan Pompa dan
Instalasinya

42

Gambar 3.10 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian

43

Gambar 4.1 Hubungan antara Variasi penutupan katup dengan
kapasitas aliran fluida

46

Gambar 4.2 Hubungan antara Variasi penutupan katup dengan
kecepatan aliran fluida

47

Gambar 4.3 Hubungan antara Variasi penutupan katup dengan bilangan
Reynold

48

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.4 Hubungan kecepatan aliran dengan bilangan Reynold

48

Gambar 4.5 Pola aliran laminar (Re = 1926,5)

50

Gambar 4.6 Pola aliran laminar (Re = 2062,82)

50

Gambar 4.7 Pola aliran transisi (Re = 3393,46)

50

Gambar 4.8 Pola aliran turbulensi (Re = 6305,83)

51

Gambar 4.9 Pola aliran turbulensi (Re = 14836,03)

51

Gambar 4.10 Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

56

Gambar 4.11 Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

57

Gambar 4.12 Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

58

Gambar 4.13 Hubungan simpangan dengan time pada time domain

59

Gambar 4.14 Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

60

Gambar 4.15 Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

61

Gambar 4.16 Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi
domain
65
Gambar 4.17 Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain
66
Gambar 4.18 Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi

Universitas Sumatera Utara

domain
67
Gambar 4.19 Hubungan simpangan dengan time pada time domain

68

Gambar 4.20 Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

69

Gambar 4.21 Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

70

Gambar 4.22 Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

73

Gambar 4.23 Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

74

Gambar 4.24 Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain
75
Gambar 4.25 Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

76

Gambar 4.26 Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

77

Gambar 4.27 Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

78

Gambar 4.28 Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

82

Gambar 4.29 Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

83

Gambar 4.30 Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

84

Gambar 4.31 Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

85

Gambar 4.32 Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

86

Gambar 4.33 Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

87

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.34 Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

90

Gambar 4.35 Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

91

Gambar 4.36 Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi
domain

92

Gambar 4.37 Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

93

Gambar 4.38 Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

94

Gambar 4.39

95

Hubungan percepatan dengan waktu pada Time domain

Gambar 4.40 Perbandingan displacement pada arah aksial terhadap
waktu pada penutupan katup yang bervariasi

97

Gambar 4.41 Laju pertambahan amplitudo simpangan terhadap
persen penutupan katup pada arah aksial

97

Gambar 4.42 Perbandingan displacement pada arah vertikal terhadap
waktu pada penutupan katup yang bervariasi

98

Gambar 4.43 Laju pertambahan amplitudo simpangan terhadap
persen penutupan katup pada arah Vertikal

99

Gambar 4.44 Perbandingan displacement pada arah horizontal
terhadap waktu pada penutupan katup yang bervariasi

100

Gambar 4.45 Laju pertambahan amplitudo simpangan terhadap
persen penutupan katup pada arah Horizontal

101

Gambar 4.46 Perbandingan velocity pada arah aksial terhadap waktu
pada penutupan katup yang bervariasi

103

Gambar 4.47 Laju pertambahan amplitudo kecepatan terhadap

Universitas Sumatera Utara

persen penutupan katup pada arah Aksial

103

Gambar 4.48 Perbandingan velocity pada arah vertikal terhadap
waktu pada penutupan katup yang bervariasi

104

Gambar 4.49 Laju pertambahan amplitudo kecepatan terhadap
persen penutupan katup pada arah Aksial

105

Gambar 4.50 Perbandingan velocity pada arah horizontal terhadap
waktu pada penutupan katup yang bervariasi

106

Gambar 4.51 Laju pertambahan amplitudo kecepatan terhadap
persen penutupan katup pada arah horizontal

107

Gambar 4.52 Perbandingan Accelaration pada arah aksial terhadap
waktu pada penutupan katup yang bervariasi

108

Gambar 4.53 Laju pertambahan amplitudo percepatan terhadap
persen penutupan katup pada arah Aksial

109

Gambar 4.54 Perbandingan Accelaration pada arah vertikal terhadap
waktu pada penutupan katup yang bervariasi

110

Gambar 4.55 Laju pertambahan amplitudo percepatan terhadap
persen penutupan Katup pada arah Vertikal

111

Gambar 4.56 Perbandingan Accelaration pada arah horizontal terhadap
waktu pada penutupan katup yang bervariasi

112

Gambar 4.57 Laju pertambahan amplitudo percepatan terhadap
persen penutupan katup pada arah horizontal

113

Gambar 4.58 Hubungan pola aliran dan sinyal getaran pada
Re = 1926.5 dengan kecepatan aliran 0.03191 m/s

116

Gambar 4.59 Hubungan pola aliran dan sinyal getaran pada

Universitas Sumatera Utara

Re = 2062.82 dengan kecepatan aliran 0.0429 m/s

117

Gambar 4.60 Hubungan pola aliran dan sinyal getaran pada
Re = 3393.46 dengan kecepatan aliran 0.05622 m/s

119

Gambar 4.61 Hubungan pola aliran dan sinyal getaran pada
Re = 6305.83 dengan kecepatan aliran 0.101447 m/s

120

Gambar 4.62 Hubungan pola aliran dan sinyal getaran pada
Re = 14836,03 dengan kecepatan aliran 0,245787 m/s

122

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman

Tabel 2.1

Karakteristik dan satuan getaran

22

Tabel 4.1

Hasil perhitungan kapasitas, kecepatan aliran, dan Reynolds
number
pengujian dengan variasi penutupan katup
46

Tabel 4.2

Data rata-rata pengukuran frekuensi domain

52

Tabel 4.3

Data rata-rata pengukuran time domain

52

Tabel 4.4

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada frekuensi domain

54

Tabel 4.5

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada time domain

54

Tabel 4.6

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada frekuensi domain

54

Tabel 4.7

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada time domain

54

Tabel 4.8

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada frekuensi

domain

55

Tabel 4.9

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada time domain

55

Tabel 4.10

Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi domain

55

Tabel 4.11

Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

57
Tabel 4.12

Hubungan percepatan dengan pada frekuensi domain

58

Tabel 4.13

Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

59

Tabel 4.14

Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

60

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.15

Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

61
Tabel 4.16

Data rata-rata pengukuran frekuensi domain

Tabel 4.17

Data rata-rata pengukuran time domain

62

62
Tabel 4.18

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada frekuensi domain

62
Tabel 4.19

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada time domain

62

Tabel 4.20

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada frekuensi domain

63

Tabel 4.21

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada time domain

63

Tabel 4.22

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada frekuensi

domain

63

Tabel 4.23

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada time domain

63

Tabel 4.24

Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi domain

64

Tabel 4.25

Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

65
Tabel 4.26

Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

66
Tabel 4.27

Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

67
Tabel 4.28

Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

Tabel 4.29

Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

68

69
Tabel 4.30

Data rata-rata pengukuran frekuensi domain

Universitas Sumatera Utara

70

Tabel 4.31

Data rata-rata pengukuran time domain

70

Tabel 4.32

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada frekuensi domain

71
Tabel 4.33

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada time domain

71

Tabel 4.34

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada frekuensi domain

71

Tabel 4.35

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada time domain

71

Tabel 4.36

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada frekuensi

domain

72

Tabel 4.37

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada time domain

72

Tabel 4.38

Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi domain

73

Tabel 4.39

Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

74
Tabel 4.40

Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

75

Tabel 4.41

Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

76

Tabel 4.42

Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

77
Tabel 4.43

Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

78

Tabel 4.44

Data rata-rata pengukuran frekuensi domain

79

Tabel 4.45

Data rata-rata pengukuran time domain

79

Tabel 4.46

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada frekuensi domain

79
Tabel 4.47

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada time domain

79

Tabel 4.48

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada frekuensi domain

80

Tabel 4.49

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada time domain

80

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.50

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada frekuensi

domain80
Tabel 4.51

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada time domain

80

Tabel 4.52

Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi domain

81

Tabel 4.53

Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

82
Tabel 4.54

Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

83
Tabel 4.55

Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

Tabel 4.56

Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

84

85
Tabel 4.57

Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

86

Tabel 4.58

Data rata-rata pengukuran frekuensi domain

87

Tabel 4.59

Data rata-rata pengukuran time domain

87
Tabel 4.60

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada frekuensi domain

88

Tabel 4.61

Hasil perhitungan ϖt dan amplitudo pada time domain

88

Tabel 4.62

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada frekuensi domain

88

Tabel 4.63

Hasil perhitungan karakteristik getaran pada time domain

88

Tabel 4.64

Hasil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada frekuensi

domain

89

Tabel 4.65

asil perhitungan fungsi karakteristik getaran pada time domain

89

Tabel 4.66

Hubungan simpangan dengan frekuensi pada frekuensi domain

90

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.67

Hubungan kecepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

91
Tabel 4.68

Hubungan percepatan dengan frekuensi pada frekuensi domain

92
Tabel 4.69

Hubungan simpangan dengan waktu pada time domain

Tabel 4.70

Hubungan kecepatan dengan waktu pada time domain

93

94
Tabel 4.71

Hubungan percepatan dengan waktu pada time domain

Tabel 4.72

Perbandingan displacement pada arah aksial terhadap waktu pada
penutupan katup yang bervariasi
96

Tabel 4.73

Perbandingan displacement pada arah vertikal terhadap waktu pada
penutupan katup yang bervariasi
98

Tabel 4.74

Perbandingan displacement pada arah horizontal terhadap waktu
pada
penutupan katup yang bervariasi
100

Tabel 4.75

Perbandingan velocity pada arah aksial terhadap waktu pada
penutupan katup yang bervariasi
102

Tabel 4.76

Perbandingan velocity pada arah vertikal terhadap waktu pada
penutupan katup yang bervariasi
104

Universitas Sumatera Utara

95

Tabel 4.77

Perbandingan velocity pada arah horizontal terhadap waktu pada
penutupan katup yang bervariasi
106

Tabel 4.78

Perbandingan acceleration pada arah aksial terhadap waktu pada
penutupan katup yang bervariasi
108

Tabel 4.79

Perbandingan acceleration pada arah vertikal terhadap waktu pada
penutupan katup yang bervariasi
110

Tabel 4.80

Perbandingan acceleration pada arah horizontal terhadap waktu
pada
penutupan katup yang bervariasi
112

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
Simbol

Arti

Satuan

A

Amplitudo

m

f

Frekuensi

Hz

fn

Frekuensi natural

Hz

g

Percepatan gravitasi

m/s2

H

Head

m

k

Kekakuan

N/m

m

Massa

kg

n

Putaran

rpm

P

Tekanan

kgf/cm2

Pv

Tekanan uap jenuh

kgf/cm2

T

Periode

s

t

Waktu tempuh

s

w

Berat

N

x

Displacement

m

x

Velocity

m/s

x

Acceleration

m/s2

Z

Head statis

m

Τ

Periode natural

s

ρ

Massa jenis fluida

kg/m3

Ω

Frekuensi sudut

rad/s

Simbol Yunani

Universitas Sumatera Utara

Θ

Sudut fase

rad

µ

Dynamic viscosity

Ns/m2

υ

Kinematic viscosity

m2/s

Γ

Berat jenis fluida

kgf/m3

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Salah satu kegagalan yang terjadi pada pengoperasian pompa sentrifugal
dilapangan adalah kavitasi. Kavitasi merupakan peristiwa terbentuknya gelembunggelembung uap didalam cairan yang sedang mengalir. Fenomena ini terjadi akibat
turunnya tekanan fluida sampai di bawah tekanan uap jenuh fluida dan turbulensi
(pulsasi). Pada pompa sentrifugal kavitasi dapat terjadi pada suction pompa maupun pada
pipa aliran fluida. Indikasi kavitasi adalah timbulnya gelembung-gelembung uap, getaran
dan suara bising pada pompa. Dampak kavitasi pada pompa adalah kerusakan pada sudu
pompa dan performance pompa menurun. Penelitian ini dilakukan dengan mengukur
perilaku getaran di dalam rumah pompa serta mengamati pola aliran akibat perubahan
kapasitas pompa yang disinkronkan terhadap bilangan Reynold. Pada penelitian ini
divariasikan kapasitas pompa yang diduga berpengaruh terhadap terjadinya kavitasi pada
pompa sentrifugal. Untuk mengetahui terjadinya kavitasi parameter yang digunakan
dengan mengukur perilaku getaran pompa di dalam rumah pompa dan mengamati pola
aliran dengan gambar dan vibrasi eksitasinya. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan vibrometer dengan arah pengukuran aksial, vertikal dan horizontal pada
frequency domain dan time domain. Secara visual pola aliran terjadi akibat kenaikan
bilangan Reynolds dan kavitasi teramati dengan terjadinya turbulensi aliran yang
terdeteksi dengan naiknya amplitudo sinyal getaran maksimum yang merupakan
simpangan terjauhnya pada gate valve suction closed 80%.
Kata kunci: Kavitasi, sinyal getaran, bilangan Reynolds, pola aliran.

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pompa dalam industri biasanya digunakan untuk transportasi fluida,
dimana kerja dari pompa tersebut tergantung dari sifat dan jenis fluida. Pemilihan
jenis pompa yang digunakan didasarkan pada nilai ekonomis jarak fluida yang
akan dipindahkan.
Pada pompa, densitas fluida konstan dan besar. Pompa ini bertujuan
sebagai alat transfortasi fluida (horizontal maupun vertikal), menaikkan tekanan
dan menaikkan kecepatan. Faktor yang perlu diperhatikan dalam pemilihan
pompa adalah sifat cairan dan rating (debit dan head) yang diperlukan.
Untuk menentukan suatu peralatan bekerja sesuai dengan kondisi
terbaiknya diperlukan indikator, biasanya indikator yang sering digunakan adalah
indikator yang dengan cepat mendapatkannya seperti Pola Aliran dan Getaran
(Vibrasi).
Pompa sentrifugal adalah jenis pompa yang sangat banyak dipakai oleh
industri, terutama industri pengolahan dan pendistribusian air. Beberapa
keunggulan pompa sentrifugal adalah: harga yang lebih murah, kontruksi pompa
sederhana, mudah pemasangan maupun perawatan, kapasitas dan tinggi tekan
(head) yang tinggi, kehandalan dan ketahanan yang tinggi.
Pada pompa sentrifugal energi mekanik pada pompa sentrifugal zat cair
ditinggalkan dengan aksi sentrifugal. Cairan terlempar tetap stabil akibat gaya
sentrifugal. Zat cair yang masuk melalui sembungan isap yang konsentrik dengan
sumbu suatu elemen putar berkecepatan tinggi yang disebut impeler (impeller),
sehingga memiliki gaya kinetis yang tinggi.
Di samping keunggulan dan kehandalan dari pompa sentrifugal tersebut,
masih banyak didapati kegagalan yang terjadi pada pengoperasian di lapangan.
Kegagalan pompa sentrifugal diantaranya adalah kegagalan bantalan (bearing),
penyetelan sambungan pada pompa dan motor, pondasi pompa, penggunaan
bentuk maupun bahan rangka pompa, getaran pada pipa tekan, dan kavitasi.
Dalam hal kavitasi bagian pada pompa yang sering mengalami kavitasi adalah sisi
isap pompa. Hal ini terjadi jika tekanan isap pompa terlalu rendah hingga dibawah

Universitas Sumatera Utara

tekanan uap jenuhnya, hal ini dapat menyebabkan: Suara berisik, getaran atau
kerusakan komponen pompa seperti gelembung-gelembung fluida tersebut pecah
ketika melalui daerah yang lebih tinggi tekanannya, Kapasitas pompa menjadi
berkurang, Pompa tidak mampu membangkitkan head (beda tinggi tekan), dan
Berkurangnya efisiensi pompa.
Kelemahan utama pompa centrifugal ini terletak pada terbatasnya tekanan
pengembus (delivery presure) serta tidak mampu memancing sendiri. Untuk itu
digunakan multingkat yang biasanya bersumbu sama serta digerakkan oleh motor.
Namun pada penelitian skripsi yang saya lakukan adalah pompa single stage
karena keterbatasan dari biaya.
Dari beberapa keunggulan serta kelemahan pengoperasian dan pemilihan
pompa sentrifugal, masih diperlukan penelitian yang lebih dalam tentang
pengoperasian yang terbaik dari segi tinggi tekan dan kapasitas sehingga kavitasi
pompa tidak terjadi dan pompa dapat beroperasi dalam keadaan baik , dimana
dalam hal ini kavitasi dapat menjadi penghambatan kinerja pompa.
Penyelidikan dan pengujian kavitasi pada pompa telah dilakukan oleh
beberapa peneliti dan balai pengujian dengan mengkaji dalam beberapa aspek
yang berbeda yaitu: J. Jeremi and K.Dayton (2000) yang mendeteksi kavitasi
yang mana eksperimen dilakukan pada sebuah pompa sentrifugal, fenomena
kavitasi di deteksi dengan pemantauan tekanan masuk dinamik di bagian suction.
Penelitian ini dapat dijadikan indikasi awal terjadinya kavitasi pada pompa
dengan munculnya suara bising dan metode ini bisa digunakan untuk mengetahui
keausan ring (seal). Seyed Farshid C.Hassan (2005), meneliti kavitasi pada
pompa sentrifugal menggunakan spectrum sinyal kebisingan. Penelitian ini
dilakukan dengan mengukur spectrum sinyal noise pada sudu pompa
menggunakan satu mikropon dan satu P.C soundcard yang dilengkapi dengan
Transform fourier dan Matlab 6.1 untuk mendapatkan frekuensi domain. Dari
penelitian ini diperoleh bahwa perbedaan tekanan bunyi pada beberapa frekuensi
dapat digunakan sebagai satu pemantauan utama permulaan kavitasi dan akibat
kavitasi terhadap pompa. Demikian juga penelitian yang dilakukan Suyanto,
Irham (2007), melakukan penelitian kaji eksperimental fenomena kavitasi pada
sudu pompa sentrifugal. Pada penelitian ini parameter yang digunakan untuk

Universitas Sumatera Utara

mengamati adalah angka Thoma (ap), dan hasil yang diperoleh bahwa kavitasi
pada sudu pompa sentrifugal intensitasnya semakin besar pada angka kavitasi
rendah yang disebabkan oleh tekanan isap yang rendah, temperature fluida tinggi,
kapasitas dan putaran besar. Selanjuntnya, Ni Yongyan Yuan Shouqi (2008),
melakukan penelitian mendeteksi kavitasi pompa sentrifugal menggunakan sinyal
percepatan getaran. Pada penelitian diketahui bahwa terjadinya kavitasi dengan
pergerakan sinyal frekuensi secara acak pada frekuensi disekitar sudu impeller.
Penelitian ini menggunakan metode Higuchi, ternyata sukses mendeteksi kavitasi
pada pompa sentrifugal
Dengan dilandasi pada latar belakang di atas peneliti memandang perlu
dilakukan suatu penelitian eksperimen dan analisa tentang perubahan prilaku
kavitasi pada pompa sentrifugal akibat variasi kapasitas, perubahan temperatur
fluida serta peningkatan getaran yang diukur pada housing pompa sentrifugal
yang dapat dibuktikan dengan berbagai cara, sebagian diantaranya dengan
menganalisa pola aliran dan bilangan reynold.

1.2 Pembatasan Masalah
Pompa sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ini adalah pompa
sentrifugal tipe single stage yang terdiri dari satu impeller dan satu casing. Pompa
ini adalah pompa dengan kondisi baru sehingga dapat dianggap bahwa poros,
impeller, kopling dalam kondisi baik (balance). Pompa sentrifugal ini
mendistribusikan air dari reservoir isap (Suction) ke reservoir tekan (Discharge)
yang memiliki beda ketinggian 1 meter. Pembatasan masalah dalam tugas sarjana
ini mencakup permasalahan kavitasi yang dipengaruhi oleh variasi Kapasitas
(m3/s), perubahan sinyal getaran dan pola aliran.

Universitas Sumatera Utara

1.3. Tujuan Penelitian
1. Mengkaji fenomena kavitasi dengan variasi kapasitas pada pompa
sentrifugal.
2. Mengkaji fenomena kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal
dengan metode eksperimen menggunakan sinyal getaran.
3. Mengamati fenomena kavitasi yang terjadi dengan pola aliran yang
disinkronkan dengan bilangan Reynold

1.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini nantinya merupakan suatu upaya nyata pihak perguruan
tinggi, khususnya lembaga penelitian, dalam memberikan informasi kepada
dunia industri tentang hubungan pompa, fenomena kavitasi, getaran (vibrasi),
dan temperatur.

Adapun manfaat penelitian ini adalah:
1.

Sinyal getaran dapat dijadikan sebagai acuan terjadinya kavitasi

2. Memberikan informasi mengenai metode pengujian fenomena kavitasi
pada pompa sentrifugal dan sebagai acuan untuk menghindari
terjadinya kavitasi.
3. Memberikan informasi kepada industri yang menggunakan pompa
sentrifugal tentang pemanfaatan sinyal getaran dan pola aliran yang
disinkronkan dengan bilangan Reynold sebagai indikator pencegahan
kavitasi.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu fluida
dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut.
Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan
pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan,
perbedaan ketinggian atau hambatan gesek. Klasifikasi Pompa Secara umum
pompa dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (positive
displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non positive displacement pump).
Salah satu jenis pompa Kerja Dinamis adalah pompa sentrifugal yang prinsip
kerjanya mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial
(dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Pada Instalasi
Pengolahan Air (IPA), sebagian besar pompa yang digunakan ialah pompa bertipe
sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan
sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar). Pompa
sentrifugal

merupakan

pompa Kerja Dinamis

yang

paling

banyak

digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga yang
relatif murah. Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis
pompa

perpindahan

positif

adalah

gerakan impeler yang kontinyu

menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa, keandalan operasi tinggi
disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan tidak adanya katup-katup,
kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang dapat dikopel dengan
motor listrik, motor bakar atau turbin uap, ukuran kecil sehingga hanya
membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya instalasi ringan, harga
murah dan biaya perawatan murah.

2.1

Prinsip -prinsip dasar pompa sentrifugal
Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:


gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar
sehingga kecepatan fluida meningkat



kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau
diffuser) menjadi tekanan atau head.

Universitas Sumatera Utara

2.2

Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara
lain:

1. Kapasitas :


Kapasitas rendah

: < 20 m3 / jam



Kapasitas menengah

: 20-60 m3 / jam



Kapasitas tinggi

: > 60 m3 / jam

2. Tekanan Discharge :
• Tekanan Rendah

: < 5 Kg / cm2

• Tekanan menengah

: 5 - 50 Kg / cm2

• Tekanan tinggi

: > 50 Kg / cm2

3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :
• Single stage

: Terdiri dari satu impeller dan satu casing

• Multi stage

: Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam
satu casing.

• Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel

dalam satu casing.
• Multi Impeller – Multi stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage.

4. Posisi Poros :
• Poros tegak
• Poros mendatar

5. Jumlah Suction :
• Single Suction
• Double Suction

6. Arah aliran keluar impeller :
• Radial flow
• Axial flow
• Mixed fllow

Universitas Sumatera Utara

2.3

Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat seperti
gambar berikut:

Gambar 2.1 Rumah Pompa Sentrifugal
1. Stuffing Box
Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana
poros pompa menembus casing.
2. Packing
Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing
pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.
3. Shaft
Shaft/poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak
selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian
berputar lainnya.
4. Shaft sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan
keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage
joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.

Universitas Sumatera Utara

5. Vane
Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
6. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai
pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane),
inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller
dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis
(single stage).
7. Eye of Impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
8. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi
energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontiniu, sehingga
cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan
akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
9. 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.
10. 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.
11. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai
pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane),
inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller
dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis
(single stage).

Universitas Sumatera Utara

2.4

Kavitasi
Pada sistem pemipaan yang menggunakan pompa sentrifugal sangat

mungkin terjadi kavitasi yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan perbedaan
penampang yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan sampai turun di
bawah tekanan uap jenuhnya sehingga menyebabkan terjadinya fenomena yang
disebut kavitasi.
Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di
dalam cairan yang sedang mengalir karena tekanan cairannya berkurang sampai di
bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gejala kavitasi terjadi
karena menguapnya zat cair yang sedang mengalir didalam pompa atau diluar
pompa, karena tekanannya berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuhnya
Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair.
Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir didalam pompa maupun
didalam pipa. Pada pompa bagian yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap
pompa. Hal ini terjadi jika tekanan isap pompa terlalu rendah hingga dibawah
tekanan uap jenuhnya.
Gejala kavitasi yang timbul pada pompa biasanya ada suara berisik dan
getaran, unjuk kerjanya menjadi turun, kalau dioperasikan dalam jangka waktu
lama akan terjadi kerusakan pada permukaan dinding saluran. Permukaan dinding
saluran akan berlubang-lubang karena erosi kavitasi sebagai tumbukan
gelembung-gelembung yang pecah pada dinding secara terus-menerus dapat
dilihat pada gambar 2.2

Gambar 2.2 Proses Kavitasi

Universitas Sumatera Utara

2.4.1 Penyebab terjadinya kavitasi pada pompa sentrifugal
Pompa sentrifugal mempunyai sifat-sifat teknis yang harus dipenuhi agar
dapat beroperasi dengan baik. Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada
pompa tipe ini adalah gagalnya pompa dalam proses priming, sehingga pompa
tidak bisa mengisap dan akhirnya gagal pemompaan serta menyebabkan
kerusakan pada bagian-bagian pompa.
Ada beberapa penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal diantaranya, adalah :
1. Penguapan (Vaporation)
Fluida

menguap

bila

tekanannya

menjadi

sangat

rendah

atau

temperaturnya menjadi sangat tinggi. Setiap pompa sentrifugal memerlukan head
(tekanan) pada sisi isap untuk mencegah penguapan.
2. Masuknya Udara Luar ke Dalam Sistem (Air Ingestion)
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 fluid).
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 system
berpengaruh besar terhadap kinerja pompa yaitu pada saat gelembung-gelembung
udara itu pecah ketika melewati 'eye 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.

Universitas Sumatera Utara

3. Sirkulasi Balik di dalam Sistem (Internal Recirculation)
Tempat – tempat yang bertekanan rendah dan atau yang berkecepatan
tinggi di dalam aliran, sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi. Kavitasi akan
timbul bila tekanan isap terlalu rendah. Gelembung uap yang terbentuk dalam
proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976)
menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah
hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran
fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan cairan lebih
besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut
akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan
masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap
tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan
terjadinya kerusakan mekanis pada pompa.

Gambar 2.3 Kerusakan impeller akibat kavitasi

Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada
dinding namun bila hal itu terjadi berulang-ulang maka bisa mengakibatkan
terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material bisa rusak
oleh kavitasi bila dibiarkan terjadi dalam jangka waktu yang lama. Adanya benda
asing yang masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab
akan menyebabkan erosi pada dinding impeler. Bagian dari pompa sentrifugal
yang paling rawan terkena kavitasi adalah sisi impeler dekat sisi isap yang
bertekanan rendah juga tutup impeler bagian depan yang berhubungan dengan sisi
isap. Hammit (Karassik dkk, 1976) menemukan hubungan yang rumit antara

Universitas Sumatera Utara

kecepatan aliran dengan kerusakan pada pompa akibat kavitasi. Kerusakan
tersebut akan meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan aliran. Kavitasi yang
terjadi pada pompa sentrifugal sangatlah merugikan. Hal-hal yang diakibatkan
oleh kavitasi antara lain: terjadinya suara berisik dan getaran (noise and
vibration), terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding pipa isap, performansi
pompa akan turun, bisa menyebabkan kerusakan pada impeller. Kavitasi sedapat
mungkin harus dihindari agar impeler dan komponen-komponen pompa yang lain
bisa lebih awet. Cara-cara yang bisa digunakan untuk menghindari terjadinya
kavitasi antara lain : Tekanan sisi isap tidak boleh terlalu rendah (pompa tidak
boleh diletakkan jauh di atas permukaan cairan yang dipompa sebab
menyebabkan head statisnya besar), Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh
terlalu besar (bagian yang mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan
rendah. Oleh karena itu besarnya kecepatan aliran harus dibatasi, caranya dengan
membatasi diameter pipa isap tidak boleh terlalu kecil). Menghindari instalasi
berupa belokan-belokan tajam (pada belokan yang tajam kecepatan aliran fluida
akan meningkat sedangkan tekanan fluida akan turun sehingga menjadi rawan
terhadap kavitasi).

2.5

Pola Aliran
Dalam berbagai industri sebagian besar fluidanya mengalir pada pipa-pipa

saluran tertutup (closed conduit flow). Masalah utama yang muncul antara lain:
1. Terjadinya gesekan pada dinding pipa.
2. Terjadinya turbulensi karena gerakan relatif dalam molekul fluida yang
dipengaruhi oleh viskositas fluida, kecepatan aliran dan bentuk pipa.
3. Terjadinya fluktuasi aliran akibat pemasangan belokan (elbow) dan
pengecilan saluran mendadak (sudden contraction).
Dalam suatu aliran yang melewati sistem atau instalasi pipa maka akan terjadi
hambatan aliran, hambatan tersebut diakibatkan oleh faktor- faktor bentuk
instalasi. Hambatan aliran akan menyebabkan turunnya energy dari fluida tersebut
yang sering disebut dengan kerugian tinggi tekan (head loss) atau penurunan
tekanan (pressure drop). Kedua faktor ini merupakan pengaruh yang ditimbulkan
karena pengaruh gesekan fluida (friction loss) dan perubahan pola aliran terjadi

Universitas Sumatera Utara

karena fluida harus mengikuti bentuk saluran dan dindingnya. Ketika pipa utama
dialiri fluida yang bersifat turbulen, maka fluida dalam pipa akan mengalami
pulsasi atau perubahan pola aliran yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran
meningkat dan tekanannya menurun.
Salah satu besaran non-dimensional yang menggambarkan pola aliran fluida
adalah Bilangan Reynolds. Pada tahun 1883 Osborne Reynolds menunjukkan
bahwa penurunan tekanan tergantung pada parameter: kerapatan (ρ), kecepatan
(V), diameter (D) dan viskositas dinamik (µ) yang selanjutnya disebut dengan
bilangan Reynolds.
Aliran fluida dalam pipa yang berbentuk lingkaran terbagi menjadi dua, yaitu
aliran laminar dan turbulen. Karakteristik antara kedua aliran tersebut berbedabeda dari segi kecepatan, debit dan massa jenisnya. Bilangan Reynolds dapat
mendefinisikan kedua aliran tersebut, dengan persamaan :

Re =

ρ .V .D V .D
=
µ
υ

Dimana:
ρ

= Kerapatan massa fluida (kg/m3)

V

= Kecepatan karakteristik (m/s)

d

= Diameter saluran (m)

µ

= Viskositas dinamik (kg/m.s)

2.5.1 Konsep Aliran
Konsep masalah aliran fluida dalam pipa adalah:
1. Sistem Terbuka (Open channel)
2. Sistem Tertutup
3. Sistem Seri
4. Sistem Paralel
Hal-hal yang diperhatikan :
1. Sifat Fisis Fluida : Tekanan, Temperatur, Masa Jenis dan Viskositas,
dimana Viskositas suatu fluida bergantung pada harga tekanan dan
temperature. Untuk fluida cair, tekanan dapat diabaikan. Viskositas cairan
akan turun dengan cepat bila temperaturnya dinaikkan.

Universitas Sumatera Utara

2. Faktor Geometrik : Diameter Pipa dan Kekasaran Permukaan Pipa.
3. Sifat Mekanis : Aliran Laminar, Aliran Transisi, dan Aliran Turbulen,
dimana sifat mekanis ini akan dihubungkan terhadap bilangan Reynolds
Parameter yang berpengaruh dalam aliran adalah:
1.

Diameter Pipa (D)

2.

Kecepatan (V)

3.

Viskositas Fluida (µ)

4.

Masa Jenis Fluida (ρ)

5.

Laju Aliran Massa (ṁ)
Dimana persamaan dalam aliran Fluida adalah:
Q = V x A ( Prinsip Kekekalan Massa )
Prinsip Kekekalan Massa adalah laju aliran massa neto didalam elemen

adalah sama dengan laju perubahan massa tiap satuan waktu.
2
V2

dA2
1
dA1

V1

Gambar 2.4 Besarnya massa yang masuk sama dengan yang keluar
Massa yang masuk melalui titik 1 = V1 . ρ1 . dA1 = Massa yang keluar melalui
titik 2 = V2 . ρ2 . dA2
Oleh karena tidak ada massa yang hilang :
V1 . ρ1 . dA1 = V2 . ρ2 . dA2
Pengintegralan persamaan tersebut meliputi seluruh luas permukaan
saluran akan menghasilkan massa yang melalui medan aliran :
V1 . ρ1 . A1 = V2 . ρ2 . A2
ρ1 = ρ2  Fluida Incompressible.
V1 . A1 = V2 . A2
Atau :
Q = A .V = Konstan

Universitas Sumatera Utara

Persamaan kontinuitas berlaku untuk :
1. Untuk semua fluida (gas atau cairan).
2. Untuk semua jenis aliran (laminar atau turbulen).
3. Untuk semua keadaan (steady dan unsteady)
4. Dengan atau tanpa adanya reaksi kimia di dalam aliran tersebut.
Persamaan Momentum :
Momentum suatu partikel atau benda : perkalian massa (m) dengan
kecepatan (v). Partikel-partikel aliran fluida mempunyai momentum. Oleh karena
kecepatan aliran berubah baik dalam besarannya maupun arahnya, maka
momentum partikel-partikel fluida juga akan berubah.
Menurut hukum Newton II, diperlukan gaya untuk menghasilkan perubahan
tersebut yang sebanding dengan besarnya kecepatan perubahan momentu
Untuk menentukan besarnya kecepatan perubahan momentum di dalam
aliran fluida, dipandang tabung aliran dengan luas permukaan dA seperti pada
gambar berikut :
Y
V2

X
Z
V1

Gambar 2.5 Tabung Aliran

2.5.2 Klasifikasi Pola Aliran
Banyak kriteria yang dapat digunakan untuk mengklasifikasikan fluida
sebagai contoh aliran dapat digolongkan sebagai aliran steady atau unsteady, satu,
dua atau tiga dimensi, seragam atau tidak seragam, laminar atau turbulen dan
dapat mampat atau tiduk dapat mampat. Selain itu, aliran gas ada yang subsonik,
transonic, supersonik atau hipersonik, sedangkan zat cair yang mengalir disaluran
terbuka ada yang subkritis, kritis atau superkritis.

Universitas Sumatera Utara

Namun secara garis besar dapat dibedakan atau dikelompokkan jenis aliran
adalah sebagai berikut:
1. Aliran tunak (steady) : suatu aliran dimana kecepatannya tidak terpengaruh
oleh perubahan waktu, sehingga kecepatan konstan pada setiap titik (tidak
mernpunyai percepatan)
2. Aliran seragam (uniform) : suatu aliran yang tidak terjadi perubahan baik
bes

Dokumen baru

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

119 3984 16

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

40 1057 43

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

40 945 23

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

21 632 24

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

28 790 23

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

60 1348 14

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

66 1253 50

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

20 825 17

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

32 1111 30

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

41 1350 23