SMK 10 Teknik Mesin Industri_Sunyoto Html

Sunyoto, dkk.
TEKNIK MESIN
INDUSTRI
JILID 1
SMK
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah
Departemen Pendidikan Nasional
Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional
Dilindungi Undang-undang
TEKNIK MESIN
INDUSTRI
JILID 1
Untuk SMK
Penulis : Sunyoto
Karnowo
S. M. Bondan Respati
Perancang Kulit : TIM
Ukuran Buku : 17,6 x 25 cm
Diterbitkan oleh
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah
Departemen Pendidikan Nasional
Tahun 2008
SUN SUNYOTO
t Teknik Mesin Industri Jilid 1 untuk SMK /oleh Sunyoto,
Karnowo, S. M. Bondan Respati ---- Jakarta : Direktorat Pembinaan
Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen
Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan
Nasional, 2008.
xii, 204 hlm
Daftar Pustaka : Lampiran. A
Daftar Gambar : Lampiran. B
ISBN : 978-979-060-085-0
ISBN : 978-979-060-086-7
KATA SAMBUTAN
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan
karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan Sekolah
Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar
dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, telah melaksanakan
kegiatan penulisan buku kejuruan sebagai bentuk dari kegiatan
pembelian hak cipta buku teks pelajaran kejuruan bagi siswa SMK.
Karena buku-buku pelajaran kejuruan sangat sulit di dapatkan di pasaran.
Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan Standar
Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK dan telah
dinyatakan memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses
pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 45
Tahun 2008 tanggal 15 Agustus 2008.
Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada
seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya
kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas
oleh para pendidik dan peserta didik SMK.
Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada
Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (download),
digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat.
Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya
harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan
ditayangkan soft copy ini diharapkan akan lebih memudahkan bagi
masyarakat khsusnya para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh
Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri untuk
mengakses dan memanfaatkannya sebagai sumber belajar.
Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada
para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat
memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini
masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik
sangat kami harapkan.
Jakarta, 17 Agustus 2008
Direktur Pembinaan SMK
i
PENGANTAR PENULIS
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa
karena atas bimbingan dan petunjukNya, penulis dapat menyelesaikan
buku ini.
Buku yang diberi judul ”Teknik Mesin Industri” ini disusun dengan
memperhatikan rambu-rambu yang ada, antara lain Peraturan
Pemerintah Republik Indonesia Nomor 19 Tahun 2005 tentang Standar
Nasional Pendidikan, Standar Isi, Standar Kompetensi Lulusan, dan
Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP) Sekolah Menengah
Kejuruan (SMK), khususnya bidang keahlian Teknik Mesin.
Buku ini banyak membahas tentang mesin-mesin konversi energi,
dimana sesuai dengan silabus dalam KTSP bidang Teknik Mesin materi
tersebut terdapat dalam mata pelajaran produktif kategori dasar
kompetensi kejuruan. Sesuai spektrum Pendidikan Kejuruan Kurikulum
Edisi 2004, bidang keahlian Teknik Mesin terdiri dari 9 (sembilan)
program keahlian dimana materi dasar kompetensi kejuruan diberikan
kepada sembilan program keahlian tersebut.
Diharapkan buku ini dapat dijadikan pedoman atau rujukan bagi
siswa dan guru SMK bidang keahlian Teknik Mesin khususnya, dan
bidang keahlian lain pada umumnya.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada
Direktur Pembinaan SMK, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan
Dasar dan Menengah, Depdiknas yang telah memberi kepercayaan
kepada penulis untuk menyelesaikan buku ini. Ucapan terimakasih
penulis sampaikan juga kepada seluruh pihak yang terlibat dalam
penulisan buku ini, baik dari kalangan akademisi maupun praktisi.
Akhir kata, mudah-mudahan buku ini bermanfaat bagi seluruh
pembaca dan masyarakat luas pada umumnya. Kritik dan saran demi
perbaikan buku ini akan penulis terima dengan senang hati. Wassalam.
Tim Penulis
ii
ABSTRAK
Buku Teknik Mesin Industri ini dibuat dengan harapan
memberikan manfaat bagi para siswa Sekolah Menengah Kejuruan
(SMK) khususnya bidang keahlian Teknik Mesin, sehingga mereka
mempunyai pengetahuan dasar tentang prinsip konversi energi dan
mesin-mesinnya. Buku ini memaparkan teori dasar konversi energi dan
ditambah dengan penjelasan kontruksi-kontruksi mesin pada setiap bab.
Pada bab-bab awal dipaparkan tentang dasar-dasar kejuruan serta ilmuilmu
dasar meliputi mekanika fluida, termodinamika, perpindahan panas.
Penjelasan pada setiap bab dilengkapi dengan gambar-gambar dan
diagram untuk mempermudah pemahaman siswa.
Uraian per bagian mengacu pada standar kompetensi dalam
Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP) Sekolah Menengah
Kejuruan (SMK) khususnya bidang keahlian Teknik Mesin. Penjelasan
ditekankan pada konsep dasar, mulai dari sejarah perkembngan sampai
teknologi terbaru yang ada. Pembuktian secara kuantitatif terhadap
konsep-konsep konversi energi dibatasi. Siswa dalam membaca buku ini
diarahkan hanya untuk melogika teori dasar dengan tujuan
mempermudah pemahaman.
Konsep konversi energi diuraikan dengan membahas
terlebih dahulu teori yang mendasari. Untuk pompa, kompresor dan turbin
air teori dasar yang diuraikan adalah sama, yaitu penerapan mekanika
fluida. Pada mesin-mesin kalor, motor bakar, turbin gas, dan turbin uap,
teori yang mendasari adalah termodinamika, mekanika fluida, dan
perpindahan panas.
Untuk melengkapi paparan konsep-konsep dasar pada
setiap bab diberikan contoh-contoh aplikasinya. Fokus pembahasan di
dalam buku ini adalah mesin-mesin yang mengkonversi sumber-sumber
energi yang tersedia di alam untuk menghasilkan energi yang dapat
dimanfaatkan. Mesin-mesin pompa dan kompresor, dibahas detail dalam
buku ini karena mesin-mesin tersebut dianggap sebagai alat bantu untuk
pengoperasian mesin-mesin konversi. Selanjutnya dibahas tentang
mesin–mesin panas, seperti motor bakar, turbin gas, dan turbin uap.
Pada bagian akhir buku dibahas tentang turbin air, refrigerasi dan
pengkondisian udara.
iii
DAFTAR ISI
JILID 1
BAB 1 DASAR KEJURUAN ................................................................ 1
A. Dasar ilmu statiska ........................................................................... 1
A.1. Tegangan tarik dan tekan. ................................................. 1
A.2. Rasio poison ...................................................................... 2
A.3. Tegangan Geser................................................................ 2
A.4. Tegangan Bending ............................................................ 2
A.5. Tegangan Maksimum ....................................................... 3
A.7. Torsi................................................................................... 3
B. Mengenal Elemen Mesin.................................................................. 4
B.1. Rem ................................................................................... 5
B.2. Roda gigi............................................................................ 5
B.3. Bantalan............................................................................. 7
B.4. Pegas................................................................................. 8
B.5. Poros ................................................................................. 10
B.6.Transmisi ...........................................................................11
C. Mengenal material dan kemampuan proses .................................... 14
C.1. Besi cor.............................................................................. 14
C.2. Baja karbon ....................................................................... 16
C.3. Material non logam ............................................................ 17
BAB 2 MEMAHAMI PROSES–PROSES DASAR KEJURUAN.......... 19
A. Mengenal Proses Pengecoran Logam............................................. 19
B. Mengenal Proses Pembentukan Logam .......................................... 21
B.1. Pembentukan plat ............................................................. 21
B.2. Kerja bangku...................................................................... 21
C. Proses Mesin Perkakas ................................................................... 24
C.1. Mesin bubut ....................................................................... 24
C.2. Mesin fris ........................................................................... 26
iv
D. MENGENAL PROSES MESIN KONVERSI ENERGI .....................27
D.1. Termodinamika ..................................................................27
D.2. Bentuk-bentuk energi
D.3. Sifat energi ........................................................................33
D.4. Hukum termodinamika .......................................................38
D.5. Gas Ideal............................................................................43
E. Dasar Fluida......................................................................................46
E.1. Massa jenis .......................................................................46
E.2. Tekanan .............................................................................46
E.3. Kemampumampatan..........................................................48
E.4. Viskositas ..........................................................................49
E.5. Aliran fluida dalam pipa dan saluran ..................................50
E.6. Kondisi aliran fluida cair .....................................................54
F. Perpindahan Panas...........................................................................55
F.1. Konduksi.............................................................................55
F.2. Konveksi .............................................................................55
F.3. Radiasi................................................................................56
G. Bahan Bakar.....................................................................................57
G.1. Penggolongan bahan baker...............................................58
G.2. Bahan-bakar cair................................................................59
G.3. Bahan bakar padat.............................................................64
BAB 3 MEREALISASIKAN KERJA AMAN BAGI MANUSIA, ALAT
DAN LINGKUNGAN..................................................................66
A. Keselamatan dan Kesehatan Kerja .................................................66
A.1. Pendahuluan ......................................................................66
A.2. Peraturan Perundangan K3................................................66
A.3. Prosedur Penerapan K3.....................................................68
A 4. Penerapan K3 Bidang Pesawat Uap dan Bejana Tekan....70
A.5. Kebakaran dan Penanganannya........................................72
A.6. Kesehatan Kerja dan Lingkungan ......................................74
v
BAB 4 MENGGAMBAR TEKNIK......................................................... 77
A. Alat Gambar ..................................................................................... 77
A.1. Kertas gambar ................................................................... 77
B. Kop Gambar..................................................................................... 82
C. Gambar Proyeksi ............................................................................. 83
D. Skala ................................................................................................ 89
E. Ukuran dan Toleransi....................................................................... 90
F. Penyederhanaan gambar................................................................. 92
G. Lambang Pengerjaan....................................................................... 93
BAB 5 DASAR POMPA....................................................................... 97
A. Prinsip Kerja Pompa......................................................................... 98
B. Klasifikasi Pompa............................................................................. 99
C. Komponen-Komponen Pompa........................................................ 104
D. Konstruksi Pompa Khusus............................................................... 106
D.1. Pompa sembur ( jet pump) ............................................... 106
D.2. Pompa viscous ................................................................. 107
D.3. Pompa dengan volute ganda............................................ 108
D.4. Pompa CHOPPER ........................................................... 110
D.5. Pompa dengan Reccesed Impeller .................................. 110
D.6. Pompa lumpur (slurry) ...................................................... 111
D.7. Pompa LFH (Low Flow High Head )................................. 112
BAB 6 PERFORMANSI POMPA SENTRIFUGAL............................... 113
A. Kecepatan Spesifik........................................................................... 113
B. Kurva Karakteristik ........................................................................... 115
C. Head (Tinggi Tekan) ........................................................................ 117
C.1. Head statis total................................................................. 117
C.2. Head Kerugian (Loss)........................................................ 120
C.3. Head Hisap Positip Neto NPSH ........................................ 125
C.4. Hal yang mempengaruhi NPSH yang tersedia.................. 128
C.5. Putaran dan jenis pompa................................................... 129
D. Kerja, Daya dan Efisiensi Pompa..................................................... 129
vi
D.1. Definisi ...............................................................................130
E. Pemilihan Pompa..............................................................................132
E.1. Kapasitas............................................................................133
E.2. Grafik kerja berguna...........................................................133
E.3. Hal yang mempengaruhi efisiensi pompa ..........................133
F. Kavitasi..............................................................................................134
F.1. Tekanan uap zat cair ..........................................................134
F.2. Proses kavitasi ...................................................................134
F.3. Pencegahan kavitasi ..........................................................135
G. Pemilihan Penggerak Mula...............................................................137
G.1. Roda gigi transmisi ............................................................140
G.2. Pompa dengan penggerak turbin angin.............................141
H. Kurva Head Kapasitas Pompa dan Sistem.......................................142
I. Operasi Pompa pada Kapasitas tidak Normal ...................................144
I.1. Operasi dengan kapasitas tidak penuh ...............................145
I.2. Operasi dengan kapasitas melebihi normal.........................146
J. Kontrol Kapasitas Aliran ....................................................................146
J.1. Pengaturan katup................................................................147
J.2. Pengaturan putaran ............................................................148
J.3. Pengaturan sudut sudu impeler ..........................................148
J.4. Pengaturan jumlah pompa..................................................150
BAB 7 GANGGUAN OPERASI POMPA..............................................154
A. Benturan Air (Water Hammer) ..........................................................154
A.1. Kerusakan akibat benturan air ...........................................155
A.2. Pencegahan benturan air ...................................................155
B. Gejala Surjing ...................................................................................156
C. Tekanan Berubah-ubah....................................................................157
vii
JILID 2
BAB 8 POMPA PERPINDAHAN POSITIF ........................................ 159
A. Klasifikasi Pompa Perpindahan Positif............................................. 159
B. Penggunaan..................................................................................... 162
C. Pompa Gerak Bolak balik................................................................. 162
C.1.Cara kerja pemompaan...................................................... 162
C.2. Pemakaian......................................................................... 163
C.3. Kerkurangan pompa bolak-balik........................................ 164
C.4. Komponen pompa gerak bolak-balik ................................. 164
C.5. Pompa daya ...................................................................... 165
C.6. Pompa aksi langsung ........................................................ 168
D. Pompa Rotari ................................................................................... 170
D.1. Pompa roda gigi ................................................................ 170
D.2. Lobe, Skrup, vanes, flexibel tube , radial axial,
plunger dan circumferential pump..................................... 171
BAB 9 DASAR KOMPRESOR............................................................. 180
A. Prinsip Kerja Kompresor ................................................................. 180
B. Klasifikasi Kompresor....................................................................... 183
C. Penggunaan Udara Mampat............................................................ 188
D. Dasar Termodinamika Kompresi...................................................... 189
D.1. Proses Kompresi ............................................................... 189
D.2. Temperatur Kompresi, Perbandingan Tekanan dan Kerja 192
E. Efisiensi Kompresor ......................................................................... 194
E.1. Efisiensi laju kerja adiabatik kompresor............................. 194
E.2. Efisiensi volumetrik ............................................................ 198
F. Jenis Penggerak dan Spesifikasi Kompresor ................................... 199
G. Konstruksi Kompresor Perpindahan positif...................................... 202
G.1. Konstruksi kompresor torak............................................... 202
G.2. Konstruksi kompresor sekrupKompresor
sekrup injeksi minyak ......................................................... 211
viii
G.3. Konstruksi kompresor sudu luncur.....................................215
G.4. Konstruksi kompresor jenis roots ......................................218
H. Konstruksi Kompresor Rotari Aksial dan Radial ...............................219
I. Gangguan Kerja Kompresor dan Cara Mengatasinya ......................222
I.1. Pembebanan lebih dan pemanasan lebih
pada motor pengerak........................................................222
I.2. Pemanasan lebih pada udara hisap ...................................222
I.3. Katup pengaman yang sering terbuka ................................223
I.4. Bunyi dan getaran ...............................................................223
I.5. Korosi ..................................................................................224
BAB 10 DASAR MOTOR BAKAR
A. Sejarah Motor Bakar .........................................................................230
B. Siklus 4 Langkah dan 2 Langkah......................................................237
B.1. Siklus 4 langkah .................................................................237
B.2. Siklus 2 langkah .................................................................238
C. Daftar Istilah-Istilah Pada Motor Bakar .............................................240
BAB 11 SIKLUS MOTOR BAKAR.......................................................245
A. Siklus Termodinamika Motor Bakar ..................................................245
A.1. Siklus udara ideal ...............................................................245
A.2. Siklus aktual .......................................................................250
B. Menghitung Efiseinsi Siklus Udara Ideal...........................................251
B.1. Efesiensi dari siklus Otto ....................................................252
B.2. Efisiensi siklus tekanan konstan.........................................254
BAB 12 PRESTASI MESIN ..................................................................256
A. Propertis Geometri Silinder...............................................................258
A.1. Volume langkah dan volume ruang baker..........................261
A.2. Perbandingan kompresi ( compression ratio).....................261
A.3. Kecepatan piston rata-rata.............................................................262
B. Torsi dan Daya Mesin.......................................................................262
C. Perhitungan Daya Mesin ..................................................................264
C.1. Daya indikator ....................................................................265
C.2. Daya poros atau daya efektif .............................................279
ix
C.3. Kerugian daya gesek ........................................................ 279
D. Efisiensi Mesin ................................................................................. 279
D.1. Efisiensi termal .................................................................. 280
D.2. Efisiensi termal indikator.................................................... 280
D.3. Efisiensi termal efektif........................................................ 281
D.4. Efisiensi mekanik............................................................... 281
D.5. Efisiensi volumetric............................................................ 282
E. Laju pemakaian bahan bakar spesifik ............................................. 283
F. Perhitungan performasi motor bakar torak ....................................... 283
BAB 13 KOMPONEN MESIN .............................................................. 289
A. Mesin Motor Bakar ........................................................................... 289
B. Bagian Mesin.................................................................................... 289
B.1. Blok silinder ....................................................................... 290
B.1.1. Silinder............................................................................ 292
B.2. Kepala silinder ................................................................... 295
B.2.1. Bentuk ruang bakar ........................................................ 295
B.3. Piston atau torak................................................................ 296
B.4. Batang torak ..................................................................... 300
B.5. Poros engkol...................................................................... 301
B.6. Roda gaya ........................................................................ 302
B.7. Bantalan............................................................................. 302
B.8. Mekanik Katup ................................................................... 303
BAB 14 KELENGKAPAN MESIN........................................................ 304
A Sistim Pelumasan ............................................................................ 304
A.1.Minyak pelumas.................................................................. 305
A.2.Model pelumasan ............................................................... 308
A.3.Bagian-bagian utama pada
sistim pelumasan tekan...................................................... 311
A.4. Sistim ventilasi karter......................................................... 313
A.5. Saringan minyak pelumas ................................................. 313
A.6.Tangkai pengukur minyak................................................... 314
B. Sistim Pendinginan .......................................................................... 315
x
B.1. Pendinginan air ..................................................................315
B.2. Pendingin udara .................................................................320
JILID 3
BAB 15 TURBIN
B. Asas Impuls dan Reaksi ...................................................................322
C. Segitiga Kecepatan...........................................................................324
D. Turbin Impuls ....................................................................................327
D.1. Turbin impuls satu tahap ( Turbin De Laval) ......................330
D.2. Turbin impuls gabungan.....................................................332
E. Turbin Reaksi....................................................................................336
BAB 16 TURBIN GAS ..........................................................................340
A. Sejarah Perkembangan ....................................................................342
B. Dasar Kerja Turbin Gas ....................................................................344
B.1. Bahan bakar turbin gas ......................................................346
B.2. Proses pembakaran ...........................................................347
BAB 17 SIKLUS TERMODINAMIKA ...................................................351
A. Klasifikasi Turbin Gas .......................................................................352
A.1 Turbin gas sistem terbuka
( langsung dan tidak langsung) ..........................................352
A.2. Turbin gas sistem tertutup
( langsung dan tidak langsung) ..........................................355
A.3. Turbin gas dua poros terpisah............................................357
A.4. Turbin gas dua poros terpusat ...........................................358
B. Efisiensi Turbin Gas..........................................................................359
C. Modifikasi Turbin Gas .......................................................................364
C.1. Turbin gas dengan regenerator..........................................364
C.2. Turbin gas dengan pendingin sela (intercooler).................366
C.3. Intercooler, Reheater, dan Regenerato..............................368
BAB 18 KONTRUKSI TURBIN GAS....................................................370
A. Rotor .................................................................................................374
xi
B. Ruang Bakar .................................................................................... 375
C. Kompresor........................................................................................ 377
D. Turbin ............................................................................................... 380
E. Aplikasi Turbin Gas ......................................................................... 381
BAB 19 MESIN TENAGA UAP............................................................ 383
A. Siklus Termodinamika Mesin Uap.................................................... 384
B. Siklus Aktual dari Siklus Rankine ..................................................... 385
C. Peralatan Sistem Tenaga Uap ......................................................... 386
C.1. Boiler 386
C.2. Turbin Uap......................................................................... 391
C.3. Kondensor ........................................................................ 394
D. Ekonomiser ...................................................................................... 395
E. Superheater...................................................................................... 396
F. Burner............................................................................................... 397
F.1.Burner untuk bahan bakar cair .............................................. 398
F.2. Burner dengan bahan-bakar gas............................................ 399
F.3. Burner untuk bakar padat. ...................................................... 401
BAB 20 PRINSIP DASAR ALIRAN ..................................................... 405
A. Sejarah Turbin Air ............................................................................ 408
B. Instalasi Pembangkit Tenaga Air...................................................... 411
C. Energi Potensial Aliran Air ............................................................... 414
C.1. Head air.................................................................................. 415
D. Prinsip Peralian Energi Aliran .......................................................... 416
E. Daya Turbin...................................................................................... 417
F. Kecepatan Putar Turbin dan Kecepatan Spesifik............................. 419
G. Perhitungan Performasi Turbin ........................................................ 420
xii
BAB 21 KLASIFIKASI TURBIN AIR ....................................................423
A. Turbin Impuls atau Turbin Tekanan Sama........................................424
A.1. Turbin pelton ......................................................................424
A.2. Turbin aliran ossberger ......................................................428
B. Turbin Reaksi atau Turbin Tekan Lebih............................................429
B.1. Turbin Francis413 ..............................................................429
B.2. Turbin Kaplan .....................................................................430
C. Perbandingan Karakteristik Turbin ...................................................432
BAB 22 DASAR REFRIGERASI DAN
PENGKONDISIAN UDARA .....................................................434
A. Klasifikasi Mesin Refrigerasi .............................................................434
B. Penggunaan......................................................................................435
B.1. Pengkondisian udara untuk industri ...................................435
B.2. Pengkondisian udara untuk Laboratorium..........................436
B.3. Pengkondisian udara Ruang Komputer .............................436
B.4. Instalasi penkondisian udara pada
Instalasi power plant ...........................................................436
B.5. Pengkondisian udara pada rumah tangga .........................436
B.6. Pengkondisian udara untuk Automobil...............................437
B.7. Penyimpanan dan pendistribusian .....................................437
C. Sistem Pengkondisian Udara ...........................................................438
D. Peralatan Pengkondisian udara........................................................439
E. Beban Pemanasan dan Pendinginan ..............................................440
F. Kualitas udara ...................................................................................444
BAB 23 SIKLUS KOMPRESI UAP.......................................................446
A. Prinsip Kerja......................................................................................446
B. Daur Refrigerasi Kompresi Uap ........................................................448
C. Peralatan Utama Sistem Refrigerasi Kompresi Uap.........................452
D. Refrigeran .........................................................................................454
E. Perhitungan Koefisien Unjuk Kerja ..................................................455
F. Heat pump atau Pompa Kalor..........................................................458
G. Refrigerasi Absorbsi .........................................................................459
BAB 1 DASAR KEJURUAN
A. Dasar ilmu statiska
Desain mesin tidak lepas dari ilmu statika. Ilmu statika mempelajari
tentang kekuatan material berdasarkan kombinasi tegangan dan
regangan baik dua dimensi maupun tiga dimensi. Dalam material tidak
lepas dari tegangan dan regangan, karena dari dua hal tersebut dapat
dicari kekuatan dari bahan, seperti kekuatan tarik, bending dan puntir.
Dalam bahasan ini akan diulas beberapa dasar dari statika.
A.1. Tegangan tarik dan tekan.
Dalam membahas kekuatan tarik tidak lepas dari tegangan dan
regangan. Kedua sifat ini diukur saat melakukan uji tarik atau tekan
(Gambar 1.1). Dalam tarik, regangan adalah pertambahan panjang dari
material, sedangkan dalam tekan adalah pemendekkan dari bahan yang
ditekan.
A
= = P
Luas Penampang
Tegangan σ Daya
L
e x
panjang mula
Regangan = perpanjang an =
Hasil dari tegangan dan regangan jika dibagikan akan menghasilkan
sebuah Modulus Young (E). Mudulus Young ini hanya berlaku pada
daerah elastis dari sifat bahan.
E
e
Modulus Young
Regangan
Tegangan = σ =
atau
Ax
E = PL
Gambar 1.1 Profil tegangan dan regangan
2
A.2.Rasio poison
L
B
e
e
L L
v = = B B =
/
/
kekuatan beban pada sudut yang benar
kekuatan beban langsung
δ
δ
Satu hal yang perlu diketahui yaitu akibat dari gaya tarik yang terjadi
adalah pengurangan diameter seperti terlihat dalam Gambar 2.1 di
bawah ini:
Gambar 1.2 Profil tegangan dan regangan
A.3.Tegangan Geser
Dalam bidang permesinan tidak lepas dari pergeseran. Pergeseran
terjadi akibat adanya gaya yang menggeser benda sehingga terjadi
tegangan dan regangan geser. Tegangan dan regangan geser dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini:
A
Tegangan geserτ = P
G
Regangan geserφ = τ dengan G = Modulus geser
L
φ = x
Ax
G = PL
Catatan A adalah paralel dua beban
A.4. Tegangan Bending
Suatu kontruksi dari bahan tidak lepas dari beban atau gaya yang
menekan tidak pada titik pusat sehingga terjadi bending. Akibat dari gaya
ini terjadi tegagan bending yang dapat dihitung seperti di bawah ini:
I
Tegangan Bending σ = My
dengan
M = momen bending
3
I =momen kedua dari area
y = jarak titik pusat dengan titik beban
A.5. Tegangan Maksimum
I
Mym
σ m =
dengan ym = harga maksimum y untuk tarik dan tegangan
tekan
A.6.Radius kurva
M
R = EI
Bending modulus
m Z = I / y dan M Z m σ = /
Gambar 1.3 Radius kurva
A.7.Torsi
Batang yang digunakan sebagai penghubung yang berputar akan
terjadi momen puntir yang juga disebut Torsi. Untuk batang ini ada yang
menggunakan batang pejal dan batang berlubang, keduanya mempunyai
kelebihan dan kelemahan masing-masing.
A.7.1 Batang pejal
Pada batang pejal perhitungan kapasitas daya yang diterima dapat
dihitung sebagai berikut:
Maksimum tegangan geser
3
16
D
T
m π
τ =
Dengan D = diameter, T = torsi
Kapasitas torsi
16
3
m D
T
π τ
=
Kapasitas daya
Garis
T h
4
m
P π ND τ
8
2 3
=
dengan N = jumlah putaran per detik
Sudut putaran
rad
GD
TL
4
32
π
θ =
Dengan G = shear modulus, L = panjang
Gambar 1.4 Torsi pada batang pejal
A.7.2 Batang berlubang
Batang pejal mempunyai kelemahan beban lenturnya yang lebih kecil.
Untuk mengatasinya dapat dipakai batang berlubang. Batang berlubang
ini dapat memakai bahan yang lebih sedikit, tetapi kelemahan dari batang
ini adalah lebih kaku dari batang pejal, sehingga lebih mudah patah.
Untuk itu perlu diperhitungkan dengan baik sebelum memakainya.
Perhitungan untuk mengetahui beban maksimum dapat dipakai
persamaan di bawah ini:
m m D
T D d
D d
TD π τ
π
τ
16
; ( )
( )
16 4 4
4 4
−
=
−
=
Dengan, D = diameter luar, d = diameter dalam
( )
; 32
8
( )
4 4
2 4 4
G D d
TL
D
N D d
P m
−
=
−
=
π
θ
π τ
Gambar 1.5 Torsi pada batang berlubang
B. Mengenal Elemen Mesin
Dalam industri mesin yang sering dilihat pada otomotif adalah rem,
kopling, bantalan, roda gigi dan belt.
5
B.1.Rem
Rem adalah piranti pada alat yang bergerak untuk menghentikan laju.
Saat ini yan Gambar 1.68 Lambang proses pengelasan g sering
digunakan pada dunia otomotif adalah rem tromol dan rem cakram.
Gambar 1.6 Rem Cakram
Rem tromol ini sering digunakan pada rem belakang sepeda motor atau
mobil yang beredar di Indonesia.
Gambar 1.7 Rem Tromol
Rem cakram ini sering digunakan pada rem depan sepeda motor atau
mobil.
B.2. Roda gigi
Roda gigi adalah elemen mesin berbentuk gigi yang berfungsi
sebagai tramsmisi gerak putar dan daya dari komponen mesin satu ke
lainnya. Efisiensinya mendekati 98% sehingga roda gigi banyak dipakai
untuk membuat transmisi motor penggerak ke poros yang digerakan.
Gambar 1.8 Roda gigi metrik
6
B.2.1 Klasifikasi roda gigi
a. Roda gigi spur
Gambar 1.9 Roda gigi spurs
b. Roda gigi helik
Gambar 1.10 Roda gigi helik
c. Roda gigi dobel helik
Gambar 1.11 Roda gigi dobel helik
7
d. Roda gigi Bevel
Gambar 1. 12 Roda gigi Bevel
e. Roda gigi cacing
Gambar 1.13 Roda gigi cacing
B.3 Bantalan
Bantalan adalah piranti untuk memegang antara benda yang berputar
dengan benda yang tidak bergerak (rangka) agar gesekan yang terjadi
lebih halus tanpa mengeluarkan suara. Klasifikasi bantalan ditunjukkan
oleh gambar 1.14 di bawah ini.
8
Bantalan Bola
Bantalan Roll
Bantalan jarum
Bantalan Roll taper
Gambar 1.14 Klasifikasi Bantalan
B.4. Pegas
Pegas adalah elemen mesin yang berfungsi untuk mengontrol
gerakan dengan cara menahan, meredam getaran, menghaluskan
tumbukan dan model pengontrolan gerakan lainnya. Secara sederhana
dapat dikatakan bahwa pegas adalah media penyimpan energi untuk
9
pengontrolan gerakan. Klasifikasi pegas adalah seperti dapat dilihat pada
gambar 1.15 di bawah ini:
Pegas helik tekan
helik torsi
Pegas helik conical
Pegas daun
Gambar 1.15 Klasifikasi Pegas
10
B.5. Poros
Elemen mesin yang penting terutama untuk pembahasan mesinmesin
konversi yaitu poros. Semua mesin mempunyai poros yang
berputar. Poros berfungsi sebagai batang penguhubung antar komponen
mesin sekaligus memberikan energi yang dimiliki. Gambar 1.16 dan 1.17
adalah macam-macam poros yang biasa dipakai pada komponenkomponen
mesin.
Poros dengan pin pengunci untuk mematikan gerakan relatif komponen
lain dengan poros.
Poros dengan splin untuk mematikan gerakan relatif komponen lain
dengan poros
Gambar 1.16 Macam-macam Poros
pin
11
Kopling poros untuk menghubungkan poros satu dengan lainnya dengan
hubungan kaku
Gambar 1.17 Poros dengan penggunaannya
B.6 Transmisi
Transmisi merupakan komponen mesin yang penting untuk
menghubungkan antara mesin penggerak dengan yang digerakan.
Sebagai contoh pada kendaraan bermotor, antara mesin dengan poros
penerus dipasang transmisi. Fungsi pemasangan transmisi tersebut
adalah untuk meneruskan putaran dan daya mesin. Disamping fungsi
tersebut, transmisi sebagai pengontrol putaran sehingga kendaran
bermotor dapat dijalankan dengan mudah pada variasi kecepatan.
Contoh lain pada instalasi pompa dengan penggerak motor bakar (diesel
atau bensin) atau yang digerakan dengan motor listrik, pemasangan
transmisi sangat penting disamping sebagai penerus daya, dengan
pemasangan transmisi, putaran pompa dapat divariasi untuk pengaturan
kapasitas aliran. Pada gambar 1.19 adalah instalasi kompresor dengan
penggerak motor listrik dengan atau tanpa pemasangan transmisi.
Dengan pemasangan transmisi sebagai pengatur putaran, nilai ekonomis
konstruksinya jika dibandingkan dengan pengatur putaran menggunakan
pengubah frekuensi adalah lebih besar . Dengan kata lain untuk tujuan
yang sama harga kontruksi transmisi lebih murah.
Dari contoh-contoh tersebut secara umum transmisi berfungsi
mengubah jumlah putaran dan momen putaran mesin daya dan mengatur
Poros pada transmisi roda gigi
12
keduanya untuk kebutuhan kerja mesin. Pada gambar 1.18 adalah
kontruksi dasar sebuah transmisi dengan komponen-komponen gayanya.
Gambar 1.18 Kontruksi dasar dari pemasangan transmisi
Perhitungan dasar transmisi adalah sebagai berikut
Daya Σ = + + = + = 0 a b v a a b b P P P P T ω T ω
Efisiensi transmisi
a
b
G P
P η =
Daya Kerugian panas ( ) v a g P = P 1−η
Gambar 1.19 Instalasi kompresor dengan dan tanpa transmisi
Komponen yang dipakai untuk membuat sebuah kontruksi transmisi
yaitu
1. Roda gigi, transmisi dengan roda gigi paling banyak digunakan, hal ini
karena transmisi ini mudah pemasangannya, efisiensinya tinggi,
mudah pengoperasiaannya, ukurannya relative kecil, dan
motor listrik kompresor
motor listrik kompresor
transmisi
pengubah frekuensi
13
pemeliharaan mudah. Akan tetapi transmisi jenis ini transmisi gayanya
kaku, sangat bising karena gesekan antara logam, dan sering tidak
selaras putarannya. Beberapa model transmisi roda gigi dapat dilihat
pada gambar 1.20
Gambar 1.20 Model transmisi roda gigi
2. Transmisi dengan rantai Gambar 1.21a . Transmisi jenis ini sangat
cocok dipakai untuk menghubungkan dua poros mesin yang sejajar,
mudah dipasang dan dibongkar. Tetapi dibandingkan dengan transmisi
roda gigi, transmisi rantai memiliki elemen kontruksinya banyak.
Gambar1.21 Tramisi rantai
3. Transmisi sabuk
Transmisi ini banyak dipakai untuk poros sejajar atau menyilang,
keunggulan transmisi ini adalah kemampuan terhadap beban kejut dan
tidak brisik, tidak memerlukan pelumasan, kontruksi sederhana dan
murah. Transmisi sabuk dibedakan menjadi tiga yaitu transmisi sabuk
rata, sabuk V dan sabuk gigi gambar 1.22
b. sabuk
rata gigi
a.
transmisi
14
Gambar 1.22 Macam-macam sabuk
C. Mengenal material dan kemampuan proses
Secara garis besar material atau bahan dibedakan menjadi dua,
yaitu bahan logam (metal) dan non logam. Bahan logam dibedakan lagi
mejadi logam besi (ferro) dan bukan besi (non ferro). Termasuk logam
ferro adalah besi cor, baja karbon, baja paduan, dan baja stainless.
C.1 Besi cor
Besi cor merupakan paduan dari besi dan karbon sehingga suhu
cair pada kisaran 1200O C. Hal ini lebih menguntungkan karena mudah
dicairkan dan bahan bakar yang digunakan menjadi lebih irit, bentuk dari
furnace lebih sederhana lihat gambar 1.22 berikut
Gambar 1.23 Furnace dengan pemanas listrik
Logam cair mudah dicor karena dapat mengisi cetakan yang rumit
dengan mudah. Karena itu besi cor merupakan bahan yang murah dan
serba guna ditinjau dari segi desain produk.
sabuk rata sabuk bentuk sabuk gigi
15
Gambar 1.24 Blok mesin dari besi cor
a. Besi abu-abu
Dinamakan besi abu-abu karena warnanya yang abu-abu. Besi ini
mempunyai kandungan 1,5-4,3% karbon dan 0,3-5% silikon ditambah
manganese, belerang (sulphur) dan phosphorus. Bahan ini getas dengan
kekuatan tarik rendah tetapi mudah untuk dicor. Hal ini disebabkan
tingginya kadar carbon pada besi cor kelabu, tetapi kadar karbon tinggi
membentuk serpihan yang dapat menahan redaman getaran dengan
baik. Istilah tekniknya kapasitas peredam tinggi. (Lihat gambar 1.25)
Gambar 1.25 Amplitudo getaran besi cor dan baja
Dari gambar 1.25 dapat dilihat redaman besi cor kelabu lebih baik
dari pada baja, Gambar 1.68 Lambang proses pengelasan sehingga
bahan ini sering dipakai untuk meredam getaran mesin sebagai landasan
mesin dan alat berat.
b. Besi Paduan
Besi paduan adalah besi yang dicampur dengan paduan nikel,
kromium, molydenum, vanadium, coopper dan zirconium. Paduan ini
gunanya untuk mendapatkan besi yang kuat, keras, tahan aus, tahan
panas, tahan karat, mampu mesin dan mampu disambung dengan bahan
lain.
16
c. Baja karbon
Baja karbon sering digunakan dalm konstruksi baik untuk
bangunan ataupun alat-alat permesinan. Baja ini paduan dari besi dan
karbon dengan beberapa elemen seperti manganese, silikon, sulphur,
phosphorus, nikel dan kromium. Baja karbon mempunyai sifat yang unik
dan dibagi tiga klasifikasi yaitu baja karbon rendah (0,05-0,3%C) dengan
keuletan (ductility) yang tinggi dan mudah dibentuk; baja karbon sedang
(0,3-0,6%C) dengan perlakuan panas mempunyai kekuatan dan
kekerasan lebih baik tetapi rentan terhadap keuletan (ductility); dan baja
karbon tinggi (>0,6%) dengan kekerasan dan kekuatan tinggi, digunakan
untuk alat, cetakan, pegas dan lain-lain.
d. Baja Paduan
Berbeda dengan baja karbon, baja ini mempunyai proporsi paduan
yang tinggi terhadap elemen paduannya. Bahan yang sering digunakan
dalam baja paduan adalah: Efek dari penambahan paduan adalah
1.Aluminium
Bahan ini membuat tahan oksidasi sehingga tahan dari serangan
karat tetapi mengurangi kekuatan dari bahan. Persentase
pengguanaan 0-2%.
2.Chrom
Pada penggunaan 0,3-4%, memperbaiki ketahanan aus, oksidasi,
hambatan skala, kekuatan dan kekerasan. Peningkatan kekuatan
pada temperatur tinggi tetapi kehilangan keuletan (ductility).
3.Cobalt
Bahan ini memperbaiki kekerasan dan hambatan skala juga
memperbaiki sifat potong untuk baja alat dengan 8-10%. Bersama
kromium, cobalt memberikan baja paduan tinggi pada temperatur
tinggi.
4. Tembaga (Copper)
Pada tipikal range 0,2-0,5% memberikan tahan korosi dan kekuatan
yield pada baja paduan.
5. Timah (Lead)
Di atas 0,25% digunakan untuk meningkatkan mampu mesin pada
baja karbon.
6.Mangan
Pada range 0,3-2% mengurangi kerapuhan sulphur. Persentase
1-2% memperbaiki kekuatan dan kelenturan dan sifat non magnetis
hingga 5%.
7.Molydenum
Pada penggunaan 0,3-5% meningkatkan kekuatan temperatur
tinggi, hambatan retak, dan kekerasan.
8.Nikel
Pada range 0,3-5% meningkatkan kekuatan, kelenturan dan
kekerasan tanpa aspek keuletan. Pada proporsi yang tinggi
memperbaiki tahan korosi.
17
9.Silikon
Dengan penggunaan range 0,2-3% memperbaiki kekuatan dan
kekerasan tetapi mengurangi keuletan. Silikon bahan yang mudah
teroksidasi (berkarat).
10.Sulphur (Belerang)
Di atas 0,5% meningkatkan mampu mesin tetapi mengurangi
keuletan dan mampu las.
11.Titanium
Pada proporsi 0,3-0,75% meningkatan kekuatan dan kekerasan
pada baja maraging.
12.Tungsten
Bahan ini memberikan kekerasan tinggi dan kelenturan pada
temperatur tinggi.
13.Vanadium
Bahan ini memperbaiki sifat kekerasan dan jika dikombinasikan
dengan karbon dapat tahan aus.
e. Baja Stainless
Baja karbon dengan campuran kromium 10% sehinggga tahan
terhadap karat.
Untuk logam non ferro banyak sekali jenisnya, antara lain
aluminium, tembaga, seng, timah, titanium, perak, timah, dan lain-lain.
Logam tersebut ada yang dalam bentuk logam murni dan ada yang
campuran atau paduan. Contoh logam non ferro paduan adalah
perunggu (paduan tembaga dengan timah) dan kuningan (paduan
tembaga dengan seng). Masing-masing jenis logam tersebut mempunyai
karakteristik atau sifat-sifat yang berbeda. Oleh karena itu penggunaan
logam tersebut juga disesuaikan dengan sifat-sifat yang dimiliki masingmasing
jenis logam.
Material non logam juga banyak jenisnya, antara lain plastik,
komposit, keramik, dan lain-lain.
a. Plastik
Plastik adalah bahan berdasar polimer. Plastik ada dua macam,
yaitu termoplastik polimer yang apabila dipanaskan akan meleleh dan
dapat dicetak kembali, sedangkan termoset polimer adalah plastik yang
apabila dipanaskan akan menjadi abu.
b.Komposit
Komposit adalah bahan yang terbuat dari resin dan matrik, resin
sebagai pengikat biasanya plastik, dan matrik adalah penguat yang
berbentuk serat yang diatur.
c. Keramik
Keramik adalah bahan yang pembuatannya menggunakan powder
teknologi. Hal ini dilakukan karena titik lebur dari keramik tinggi sekali
18
(diatas 2000OC) sehingga untuk menyatukan dipanaskan hingga suhu
sekitar 1200 sampai kulit dari butiran serbuk meleleh dan disatukan
dengan butiran yang lain.
BAB 2 MEMAHAMI PROSES–PROSES
DASAR KEJURUAN
A. Mengenal Proses Pengecoran Logam
Pengecoran adalah membuat komponen dengan cara
menuangkan bahan yang dicairkan ke dalam cetakan. Bahan disini dapat
berupa metal maupun non-metal. Untuk mencairkan bahan diperlukan
furnace (dapur kupola). Furnace adalah sebuah dapur atau tempat yang
dilengkapi dengan heater (pemanas). Bahan padat dicairkan sampai
suhu titik cair dan dapat ditambahkan campuran bahan seperti chrom,
silikon, titanium, aluminium dan lain-lain supaya bahan menjadi lebih
baik. Bahan yang sudah cair dapat dituangkan ke dalam cetakan.
Gambar 2.1 Tanur tinggi
Gambar 2.1 diatas menerangkan pembuatan baja dengan tanur
yang dialiri gas O2 untuk mengurangi carbon. Bahan baku berupa biji besi
dimasukkan kedalam tanur dan dialiri gas, bagian bawah baja cair
ditampung kedalam ladel yang kemudian dimasukan ke dalam cetakan.
Bahan Baku
Tanur tinggi
Keluar gas
Masuk gas
Ladel Ladel
20
Gambar 2.3 Penuangan besi cor
Cetakan untuk pengecoran dapat dibuat dengan pasir ataupun
logam. Untuk komponen yang rumit dan tidak banyak jumlahnya
biasanya memakai cetakan pasir, sedangkan komponen yang bentuk
sederhana dan diproduksi masal dapat menggunaan cetakan logam.
Dalam membuat cetakan yang perlu diperhatikan adalah porositas dan
toleransi untuk sringkage (penyusutan) setelah penuangan. Porositas
cetakan semakin tinggi semakin baik untuk mengeluarkan gas-gas yang
terjebak di dalam cetakan. Untuk bentuk cetakan dan hasil pengecoran
dapat dilihat pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Cetakan pasir dan hasil dari pengecoran.
21
B. Mengenal Proses Pembentukan Logam
B.1. Pembentukan plat
Pembentukan plat dari lembaran menjadi bentuk kotak atau cangkir
dengan menggunakan tekanan dan cetakan (lihat gambar 2.29).
Pembentukan plat ini dapat juga menekuk dari bahan.
Gambar2.5 Hasil proses pembentukan
B. Kerja Bangku
Kerja bangku adalah pekerjaan produksi komponen atau alat yang
menggunakan meja kerja. Contohnya membuat komponen menggunakan
alat-alat seperti ragum, palu, kikir, bor tangan, gerinda, dan lain-lain alat
kerja bangku. Biasanya alat-alat ini digunakan untuk membuat benda
kerja sederhana dan tingkat presisi yang tidak tinggi.
Gambar 2.6 Alat yang dipakai dalam kerja bangku.
22
Mesin-mesin perkakas yang menggunakan motor listrik untuk
memantu kerja bantu ada beberapa yaitu mesin bor, mesin gergaji, mesin
potong, mesin penekuk plat, mesin pembengkok pipa dan lain-lainnya.
1. Mesin bor
Mesin bor gunanya untuk melubangi benda dan memperbesar
lobang yang sudah ada, berikut ditampilkan gambar mesin bor.
Gambar 2. 7 Mesin bor duduk
2. Mesin gergaji
Mesin gergaji gunanya untuk memotong benda atau membelah
benda, hal ini untuk mempercepat pemotongan dari benda mentah.
23
Gambar 2.8 Mesin gergaji
3. Mesin potong
Mesin potong gunanya untuk mempercepat pemotongan benda
yang panjang.
Gambar 2.9 Mesin potong
24
C. Proses Mesin Perkakas
Mesin perkakas adalah alat yang dipakai untuk memproduksi
barang dari barang mentah ke barang jadi. Biasanya mesin perkakas ini
digunakan untuk finishing dari hasil pengecoran. Mesin-mesin perkakas
yang sering digunakan yaitu mesin bubut, mesin frais, mesin bor dan lainlain.
Untuk otomasi mesin-mesin yang sudah dilengkapi dengan
komputer terus dikembangkan sehingga hasilnya lebih akurat.
C.1.Mesin bubut
Mesin ini pada prinsipnya adalah benda kerja yang berputar
dipotong menjadi komponen yang diinginkan dalam bentuk silinder atau
kerucut. Mesin ini hanya dapat membuat benda-benda yang berbentuk
silinder. Pada gambar 1.31 dibawah menjelaskan mesin bubut dengan
segala pirantinya.
Gambar 2.10 Mesin bubut dengan pirantinya
Proses mesin bubut ini dengan cara memutar benda kerja yang
kemudian disayat dengan pahat membentuk serpihan. Untuk lebih
jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.11 berikut ini:
Tempat pahat
Titik mati
Kotak alat &
peralatan
Rahang
pencekam
Penyangga
benda kerja
25
Gambar 2.11 Proses pembubutan
Dalam pembubutan perlu digunakan beberapa pahat, pahat yang
digunakan untuk bubut melintang, bubut alur dan lain sebagainya.
Gambar 2.12 dibawah ini diperlihatkan macam-macam pahat dan
penggunaannya.
Gambar 2.12 Macam-macam Pahat
26
C.2.Mesin fris
Mesin fris ini pada prinsipnya tool atau pahat yang berputar
mengurangi dimensi benda kerja. Mesin ini juga dapat untuk
menghaluskan permukaan, membuat alur, roda gigi, dan bentuk lain yang
diinginkan sesuai kemampuan mesin. Bagian dari mesin fris adalah
pencekam pahat yang berputar, meja yang dapat digerakkan maju
mundur dan kanan kiri, dan motor penggerak pahat. Bentuk mesin fris
dan gerakannya dapat dilihat pada Gambar 2.13 berikut ini
Gambar 2. 13 mesin CNC fris vertikal
Pahat untuk mesin fris berbeda dengan mesin bubut yang dapat
dilihat pada gambar 2.14 berikut ini:
Gambar 2.14 Pahat untuk mesin fris
Untuk otomasi mesin-mesin perkakas digabungkan dengan
komputer sering juga disebut CNC (Computer Numerical Control) seperti
yang digambarkan di bawah ini.
Dengan mesin CNC produksi komponen dapat dipercepat dan
lebih akurat. Mesin CNC ini dipakai untuk memproduksi massal. Mesin ini
27
membutuhkan operator yang mempunyai keahlian khusus yang
dipersiapkan untuk menjalankan mesin CNC.
Gambar 2.15 Mesin bubut CNC
D. Mengenal Proses Mesin Konversi Energi
Pengetahuan dasar tentang termodinamika, perpindahan panas
dan mekanika fluida sangat membantu para calon operator dan staf
pemeliharan mesin-mesin industri. Konsep-konsep dasar akan dipakai
dalam memahami prinsip-prinsip dasar kerja mesin-mesin industri.
Pembahasan ditekankan pada hal-hal khusus yang berkenaan dengan
konsep dasar. Untuk pembahasan yang menyeluruh pembaca dapat
merujuk pada buku teks yang ada pada daftar pustaka.
D.1. Termodinamika
Ilmu termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas
dengan kerja. Dua besaran tersebut sangat penting untuk dipahami
karakteristiknya untuk pemahaman dasar keteknikan. Jadi jelas
pengetahuan dasar termodinamika sangat penting, karena dipakai untuk
menganalisis kondisi operasi berbagai alat atau mesin yang berhubungan
dengan panas dan kerja.
D.1.1 Sistem termodinamika
Untuk menganalisis mesin-mesin panas atau mesin-mesin fluida,
mesin-mesin tersebut disebut dengan benda kerja. Fluida atau zat alir
yang dipakai pada benda kerja disebut dengan fluida kerja. Sebagai
contoh untuk pompa sebagai benda kerja, fluida kerjanya adalah zat cair
(air, oli ), sedangkan kompresor, fluida kerjanya adalah udara
28
Untuk membedakan benda kerja dengan lingkungan sekitarnya,
benda kerja sering disebut dengan sistem, yaitu setiap bagian tertentu,
yang volume dan batasnya tidak perlu tetap, dimana perpindahan dan
konversi energi atau massa akan dianalisis. Adapun istilah-istilah yang
sering disebut adalah sebagai berikut.
Batas sistem adalah garis imajiner yang membatasi sistem dengan
lingkungannya
Sistem tertutup yaitu apabila sistem dan lingkungannya tidak terjadi
pertukaran energi atau massa, dengan kata lain energi atau massa tidak
melewati batas-batas sistem.
Sistem terbuka yaitu apabila energi dan massa dapat melintasi atau
melewati batas-batas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi
D.1.2. Besaran sistem termodinamika dan keadaan sistem
Dalam pembahasan setiap masalah yang berhubungan dengan
kejadian-kejadian alam atau suatu proses fisika alam, untuk
memudahkan pemahaman masalah tersebut, pemodelan matematis
banyak digunakan. Pemodelan matematik adalah suatu metode untuk
mecari hubungan antara faktor-faktor fisik yang satu dengan yang lainnya
menggunakan simbol-simbol dan koordinat matematik. Dengan
pemodelan tersebut, akan diperoleh suatu rumusan matematik yang
dapat mewakili permasalahan fisik sacara kuantitatif.
`
vc
Gambar 2.16 Grafik proses keadaan termodinamik
keadaan 1
p1, V1
keadaan
2p
V
keadaan 1
p1, T1
keadaan
2p
2 T2
V
p p
T
isotermis T1 =T2 isotermis T1 =T2
29
Dalam ilmu termodinamika koordinat-koordinat atau besaran fisik
akan selalu melingkupi semua rumusan termodinamika adalah Voume V,
Temperatur T, Tekanan p, Kerapatan ρ dan besaran-besaran lainnya.
Besaran- besaran ini akan mempengaruhi berbagai keadaan sistem
termodinamika. Misalkan, sistem motor bakar akan berubah keadaannya
apabila tekanan p kompresinya turun, yaitu tenaga yang dihasilkan
berkurang. Perubahan keadaan temodinamika digambarkan pada grafik
hubungan tekanan dengan volume atau tekanan dengan temperatur.
Contoh perubahan keadaan termodinamika yaitu perubahan keadaan
pada temperatur tetap (isotermis), penggambarannya pada grafik p-v dan
p-t adalah sebagai berikut
Dari gambar di atas terlihat bahwa terjadi perubahan besaran pada
keadaan satu ke keadaan dua. Perubahan tersebut akan tetap
berlangsung sebelum ada proses keadaan yang lainnya. Proses keadaan
selalu mempunyai satu atau lebih karakteristik yang spesifik. Sebagai
contoh untuk proses keadaan isotermis, karakteristik yang pasti khusus
adalah tidak ada perubahan temperatur selama proses.
Dalam termodinamika, besaran sistem dibagi menjadi dua yaitu
besaran ekstensif dan besaran intensif. Adapun definisi masing-masing
besaran adalah sebagai berikut.
[1] Besaran ekstensif, adalah besaran yang dipengarui oleh massa
atau mol sistem. Contoh volume, kapasitas panas, kerja, entropi.
Dari besaran-besaran ekstensif diperoleh harga-harga jenis
(spesifik value). Harga jenis adalah perbandingan antara besaran
ekstensif dengan massa sistem atau zat.
massa sistem
Harga jenis = besaran ekstensif
Contoh
massa
Volume jenis = volume ,
massa
Kapasitas jenis = Kapasitas
[2] Besaran intensif, adalah besaran yang tidak dipengarui oleh
massa sistem. Contoh: tekanan, temperatur, dan lainnya
D.1.3. Besaran-besaran pokok termodinamika
Besaran temperatur dan tekanan adalah besaran yang menjadi
pokok dari sistem termodinamika, karena hubungan antar keduanya
sangat penting untuk mecirikan proses keadaan sistem. Disamping itu
besaran temperatur dan tekanan adalah besaran dari hasil pengukuran
secara langsung dari suatu proses keadaan sistem. Hal ini berbeda
dengan besaran lainnya yang tidak berdasarkan pengukuran, tetapi
30
diturunkan dari besaran temperatur dan tekanan. Sebagai contoh, kerja
adalah besaran turunan dari tekanan atau temperatur.
1. Kerja pada volume konstan W=m.R.ΔT
2. Kerja pada tekanan kostan W= pΔV
D.2. Bentuk-bentuk energi
Energi adalah suatu besaran turunan dengan satuan N.m atau
Joule. Energi dan kerja mempunyai satuan yang sama. Sedangkan kerja
dapat didefinisikan sebagai usaha untuk memindahkan benda sejauh S
(m) dengan gaya F (Newton). Sedang bentuk-bentuk energi lain
dijelaskan di bawah ini :
Energi Kinetik ; energi suatu benda karena bergerak dengan kecepatan
V, sebagai contoh , mobil yang bergerak, benda jatuh dan lain-lain , maka
energinya dapat ditulis
2
2
EK = 1 mV
Gambar 2.17 Pergerakan mobil dan Energi kinetik
Energi potensial adalah energi yang tersimpan pada benda karena
kedudukannya. Sebagai contoh, energi potensial air adalah energi
yang dimiliki air karena ketinggiannya dari permukaan.
Ep = m.g.h
31
Gambar 2.18 Energi potensial air pada bendungan
Energi potesial pegas adalah energi yang dimiliki oleh benda yang
dihubungkan dengan pegas untuk berada pada kedudukan tertentu
karena penarikan pegas.
Ep = 0,5.k.x2
Energi mekanik adalah energi total yaitu penjumlahan antara energi
kinetik dengan energi potesial.
Em = Ek + Ep
Adapun energi atau kerja mekanik pada mesin-mesin panas, adalah kerja
yang dihasilkan dari proses ekspansi atau kerja yang dibutuhkan proses
kompresi. Kerja mekanik (dW) tersebut sebanding dengan perubahan
volume (dV) pada tekanan (p) tertentu.
ΔW = pΔV
Sebagai contoh energi ini secara sederhana adalah pergerakan piston,
putaran poros engkol, dan lain lain.
h
bendungan
ΔV
p
piston
silinder
ΔW = pΔV
32
Gambar 2.19 Energi atau kerja pada piston
Energi mekanik pada benda-benda yang berputar misalnya poros
mesin-mesin fluida (turbin, pompa, atau kompresor) dinamakan Torsi,
yaitu energi yang dbutuhkan atau dihasilkan benda untuk berputar
dengan gaya sentrifugal F dimana energi tersebut pada r tertentu dari
pusat putaran.
T= Fx r
Gambar 2.20 Energi mekanik poros turbin gas
Energi Aliran atau kerja aliran adalah kerja yang dilakukan oleh fluida
yang mengalir untuk mendorong sejumlah massa m ke dalam atau ke
luar sistem.
Wenergi aliran = pV
Panas (Q) yaitu energi yang ditransfer ke atau dari subtansi karena
perbedaan temperatur. Dengan c panas jenis pada tekanan konstan atau
volume konstan, energi ini dirumuskan:
Q = mcΔT
Energi dalam (U); energi dari gas karena pergerakan pada tingkat
molekul, pada gas ideal hanya dipengaruhi oleh temperatur saja.
Entalpi (H); sejumlah panas yang ditambahkan pada 1 mol gas pada
tekanan konstan, dengan cp panas jenis pada tekanan konstan, dapat
dirumuskan:
H mc T p Δ = Δ
Energi yang tersedia ; bagian dari panas yang ditambahkan ke sistem
yang dapat diubah menjadi kerja. Perbandingan antara jumlah energi
r
Torsi= F x r (N.m)
energi
mekanik
33
tersedia yang dapat diubah menjadi kerja dengan energi yang
dimasukkan sistem adalah konsep efisiensi.
D.3. Sifat energi
Energi di alam adalah kekal artinya energi tidak dapat diciptakan
dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari energi satu ke energi
lainnya (Hukum kekekalan energi). Ilmu yang mempelajari perubahan
energi dari energi satu ke lainnya disebut dengan ilmu konversi energi.
Tingkat keberhasilan perubahan energi disebut dengan efisiensi. Adapun
sifat-sifat energi secara umum adalah :
1. Transformasi energi, artinya energi dapat diubah menjadi bentuk lain,
misalkan energi panas pembakaran menjadi energi mekanik mesin
Gambar 2.21 Perubahan energi pada motor bakar
Contoh yang lain adalah proses perubahan energi atau konversi
energi pada turbin dan pompa. Perubahan energi pada turbin adalah
sebagai berikut, energi fluida (energi kinetik fluida) masuk turbin dan
berekspansi, terjadi perubahan energi yaitu dari energi fluida menjadi
energi mekanik putaran poros turbin. Kemudian, putaran poros turbin
memutar poros generator listrik, dan terjadi perubahan energi kedua yaitu
dari energi mekanik menjadi energi listrik.
p
piston
silinder
ΔW = pΔV
proses pembakaran
meghasilkan energi
panas
energi energi mekanik
panas
proses perubahan energi
34
Gambar 2.22 Konversi energi pada turbin ( uap, gas,air)
Gambar 2.23 Konversi energi pada pompa atau kompresor
Pada Gambar 2.23 terlihat proses konversi energi dari energi listrik
menjadi energi fluida. Prosesnya yaitu energi listrik akan diubah menjadi
energi mekanik pada motor listrik, energi mekanik tersebut berupa
Energi fluida
masuk
Energi mekanik
putaran poros
fluida ke luar
Energi listrik
turbin
air, uap, gas
poros
generato
energi fluida energi mekanik poros energi listrik
energi listrik energi mekanik poros energi fluida
Energi mekanik
putaran poros
Energi fluida
tekanan tinggi
Energi
li t ik
pompa
poros atau
fluida masuk
motor
35
putaran poros motor listrik yang akan diteruskan ke poros pompa. Pada
pompa terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi fluida, fluida
yang ke luar dari pompa mempunyai energi yang lebih tinggi dibanding
sebelum masuk pompa.
Gambar 2.24 Pompa sebagai mesin Konversi energi
2. Transfer energi, yaitu energi panas (heat) dapat ditransfer dari tempat
satu ke tempat lainnya atau dari material satu ke material lainnya.
Gambar 2.25 Tranfer energi panas dari tungku ke air di panci
3. Energi dapat pindah ke benda lain melalui suatu gaya yang
menyebabkan pergeseran, sering disebut dengan energi mekanik,
seperti yang telah dibahas di bab sebelumnya. W = FxS
tungku pembakaran
energi panas
air panas dan uap
panas
transfer panas
fluida
k
fluida ke
putaran poros
dan impeler
36
Gambar 2.26 Energi mekanik pergeseran translasi (linier)
`
Gambar 2.27 Energi mekanik pergeseran rotasi ( angular)
gaya F ( N) gaya F
pergeseran S (m)
gaya F
pergeseran
S = 2π r.nrev
gaya F
R
Torsi ( T ) = F x R
nrev = jumlah putaran
W = (2π .nrev.)xT
37
T = F x R
W = FxS dengan S =2π r.nrev dan F =
r
T , maka
W =
r
T 2π r.nrev = (2π .nrev.)xT (Kerja Mekanik Poros)
dimana nrev = adalah jumlah putaran
Ganbar 2.28 Mesin-mesin konversi energi dengan kerja poros
Energi mekanik putaran poros adalah yang paling sering
digunakan untuk perhitungan mesin-mesin konversi energi, karena
hampir sebagian besar mesin-mesin konversi adalah mesin-mesin rotari.
Alasan pemilihan gerak putaran poros mesin (mesin rotari) sebagai
transfer energi atau kerja dibanding dengan putaran bolak-balik
(reciprocating) adalah karena gerak rotari mempunyai efisiensi mekanik
yang tinggi, getaran rendah, dan tidak banyak memerlukan komponen
pompa propeler pompa
sentrifugal
kerja
kerja
kerja
kerja
mobil
Turbin
i
38
mesin yang rumit. Energi atau kerja langsung dapat ditransfer atau
diterima peralatan tanpa peralatan tambahan.
4. Energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.
D.4. Hukum termodinamika
D.4.1. Hukum termodinamika I
Hukum pertama termodinamika adalah hukum konversi energi,
hukum ini menyatakan bahwa ENERGI TIDAK DAPAT DICIPTAKAN
ATAU DILENYAPKAN, energi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke
bentuk lainnya.
Gambar 2.29 Dinamika perubahan energi pada suatu benda kerja
Hukum pertama Termodinamika dapat ditulis sebagai berikut ;
EP1 + EK1 + ED1 + EA1 + = EP2 + EK2 + ED2 + EA2 +
Untuk sistem terbuka dimana ada pertukaran energi dan massa dari
sitem ke lingkungan atau sebaliknya, maka persamaan energi di atas
dapat dijabarkan sebagai berikut
[ ] [ ]
2 2 2 2 2
2
2
1 1 1 2
2
1
1 mgZ + mV + U + p V + ΔQ = mgZ + mV + U + p V + ΔW
dengan [ pV + U] = H dapat dituliskan kembali menjadi
2 2 2
2
2
1 2
2
1
1 mgZ +mV + H + ΔQ = mgZ +mV + H + ΔW
Q
2 1
2
1
1 E = mgZ + mV + H + Δ masuk
ΔQ ΔW
EP1
EK1
ED1
EA1
EP2
EK2
ED2
EA2
ΔQ
ΔW
Emasuk
Eke luar
39
E mgZ mV H W kelua = + + + Δ 2
2
2
2 2
Jadi Hukum termo pertama dapat diutuliskan secara sederhana
dengan persamaan berikut (untuk sistem terbuka)
masuk keluar E = E atau ΔEP + ΔEK + ΔH + ΔQ = ΔW
Gambar 2.30 Proses perubahan energi pada sistem terbuka
Jika Hukum termodinamika pertama dituliskan secara sederhana
untuk sistem tertutup, dimana massa tidak dapat melintas batas sistem,
maka suku EP, EK dan EA dapat dihilangkan dari persamaan.
Persamaan dapat ditulis kembali menjadi:
ΔEP + ΔEK + ΔpV + ΔQ = ΔW + ΔU ΔQ = ΔW + ΔU
Jadi untuk sistem tertutup persamaannya menjadi ΔQ = ΔW + ΔU
Gambar 2.31 Proses perubahan energi pada sistem tertutup
Emasuk
Eke luar
ΔU
ΔW
ΔQ
40
D.4.2 Contoh-contoh aplikasi hukum termodinamika I
Hukum-hukum termodinamika yang sudah diuraikan di atas adalah
sangat berguna dalam menganalisis persoalan mesin-mesin konversi
energi sederhana, sebagai contoh di bawah ini diuraikan pemodelan
termodinamikanya.
1. Konversi energi pada turbin
Turbin adalah salah satu mesin konversi energi yang cukup
penting.Turbin di industri biasanya turbin uap atau gas. Keduanya
merupakan alat ekspansi yang menghasilkan kerja mekanik poros. Di
bawah ini ditunjukkan perhitungan kerja turbin sederhana.
Gambar 2.32 Konversi energi pada turbin
Pada turbin terjadi proses ekspansi adiabatis sehingga
ΔQ = 0 ΔEP dan ΔEK =0
2 2 1 2
2
2
2
1
1 2 mgZ − mgZ + mV − mV + H − H + ΔQ = ΔW
ΔEP + ΔEK + ΔH + ΔQ = ΔW
0 + 0 + ΔH + 0 = ΔW
jadi kerja turbin adalah 1 2 ΔW = H − H
2. Konversi pada pompa
Pompa juga merupakan alat mesin konversi energi, tetapi mesin ini
banyak diaplikasikan sebagai alat bantu proses konversi. Sebagai contoh
pompa banyak dipakai sebagai alat sirkulasi air pada instalasi
pembangkit daya tenaga uap. Pompa bekerja dengan penggerak dari
Eke luar
Emasuk
W
41
luar. Jadi mesin ini adalah pengguna energi. Di bawah ini diberikan
persoalan tentang pompa sentrifugal sederhana.
Gambar 2.33 Konversi pada pompa
ΔEP + ΔEK + ΔH + ΔQ = ΔW
dengan ΔEP + ΔEK + ΔQ = 0 ΔU = 0 ΔH = ΔpV
maka kerja yang dibutuhkan pompa adalah
[ ] 1 2 W V p p
W H U pV
Δ = −
Δ = Δ = Δ + Δ
pompa
masuk
ke luar
42
D.4.3 Hukum termodinamika II
Tidak mungkin membuat siklus mesin yang mengubah energi
panas yang ditambahkan, semuanya menjadi kerja. Konsep efisiensi
seperti yang telah disebutkan yaitu:
in
net
Q
W η = dengan
net in out W = Q − Q
Sumber panas T tinggi, contoh
− dapur atau furnace
− ruang silinder motor
− ruang bakar turbin gas
lingkungan
Temperatur rendah
Qmasuk
Qke luar
Wpositif = kerja mekanik
- putaran poros engkol motor
- putaran rotor turbin gas atau uap
- dan lain lain
mesin
- knalpot mesin mobil atau motor
- cerobong asap turbin uap
- saluran buang turbin gas
43
Gambar 2.34 Skema sederhana dari hukum termodinamika II
D.5. Gas ideal
Aplikasi prinsip-prinsip dasar termodinamika pada mesin
menggunakan fluida kerja yang dianggap ideal. Perumusannya adalah
sebagai berikut:
pv = mRT
dengan R = Ru/M ( Konstanta gas)
= 0,2870 kJ/Kg.K ( untuk udara)
Ru = 8,31447 kJ/kmol.K (konstanta gas ideal)
D.5.1. Persamaan keadaan gas ideal
Gas ideal adalah gas yang dalam setiap keadaan mematuhi
persamaan keadaan gas ideal yaitu:
pv RT
pV mRT
=
=
dengan R = adalah konstanta gas spesifik,
untuk udara R = 286,8 J/KgK
Pada suatu siklus termodinamika persamaan keadaan prosesnya
selalu berubah mengikuti beberapa proses yang saling terkait. Ada tiga
besaran yang selalu terkait dan dapat diukur langsung yaitu tekanan (p),
temperatur (T) dan volume (V). Adapun proses keadaan termodinamika
adalah sebagai berikut.
2. Proses volume konstan
V m3
p atm
n= ~
p1
p1
V1=V2
44
Gambar 2.35 Diagram p-V proses volume konstan
Pada proses ini konstanta n pada politropik berharga n = ~ dan V= C
3. Prose tekanan konstan
Pada proses ini konstanta n pada politropik berharga n = 0 dan p= C
Gambar 2.36 Diagram p-v proses tekanan konstan
4. Proses temperatur konstan
Pada proses ini konstanta n pada politropik berharga n = 1 dan T= C
Gambar 2.37 Diagram p-v proses temperatur konstan
V m3
p atm
p2
V1 V2
p1
V m3
p atm
p1=p2
isobarik p=c
45
5. Proses Adiabatis (dq = 0)
Pada proses ini konstanta n pada politropik berharga n = 1 dan T= C
Gambar 2.38 Diagram p-v proses adiabatik
6. Proses politropik ; secara umum pesamaan keadaan gas ideal dapat
dirumuskan sebagai berikut
[1] pV n = C [2] TV n−1 = C [3] T p n C
n n
=
−
−1
V m3
p atm
p2
V1 V2
p1
V m3
p atm
n=1
n=2 n=1,4
n=0
n= ~
46
Gambar 2.39 Diagram p-v proses politropik
E. Dasar Fluida
Definisi dari fluida adalah substansi yang mengalir karena antar
partikel satu dengan lainnya bebas. Secara umum fluida dibagi menjadi
fluida compresible (mampu mampat) dan incompresible (tak mampu
mampat). Karakteristik fluida dapat dijelaskan dengan properti fluida.
Adapun properti fluida yaitu temperatur, tekanan, massa, volume spesifik,
dan kerapatan massa.
E.1. Massa jenis
Massa jenis suatu fluida adalah massa per volume. Pada volume
fluida yang tetap, massa jenis fluida tetap tidak berubah. Perumusannya
adalah sebagai berikut :
V
ρ = m kg/m3
Massa jenis fluida bervariasi bergantung jenis fluidanya. Pada
kondisi atmosfer, massa jenis air adalah 1000 kg/m3, massa jenis udara
1.22 kg/m3 dan mercuri 13500 kg/m3. Untuk beberapa fluida massa
jenisnya bergantung pada temperatur dan tekanan, khususnya untuk
fluida gas, perubahan keduanya akan sangat mempengari massa jenis
gas. Untuk fluida cairan pengaruh keduanya adalah kecil. Jika massa
jenis fluida tidak terpengaruh oleh perubahan temperatur tekanan
dinamakan fluida incompressible atau fluida tak mampu mampat.
Properti fluida yang lain yang berhubungan langsung dengan
massa jenis adalah volume jenis, berat jenis, dan spesific gravity. Volume
jenis adalah kebalikan dari massa jenis yaitu volume fluida dibagi dengan
massanya. Untuk berat jenis adalah massa jenis fluida dikalikan dengan
percepatan gravitasi atau berat fluida per satuan volume dirumuskan
sebagi berikut :γ = ρg (kg/m3)(m/s2).
Adapun untuk spesific gravity adalah perbandingan antara massa
jenis fluida dengan massa jenis air pada kondisi standar. Pada kondisi
standar( 40C, 1atm) massa jenis air adalah ρ = 1000 (kg/m3). Perumusan
untuk menghitung spessific grafity adalah sebagai berikut
H O
S
2 ρ
= ρ .
E.2. Tekanan
Jika permukaan suatu zat (padat, cair dan gas) menerima gaya-gaya
luar maka bagian permukaan zat yang menerima gaya tegak lurus akan
mengalami tekanan. Bila gaya yang tegak lurus terhadap permukaan
dibagi dengan luasan permukaan A disebut dengan tekanan,
perumusannya sebagai berikut :
47
A
p = F [ kg/m2 ; lb/ft2]
Dalam termodinamika tekanan secara umum dinyatakan dalam
harga absolutnya. Tekanan absolut bergantung pada tekanan
pengukuran sistem, dan dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Apabila tekanan pengukuran sistem di atas tekanan atmosfer, maka :
tekanan absolut (pabs)= tekanan pengukuran (pgauge) ditambah tekanan
atmosfer (patm)
pabs = pgauge + patm
2. Apabila tekanan pengukuran di bawah tekanan atmosfer, maka :
tekanan absolut (pabs)= tekanan atmosfer (patm) dikurangi tekanan
pengukuran (pgauge)
pabs = patm - pgauge
1 standar atmosfer = 1,01324 x 106 dyne/cm3
= 14,6959 lb/in2
= 10332 kg/m2
= 1,01x105 N/m2
Gambar
A.2.1 Pengukuran tekanan
Gambar 2.40 Hubungan tekanan pengukuran, tekanan absolute, dan
tekanan atmosfer
E.2.1 Hubungan Tekanan dengan ketinggian atau ke dalaman
Apabila suatu benda berada pada ke dalaman tertentu pada
sebuah zat maka untuk menghitung besarnya tekanan dapat
menggunakan rumus sebagai berikut:
A
p = F
tekanan mutlak pabs = patm -pgauge
tekanan vakum pvakum
tekanan pengukuran negatif di bawah patm
tekanan pengukuran pgauge tekanan atmosfer (patm)
tekanan mutlak
pabs = patm+pgauge
tekanan pabs = 0
tekanan
48
A
Vg
A
p = mg = ρ dengan m = ρV , untuk V = AH
rumusnya menjadi gH
A
AHg
A
p = ρVg = ρ = ρ
dari rumus tersebut dapat diketahui bahwa tekanan suatu zat bergantung
dari ketinggian atau ke dalaman H.
Gambar 2.41 Hubungan ketinggian dengan tekanan
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa semakin dalam posisi
lubang, tekanan air yang menyebur semakin besar. Perubahan tekanan
dengan perubahan ketinggian tidak terlalu mencolok apabila zat
mempunyai massa jenis kecil seperti udara atau gas.
E.3. Kemampumampatan
Kemampumampatan (compressibillity) k suatu zat adalah pengaruh
tekanan terhadap volume suatu zat pada temperatur konstan.
Kemampumampatan adalah sama dengan modulus elastisity Ev dengan
nilai berkebalikan. Perumusannya adalah sebagai berikut :
v T T dp
d
dp
dv
E v
k ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= = − ρ
ρ
1 1 1
Tanda negatif pada persamaan di atas menunjukkan bahwa apabila
terjadi kenaikan tekanan, volume zat akan berkurang.
h =10 m
p = 1 atm
h = 15 m
p = 1,5 atm
h = 30 m
p = 3 atm
49
Secara sederhana fluida berdasarkan dari kompresibilitasnya dibagi
menjadi dua yaitu fluida gas dan fluida cair. Untuk fluida gas yang terdiri
dari partikel-partikel yang bergerak bebas dan betuknya mengikuti
wadahnya maka perubahan tekanan akan banyak menimbulkan
perubahan volume. Perubahan properti gas sangat bergantung dari
perubahan dari kondisi temperatur. Untuk fluida gas ideal pada
temperatur konstan ( isotermis) persamaan di atas dapat diubah menjadi:
T ( ) T d RT
d
dp
d k ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
=
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
1 1
E RT p
k
v
= 1 = 1 = 1
ρ
Jadi pada kondisi isotermis, kemampumampatan fluida gas (ideal)
berkebalikan dengan nilai tekanannya. Sebagai contoh, pada permukaan
air laut udara mempunyai nilai k 20.000 kali dari nilai k air.
E.4. Viskositas
Viskositas atau kekentalan adalah sifat fluida yang penting yang
menunjukkan kemampuan fluida untuk mengalir. Fluida dengan
viskositas besar (kental) lebih sulit mengalir dibandingkan dengan fluida
dengan viskositas kecil (encer). Viskositas suatu fluida sangat
bergantung pada kondisi temperatur. Pada temperatur tinggi fluida gas
mempunyai viskositas yang besar, hal ini berkebalikan dengan fluida cair,
dengan kenaikan temperatur viskositas zat cair semakin kecil (encer).
Gambar 2.42 Gerak fluida pada fluida yang diam
Apabila suatu fluida diberi tekanan yang akan menggeser bagian fluida
setebal dy dengan kecepatan V menjadi V + dV, maka tegangan
gesernya akan sebanding dengan perbandingan perubahan kecepatan
dv dengan tebal bagian fluida yang bergeser dikalikan dengan suatu
konstanta. Kostanta tersebut dinamakan dengan viskositas (dinamik).
Adapun besar gaya yang diperlukan untuk menggeser bagian fluida
adalah:
τ
50
dy
F = τA = μA dV
dy
dV
A
F =τ = μ
Jadi besar gaya persatuan luas untuk menggeser fluida sebanding
dengan konstanta viskositas dikalikan dengan gradien kecepatannya.
Gaya akan semakin besar apabila kostanta viskositas besar. Jadi dapat
disimpulkan bahwa kostanta tersebut adalah suatu tahanan fluida untuk
mengalir (bergeser kontinyu). Semakin besar tahanan semakin sulit untuk
mengalir, sebaliknya semakin kecil tahanan, akan fluida mudah mengalir.
Apabila nilai viskositas suatu fluida dibagi dengan nilai massa
jenisnya akan ketemu besaran yang sering disebut dengan viskositas
kinematik. Adapun perumusan viskositas kinematik adalah sebagai
berikut :
ρ
υ = μ
E.5. Aliran fluida dalam pipa dan saluran
E.5.1. Persamaan dasar Bernoulli
Fluida cair (takmampumampat) yang mengalir melalui suatu
penampang sebuah pipa dan saluran apabila diabaikan faktor viskositi
(fluida non viskositas) akan memenuhi hukum yang dirumuskan oleh
Bernoulli. Perumusan tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut :
Gambar 2.43 Perubahan energi pada penampang pipa
Energi masuk + Energi berubah = Energi ke luar
Energi berubah = Energi ditambahkan - Energi hilang -Energi terektrasi
acuan dasar z = 0
elemen fluida
Energi berubah
Energi ditambahkan - Energi
hilang -Energi terektrasi
energi masuk (1)
(1/2mv2 + mgZ +
pV)1
energi ke luar (2)
(1/2mv2 + mgZ +
pV)2
51
Apabila Energi terekstrasi = 0
Maka persamaan energi dapat disederhanakan menjadi
Energi masuk + Energi berubah = Energi ke luar
Energi masuk + Energi hilang = Energi ke luar
Energi masuk = (EK + EP + EA)1
Energi masuk =
1
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
Energi ke luar = (EK + EP + EA)2
Energi ke luar =
21
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
mV + mgZ + pV
Energi hilang = Elos
Energi ditambahkan = E ad
Persamaan Bernoulli djabarkan sebagai berikut :
1
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
+ E ad - Elos =
2
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
1
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
+ E ad =
2
2
2 ⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
+ Elos
Apabila penampang saluran pipa dianggap permukaan sempurna
sehingga tidak ada gesekan antara aliran fluida cair dengan permukaan
pipa dan tidak ada energi yang ditambahkan maka persamaan Bernoulli
dapat disederhanakan menjadi:
Gambar 2.44 Profil aliran fluida
Energi masuk = Energi ke luar
Z
Z
52
( )1 ( )2 EP + EK + PV = EP + EK + PV
1
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
=
2
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
dibagi dengan m (Nm)
2
2
1
2
2 2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
m
v pV
gZ
m
v pV
gZ
2
2
1
2
2 2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
ρ ρ
v p
gZ
v p
gZ
ρ
= 1
m
V
dibagi dengan g menjadi bentuk persamaan "head" (m)
2
2
1
2
2 2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
g
p
g
v
Z
g
p
g
v
Z
ρ ρ
dengan
ρ
= 1
m
V
dikalikan dengan gZ menjadi bentuk tekanan N/m2
2
2
1
2
2 2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + p
v
p gZ
v
ρgZ ρ ρ ρ
E.5.2. Energi "Head"
Pada persamaan Bernoulli di atas sering dalam bentuk persamaan
energi "Head".. Head adalah bentuk energi yang dinyatakan dalam
satuan panjang "m" (SI). Head pada persamaan di atas terdiri dari head
ketinggian "Z", head kecepatan "v2/2g", dan head tekanan "
g
p
ρ
". Head
ketinggian menyatakan energi potensial yang dibutuhkan untuk
mengangkat air setinggi "m" kolom air. Head kecepatan menyatakan
energi kinetik yang dibutuhkan untuk mengalirkan air setinggi "m" kolom
air. Yang terakhir, head tekanan adalah energi aliran dari "m" kolom air
yang mempunyai berat sama dengan tekanan dari kolom "m" air tersebut.
E.5.3. Modifikasi Persamaan dasar Bernoulli
Apabila penampang pipa di atas bukan permukaan sempurna
sehingga terjadi gesekan antara aliran fluida dengan permukaan pipa
maka persamaan energi menjadi:
1
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
=
2
2
2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ mgZ + pV
mV
+ Elos
Dalam bentuk head
53
2
2
1
2
2 2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
g
p
g
v
Z
g
p
g
v
Z
ρ ρ
+ Hlos
Hlos = kerugian aliran karena gesekan (friction)
Apabila pada penampang saluran ditambahkan energi seperti pada
gambar.
Gambar 2.45 Penambahan energi pompa ke aliran
Pompa akan memberikan energi tambahan pada aliran fluida sebesar
Zad, sehingga persamaan menjadi :
2
2
1
2
2 2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = + ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
g
p
g
v
H Z
g
p
g
v
Z ρ ad ρ
+ Hlos
2
2
1
2
2 2 ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = + ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
g
p
g
v
H Z
g
p
g
v
Z ρ pompa ρ
+ Hlos Hpompa = Had
E.5.4 Persamaan kontinuitas
Fluida yang mengalir melalui suatu penampang akan selalu
memenuhi hukum kontinuitas yaitu laju massa fluida yang masuk masuk m
•
akan selalu sama dengan laju massa fluida yang ke luar keluar m
•
,
persamaan kontinuitasa adalah sebagai berikut :
masuk m
•
= keluar m
•
( ) ( )1 2 ρAV = ρAV
Gambar 2.46 Profil saluran fluida
Hpump
keluar m
•
masuk m
•
54
untuk fluida cair (takmampumampat) 1 2 ρ = ρ
( ) ( )1 2 AV = AV
E.6 Kondisi aliran fluida cair
E.6.1 Aliran laminar dan aliran turbulen
Secara garis besar kondisi aliran fluida cair pada penampang
sebuah saluran dibagi memjadi tiga kondisi yaitu aliran laminar, aliran
transisi dan aliran turbulen. Pada aliran laminar zat cair mengalir sangat
tenang, kecepatan aliran lambat. Apabila kecepatan fluida dinaikkan,
aliran zat cair mulai sedikit bergejolak. Untuk selanjutnya kecepatan fluida
cair dinaikkan terus sehingga aliran fluida sangat bergejolak dan sangat
tidak teratur, timbul bunyi riak air yang saling bertumbukan. Kondisi aliran
juga sangat dipengaruhi oleh kondisi permukaan penampang saluran
(kekasaran). Pada gambar menunjukkan gambaran kondisi aliran zat cair
pada penampang pipa.
Gambar 2.47 Pola aliran Laminar dan turbulen
E.6.2 Angka Reynolds
Kondisi aliran fluida akan sangat bergantung dari kecepatan aliran
fluida, semakin tinggi kecepatan akan mempengaruhi pola aliran, kondisi
aliran akan berubah dari laminar menjadi turbulen. Besaran yang dapat
menghubungkan antara kecepatan aliran (v), kondisi fluida (ρ ,μ ), dan
kondisi penampang diameter pipa (D) adalah angka Reynold (Re).
Perumusannya adalah sebagai berikut :
μ
Re = ρ vD
Angka Reynold akan mewakili kondisi aliran, untuk angka Reynold :
Re < 2000 Aliran Laminar
2000 < Re < 3500 Aliran Transisi
Aliran laminar
Aliran turbulen
55
Re>3500 Aliran Turbulen
C. Perpindahan Panas
Kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat pindah dari suatu
tempat ke tempat lain. Perpindahan kalor melalui tiga cara yaitu konduksi,
konveksi dan radiasi.
C.1 Konduksi
Apabila sebatang besi berbentuk balok kemudian diletakkan di
suatu tempat, kemudian dipanasi salah satu sisi dari balok besi tersebut,
maka dalam waktu tertentu sisi yang lain dari balok akan panas. Dari
peristiwa tersebut dapat dikatakan bahwa kalor berpindah dari satu sisi
balok besi ke sisi yang lain melalui proses konduksi. Jadi konduksi
adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan
perpindahan partikel-partikel zat tersebut.
Adapun perumusannya adalah
sebagai berikut
dx
Q = kAdT
•
dengan =
•Q
laju aliran kalor dal
J/s
k = adalah konduktivitas termal
bahan dalam J/msK
A= luas permukaan dalam m2
dT/dX = adalah gradien suhu
Gambar 2.48 Perpindahan kalor konduksi pada sebuah plat
C.2. Konveksi
Proses pendidihan air di dalam suatu bejana apabila kita panasi
akan terjadi aliran air dari bagian bawah bejana yang kena panas
menuju permukaan kemudian air yang dingin dipermukaan turun ke dasar
bejana, peristiwa tersebut terus-menerus sampai semua air di dalam
bejana menjadi panas dan kemudian mendidih. Perpindahan kalor
dengan cara demikian disebut dengan konveksi. Jadi konveksi adalah
proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan
perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perumasannya adalah:
Q = h A ΔT
•
. .
dengan
•Q
= laju aliran kalor dal J/s
dX
T1
T2
T1>T2
56
h = koefesien konveksi dalam J/s4.m2.K4
ΔT = perbedaan suhu yang dipanasi K
A = luas permukaan dalam m2
Perpindahan kalor konveksi ada dua yaitu:
1. Konveksi Alamiah. Proses pemanasan air dalam bejana,
atau ketel. Air yang kena panas menjadi lebih ringan
sehingga naik ke permukaan digantikan oleh air yang dingin
yang lebih berat.
2. Konveksi Paksa. Proses pendinginan pada radiator mobil
akan lebih cepat kalau dipasang kipas
Gambar 2.49 Proses penguapan dan pelepasan panas
C.3. Radiasi
Ruangan yang tertutup dari lingkungan dan diisolasi dengan kaca
tembus cahaya sehingga tidak ada panas masuk melalui konduksi dan
konveksi, tetapi terjadi kenaikan temperatur di dalam ruangan, kenaikan
temperatur tersebut karena terjadi perpindahan panas radiasi matahari.
Perumusannya adalah sebagai berikut:
Q = AΔT 4
•
σ
dengan
•Q
= laju aliran kalor dal J/s
σ = konstanta dalam J/s.m2.K4
A = luas permukaan dalam m2
ΔT = perbedaan suhu yang dipanasi K
angin dari kipas dengan
kecepatan V dan T1
air panas T2
T2>T1
air panas
Tlingkungan jendela Truma
57
Gambar 2.50 Proses perpindahan kalor radiasi pada jendela rumah
D. Bahan Bakar
Proses konversi energi sebagai usaha untuk menghasilkan energi
berguna yang langsung dapat dipakai manusia dapat melalui cara yang
beragam. Syarat terjadi proses konversi energi: pertama, harus ada
sumber energi yang harus dikonversi; kedua, ada alat atau mesin
sebagai tempat proses konversi. Apabila kedua syarat terpenuhi proses
konversi energi akan berlangsung.
Dari keterangan di atas, dapat dinyatakan bahwa sumber energi
adalah syarat pertama proses konversi. Sebagai contoh, salah satu dari
sekian banyak sumber energi adalah bahan bakar. Adapun definisi dari
bahan bakar adalah material, zat atau benda yang digunakan dalam
proses pembakaran untuk menghasilkan energi panas. Jadi bahan bakar
adalah salah satu sumber energi yang penting. Untuk menghasilkan
energi yang dapat dimampatkan bahan bakar harus melalui proses
pembakaran. Tanpa proses pembakaran energi tidak dapat diambil dari
bahan bakar.
Dalam pemanfaatan sumber energi, khususnya bahan bakar
sekarang ini, selalu ada dua hal yang menjadi perhatian utama yaitu
ketersediaannya di alam dan efek samping proses konversi ke
lingkungan. Adapun alasan dari dua hal tersebut adalah, pertama
kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat, hal ini dapat dilihat
dari volume penggunaan energi per harinya sudah besar. Alasan yang
kedua adalah kondisi lingkungan yang semakin kritis dengan adanya
pemanasan global. Untuk isu pemanasan global sekarang ini sedang
dicari solusinya untuk mencegah dan mengembalikan ke keseimbangan
sistem alam. Adapun proses pembakaran merupakan salah satu yang
dianggap sebagai penyumbang pemanasan global, khususnya dari
proses pembakaran bahan bakar fosil yang banyak menghasilkan polutan
yang merusak lingkungan.
Dari faktor ketersediaanya di alam, bahan bakar dibagi menjadi dua
kategori yaitu bahan bakar yang dapat diperbaharui (renewable energi)
dan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui. Teknologi yang
berkembang pesat adalah mesin-mesin yang mengkonversi sumber
energi habis pakai. Saat ini sedang banyak dikembangkan teknologi
konversi energi yang dapat diperbaharui. Karena kebergantungan
masyarakat yang tinggi dengan ditunjang teknologi yang sudah maju,
ketersediaannya sumber energi habis pakai di alam mulai kritis untuk
beberapa tahun kemudian. Di bawah ini adalah data ketersedian bahan
bakar di alam.
Tabel 1 di atas menunjukkan bahwa ketersediaan bahan bakar fosil
di alam sudah semakin habis sehingga harus dicari sumber energi lain
58
yang masih banyak tersedia di alam yaitu bahan bakar nuklir. Disamping
itu juga perlu dikembangkan teknologi yang dapat mengkonversi energi
yang tidak habis pakai, seperti energi air, energi matahari, energi angin
dan energi dari bahan organik atau yang dikenal dengan biomassa.
Kelompok energi yang terakhir disebutkan adalah sumber energi yang
paling ramah lingkungan karena tidak menghasilkan zat-zat polutan yang
masuk ke lingkungan.
Tabel 2.1 Ketersedian bahan bakar habis pakai
Bahan bakar Jenis Energi (Q) x 1018
Joule
Fosil Batu bara 32
Fosil Minyak dan gas bumi 6
Fisi (nuklir) Uranium dan torium 600
Fusi (nuklir) Denterium 100
Pada industri bahan bakar yang digunakan mensyaratkan beberapa
hal yaitu ketersediannya banyak, mudah dikelola, murah, nilai kalor tinggi
dan yang paling penting adalah energi berguna yang dihasilkan per
massa bahan bakarnya harus tinggi. Untuk kepentingan tersebut industri
tinggal menghitung efisiensi penggunaan jenis bahan-bakar. Adapun
jenis bahan-bakar yang dapat digunakan dalam industri adalah:
1. Bahan-bakar padat
2. Bahan-bakar cair
3. Bahan-bakar gas
Sebagai contoh penggunaan bahan bakar pada industri yaitu pada
pusat pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Pada pembangkitan ini
digunakan sistem pembakit uap dengan boiler dimana air diuapkan. Pada
proses penguapan dibutuhkan energi panas dari proses pembakaran.
Ketiga jenis bahan-bakar yang telah disebutkan di atas dapat digunakan
untuk proses pembakaran. Contoh lain adalah pusat pembakit listrik
dengan turbin gas (PLTG). Untuk mesin turbin gas, ketiga jenis bahan
bakar di atas juga dapat digunakan semua, bergantung pada perangkat
mesin yang dipakai. Namun secara umum pemilihan bahan bakar yang
akan digunakan adalah dengan pertimbangan kemampuan mesinnya
sehingga untuk bahan bakar yang dipilih diperoleh energi berguna yang
besar dengan efisiensi tinggi.
D.1. Penggolongan bahan bakar
Seperti yang telah disebutkan d iatas, jenis bahan bakar dilihat dari
bentuk fisiknya terdiri dari bahan bakar padat, cair dan gas. Jika dilihat
dari ketersediaanya di alam, terdiri dari bahan bakar habis pakai dan
bahan bakar tidak habis pakai. Disamping penggolongan bahan bakar
berdasarkan bentuk fisik dan ketersediaannya, dapat juga digolongkan
berdasar asalnya, yaitu:
1. Bahan bakar fosil.
59
2. Bahan bakar mineral
3. Bahan bakar nabati atau organik
Hingga saat ini bahan bakar yang paling sering dipakai adalah
bahan bakar mineral cair dan fosil. Sebut saja bensin dan solar untuk
bahan bakar mineral yang banyak digunakan untuk bahan bakar mesin
motor bakar. Bahan-bakar fosil lain yang banyak digunakan adalah batu
bara. Batu bara banyak digunakan untuk proses pembakaran pada
dapur-dapur boiler pada mesin tenaga uap.
Setiap bahan bakar memiliki karakteristik dan nilai pembakaran
yang berbeda–beda. Karakteristik inilah yang menentukan sifat–sifat
dalam proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan
dapat disempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia ke
dalam bahan bakar tersebut. Sebagai contoh, batu bara nilai kalornya
sangat bervariasi bergantung kandungan karbonnya. Dengan alasan
tersebut, sekarang banyak metode yang digunakan untuk menaikkan nilai
kalor batu bara denga proses penambahan kandungan karbon atau
dengan cara pengurangan unsur-unsur pengotornya. Untuk bahan bakar
cair, khususnya bensin atau solar biasanya ditambahkan bahan-bahan
aditif dengan harapan akan mempengaruhi daya anti knocking atau daya
letup dari bahan bakar, dan dalam hal ini menunjuk apa yang dinamakan
dengan bilangan oktan (octane number) atau angka cetan pada solar.
Proses pembakaran bahan bakar dalam motor bensin atau mesin
pembakaran dalam sangat di pengaruhi oleh bilangan tersebut.
D.2. Bahan-bakar cair
D.2.1 Karakteritik bahan bakar cair minyak bumi
Bahan bakar cair adalah bahan bakar mineral cair yang diperoleh
ari hasil tambang pengeboran sumur minyak bumi, dan hasil kasar yang
diperoleh disebut dengan minyak mentah atau crude oil. Hasil dari
pengolahan minyak mentah ini akan menghasilkan bermacam bahan
bakar yang memiliki kualitas yang berbeda-beda. Di banyak negara,
termasuk Indonesia, minyak merupakan bahan bakar yang telah lama
dipakai oleh masyarakat dalam kehidupan sehari–hari. Sebelumnya, lebih
banyak digunakan istilah minyak tanah, yang artinya minyak yang di
hasilkan dari dalam tanah.
Minyak bumi merupakan bahan-bakar utama sejak pertama kali
ditemukan. Laju pemakaiannya sejalan dengan perkembangan teknologi.
Untuk memperoleh bahan bakar yang siap pakai seperti bensin, solar,
minyak tanah dan lainnya, minyak bumi harus melalui proses pengolahan
terlebih dahulu.
60
Gambar 2.51 Proses pengolahan minyak bumi
Minyak bumi mentah banyak mengandung senyawa gabungan dari
hidrogen dan karbon. Unsur yang dapat terbakar adalah karbon dan
hirogen sedangkan yang lainnya adalah pengisi, seperti belerang,
oksigen, dan nitrogen. Pengoperasian fisik dari kilang minyak seperti:
penguapan, penggesekan, dan pendinginan untuk menentukan jenis
hidrokarbon yang besar karena dalam material tersebut merupakan
bagian yang penting dalam minyak, tetapi pengoperasian secara kimiawi,
seperti: pengilangan dan penyaringan, hal ini dilakukan untuk
mengelompokkan senyawa belerang, oksigen dan nitrogen, dengan
metode yang sama seperti sejumlah hidrokarbon aktif untuk menyediakan
senyawa-senyawa tersebut. Yang perlu mendapat perhatian adalah
senyawa belerang yang dalam proses pembakaran sangat korosif
terhadapap material logam. Dengan alasan tersebut, kandungan
belerang pada minyak cair harus diminimalkan atau dihilangkan sama
sekali. Namun terkadang dengan adanya belerang efek pelumasan dari
minyak cair tersebut adalah baik, khususnya untuk aplikasi pada motor
dua langkah.
61
Gambar 2.52 Proses destilasi bahan-bakar cair
D.2.2. Macam-macam bahan-bakar minyak
Bensin adalah hasil dari pemurnian neptha yang komposisinya
dapat digunakan untuk bahan bakar pada motor bakar. Yang disebut
dengan neptha adalah semua minyak ringan dengan komposisi karbon
yang sedang yaitu 5 sampai 11 ikatan tak jenuh. Neptha berbentuk cairan
dengan karakteristik di antara bensin dan kerosin. Bensin berasal dari
kata benzana, lazim sebenarnya zat ini berasal dari gas tambang yang
mempunyai sifat beracun, dapat bereaksi dengan mudah terhadap
unsur– unsur lain. Bentuk ikatan adalah rangkap, dan senyawa
molekulnya disebut alkina. Bahan bakar jenis ini biasa disebut dengan
kata lain gasoline. Bensin pada dasarnya adalah persenyawaan jenuh
dari hidro karbon, dan merupakan komposisi isooctane dengan normalheptana,
senyawa molekulnya tergolong dalam kelompok senyawa
hidrokarbon alkana.
Proses pembuatan bensin yang digunakan pada motor bakar
melalui beberapa cara, tetapi prinsipnya sama yaitu mendestilasi
hidrokarbon pada suhu 1000 F dan campuran tersebut terdiri dari :
62
1. Straight run nephta yaitu minyak bumi yang mendidih sampai
suhu 4000 F.
2. Reformed Nephta yaitu hasil yang sama volatilenya, diperoleh
dengan pengolahan termis atau dengan dehidrogenisasi katalisasi
dari nephtha yang berat.
3. Cracked nephta produk yang sama volatilnya, diperoleh dengan
proses termis atau katalis dari destilasi sedang seperti minyak gas
4. Casing head gasoline, gasolin yng diperoleh sebagai hasil dari
proses destilasi kering natural gas.
Karakteristik bahan bakar bensin adalah mudah sekali menguap
dan terbakar. Dengan karakteristik tersebut bensin dalam proses
pembakaran dalam ruang bakar sangat mudah meledak (detonasi) yang
cenderung tidak terkontrol pada kondisi temperatur dan tekanan tinggi.
Karakteritik bensin ditunjukkan oleh suatu bilangan yang menunjukkan
kemampuan bensin terhadap detonasi yang disebut dengan angka oktan.
Jadi kualitas bensin dinyatakan dengan angka oktan, atau octane
number. Angka oktan adalah persentase volume isooctane di dalam
campuran antara isooctane dengan normal heptana yang menghasilkan
intensitas knocking atau daya ketokan dalam proses pembakaran
ledakan dari bahan bakar yang sama dengan bensin yang bersangkutan.
Isooctane sangat tahan terhadap ketokan atau dentuman yang diberi
angka oktan 100, heptane yang sangat sedikit tahan terhadap dentuman
di beri bilangan 0. Pada motor percobaan, bermacam–macam bensin
dibandingkan dengan campuran isooctane dan normal heptana tersebut.
Bilangan oktan untuk bensin adalah sama dengan banyaknya persen
isooctane dalam campuran itu. Pada gambar 2.53 adalah mesin uji angka
oktan (CFR cooperative fuel research), pada mesin uji ini rasio kompresi
dapat divariasi pas dengan yang diperlukan.
Semakin tinggi ON bahan bakar menunjukkan daya bakarnya
semakin tinggi. Bensin yang ada di pasaran dikenal tiga kelompok:
(1) Regular–grade, (2) Premium–grade, dan (3) Third-grade Gassoline.
Adapun di Indonesia, Pertamina mengelompokkanya menjadi : bensin,
premium, aviation gas dan super 98.
Solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak
bumi mentah, bahan bakar ini mempunyai warna kuning coklat
yang jernih. Adapun sifat-sifat minyak solar yang lain adalah
sebagai berikut.
1. Tidak berwarna atau berwarna kuning muda dan berbau.
1. Tidak mudah menguap dan pada temperatur normal tidak
menguap.
2. Titik nyala atau temperatur minimum mulai terbakar bila di dekat
api adalah 400 sampai 1000 C, jika dibandingkan dengan bensin
63
yaitu sekitar 10-150 C, angka ini cukup tinggi dan aman untuk
pemakaian.
3. Temperatur nyala atau flash point (temperatur dimana bahan
bakar menyala dengan sendirinya tanpa pengaruh dari luar)
adalah 3500. (lebih rendah dari temeratur nyala bensin 3800 C).
Gambar 2.53 Mesin uji nilai oktan CFR
Bahan-bakar solar yang baik adalah mempunyai titik nyalanya
rendah atau mudah menyala, viskositasnya tepat, tidak terlalu kental,
mudah menguap dan mengandung belerang yang rendah.
Minyak solar merupakan hasil dari pengolahan minyak bumi sama
dengan bensin. Minyak solar ini biasanya digunakan sebagai bahan
bakar pada semua jenis motor diesel dan juga sebagai bahan bakar
untuk pembakaran langsung di dalam dapur–dapur kecil yang
menghendaki hasil pembakaran yang bersih. Minyak ini sering disebut
juga sebagai gas oil, ADO, HSD, atau Dieseline. Pada temperatur biasa,
artinya pada suhu kamar tidak menguap, dan titik nyalanya jauh lebih
tinggi daripada bahan bakar bensin.
Kualitas solar dinyatakan dengan angka setane atau cetane
number (CN). Bilangan setane yaitu besar persentase volume normal
cetane dalam campuranya dengan methylnapthalene yang menghasilkan
karakteristik pembakaran yang sama dengan solar yang bersangkutan
Dinding silinder
Worm
Tuas
worm
Penyangga dinding
silinder
64
Secara umum solar dapat diklasifikasikan sebagai berikut: (1) Light
Diesel Fuel (LDF) mempunyasi CN = 50, (2) Medium Diesel Fuel (MDF)
mempunyasi CN = 50, dan (3) Heavy Diesel Fuel (HDF) mempunyasi CN
= 35.
LDF dan MDF sering dikatakan sebagai solar no.1 dan 2.
Perbedaan kedua jenis solar ini terletak pada efek pelumasannya saja.
LDF dalam hal ini lebih encer, jernih, dan ringan, sedang MDF lebih
gelap, berat, dan dalam pemakaiannya pada motor bakar diperlukan
syarat- syarat khusus.
Minyak bensin dan solar seperti yang telah diuraikan di atas adalah
minyak dengan kualitas prima, tetapi hanya cocok secara ekonomis
diaplikasikan pada motor bakar saja. Untuk keperluan instalasi daya
pembangkitan dan untuk pemakaian di industri, penggunaan bensin dan
solar sangat tidak efisien. Sebagai penggantinya dipilih bahan bakar yang
lebih murah namun ketersediaanya berlimpah. Salah satunya adalah
minyak bakar. Minyak bakar adalah bahan bakar yang bukan berasal
dari hasil penyulingan, tetapi jenis residu. Minyak ini mempunyai tingkat
kekentalan yang tinggi dan juga titik tuang (pour point) yang lebih tinggi
dari pada minyak diesel, berwarna hitam gelap. Karena viskositasnya
tinggi, minyak bakar sebelum digunakan harus melalui pemanasan awal
terlebih dahulu.
Minyak bakar banyak dipergunakan sebagai bahan bakar pada
sistem pembakaran langsung dalam dapur-dapur industri yang besar
atau pada pusat pembangkitan daya. Adapun pembakaran langsung
yang dimaksud adalah pada sistem eksternal combustion engine atau
mesin pembakaran luar, misalnya: pada mesin uap, mesin turbin gas
dapur-dapur baja, dan lain sebagainya. Minyak ini disebut juga sebagai
MFO (Medium Fuel Oil).
D.3 Bahan bakar padat
D.3.1. Karakteristik bahan bakar padat
Bahan bakar padat merupakan salah satu jenis sumber energi
yang sudah lama dipakai, bahkan sejak pertama kali manusia mengenal
api. Manusia purba menggunkan ranting pohon dan batang pohon untuk
membuat api. Dengan semakin berkembangya kemajuan teknologi
manusia mulai mencari bahan bakar selain kayu dan selanjutnya
ditemukan bahan bakar fosil yaitu batu bara.
Dewasa ini batu bara merupakan salah satu sumber energi yang
sangat penting. Industri-industri khususnya yang menggunakan tenaga
uap sangat bergantung pada batu bara. Ketersedian batu bara di alam
masih cukup banyak dibandingkan dengan minyak bumi, sehingga batu
bara dapat menjadi pilihan utama di samping bahan bakar nuklir sebagai
pengganti minyak bumi.
65
Batu bara berdasarkan kandungan karbon, zat terbang dan nilai
kalornya secara umum digolongkan menjadi 4 yaitu :
1. Batu-bara antrasit adalah batu bara yang kualitasnya paling
tinggi dengan kandungan karbon yang tinggi yaitu sekitar 86
sampai 98 %. Antrasit adalah batu bara yang mengkilap, rapat,
keras, dan rapuh.
2. Batu bara bitumin. Batu-bara ini mempunyai kandungan karbon
sekitar 20 sampai 40 %. Batu bara ini banyak terdapat di alam.
3. Batu bara Subbitumin adalah batu bara yang sejenis bitumin
dengan nilai kalor yang lebih rendah dengan kandungan zat
terbang (volatil meter) yang lebih tinggi.
4. Batu bara lignit adalah batu bara dengan kualitas paling rendah
dengan nilai kalor yang rendah juga.
D.3.2. Proses pembakaran bahan bakar padat
Proses pembakaran dapat berlangsung apabila bahan bakar
bercampur dengan oksidan yaitu oksigen dan pada lingkungan
bertemperur tinggi (ada penyalaan). Bahan bakar padat proses interaksi
dengan oksigen akan terlalu lama apabila pada kondisi padat dengan
dimensi besar. Untuk keperluan tersebut secara praktis pada industriindustri
yang menggunakan batu bara selalu terdapat fasilitas penghacur
batu bara menjadi serbuk (pulvizer).
Dengan kondisi serbuk batu bara mudah berinteraksi dengan
oksigen sehigga dapat tercampur dengan lebih baik sebelum penyalaan.
Adapun metode pembakaran bahan bakar padat batu bara yang banyak
digunakan adalah sebagai berikut:
1. Stoker mekanik. Sistem ini merupakan sistem yang paling kuno
dan masih secara luas digunakan. Adapun prosesnya adalah
sebagai berikut. Batu bara diumpankan melalui feeder ke
conveyor mekanik sebagai tempat berlangsungnya proses
pembakaran.
2. Pembakaran serbuk dengan tanur silikon. Pada metode ini
batubara serbuk diumpankan dengan pengkabutan melalu burner
yang disebut tanur silikon.
3. Pembakaran dengan metode fluidisasi. Batu bara yang akan
dibakar diumpankan dari feeder ke sebuah ruangan tertutup
kemudian dari bawah dihembuskan udara bertekanan sehingga
serbuk batu bara terangkat seperti fluida gas dengan
pembakaran.
66
BAB 3 MEREALISASIKAN KERJA AMAN
BAGI MANUSIA, ALAT DAN
LINGKUNGAN
A. Keselamatan dan Kesehatan Kerja
A.1 Pendahuluan
Keselamtan dan kesehatan kerja (K3) merupakan bagian penting
yang harus dipahami dan diterapkan dalam dunia kerja, utamanya di
dunia industri modern. Di dalam industri modern terdapat berbagai mesin,
peralatan, dan proses produksi yang menuntut prosedur tertentu supaya
terhindar dari kecelakaan dan penyakit akibat kerja. Secanggih apapun
mesin yang digunakan atau sebesar apapun produksi yang dihasilkan,
semua itu tidak ada artinya apabila merugikan manusia atau pekerja. Hal
ini didasari pertimbangan bahwa apabila terjadi kecelakaan kerja,
terdapat dua kerugian, yaitu kerugian materi dan non materi. Kerugian
yang bersifat materi dapat dicari gantinya serta dapat dinilai dengan
uang, tetapi kerugian non materi, misalnya cacat, sakit, atau bahkan
meninggal dunia, tidak dapat dinilai dengan uang.
Dengan menyadari arti penting keselamatan dan kesehatan kerja
tersebut, maka sebelum terjun langsung di dunia kerja, seorang pekerja
harus mengetahui rambu-rambu, peraturan-perundangan (regulasi),
prosedur penerapan K3, serta teknis penerapan K3 di lapangan. Pada
prinsipnya, tujuan utama penerapan K3 adalah agar kita dapat bekerja
dengan aman, nyaman, terhindar dari kecelakaan, termasuk ledakan,
kebakaran, penyakit akibat kerja, serta pencemaran lingkungan kerja.
A.2. Peraturan Perundangan K3
Terdapat banyak peraturan perundangan yang terkait dengan
pelaksanaan keselamatan dan kesehatan kerja. Peraturan perundangan
tersebut berupa Undang-Undang, Peraturan Pemerintah, Keputusan
Presiden, Keputusan Menteri, Peraturan Menteri serta Surat Edaran
Menteri. Hal ini menunjukkan bahwa pemerintah serius dalam menangani
K3. Salah satu Undang-Undang yang terkait dengan K3 adalah Undang67
Undang Nomor 1 Tahun 1970 tentang Keselamatan Kerja. Undangundang
ini merupakan pengganti undang-undang tentang K3 pada masa
pemerintahan Belanda, yaitu Veiligheids Reglement Tahun 1910 (VR
1910 Stbl. 406). UU No. 1 Th. 1970 terdiri dari 11 Bab dan 18 Pasal, dan
mulai berlaku sejak 12 Januari 1970.
Undang-Undang lain yang terkait dengan K3 adalah Undang-
Undang Nomor 13 Tahun 2003 tentang Ketenagakerjaan. Undangundang
ini terdiri dari 28 bab dan 193 Pasal, dan mulai berlaku sejak 25
Maret 2003. Walaupun Undang-undang ini banyak mengatur tentang
ketenagakerjaan, namun disinggung juga tentang K3, terutama pada Bab
X yang berisi tentang Perlindungan, Pengupahan, dan Kesejahteraan.
Terkait dengan K3 di bidang pesawat uap dan bejana tekan, terdapat
Undang-Undang Uap Tahun 1930 (Stoom Ordonantie 1930).
Selain Undang-Undang, terdapat beberapa peraturan yang
merupakan penjabaran atau pelaksanaan dari Undang-undang tentang
K3. Beberapa peraturan yang terkait dengan K3 di bidang industri yang
perlu diketahui antara lain:
a. Paraturan Uap Tahun 1930 (Stoom Verordening 1930).
b. Peraturan Menteri Perburuhan Nomor 7 Tahn 1964 tentang
Syarat-syarat Kesehatan, Kebersihan, dan Penerangan di Tempat
Kerja.
c. Peraturan Menteri Tenaga Kerja Nomor: PER-01/MEN/1980
tentang Pemeriksaan Kesehatan Tenaga Kerja dalam
Penyelenggaraan Kesehatan Kerja.
d. Peraturan Menteri Tenaga Kerja Nomor: PER-01/MEN/1981
tentang Kewajiban Melapor Penyakit Akibat Kerja.
e. Peraturan Menteri Tenaga Kerja Nomor: PER-03/MEN/1982
tentang Pelayanan Kesehatan Kerja.
f. Peraturan Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi Nomor: PER-
01/MEN/1982 tentang Bejana Tekan.
g. Peraturan Menteri Tenaga Kerja Nomor: PER-04.MEN/1987
tentang Panitia Pembina Keselamatan dan Kesehatan Kerja dan
Tata Cara Penunjukan, Kewajiban dan Wewenang Ahli
Keselamatan dan Kesehatan Kerja.
h. Peraturan Menteri Tenaga Kerja Nomor: PER-02.MEN/1992 Cara
Penunjukan, Kewajiban dan Wewenang Ahli Keselamatan dan
Kesehatan Kerja.
i. Peraturan Menteri Tenaga Kerja Nomor: PER-04/MEN/1995
tentang Perusahaan Jasa Keselamatan dan Kesehatan Kerja.
j. Peraturan Menteri Tenaga Kerja Nomor: PER-05/MEN/1996
tentang Sistem Manajemen Keselamatan dan Kesehatan Kerja.
k. Keputusan Menteri Tenaga Kerja Nomor: KEP. 13/MEN/1984
Tentang Pola Kampanye Nasional Keselamatan dan Kesehatan
Kerja.
68
Sebagai penjabaran dari peraturan perundangan di atasnya,
terdapat beberapa Peraturan Khusus yang mengatur lebih detail tentang
pelaksanaan K3. Beberapa Peraturan Khusus yang perlu diketahui antara
lain:
a. Peraturan Khusus AA
Peraturan Khusus untuk Pertolongan Pertama pada Kecelakaan.
b. Peraturan Khusus B
Peraturan Khusus tentang Instalasi-instalasi Listrik Arus Kuat
dalam Pabrik- pabrik, Bengkel-bengkel dan Bangunan-bangunan.
c. Peraturan Khusus DD
Peraturan Khusus untuk Bejana-bejana berisi udara yang dikempa
dan dipergunakan untuk menggerakkan motor-motor bakar.
d. Peraturan Khusus FF
Peraturan Khusus mengenai Perusahan-perusahaan, Bengkelbengkel
dimana
dibuat, dipakai aatau dikempa gas di dalabotol baja, silinder atau
bejana.
e. Peraturan Khusus K
Peraturan Khusus mengenai Pabrik-pabrik dan Tempat-tempat
dimana bahanbahan
yang dapat meledak diolah atau dikerjakan
f. Peraturan Khusus L
Peraturan Khusus mengenai Usaha-usaha Keselamatan Kerja
untuk Pekerjaan- pekerjaan di Tangki-tangki Apung.
Banyaknya peraturan perundangan di atas tidak untuk dihafal,
namun sekedar untuk diketahui, dipahami dan selanjutnya dapat
diterapkan di lapangan. Untuk mengetahui isinya, para calon tenaga
kerja dapat memilih dan membaca peraturan perundangan yang
sesuai dengan bidang yang terkait langsung dengan pekerjaannya.
Untuk mendapatkan undang-undang dan peraturan tersebut sebagian
dapat dibeli di toko buku. Apabila tidak ditemukan di toko buku, dapat
ditemui di perpustakaan-perpustakan atau di dinas/instansi terkait.
A.3. Prosedur Penerapan K3
Setelah mengetahui peraturan perundangan tentang K3, yang tak
kalah penting adalah menerapkan prosedur K3 di tempat kerja. Bidang
pekerjaan maupun tempat kerja bermacam-macam, oleh karena itu
masing-masing bidang pekerjaan memerlukan prosedur penerapan K3
yang berbeda. Namun demikian terdapat beberapa prinsip dasar
penerapan K3 yang berlaku secara umum. Salah satu aspek yang perlu
diketahui adalah pengetahuan tentang alat-alat pelindung diri.
Pemakaian alat pelindung diri atau pekerja perlu disesuaikan dengan
jenis pekerjaannya. Misalnya alat pelindung kepala bagi pekerja proyek
bangunan dengan operator mesin bubut akan lain, demikian juga kaca
69
mata bagi opertor mesin bubut tentu lain dengan kaca mata bagi operator
las. Secara umum, berbagai alat pelindung diri bagi pekerja meliputi:
a. Alat pelindung kepala (berbagai macam topi, helm)
b. Alat pelindung muka dan mata (berbagai jenis kaca mata)
c. Alat pelindung telinga (berbagai macam tutup telinga)
d. Alat pelindung hidung (berbagai macam masker)
e. Alat pelindung kaki (berbagai macam sepatu)
f. Alat pelindung tangan (berbagai macam sarung tangan)
g. Alat pelindung badan (apron, wearpack, baju kerja)
Gambar 3.1.Berbagai macam alat pelindung diri
Biasanya tiap perusahaan/industri mempunyai model, warna pakaian
kerja, serta alat pelindung diri lain yang sudah ditentukan oleh masingmasing
perusahaan. Seorang pekerja tinggal mengikuti peraturan
pemakaian pakaian kerja serta alat pelindung diri yang sudah ditentukan
perusahaan.
70
Perlu mendapatkan penekanan adalah kesadaran dan kedisiplinan
pekerja untuk memakai pakaian dan alat-alat peindung diri tersebut.
Kadang-kadang pekerja enggan memakai alat pelindung diri karena
merasa kurang nyaman atau tidak bebas. Hal ini dapat berakibat fatal.
Pekerja tidak menyadari akibat atau dampak yang terjadi apabila terjadi
kecelakaan kerja. Contoh sederhana adalah pemakaian helm bagi
pengendara sepeda motor, mereka memakai helm apabila ada polisi
saja. Padahal pemakaian helm adalah demi keselamatan mereka sendiri.
A 4. Penerapan K3 Bidang Pesawat Uap dan Bejana Tekan
Terkait dengan materi buku ini yang banyak mengulas tentang mesinmesin
konversi energi, utamanya tentang pompa, kompresor dan ketel
uap, maka pembahasan tentang K3 dipilih yang berhubungan dengan
pesawat uap dan bejana tekan. Berdasarkan Undang-Undang Uap Tahun
1930 pasal 12, pesawat uap harus dilengkapi dengan alat pengaman
yang disesuaikan dengan penggolongan ketel uapnya. Dengan adanya
alat pengaman, maka pesawat ketel uap yang dioperasikan akan aman
bagi operator maupun lingkungannya.
Perlengkapan ketel uap seperti yang disyaratkan dalam Undang
Undang Uap terdiri dari:
a. Katup Pengaman (Safety Valve)
Alat ini berfungsi untuk menyalurkan tekanan yang melebihi
kapasitas tekanan ketel. Apabila tidak ada katup pengaman, ketel
dapat meledak karena adanyanya tekanan lebih yang tidak
mampu ditahan ketel.
b. Manometer (Pressure Gauge)
Alat ini berfungsi untuk mengetahui tekanan yang ada dalam ketel
uap dan tekanan kerja yang diijinkan dari ketel uap harus
dinyatakan dengan garis merah.
c. Gelas Praduga (Water Level)
Alat ini berfungsi untuk mengetahui kedudukan permukaan air
dalam ketel uap.
d. Suling Tanda bahaya
Alat ini berfungsi untuk memberi isyarat suara apabila air di dalam
ketel melampaui batas terendah yang ditentukan.
e. Keran Pembuang (Blow Down)
Alat ini berfungsi untuk mengeluarkan kotoran berupa lumpur,
lemak, dan kotoran lain dari dala ketel. Yang perlu diperhatikan
adalah pada waktu membuka keran ini, ketel pada kondisi
tekanan dan suhu yang sudah rendah serta pembukaan dilakukan
secara perlahan-lahan.
f. Lubang Pembersih
71
Lubang pembersih berguna bagi petugas pemeriksa/pembersih
ketel uap dalam membersihkan atau mengeluarkan kotorankotoran
dari dalam ketel.
g. Plat Nama
Plat nama berbentuk persegi panjang ukuran 140 x 80 mm dan
harus dipasang pada ketel yang berguna untuk mengetahui data
yang ada pada ketel uap.
Selain perlengkapan pengaman di atas, yang tak kalah penting untuk
diperhatikan adalah pemeliharaan dan pengawasan pesawat uap pada
waktu operasional. Hal ini untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan
atau kecelakaan kerja. Apabila sampai terjadi gangguan atau kecelakaan
kerja, kerugian yang timbul antara lain: a) Terganggunya proses produksi,
b) Produktivitas menurun, c) Kualitas produksi jelek/tidak sesuai standar,
d) Hilangnya waktu kerja, e) Biaya perbaikan pesawat, dan f) Kerugian
bagi pekerja yang tertimpa kecelakaan (sakit, cacat, dan meninggal
dunia).
Menyadari dampak yang timbul akibat gangguan atau kecelakaan
kerja tersebut, maka penting untuk diperhatikan perlengkapan K3 bagi
seorang pekerja, baik menyangkut pekerja, mesin dan peralatan,
maupun lingkungan tempat kerja.
Kecelakaan atau bahaya yang mungkin timbul dari pesawat uap dan
bejana tekan bermacam-macam, antara lain:
a. Semburan api, air panas, uap, gas dan fluida lain
b. Debu berbahaya
c. Pencemaran lingkungan berupa asap/gas berbahaya
d. Sentuhan listrik
e. Kebakaran
f. Ledakan
g. Gangguan kesehatan
h. Dan lain-lain.
Kecelakaan (accident) di atas dapat timbul karena beberapa hal,
antara lain:
a. Konstruksi yang salah atau tidak memenuhi syarat
b. Tidak dilengkapi alat pengaman, atau terdapat alat pengaman
tetapi tidak berfungsi dengan baik
c. Pemeriksaan yang tidak teliti
d. Proses kerja yang tidak normal/tidak sesuai prosedur
e. Pelayanan yang tidak sesuai prosedur
72
f. Terdapat cacat konstruksi pada saat pengoperasian
Untuk mencegah dan menghindari kecelakaan kerja, perlu dilakukan
pengawasan kerja secara menyeluruh mulai dari tahap perencanaan
sampai dengan pemakaian/pengoperasian pesawat uap dan bejana
tekan beserta instalasinya.
A.5. Kebakaran dan Penanganannya
Dari berbagai jenis kecelakaan di tempat kerja, yang perlu
mendapatkan perhatian adalah kebakaran. Kecelakaan jenis ini paling
rawan terjadi, baik di tempat kerja umum dan lebih-lebih di industri,
pabrik atau bengkel. Apabila sampai terjadi kebakaran, kerugian yang
ditimbulkannya pun cukup besar, bukan hanya kerugian materi tetapi juga
kerugian non materi, misalnya korban meninggal dunia.
Kebakaran dapat disebabkan oleh beberapa hal, dan kadang-kadang
oleh sebab yang sepele, antara lain membuang puntung rokok
sembarangan, percikan api, hubungan pendek listrik, tata letak peralatan
dan bahan yang sembarangan, ledakan tabung, dan lain-lain. Mengingat
rawannya kebakaran serta besarnya kerugian yang mungkin timbul,
maka penanganan tentang kebakaran perlu mendapat perhatian bagi
pekerja.
Secara teori, kebakaran atau api dapat terjadi karena 3 (tiga) unsur
yang ada secara bersamaan, yaitu: oksigen, panas, dan bahan yang
dapat terbakar.
Gambar 3.2 Segitiga Api (Triangle of Fire)
Dengan teori tersebut dapat dipahami bahwa apabila salah satu unsur
tidak ada, maka kebakaran atau api tidak akan terjadi. Pemahaman
Oksige
Panas Baha
api
73
tentang terjadinya api berguna dalam upaya pemadaman kebakaran.
Terdapat empat prinsip dalam pemadaman api, yaitu:
a. Prinsip mendinginkan (cooling), misalnya dengan menyemprotkan
air.
b. Prinsip menutup bahan yang terbakar (starvation) , misalnya
menutup dengan busa.
c. Prinsip mengurangi oksigen (dilotion), misalnya menyemprotkan
gas CO2.
d. Prinsip memutus rantai rangkaian api dengan media kimia
e.
Penerapan prinsip-prinsip pemadaman kebakaran di atas tidak dapat
disamaratakan, tetapi harus memperhatikan jenis bahan apa yang
terbakar dan media apa yang sesuai untuk memadamkannya.
Klasifikasi kebakaran di Indonesia mengacu pada standar Amerika
NFPA (National Fire Prevention Association), yang dimuat dalam
Peraturan Menteri Tenaga Kerja No. Per. 04/Men/1980. Berdasarkanp
NFPA, terdapat 4 (empat) klasifikasi kebakaran, seperti pada Tabel di
bawah.
Tabel 3.1 Klasifikasi Kebakaran
Kelas Jenis Kebakaran
Kelas A Kebakaran bahan padat kecuali logam, dan meninggalkan
arang dan abu (kertas, kayu, kain dan sejenisnya)
Kelas B Kebakaran jenis bahan cair dan gas (bensin, solar, minyak
pelumas, minyak tanah, aspal, gemuk, alkohol, gas alam,
gas LPG dan sejenisnya)
Kelas C Kebakaran pada peralatan listrik yang bertegangan
Kelas D Kebakaran pada bahan logam, seperti magnesium,
alumunium, kalium, dll
Mengingat karakteristik bahan yang terbakar yang berbeda-beda,
maka diperlukan media pemadaman yang berbeda pula sehingga proses
pemadaman berhasil efektif, seperti terlihat pada tabel di bawah.
Tabel 3.2 Jenis Media Pemadaman dan Aplikasinaya
Jenis Media Pemadam Kebakaran
Klasifikasi Jenis Tipe Basah Tipe Kering
Kebakaran Air Busa Powder CO2 Clean
Agent
Kelas A Bhn padat
spt. Kayu
VVV V VV V VVV*)
Bahan
berharga
XX XX VV**) VV VVV
Kelas B Bahan cair XXX VVV VV V VVV
Bahan gas X X VV V VVV
74
Kelas C Panel listrik XXX XXX VV VV VVV
Kelas D Magnesium
Alumunium,
Kalium, dll
XXX XXX Khusus X XXX
Keterangan:
VVV: sangat efektif
VV : dapat digunakan
V : kurang tepat/tidak dianjurkan
X : tidak tepat
XX : merusak
XXX: berbahaya
*): tidak efisien
**) : kotor/korosif
A. 6. Kesehatan Kerja dan Lingkungan
Dalam uraian sebelumnya telah dijelaskan tentang keselamatan
dan kesehatan kerja yang disingkat dengan K3. Apabila dicermati,
sebenarnya terdapat dua aspek yang perlu diperhatikan. Pertama,
masalah keselamatan, dan yang kedua masalah kesehatan. Kedua hal
ini berbeda, namun saling terkait. Berbicara masalah keselamatan berarti
terkait bagaimana supaya bekerja dengan selamat dan tidak terjadi
kecelakaan. Sedangkan masalah kesehatan, terkait bagaimana supaya
pekerja dalam kondisi sehat atau tidak terkena penyakit akibat kerja.
Dengan pengertian ini, maka dapat terjadi kondisi dimana pekerja tidak
mengalami kecelakaan namun menderita sakit, misalnya kebiasaan
bekerja yang buruk, menghirup udara kotor, berdebu atau gas beracun,
atau bekerja di lingkungan kerja yang tidak sehat. Lebih lanjut, orang
yang terkena penyakit akan lebih mudah atau rawan mengalami
kecelakaan kerja. Dengan demikian antara keselamatan dan kesehatan
kerja saling terkait.
Peraturan perundangan yang khusus mengatur tentang kesehatan
kerja telah disinggung dalam uraian sebelumnya. Dalam uraian ini akan
dibahas sedikit tentang faktor-faktor bahaya lingkungan yang dapat
menimbulkan kecelakaan maupun penyakit akibat kerja. Faktor-faktor
tersebut antara lain:
a. Faktor Fisik
1) Kebisingan, yaitu bunyi yang didengar sebagai suatu rangsangan
pada telinga dan tidak dikehendaki. Kebisingan di atas batas
normal (85 dB) harus dihindari guna mencegah gangguan syaraf,
keletihan mental, dan untuk meningkatkan semangat kerja.
2) Iklim Kerja, yaitu suatu kombinasi dari suhu kerja, kelembaban
udara, kecepatan gerakan udara dan suhu radiasi pad suatu
tempat kerja. Suhu ideal sekitar 24-26º C. Suhu yang terlalu tinggi
75
dapat berakibat dehidrasi, heat cramps, heat stroke, dan heat
exhaustion.
3) Penerangan/Pencahayaan, merupakan suatu kondisi agar pekerja
dapat mengamati benda yang sedang dikerjakan secara jelas,
cepat, nyaman, dan aman. Intensitas penerangan dipengarhi oleh
jenis sumber cahaya (lampu listrik, sinar matahari, dll), daya
pantul, dan ketajaman penglihatan. Kebutuhan akan intensitas
penerangan dipengaruhi juga oleh tempat kerja dan jenis
pekerjaan. Apabila penerangan kurang, dapat berakibat pada
kesehatan, misalnya: kelelahan mata, kelelahan mental, sakit
kepala, dan dapat menimbulkan kecelakaan kerja.
4) Radiasi, yaitu efek negatif dari gelombang mikro, sinar ultra violet,
dan sinar infra merah. Gangguan kesehatan karena radiasi dapat
berupa kerusakan kulit, kerusakan mata, hingga gangguan syaraf.
5) Tekanan Udara, dapat berupa kondisi tempat kerja dengan
tekanan udara terlalu rendah atau terlalu tinggi sehingga dapat
menggangu kesehatan kerja.
6) Getaran, biasanya muncul bersamaan dengan kebisingan. Efek
getaran yang berlebihan dapat menggangu peredaran darah,
gangguan syaraf, hingga kerusakan sendi dan tulang.
b. Faktor Kimia
Penanganan bahan kimia dalam industri memerlukan perhatian
khusus agar dapat memberikan perlindungan optimal bagi pekerja,
masyarakat umum dan lingkungan sekitar. Terdapat berbagai jenis
bahan kimia berbahaya, antara lain bahan kimia mudah terbakar,
seperti benzena, aseton, dan eter; bahan kimia mudah meledak,
antara lain ammonium nitrat dan nitrogliserin; bahan kimia beracun
dan korosif misalnya asam chlorida, serta bahan kimia yang bersifat
radioaktif.
c. Faktor Biologi
Faktor biologis penyakit akibat kerja banyak ragamnya, antara lain
karena virus, bakteri, jamur, cacing, dan kutu. Penyakit akibat faktor
biologis biasanya dapat menular, sehingga upaya pencegahan akan
lebih baik, misalnya dengan menjaga kebersihan lingkungan serta
pemberian vaksinasi.
d. Faktor Psikologi
Gangguan kesehatan tidak hanya yang terlihat namun dapat
berupa gangguan psikologi atau kejiwaan dimana hal ini hanya
terlihat dari perilaku pekerja. Pekerja yang stress atau mengalami
tekanan jiwa karena lingkungan kerja yang tidak kondusif akan
berpengaruh besar pada produktivitas kerja. Oleh karena itu perlu
diciptakan lingkungan kerja yang aman dan nyaman dengan
76
memanipulasi lingkungan fisik mauapun lingkungan sosial atau
hubungan antar pekerja.
e. Faktor Ergonomi
Ergonomi adalah ilmu penyesuaian peralatan dan perlengkapan
kerja dengan kemampuan esensial manusia untuk memperoleh
keluaran (output) yang optimum. Dengan kata lain, penerapan prinsip
ergonomi merupakan penciptaan suatu kombinasi yang paling serasi
antara dua sub sistem, yaitu: tekno-struktural (perangkat keras,
mesin, alat) dengan sosio-prosesual (kemampuan anggota badan,
indera manusia). Misalnya, dalam mengatur ukuran tinggi rendahnya
mesin harus disesuaikan dengan tinggi badan operator/pekerjanya
sehingga si pekerja tidak mudah lelah. Kombinasi hubungan
mesin/alat dengan kemampuan manusia yang semakin baik dapat
meningkatkan produktivitas, sebaliknya apabila tidak seimbang dapat
berakibat pada penurunan produktivitas, target tidak tercapai, hingga
dapat menimbulkan kecelakaan dan penyakit akibat kerja.
77
BAB 4 MENGGAMBAR TEKNIK
Gambar teknik adalah sarana yang penting untuk melukiskan daya
cipta melalui garis. Yang lebih penting lagi gambar merupakan sarana
dari pendesain untuk memberikan pekerjaan kepada operator. Lebih
mudahnya sang insinyur tidak perlu menjelaskan secara detail kepada
operator tetapi cukup dengan menunjukkan gambar, sang operator dapat
memahami pekerjaannya.
Gambar. 4.1 Meja gambar
Hal ini perlu adanya penyeragaman dalam persepsi gambar agar
semua orang dapat membaca gambar dengan tepat dan benar. Untuk itu
dalam menggambar teknik perlu adanya beberapa aturan yang baku
sehingga menghindari salah baca. Aturan baku dalam mengambar teknik
yaitu: ukuran, skala, garis yang dipakai, lambang-lambang, simbolsimbol,
toleransi, kop gambar, keterangan gambar dan lain-lainnya.
Untuk beberapa gambar teks yang dipakai harus dengan standar
tertentu.
A. Alat Gambar
Sebelum menggambar ada beberapa alat yang perlu disiapkan
seperti meja gambar, mistar (lurus, segitiga 45O, segitiga 30O-60O), busur
derajat, kertas gambar, kertas kalkir, pena, pensil, dan penghapus pensil.
Mistar yang digunakan harus yang berstandar ISO (Internasional
Standart Organization) seperti Rotring dan Steadler.
A.1 Kertas gambar
Beberapa kertas yang adapat dipakai untuk menggambar teknik
adalah:
- Kertas padalarang
- Kertas manila
- Kertas strimin
- Kertas roti
- Kertas kalkir
78
Ukuran gambar teknik sudah ditentukan berdasarkan standar.
Ukuran pokok kertas gambar adalah A0. Ukuran A0 adalah 1 m2
dengan perbandingan √2 : 1 untuk panjang : lebar. Ukuran A1
diperoleh dengan membagi dua ukuran panjang A0. Ukuran A2
diperoleh dengan membagi dua ukuran panjang A1. Demikian
seterusnya. Ukuran kertas gambar dapat dilihat pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Ukuran kertas standar
Seri Ukuran Kertas Ukuran Garis Tepi
Kiri C
A0 1.189 x 841 20 10
A1 841 x 594 20 10
A2 594 x 420 20 10
A3 420 x 297 20 20
A4 297 x 210 15 5
A5 210 x 148 15 5
Gambar 4.2 Cara menempel kertas pada meja gambar
A.1.2 Pensil
Pensil adalah alat gambar yang paling banyak dipakai untuk latihan
mengambar atau menggambar gambar teknik dasar. Pensil gambar
terdiri dari batang pensil dan isi pensil. Pensil ada beberapa macam baik
pensil batang maupun pensil mekanik. Bentuk pensil dapat dilihat pada
gambar 4.3
Gambar 4.3 Bentuk pensil
Meja
gambar
Selot
79
Berdasarkan kekerasannya pensil dapat dibedakan menjadi:
Tabel 4.2 Klasifikasi pensil
A.1.3 Rapido
Untuk rapido yang dipakai dalam untuk menggambar diatas kertas
kalkir, untuk rapido dapat dilihat pada gambar 4.4
Gambar 4.4 Pena Rapido
A.1.4. Penggaris
Penggarias digunakan untuk menggambar garis supaya lurus.
Banyak penggaris yang mempunyai fungsi berbeda-beda, penggaris
lurus untuk membuat garis lurus. Penggaris segitiga untuk menggambar
sudut yang sederhana karena sepasang penggaris segitiga memiliki
sudut 30o, 45o, dan 60o. Sedangkan untuk mengukur sudut dapat
menggunakan busur derajat. Bentuk penggaris dapat dilihat pada gambar
1.41 dibawah ini:
80
Gambar 4.5 Satu set pengaris
A.1.5. Jangka
Jangka digunakan untuk membuat garis lingkaran dengan cara
menancapkan salah satu ujung batang pada pusat lingkaran dan ujung
yang lainnya berfungsi sebagai pensil menggambar lingkaran.
Gambar 4.6 Jangka
A.1.6. Penghapus dan alat pelindung penghapus
Ada dua macam bentuk penghapus yaitu lunak dan keras.
Penghapus lunak untuk menghapus goresan pensil dan penghapus keras
untuk goresan tinta. Untuk melindungi garis agar tidak ikut terhapus pada
saat menghapus diperlukan alat pelindung penghapus, berikut ini dapat
dilihat gambar 1.43 pelindung penghapus.
81
Gambar 4.7 Pelindung penghapus
A.1.7. Mal lengkung
Mal lengkung digunakan untuk membuat garis lengkung yang rumit
dan tidak dapat dijangkau dengan jangka. Untuk itu diperlukan mal
lengkung, contoh mal lengkung dapat dilihat dibawah ini:
Gambar 4.8 Mal lengkung
Hasil dari mal lengkung ini dapat dilihat pada gambar 4.9 berikut ini:
Gambar 4.9 hasil mal lengkung
Menggambar garis harus mengikuti aturan yang berlaku. Garis-garis
yang sering digunakan dalam menggambar yaitu:
- garis tebal digunakan untuk benda yang digambar
- garis tipis digunakan untuk ukuran
- garis putus-putus untuk garis yang tidak kelihatan
- garis putus titik dgunakan untuk menggambar garis tengah atau
mirror
82
Gambar mesin dengan manual biasanya dengan menggunakan
proyeksi. Proyeksi yang digunakan dapat menggunakan proyeksi
Amerika maupun Eropa. Bedanya proyeksi Amerika yaitu menggambar
dengan tampak bentuk sebenarnya, sedangkan proyeksi Eropa yang
digambar adalah bayangan dari tampak depan. Contoh gambar 1.46
adalah proyeksi Amerika:
Gambar 4.10 Gambar proyeksi amerika
Dalam gambar manual ada juga yang dalam bentuk tiga dimensi
seperti gambar proyeksi isometris. Dalam beberapa hal gambar isometris
lebih mudah untuk dilihat, tetapi kesulitan untuk meberikan ukuran dan
skala. Dalam bentuk proyeksi isometris dapat dilihat langsung bentuk dari
benda kerja tanpa harus membayangkan gabungan dari gambar seperti
dalam gambar proyeksi ortogonal. Sebagai contohnya dapat dilihat
gambar 4.11 isometris sebagai berikut:
Gambar 4.1 Gambar
Isometris Komponen
B. Kop Gambar
Dalam menggambar teknik perlu adanya bingkai dan kop gambar
standar yang dipakai, hal ini untuk menyeragamkan dan dapat ditelusuri
si penggambar. Contoh kop gambar berserta bingkainya ada pada
gambar 1.48 dibawah ini:
83
Gambar 4.12 Kop Gambar dengan bingkainya
C. Gambar Proyeksi
Untuk menyajikan sebuah benda tiga dimensi ke dalam sebuah
bidang dua dimensi dipergunakan cara proyeksi. Proyeksi dengan cara
sudut pandang dari satu titik disebut proyeksi prespektif, hal ini dapat
dilihat pada gambar 4.13a dan gambarnya disebut gambar prespektif.
Jika titik penglilhatan tak terhingga maka proyeksi yang dihasilkan disebut
proseksi sejajar seperti dalam gambar 4.13b dan gambarnya disebut
proyeksi sejajar.
Gambar 4.13 proyeksi
Pada proyeksi sejajar garis-garis proyeksi berdiri tegak lurus pada
bidang proyeksi P, cara proyeksinya disebut proyeksi ortogonal. Selain itu
garis proyeksi dapat dibuat membuat sudut dengan bidang P, cara
proyeksi ini disebut proyeksi miring.
84
Cara proyeksi yang dipergunakan untuk gambar satu pandangan
terdiri dari proyeksi aksonometri, proyeksi miring dan proyeksi prespektif.
a. Gambar aksonometri
Gambar yang disajikan dalam proyeksi ortogonal hanya dapat
dilihat dari satu pandangan saja, seperti yang dilihat pada gambar 4.14a.
jika benda tiga dimensi dimiringkan maka akan terlihat tiga muka secara
bersamaan, gambar yang demikian akan menyerupai bentuk aslinya
(lihat gambar 4.14b). Gambar yang dapat dilihat tiga muka disebut
gambar aksonometri. Tiga bentuk gambar aksonometri adalah isometri,
dimetri dan trimetri.
Gambar 4.14 Proyeksi aksonometri dan ortogonal
1) Proyeksi isometri
Pada gambar isometri benda tiga dimensi dilihat pada 45O seperti
dalam gambar 4.15a, kemuadian bagian belakang benda diangkat 35O
16’ gambar 4.15b, maka benda dapat dilihat tiga muka dengan bagian
yang sama panjang dan sudut yang sama yaitu 120O. Proyeksi ini disebut
proyeksi isometri dengan panjang sisi lebih pendek dari sebenarnya.
Gambar 4.15 isometri
85
2) Proyeksi dimetri
Proyeksi doimetri adalah proyeksi yang menggambarkan benda
tiga dimensi dengan perpendekan dua sisi dan dua sudut dengan garis
horisontal sama (lihat gambar 4.16)
Gambar 4.16 dimetri
3) Proyeksi trimetri
Proyeksi trimetri adalah proyeksi dengan skala pendekatan tiga sisi
dan tiga sudut tidak sama. Proyeksi ini dapat dilihat pada gambar 4.17.
Gambar 4.17 trimetri
b. Gambar isometri
Pada proyeksi aksonemotri tidak terdapat panjang yang
sebenarnya, maka dalam mengambar aksonometri memakan waktu lebih
lama. Untuk mempercepat penggambaran tiga dimensi maka ada cara
lain dengan gambar isometri.
Gambar isometri adalah penggambaran dengan satu sisi yang
dibuat sama ukuran dengan benda aslinya atau satu sumbu yang dibuat
sama dengan aslinya, jadi gambar isometri lebih sederhana dan banyak
dipakai untuk membuat gambar satu pandangan. Untuk lebih jelasnya
dapat diuraikan dibawah ini:
1) Tentukan letak sumbu-sumbu isometri
Letak sumbu isometri adalah (Gambar 4.18):
(a) Sumbu-sumbu pada kedudukan normal
(b) Sumbu-sumbu pada kedudukan terbalik
(c) Sumbu utama pada kedudukan horisontal
86
Gambar 4.18 sumbu isometri
2) Gambarlah benda tersebut dengan sisi-sisi yang akan memberikan
panjang sisi yang sebenarnya, sejajar dengan sumbu isometri. Lebih
jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.19
Gambar 4.19 Proyeksi isometri
c. Gambar proyeksi miring
Pada gambar proyeksi miring adalah gabungan dari gambar
ortogonal dan gambar isometri, gambar ini caranya dengan menggambar
lebih dahulu tampak depan dengan ukuran sebenarnya. Setelah itu garisgaris
proyeksi dibuat miring membentuk sudut terhadap bidang proyeksi.
Peletakan benda dapat dibuat sesukanya, tetapi biasanya yang
memberikan keterangan paling banyak dibuat sejajar dengan bidang
proyeksi vertikal (tampak depan). Dengan demikian satu sisi dibuat
dengan ukuran sebenarnya seperti gambar ortogonal.
Sudut yang menggambarkan kedalaman biasanya 30o, 45o dan 60o
terhadap sumbu horisontal. Sudut-sudut ini dipakai karena sudah banyak
garisan segitiga yang mempunyai sudut ini. Skala pemendekan
87
ditentukan yaitu 1/3, ½ dan ¾ tergantung dari sudut yang dipergunakan.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.20.
Gambar 4.20 Proyeksi miring
Secara sekilas proyeksi miring mirip dengan isometri untuk
membedakannya dapat dilihat pada gambar 4.21. Dari gambar dapat
dilhat jika proyeksi isometri yang didepan dan diukur sesuai dengan
sebenarnya adalah sumbu dan proyksi miring, sisi sebelah depan yang
diukur sesuai benda belakangnya baru diproyeksikan.
Gambar 4.21 Proyeksi Isometri dan Proyeksi miring
88
d. Gambar proyeksi prespektif
Gambar proyeksi prespektif adalah jika antara benda dan mata
(titik penglihatan) diberi sebuah bidang gambar, maka bidang gambar ini
akan terbentuk sebuah bayangan dari benda tadi (Gambar 4.22). Gambar
prespektif ini serupa dengan apa yang dilihat oleh manusia dan sering
dipakai dalam arsitektur. Gambar proyeksi prespektif merupakan gambar
pandangan tunggal yang terbaik, tetapi cara menggambarnya yang sulit
dan rumit dari pada cara yang lainnya. Untuk gambar yang kecil tidak
menguntungkan oleh karena itu jarang dipakai untuk menggambar
komponen kecil.
Gambar 4.22 cara pandang gambar prespektif
Gambar prespektif dapat digambar dengan dua atau tiga titik hilang
untuk memperjelas gambar contohnya dapat dilhat pada gambar 4.23
Gambar 4.23 titik hilang prespektif
e. Proyeksi Ortogonal (gambar pandangan majemuk)
Gambar proyeksi ortogonal sering disebut gambar kerja karena
memberikan informasi yang lengkap dan tepat tentang benda tiga
dimensi. Dalam proyeksi ortogonal ada enam pandang untuk
penggambarannya tetapi jika dua atau tiga gambar sudah memberikan
informasi yang lengkap tidak perlu digambar semua. Jadi untuk proyeksi
ortogonal tidak hanya terdapat satu gambar tapi beberapa gambar yang
dilihat dari beberapa pandangan seperti tampak depan, tampak samping
89
kanan dan kiri, tampak atas, tampak bawah dan tampak belakang.
Pandangan yang ada dalam proyeksi ortogonal dapat dilihat pada
gambar 4.24
Gambar 4.24 Pandangan Ortogonal
D. Skala
Skala adalah pemberian ukuran lebih kecil atau lebih besar dari
ukuran bende yang sebenarnya. Keterbatasan ukuran kertas membuat
benda yang besar tidak dapat digambar pada kertas, sebaliknya untuk
benda yang kecil jika diberi ukuran akan sulit dibaca. Skala untuk
memperkecil gambar yang sering dipakai yaitu 1:2, 1:5, 1:10, 1:100, dan
seterusnya sedangkan untuk memperbesar gambar skala yang dipakai
90
yaitu 2:1, 5:1, 10:1, dan seterusnya. Jika skalanya sama dengan benda
aslinya maka dapat ditulis 1:1.
Sebagai contoh dalam gambar 1.32 ditulis skala 5:1 maka benda
aslinya adalah lebih kecil 1/5 dari gambar.
E. Ukuran dan toleransi
Ukuran diperlukan dalam gambar teknik untuk memberikan
informasi kepada operator tentang besaran geometrik benda. Untuk
memberikan ukuran ini tidak boleh salah tafsir dan jelas tujuannya.
Pandangan yang banyak diberikan ukuran adalah pandangan depan lihat
gambar 4.25
Gambar 4.25 penyajian gambar poros
Toleransi ditulis untuk pengerjaan yang memang tidak dapat
mengukur dengan tepat seperti dalam pembubutan ataupun
pengefraisan. Gambar 4.26 memberikan informasi toleransi terhadap
pembuatan silinder bertingkat. Toleransi ini sangat berguna karena dalam
pengerjaan komponen ketidak telitian tidak dapat dihindari sehingga
operator dapat membuat ukuran benda lebih kecil atau lebih besar asal
tidak melebihi dari batas toleransi. Batas toleransi ada batas atas dan
batas bawah maka penulisan menggunakan tanda ±.
91
Gambar 4.26 Ukuran beserta toleransinya
Dalam penulisan toleransi mempunyai standar yang dikeluarkan
oleh ISO/R286 (ISO System of Limits and Fits). Standar ISO menuliskan
kwalitas toleransi, ada 18 kwalitas toleransi yaitu IT 01, IT 0, IT 1 sampai
dengan IT 16. Nilai toleransi meningkat dari IT 0,1 sampai IT 16. IT 01
samapai dengan IT 4 digunakan untuk pengerjaan yang sangat teliti,
seperti alat ukur, instrumen optik dansebagainya. Tingkat IT 5 sampai
dengan IT 11 dipakai dalam bidang permesinan umum, untuk bagian
mamu tukar dapat digolongkan pekerjaan sangat teliti dan pekerjaan
biasa. Tingkat IT12 smapai IT 16 dipakai untuk pengerjaan kasar.
Tabel 4.3 Nilai numerik untuk toleransi standar (metrik)
92
F. Penyederhanaan gambar
Gambar teknik yang menyajikan secara lengkap akan membuat
penggambar lebih lama mengerjakan untuk itu ada penyajian-ppenyajian
gambar yang disederhanakan contohnya seperti ulir dan lubang senter.
Gambar 4.27 menunjukkan gambar ulir secara lengkap.
Gambar 4.27 penyajian ulir lengkap
Dari gambar diatas dapat disederhanakan dengan
menggambarkan seperti gambar 4.28 dibawah ini.
Gambar 4. 28
Penyajian gambar ulir
93
Untuk lebih jelas dalam pengerjaan gambar ulir ini diberi
keterangan sesuai dengan standart ISO seperti:
Gambar 4.29 Keterangan Gambar Ulir
G. Lambang pengerjaan
Untuk memperjelas pada operator mesin maka pada gambar perlu
adanya lambang pengerjaan seperti kualitas kekasaran seperti pada
gambar 1.66 berikut ini:
Gambar 4.30 lambang pengerjaan
Dari gambar dapat dilihat lambang dasar permukaan (a), lambang
pengerjaan mesin (b), dan lambang permukaan yang bahannya tidak
boleh dibuang (c). sedangkan a adalah angka kekasaran dalam
mikrometer. Lambang arah pengerjaan dapat dituliskan pada samping
kanan dari lambang pengerjaan sperti dalam Tabel 4.4 berikut ini:
Tabel 4.4 Lambang arah pengerjaan
94
Lambang-lambang lain yang disertakan dalam gambar seperti
penyambungan las. Contohnya dapat dilihat dari Tabel 4.5 berikut:
95
Tabel 4.5 Lambang proses pengelasan
Saat ini sudah banyak software yang menawarkan paket
menggambar dengan komputer, sehingga gambar-gambar dalam bentuk
tiga demensi dapat digambar dengan tepat sekaligus ukuran-ukurannya.
Hal ini sekaligus mempermudah bagi operator untuk menerjemahkan
gambar ke dalam pekerjaannya. Bahkan ada paket software yang sudah
96
dilengkapi dengan hardware pengerjaannya. Untuk yang terakhir ini
dalam mendesain proses produksi tidak perlu lagi mengetik CNC code
tetapi dari gambar dapat diterjemahkan prosesnya melalui simulasi
gambar. Ada banyak software seperti AutoCad yang digunakan dalam
menggambar teknik.
Gambar 4.31 Gambar AutoCad
97
BAB 5 DASAR POMPA
Pompa merupakan salah satu jenis mesin yang berfungsi untuk
memindahkan zat cair dari suatu tempat ke tempat yang diinginkan. Zat
cair tersebut contohnya adalah air, oli atau minyak pelumas, serta fluida
lainnya yang tak mampu mampat. Industri-industri banyak menggunakan
pompa sebagai salah satu peralatan bantu yang penting untuk proses
produksi. Sebagai contoh pada pembangkit listrik tenaga uap, pompa
digunakan untuk menyuplai air umpan ke boiler atau membantu sirkulasi
air yang akan diuapkan d iboiler.
Gambar 5.1 Instalasi pompa
Pada industri, pompa banyak digunakan untuk mensirkulasi air atau
minyak pelumas atau pendingin mesin-mesin industri. Pompa juga
dipakai pada motor bakar yaitu sebagai pompa pelumas, bensin atau air
pendingin. Jadi pompa sangat penting untuk kehidupan manusia secara
langsung yang dipakai di rumah tangga atau tidak langsung seperti pada
pemakaian pompa di industri.
tandon air
pompa
motor listrik
sumber air
pipa bagian
hisap
pipa bagian
tekan
98
Gambar 5.2 Instalasi pompa pada rumah tangga
Pada pompa akan terjadi perubahan dari dari energi mekanik
menjadi energi fluida. Pada mesin-mesin hidrolik termasuk pompa, energi
fluida ini disebut head atau energi persatuan berat zat cair. Ada tiga
bentuk head yang mengalami perubahan yaitu head tekan, kecepatan
dan potensial.
A. Prinsip Kerja Pompa
Pada pompa terdapat sudu-sudu impeler [gambar 5.3] 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 .
Gambar 5.3 Proses pemompaan
aliran masuk
aliran buang
impeler
rumah
pompa
poros
sumur
tandon
pompa
99
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.
Pada gambar 5.4, aliran air di dalam pompa akan ikut berputar
karena gaya sentrifugal dari impeler yang berputar.
Gambar 5.4 Perubahan energi zat cair pada pompa
B. Klasifikasi Pompa
Menurut bentuk impelernya, pompa sentrifugal diklasifkasikan
menjadi tiga, yaitu impeler aliran radial, impeler aliran axial dan impeler
aliran radial dan axial [gambar 5.5]. Pompa radial mempunyai konstruksi
yang mengakibatkan zat cair ke luar dari impeler tegak lurus dengan
poros pompa. Sedangkan untuk pompa axial, arah aliran akan sejajar
dengan poros pompa, dan pompa aliran campuran arah aliran berbetuk
kerucut mengikuti bentuk impelernya.
Menurut bentuk rumah pompa, pompa dengan rumah berbentuk
volut disebut dengan pompa volut, sedangkan rumah dengan difuser
disebut pompa difuser
Pada pompa difuser, dengan pemasangan difuser pada sekeliling
luar impeler, akan memperbaiki efisiensi pompa dan menambah kokoh
rumah pompa. Dengan alasan itu, pompa jenis ini banyak dipakai pada
pompa besar dengan head tinggi. Berbeda dengan pompa jenis tersebut,
cut water
impeler putaran impeler
100
pompa aliran campuran sering tidak menggunakan difuser, tetapi rumah
volut karena zat cair lebih mudah mengalir dan tidak tersumbat, pompa
jenis ini banyak dipakai pada pengolahan limbah
Gambar 5.5 Klasifikasi pompa berdasar bentuk impeller4
Gambar 5.6 Klasifiaksi pompa berdasar rumah pompa4
Menurut jumlah aliran yang masuk, pompa sentrifugal
diklasifikasikan menjadi pompa satu aliran masuk dan dua aliran masuk
[gambar 5.7]. Pompa hisapan tunggal banyak dipakai karena
konstruksinya sederhana. Permasalahan pada pompa ini yaitu gaya
aksial yang timbul dari sisi hisap, dapat di atasi dengan menambah ruang
pengimbang, sehingga tidak perlu lagi menggunakan bantalan aksial
yang besar.
Untuk pompa dua aliran masuk banyak dipakai pada pompa
berukuran besar atau sedang. Konstruksi pompa ini terdiri dua impeler
saling membelakangi dan zat cair masuk dari kedua sisi impeler, dengan
konstruksi seperti itu, permasalahan gaya aksial tidak muncul karena
saling mengimbangi. Debit zat cair ke luar dua kali dari debit zat cair yang
masuk lewat dua sisi impeler. Pompa jenis ini juga dapat beropersi pada
putaran yang tinggi. Untuk aliran masuk yang lebih dari dua, prinsip
kerjanya sama dengan yang dua aliran masuk.
101
Gambar 5.7 Klasifikasi pompa berdasarkan jumlah aliran masuk
Jika pompa hanya mempunyai satu buah impeler disebut pompa
satu tingkat [gambar 5.8], yang lainnya dua tingkat, tiga dan seterusnya
dinamakan pompa banyak tingkat [gambar 5.9]. Pompa satu tingkat
hanya mempunyai satu impeler dengan head yang relatif rendah. Untuk
yang banyak tingkat mempunyai impeler sejumlah tingkatnya. Head total
adalah jumlah dari setiap tingkat sehingga untuk pompa ini mempunyai
head yang realtif tinggi.
Konstruksi impeler biasanya menghadap satu arah tetapi untuk
menghindari gaya aksial yang timbul dibuat saling membelakangi. Pada
rumah pompa banyak tingkat, dapatnya dipasang diffuser, tetapi ada juga
yang menggunakan volut. Pemasangan diffuser pada rumah pompa
banyak tingkat lebih menguntungkan daripada dengan rumah volut,
karena aliran dari satu tingkat ketingkat berikutnya lebih mudah
dilakukan.
Gambar 5.8 Pompa satu tingkat
bagian tekan
impeler
rumah pompa
poros pompa
bagian hisap
bantalan poros
satu aliran
masuk
dua aliran masuk
1 2
poros pompa
102
Gambar 5.9 Pompa banyak tingkat ( multistage)
Berdasar dari posisi poros, pompa dibedakan menjadi dua yaitu
pompa horizontal [gambar 5.10] dan vertikal [gambar 5.11]. Pompa poros
horizontal mempunyai poros dengan posisi mendatar. sedangkan pompa
poros tegak mempunyai poros dengan posisi tegak. Pompa aliran axial
dan campuran banyak dibuat dengan poros tegak. Rumah pompa
dipasang dengan ditopang pada lantai oleh pipa yang menyalurkan zat
cair ke luar pompa. Posisi poros pompa adalah tegak dan dipasang
sepanjang sumbu pipa air ke luar dan disambungkan dengan motor
penggerak pada lantai. Poros ditopang oleh beberapa bantalan, sehingga
kokoh dan biasanya diselubungi pipa selubung yang berfungsi untuk
saluran minyak pelumas.
Pompa poros tegak berdasar posisi pompanya ada dua macam
yaitu pompa sumuran kering dan sumuran basah [gambar 5.12].
Sumuran kering pompa dipasang di luar tadah hisap, sedangkan
sumuran basah sebaliknya.
Gambar 5.10 Pompa horizontal
bagian hisap
bagian tekan
poros mendatar
bagian hisap
bantalan
bagian tekan
impeler
rumah pompa
poros pompa
103
Gambar 5.11 Pompa vertikal
Gambar 5.12 Pompa sumuran kering dan basah
poros pompa
rumah pompa
bagian hisap
bagian tekan
tumpuan
104
C. Komponen-Komponen Pompa
Komponen-komponen penting pada pompa sentrifugal adalah
komponen yang berputar dan komponen tetap. Komponen berputar terdiri
dari poros dan impeler, sedangkan komponen yang tetap adalah rumah
pompa (casing), bantalan (bearing). Komponen lainnya dapat dilihat
secara lengkap seperti pada gambar di bawah.
Gambar 5.13 Konstruksi pompa
bantalan
105
Gambar 2.2 Konstruksi pompa
Gambar 5.14 Konstruksi pompa khusus
sel perapat poros pompa
rumah volur
bagian tetap
bagian bergerak
impeler
rumah bantalan
bantalan
poros
bantalan
bagian hisap
bagian ke luar
impeler
penutup rumah
106
D. Konstruksi Pompa Khusus
Pada bagian A sudah dijelaskan konstruksi pompa dengan
komponen-komponennya. Pada dasarnya pompa didesain hanya untuk
memindahkan air dari sumber air ke tempat yang akan dilayani. Akan
tetapi dalam perkembangannya, penggunaan pompa meluas tidak hanya
untuk fluida air saja. Berbagai proses industri banyak membutuhkan
pompa-pompa khusus yang melayani zat cair dengan karakteristik yang
sangat beragam. Sebagai contoh, pada industri kertas zat cair yang akan
dipindahkan adalah bubur kayu, dimana bubur kayu ini karakteristiknya
sangat berbeda dengan air. Dengan alasan tersebut, saat ini banyak
dibuat pompa-pompa dengan keperluan khusus untuk melayani zat cair
yang khsusus pula.
D.1 Pompa sembur ( jet pump)
Gambar 5.15 Pompa sembur ( jet pump)
motor listrik
transmisi dan bantalan
rumah pompa
bagian
aliran air bertekanandari sisi
buang
bagian buang
A
impeler
107
Pompa sembur dibuat untuk keperluan pemompaan zat cair (air
atau minyak bumi) pada sumur yang sangat dalam, dengan diameter
sumur yang kecil, dengan kondisi tersebut pompa standar tidak dapat
digunakan. Hal tersebut dikarenakan, tekanan vakum pada sisi hisap
pompa standar tidak cukup kuat untuk menghisap zat cair pada ke
dalaman zat cair melebihi kondisi operasi normal. Untuk itu perlu
dirancang pompa dengan kevakuman yang besar pada sisi hisapnya.
Pompa sembur dapat dilihat pada gambar 5.15
Konstruksi pompa sembur terdiri dari komponen-komponen pompa
sentrifugal standar, yaitu impeler, rumah pompa, transmisi dan bantalan,
saluran hisap dan buang, dan sebagai tambahan pada bagian hisap
pompa dipasang venturi [gambar 5.15.]. Fungsi venturi disini adalah
untuk membuat kevakuman pada sisi hisap semakin besar, dengan
demikian energi hisapan menjadi lebih besar atau dengan kata lain head
hisap yang dapat di atasi pompa lebih besar. Venturi mempunyai
diameter yang kecil, dimana zat cair bertekanan dari sisi buang yang
disirkulasikan, akan dipercepat sehingga terjadi kevakuman yang besar
pada bagian pompa berdekatan dengan impeler ( bagian A)
Pemasangan venturi untuk kevakuman dapat diletakkan di dalam
pompa Untuk pompa sembur dengan pemasangan venturi di luar pompa,
prinsip kerjanya sama dengan pemasangan yang di dalam.
D.2 Pompa viscous
Pompa standar menggunakan impeler untuk memgubah energi
mekanik menjadi energi fluida. Impeler terdiri dari sudu-sudu (vane)
impeler yang berbentuk tertentu yang dimaksudkan untuk
memaksimalkan perubahan energi. Untuk operasi yang standar dengan
kondisi zat cair standar, pompa tidak akan bermasalah. Untuk kondisi
khusus yaitu pada zat cair yang banyak terdifusi gas-gas atau udara atau
untuk penggunaan zat cair yang mengandung partikel-partikel padatan,
pompa yang digunakan harus khusus pula.
Dengan kondisi zat cair yang seperti di atas, penggunaan pompa
dengan konstruksi standar sangat tidak menguntungkan, komponenkomponen
pompa khususnya impeler akan mengalami kerusakan pada
sudu-sudu impellernya. Pemeliharaan dan perawatan menjadi mahal dan
performa pompa rendah. Untuk mengatasinya, komponen pompa yaitu
pada impelernya harus dimodifikasi, sehingga dapat bekerja dengan
kondisi tersebut di atas dengan aman dan performa tinggi.
Gambar 5.16 adalah pompa yang dibuat khusus untuk melayani
dan beroperasi dengan zat cair yang mengandung udara atau gas dan
partikel-partikel padatan. Impelernya berbentuk disk datar. Proses
perpindahan energinya dengan proses geseran, yaitu fluida cair akan
dipindahkan dengan gaya geser impeler.
108
Gambar 5.16 Pompa viscous
Energi mekanik akan berpindah dari impeler ke fluida cair, sehingga
fluida cair mengalami kenaikan energi kecepatan yang akan diubah
menjadi energi tekanan pada bagian buangnya. Keuntungan dengan
penggunaan impeler dengan model disc adalah dapat digunakan dengan
aman apabila zat cair banyak mengandung gas atau padatan, resiko
kerusakan karena tumbukan rendah dengan kondisi seperti itu pompa
lebih awet. Jenis impeler pompa ini adalah tebuka sehingga sangat
menguntungkan apabila pompa bekerja dengan zat cair yag banyak
mengandung partike padat.
D.3 Pompa dengan volute ganda
Pada pompa dengan volute tunggal pada proses konversi energi
selalu timbul gaya hidrolik (tekan fluida tak beraturan) terutama pada
daerah cut water [gambar 5.17]. Gaya hidrolik tesebut sering berefek
negatif tehadap komponen komponen di dalam pompa khusunya
komponen yang berputar yaitu impeler. Karena ditumbuk berulang-ulang
oleh gaya hidrolik, impeller pompa dapat mengalami keausan.
Untuk mengatasi timbulnya gaya hidrolik yaitu pada daerah cut
water di dalam pompa, dibuat pompa dengan volute ganda. Dengan
volut ganda, cut water menjadi dua buah sehingga gaya hidrolik yang
timbul akan saling menyeimbangkan, sehingga tidak menimbukan efek
yang negatif pada impeller. Penggunaan volute ganda akan meyebabkan
pompa lebih awet dan hal ini mengurangi biaya perawatan. Akan tetapi
biaya pembuatan pompa menjadi mahal dan performa pompa berkurang.
Adapun karakteristik operasi volute ganda dapat dilihat pada gambar.
impeler disk
bagian buang
bagian hisap
rumah bantalan
109
Gambar 5.17 Cut Water
Gambar 5.18 Volut tunggal dan ganda
volut tunggal
volut ganda
titik masuk pertama
impeller pompa
bagian buang
bagian buang
impeler
impeler
cutwater
cutwater
cutwater
volut tunggal
dinding volut ganda
volut
aliran ke luar
aliran
masuk
cutwater
impeler
110
D.4 Pompa CHOPPER
Pada instalasi pengolahan limbah, baik limbah industri maupun
limbah rumah tangga banyak dipasang pompa untuk menangani limbahlimbah
cair yang banyak mengandung material/partikel padat (solid).
Untuk keperluan tersebut, pompa yang sering dipakai adalah pompa
Chopper. Pompa ini memiliki impeller yang mempunyai mata pisau
sehingga partikel-partikel padat akan dihancurkan dan larut dalam air.
Pompa jenis ini juga banyak dipakai pada industri pengolahan kertas dan
pulp.
Gambar 5.19 Pompa Chopper
D.5 Pompa dengan Reccesed Impeller
Pompa volut (end suction) jenis ini banyak dipakai untuk jenis zat
cair yang banyak mengandung partikel-partikel padat berserat, zat cair
yang mengandung gas dan zat cair yang sensitif mudah menimbulkan
gesekan.
Gambar 5.20 Pompa reccesed impeller
mata pisau
impeller
zat cair dengan
partikel padat
larutan partikel
recessed impeller
permukaan tahan
gesek dan abrasi
111
Pompa mempunyai impeler yang khusus (recessed impeller),
dengan permukaan rumah pompa dan impeler yang dilapisi dari material
tahan gesek, sehingga lebih tahan terhadap gesekan dan kavitasi. Pada
zat cair yang banyak mengandung serat pada pompa biasa akan mudah
sekali mampat atau alirannya akan tersumbat oleh serat-serat, tetapi
dengan penggunaan pompa jenis ini masalah tersebut dapat diatasi.
Pompa ini juga mampu melayani zat cair yang banyak mengandung gas
atau udara sampai 5 % dari total volume.
D.6 Pompa lumpur (slurry)
Banyak pompa dipakai pada instalasi pengolahan dengan zat cair
dengan kandungan bahan/material padat yang berlebih dengan bentuk
fisik lumpur, seperti adukan semen, atau lumpur pasir. Sifat dari lumpur
tersebut sangat abrasif sehingga sangat merusak pada komponenkomponen
pompa.
Gambar 2.11 Pompa lumpur
Gambar 5.21 Pompa lumpur (slurry)
Untuk mengatasi hal tersebut, pada komponen pompa yaitu pada
rumah pompa dan impeler pompa dilapisi dengan bahan terbuat dari
karet (rubber). Sifat bahan pelapis yang terbuat dari karet sangat elastis.
Pada proses pemompaan material padat lumpur akan teredam gaya
tumbuknya pada rumah pompa dan impeler, atau tidak mengenai
permukaan logam secara langsung sehingga tidak menimbulkan erosi
dan abrasi. Karena jenis fluidanya adalah zat cair (lumpur) dengan
kekentalan tinggi, NPSH untuk pompa jenis ini adalah lebih tinggi
dibanding dengan pompa biasa.
impeler
lapisan karet
pada volut
pembersih
112
D.7 Pompa LFH (Low Flow High Head )
Bentuk sudu impeler pompa volut jenis ini adalah radial [Gambar 5.22].
Pompa ini banyak dioperasikan untuk melayani instalasi dengan zat cair
yang bersifat korosif, dengan debit kecil pada head yang tinggi. Untuk
keperluan tersebut pada impeler dan rumah pompa (volut) dilapisi
dengan material yang tahan korosi.
Gambar 5.22 Pompa volut LFH
Pompa ini beroperasi pada debit yang rendah karena pada aliran yang
lebih tinggi pompa bekerja dengan risiko cepat rusak dan memerlukan
perawatan yang lebih mahal. Jadi pompa ini dirancang khusus untuk
bekerja pada debit yang kecil dengan performa yang normal.
sudu-sudu
radial impeller
97
BAB 5 DASAR POMPA
Pompa merupakan salah satu jenis mesin yang berfungsi untuk
memindahkan zat cair dari suatu tempat ke tempat yang diinginkan. Zat
cair tersebut contohnya adalah air, oli atau minyak pelumas, serta fluida
lainnya yang tak mampu mampat. Industri-industri banyak menggunakan
pompa sebagai salah satu peralatan bantu yang penting untuk proses
produksi. Sebagai contoh pada pembangkit listrik tenaga uap, pompa
digunakan untuk menyuplai air umpan ke boiler atau membantu sirkulasi
air yang akan diuapkan d iboiler.
Gambar 5.1 Instalasi pompa
Pada industri, pompa banyak digunakan untuk mensirkulasi air atau
minyak pelumas atau pendingin mesin-mesin industri. Pompa juga
dipakai pada motor bakar yaitu sebagai pompa pelumas, bensin atau air
pendingin. Jadi pompa sangat penting untuk kehidupan manusia secara
langsung yang dipakai di rumah tangga atau tidak langsung seperti pada
pemakaian pompa di industri.
tandon air
pompa
motor listrik
sumber air
pipa bagian
hisap
pipa bagian
tekan
98
Gambar 5.2 Instalasi pompa pada rumah tangga
Pada pompa akan terjadi perubahan dari dari energi mekanik
menjadi energi fluida. Pada mesin-mesin hidrolik termasuk pompa, energi
fluida ini disebut head atau energi persatuan berat zat cair. Ada tiga
bentuk head yang mengalami perubahan yaitu head tekan, kecepatan
dan potensial.
A. Prinsip Kerja Pompa
Pada pompa terdapat sudu-sudu impeler [gambar 5.3] 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 .
Gambar 5.3 Proses pemompaan
aliran masuk
aliran buang
impeler
rumah
pompa
poros
sumur
tandon
pompa
99
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.
Pada gambar 5.4, aliran air di dalam pompa akan ikut berputar
karena gaya sentrifugal dari impeler yang berputar.
Gambar 5.4 Perubahan energi zat cair pada pompa
B. Klasifikasi Pompa
Menurut bentuk impelernya, pompa sentrifugal diklasifkasikan
menjadi tiga, yaitu impeler aliran radial, impeler aliran axial dan impeler
aliran radial dan axial [gambar 5.5]. Pompa radial mempunyai konstruksi
yang mengakibatkan zat cair ke luar dari impeler tegak lurus dengan
poros pompa. Sedangkan untuk pompa axial, arah aliran akan sejajar
dengan poros pompa, dan pompa aliran campuran arah aliran berbetuk
kerucut mengikuti bentuk impelernya.
Menurut bentuk rumah pompa, pompa dengan rumah berbentuk
volut disebut dengan pompa volut, sedangkan rumah dengan difuser
disebut pompa difuser
Pada pompa difuser, dengan pemasangan difuser pada sekeliling
luar impeler, akan memperbaiki efisiensi pompa dan menambah kokoh
rumah pompa. Dengan alasan itu, pompa jenis ini banyak dipakai pada
pompa besar dengan head tinggi. Berbeda dengan pompa jenis tersebut,
cut water
impeler putaran impeler
100
pompa aliran campuran sering tidak menggunakan difuser, tetapi rumah
volut karena zat cair lebih mudah mengalir dan tidak tersumbat, pompa
jenis ini banyak dipakai pada pengolahan limbah
Gambar 5.5 Klasifikasi pompa berdasar bentuk impeller4
Gambar 5.6 Klasifiaksi pompa berdasar rumah pompa4
Menurut jumlah aliran yang masuk, pompa sentrifugal
diklasifikasikan menjadi pompa satu aliran masuk dan dua aliran masuk
[gambar 5.7]. Pompa hisapan tunggal banyak dipakai karena
konstruksinya sederhana. Permasalahan pada pompa ini yaitu gaya
aksial yang timbul dari sisi hisap, dapat di atasi dengan menambah ruang
pengimbang, sehingga tidak perlu lagi menggunakan bantalan aksial
yang besar.
Untuk pompa dua aliran masuk banyak dipakai pada pompa
berukuran besar atau sedang. Konstruksi pompa ini terdiri dua impeler
saling membelakangi dan zat cair masuk dari kedua sisi impeler, dengan
konstruksi seperti itu, permasalahan gaya aksial tidak muncul karena
saling mengimbangi. Debit zat cair ke luar dua kali dari debit zat cair yang
masuk lewat dua sisi impeler. Pompa jenis ini juga dapat beropersi pada
putaran yang tinggi. Untuk aliran masuk yang lebih dari dua, prinsip
kerjanya sama dengan yang dua aliran masuk.
101
Gambar 5.7 Klasifikasi pompa berdasarkan jumlah aliran masuk
Jika pompa hanya mempunyai satu buah impeler disebut pompa
satu tingkat [gambar 5.8], yang lainnya dua tingkat, tiga dan seterusnya
dinamakan pompa banyak tingkat [gambar 5.9]. Pompa satu tingkat
hanya mempunyai satu impeler dengan head yang relatif rendah. Untuk
yang banyak tingkat mempunyai impeler sejumlah tingkatnya. Head total
adalah jumlah dari setiap tingkat sehingga untuk pompa ini mempunyai
head yang realtif tinggi.
Konstruksi impeler biasanya menghadap satu arah tetapi untuk
menghindari gaya aksial yang timbul dibuat saling membelakangi. Pada
rumah pompa banyak tingkat, dapatnya dipasang diffuser, tetapi ada juga
yang menggunakan volut. Pemasangan diffuser pada rumah pompa
banyak tingkat lebih menguntungkan daripada dengan rumah volut,
karena aliran dari satu tingkat ketingkat berikutnya lebih mudah
dilakukan.
Gambar 5.8 Pompa satu tingkat
bagian tekan
impeler
rumah pompa
poros pompa
bagian hisap
bantalan poros
satu aliran
masuk
dua aliran masuk
1 2
poros pompa
102
Gambar 5.9 Pompa banyak tingkat ( multistage)
Berdasar dari posisi poros, pompa dibedakan menjadi dua yaitu
pompa horizontal [gambar 5.10] dan vertikal [gambar 5.11]. Pompa poros
horizontal mempunyai poros dengan posisi mendatar. sedangkan pompa
poros tegak mempunyai poros dengan posisi tegak. Pompa aliran axial
dan campuran banyak dibuat dengan poros tegak. Rumah pompa
dipasang dengan ditopang pada lantai oleh pipa yang menyalurkan zat
cair ke luar pompa. Posisi poros pompa adalah tegak dan dipasang
sepanjang sumbu pipa air ke luar dan disambungkan dengan motor
penggerak pada lantai. Poros ditopang oleh beberapa bantalan, sehingga
kokoh dan biasanya diselubungi pipa selubung yang berfungsi untuk
saluran minyak pelumas.
Pompa poros tegak berdasar posisi pompanya ada dua macam
yaitu pompa sumuran kering dan sumuran basah [gambar 5.12].
Sumuran kering pompa dipasang di luar tadah hisap, sedangkan
sumuran basah sebaliknya.
Gambar 5.10 Pompa horizontal
bagian hisap
bagian tekan
poros mendatar
bagian hisap
bantalan
bagian tekan
impeler
rumah pompa
poros pompa
103
Gambar 5.11 Pompa vertikal
Gambar 5.12 Pompa sumuran kering dan basah
poros pompa
rumah pompa
bagian hisap
bagian tekan
tumpuan
104
C. Komponen-Komponen Pompa
Komponen-komponen penting pada pompa sentrifugal adalah
komponen yang berputar dan komponen tetap. Komponen berputar terdiri
dari poros dan impeler, sedangkan komponen yang tetap adalah rumah
pompa (casing), bantalan (bearing). Komponen lainnya dapat dilihat
secara lengkap seperti pada gambar di bawah.
Gambar 5.13 Konstruksi pompa
bantalan
105
Gambar 2.2 Konstruksi pompa
Gambar 5.14 Konstruksi pompa khusus
sel perapat poros pompa
rumah volur
bagian tetap
bagian bergerak
impeler
rumah bantalan
bantalan
poros
bantalan
bagian hisap
bagian ke luar
impeler
penutup rumah
106
D. Konstruksi Pompa Khusus
Pada bagian A sudah dijelaskan konstruksi pompa dengan
komponen-komponennya. Pada dasarnya pompa didesain hanya untuk
memindahkan air dari sumber air ke tempat yang akan dilayani. Akan
tetapi dalam perkembangannya, penggunaan pompa meluas tidak hanya
untuk fluida air saja. Berbagai proses industri banyak membutuhkan
pompa-pompa khusus yang melayani zat cair dengan karakteristik yang
sangat beragam. Sebagai contoh, pada industri kertas zat cair yang akan
dipindahkan adalah bubur kayu, dimana bubur kayu ini karakteristiknya
sangat berbeda dengan air. Dengan alasan tersebut, saat ini banyak
dibuat pompa-pompa dengan keperluan khusus untuk melayani zat cair
yang khsusus pula.
D.1 Pompa sembur ( jet pump)
Gambar 5.15 Pompa sembur ( jet pump)
motor listrik
transmisi dan bantalan
rumah pompa
bagian
aliran air bertekanandari sisi
buang
bagian buang
A
impeler
107
Pompa sembur dibuat untuk keperluan pemompaan zat cair (air
atau minyak bumi) pada sumur yang sangat dalam, dengan diameter
sumur yang kecil, dengan kondisi tersebut pompa standar tidak dapat
digunakan. Hal tersebut dikarenakan, tekanan vakum pada sisi hisap
pompa standar tidak cukup kuat untuk menghisap zat cair pada ke
dalaman zat cair melebihi kondisi operasi normal. Untuk itu perlu
dirancang pompa dengan kevakuman yang besar pada sisi hisapnya.
Pompa sembur dapat dilihat pada gambar 5.15
Konstruksi pompa sembur terdiri dari komponen-komponen pompa
sentrifugal standar, yaitu impeler, rumah pompa, transmisi dan bantalan,
saluran hisap dan buang, dan sebagai tambahan pada bagian hisap
pompa dipasang venturi [gambar 5.15.]. Fungsi venturi disini adalah
untuk membuat kevakuman pada sisi hisap semakin besar, dengan
demikian energi hisapan menjadi lebih besar atau dengan kata lain head
hisap yang dapat di atasi pompa lebih besar. Venturi mempunyai
diameter yang kecil, dimana zat cair bertekanan dari sisi buang yang
disirkulasikan, akan dipercepat sehingga terjadi kevakuman yang besar
pada bagian pompa berdekatan dengan impeler ( bagian A)
Pemasangan venturi untuk kevakuman dapat diletakkan di dalam
pompa Untuk pompa sembur dengan pemasangan venturi di luar pompa,
prinsip kerjanya sama dengan pemasangan yang di dalam.
D.2 Pompa viscous
Pompa standar menggunakan impeler untuk memgubah energi
mekanik menjadi energi fluida. Impeler terdiri dari sudu-sudu (vane)
impeler yang berbentuk tertentu yang dimaksudkan untuk
memaksimalkan perubahan energi. Untuk operasi yang standar dengan
kondisi zat cair standar, pompa tidak akan bermasalah. Untuk kondisi
khusus yaitu pada zat cair yang banyak terdifusi gas-gas atau udara atau
untuk penggunaan zat cair yang mengandung partikel-partikel padatan,
pompa yang digunakan harus khusus pula.
Dengan kondisi zat cair yang seperti di atas, penggunaan pompa
dengan konstruksi standar sangat tidak menguntungkan, komponenkomponen
pompa khususnya impeler akan mengalami kerusakan pada
sudu-sudu impellernya. Pemeliharaan dan perawatan menjadi mahal dan
performa pompa rendah. Untuk mengatasinya, komponen pompa yaitu
pada impelernya harus dimodifikasi, sehingga dapat bekerja dengan
kondisi tersebut di atas dengan aman dan performa tinggi.
Gambar 5.16 adalah pompa yang dibuat khusus untuk melayani
dan beroperasi dengan zat cair yang mengandung udara atau gas dan
partikel-partikel padatan. Impelernya berbentuk disk datar. Proses
perpindahan energinya dengan proses geseran, yaitu fluida cair akan
dipindahkan dengan gaya geser impeler.
108
Gambar 5.16 Pompa viscous
Energi mekanik akan berpindah dari impeler ke fluida cair, sehingga
fluida cair mengalami kenaikan energi kecepatan yang akan diubah
menjadi energi tekanan pada bagian buangnya. Keuntungan dengan
penggunaan impeler dengan model disc adalah dapat digunakan dengan
aman apabila zat cair banyak mengandung gas atau padatan, resiko
kerusakan karena tumbukan rendah dengan kondisi seperti itu pompa
lebih awet. Jenis impeler pompa ini adalah tebuka sehingga sangat
menguntungkan apabila pompa bekerja dengan zat cair yag banyak
mengandung partike padat.
D.3 Pompa dengan volute ganda
Pada pompa dengan volute tunggal pada proses konversi energi
selalu timbul gaya hidrolik (tekan fluida tak beraturan) terutama pada
daerah cut water [gambar 5.17]. Gaya hidrolik tesebut sering berefek
negatif tehadap komponen komponen di dalam pompa khusunya
komponen yang berputar yaitu impeler. Karena ditumbuk berulang-ulang
oleh gaya hidrolik, impeller pompa dapat mengalami keausan.
Untuk mengatasi timbulnya gaya hidrolik yaitu pada daerah cut
water di dalam pompa, dibuat pompa dengan volute ganda. Dengan
volut ganda, cut water menjadi dua buah sehingga gaya hidrolik yang
timbul akan saling menyeimbangkan, sehingga tidak menimbukan efek
yang negatif pada impeller. Penggunaan volute ganda akan meyebabkan
pompa lebih awet dan hal ini mengurangi biaya perawatan. Akan tetapi
biaya pembuatan pompa menjadi mahal dan performa pompa berkurang.
Adapun karakteristik operasi volute ganda dapat dilihat pada gambar.
impeler disk
bagian buang
bagian hisap
rumah bantalan
109
Gambar 5.17 Cut Water
Gambar 5.18 Volut tunggal dan ganda
volut tunggal
volut ganda
titik masuk pertama
impeller pompa
bagian buang
bagian buang
impeler
impeler
cutwater
cutwater
cutwater
volut tunggal
dinding volut ganda
volut
aliran ke luar
aliran
masuk
cutwater
impeler
110
D.4 Pompa CHOPPER
Pada instalasi pengolahan limbah, baik limbah industri maupun
limbah rumah tangga banyak dipasang pompa untuk menangani limbahlimbah
cair yang banyak mengandung material/partikel padat (solid).
Untuk keperluan tersebut, pompa yang sering dipakai adalah pompa
Chopper. Pompa ini memiliki impeller yang mempunyai mata pisau
sehingga partikel-partikel padat akan dihancurkan dan larut dalam air.
Pompa jenis ini juga banyak dipakai pada industri pengolahan kertas dan
pulp.
Gambar 5.19 Pompa Chopper
D.5 Pompa dengan Reccesed Impeller
Pompa volut (end suction) jenis ini banyak dipakai untuk jenis zat
cair yang banyak mengandung partikel-partikel padat berserat, zat cair
yang mengandung gas dan zat cair yang sensitif mudah menimbulkan
gesekan.
Gambar 5.20 Pompa reccesed impeller
mata pisau
impeller
zat cair dengan
partikel padat
larutan partikel
recessed impeller
permukaan tahan
gesek dan abrasi
111
Pompa mempunyai impeler yang khusus (recessed impeller),
dengan permukaan rumah pompa dan impeler yang dilapisi dari material
tahan gesek, sehingga lebih tahan terhadap gesekan dan kavitasi. Pada
zat cair yang banyak mengandung serat pada pompa biasa akan mudah
sekali mampat atau alirannya akan tersumbat oleh serat-serat, tetapi
dengan penggunaan pompa jenis ini masalah tersebut dapat diatasi.
Pompa ini juga mampu melayani zat cair yang banyak mengandung gas
atau udara sampai 5 % dari total volume.
D.6 Pompa lumpur (slurry)
Banyak pompa dipakai pada instalasi pengolahan dengan zat cair
dengan kandungan bahan/material padat yang berlebih dengan bentuk
fisik lumpur, seperti adukan semen, atau lumpur pasir. Sifat dari lumpur
tersebut sangat abrasif sehingga sangat merusak pada komponenkomponen
pompa.
Gambar 2.11 Pompa lumpur
Gambar 5.21 Pompa lumpur (slurry)
Untuk mengatasi hal tersebut, pada komponen pompa yaitu pada
rumah pompa dan impeler pompa dilapisi dengan bahan terbuat dari
karet (rubber). Sifat bahan pelapis yang terbuat dari karet sangat elastis.
Pada proses pemompaan material padat lumpur akan teredam gaya
tumbuknya pada rumah pompa dan impeler, atau tidak mengenai
permukaan logam secara langsung sehingga tidak menimbulkan erosi
dan abrasi. Karena jenis fluidanya adalah zat cair (lumpur) dengan
kekentalan tinggi, NPSH untuk pompa jenis ini adalah lebih tinggi
dibanding dengan pompa biasa.
impeler
lapisan karet
pada volut
pembersih
112
D.7 Pompa LFH (Low Flow High Head )
Bentuk sudu impeler pompa volut jenis ini adalah radial [Gambar 5.22].
Pompa ini banyak dioperasikan untuk melayani instalasi dengan zat cair
yang bersifat korosif, dengan debit kecil pada head yang tinggi. Untuk
keperluan tersebut pada impeler dan rumah pompa (volut) dilapisi
dengan material yang tahan korosi.
Gambar 5.22 Pompa volut LFH
Pompa ini beroperasi pada debit yang rendah karena pada aliran yang
lebih tinggi pompa bekerja dengan risiko cepat rusak dan memerlukan
perawatan yang lebih mahal. Jadi pompa ini dirancang khusus untuk
bekerja pada debit yang kecil dengan performa yang normal.
sudu-sudu
radial impeller
113
BAB 6 PERFORMANSI POMPA SENTRIFUGAL
A. Kecepatan Spesifik
Pada gambar 6.1 memperlihatkan ukuran-ukuran dasar pompa
sentrifugal. Zat cair akan masuk melalui sisi hisap dengan diameter D1.
Diameter impeler sisi masuk adalah D1 dan pada sisi ke luar adalah D2.
Ukuran- ukauran tersebut akan menentukan kapasitas pompa dan tinggi
tekan pompa. Terutama perbandingan D1/D2 yaitu perbandingan diameter
impeler sisi masuk dan ke luar pompa. Semakin besar head yang di
inginkan, maka D2/D1 harus dibuat besar, sehingga dapat diperoleh suatu
kerja gaya sentrifugal optimal.
Gambar 6.1 Ukuran-ukuran dasar pompa
Dalam merancang pompa, besaran yang paling penting untuk
ditentukan adalah kecepatan sepesifik. Dengan mengetahui kecepatan
spesifik, parameter-parameter pompa yaitu kapasitas pompa, tinggi
kenaikan pompa atau head, dan perbandingan diameter impeler dapat
ditentukan. Perumusannya adalah:
0.75
0.5
H
n n Q s =
impeler
poros
vane
114
Kecepatan spesifik ns adalah kecepatan putar yang sebenarnya n
dari pompa pembanding yang mempunyai geometri sudu-sudu impeler
sebangun dan dapat menghasilkan tinggi kenaikan H = 1m dan Q = 1
m/dt6. Dari perumusan kecepatan sepesifik di atas dapat disimpulkan
bahwa pompa dengan head total yang tinggi dan kapasitas yang kecil
cenderung mempunyai harga ns yang kecil, sebaliknya head total rendah
dan kapasitas besar mempunyai ns besar
Gambar 6.2 Harga ns dengan bentuk impeler dan jenis pompa
Pada gambar 6.2 menunjukkan harga ns dalam hubungannya
dengan bentuk impeler yang bersangkutan dan jenis pompa yang pas
dengan harga ns. Untuk harga ns rendah, impeler berbentuk sentrifugal
atau radial dengan pompa sentrifugal hisapan tunggal atau ganda.
Semakin besar ns, lebar saluran pada impeler akan bertambah besar.
Harga ns terus diperbesar sehingga akan diperoleh aliran campur, dimana
arah aliran diagonal atau menyudut terhadap sumbu poros. Jika ns
dipebesar lagi, maka akan diperoleh arah aliran yaitu axial atau sejajar
dengan sumbu poros. Jadi, bentuk-bentuk impeler dapat ditentukan
hanya dengan menentukan harga ns.
115
B. Kurva Karakteristik
Kurva karakteristik menyatakan besarnya head total pompa, daya
poros, dan efisiensi pompa terhadap kapasitasnya. Pada gambar 6.3
mewakili nilai ns yang kecil dengan jenis pompa sentrifugal volut, gambar
6.4 nilai ns sedang dengan jenis pompa aliran campur dan gambar 6.5
nilai ns besar dengan pompa aliran axial. Dari gambar-gambar tersebut,
menunjukkan semakin besar nilai ns, kurva head kapasitas menjadi
semakin curam, artinya pada nilai nilai ns besar, harga head mengecil dan
kapasitas atau debit menjadi besar.
Head pada kapasitas 0% semakin besar pada nilai-nilai ns besar.
Kurva daya terhadap kapasitas pada kapasitas 0% akan mempunyai
harga minimum pada ns kecil, sebaliknya pada ns besar harganya
maksimum. Pada kurva efisiensi, kapasitas pada tiga grafik mendekati
bentuk busur dan hanya sedikit bergeser dari nilai optimumnya apabila
kapasitasnya berubah.
Gambar 6.3 Grafik karakteristik pompa dengan ns kecil head total,efisiensi dan daya (%
harga normal
kapasitas (%)
116
Gambar 6.4 Grafik karakteristik pompa dengan ns sedang
Gambar
Gambar 6.5 Grafik karakteristik pompa dengan ns besar
head total,efisiensi dan daya
(% harga normal)
kapasitas (%)
sangat curam
head total,efisiensi dan daya
(% harga normal )
kapasitas (%)
117
C. Head ( Tinggi Tekan)
Pada uraian tentang persamaan Bernoulli yang dimodifikasi untuk
aplikasi pada instalasi pompa, terlihat bahwa persamaan Bernoulli dalam
bentuk energi "head" terdiri dari empat bagian "head" yaitu head elevasi,
head kecepatan, head tekanan, dan head kerugian (gesekan aliran).
Persamaan Bernoulli dalam bentuk energi head :
pompa losses H
g
p
g
v
H Z
g
p
g
v
Z + ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + = + ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
2
2
1
2
2 ρ 2 ρ
pompa Hlosses
g
p
g
p
g
v
g
v
Z Z H + ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜ ⎜
⎝
⎛
= − + − + −
ρ ρ
1 2
2
2
2
1
1 2 2 2
pompa losses H
g
v
g
H Z p + ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= Δ + Δ + Δ
2
2
ρ
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= Δ + Δ
g
h Z p statistotal ρ
z ΔZ = h = head elevasi, perbedaan tinggi muka air sisi
masuk dan ke luar (m).
v h
g
Δ v =
2
2
= head kecepatan sisi masuk dan ke luar (m)
p h
g
Δ p =
ρ
= head tekanan sisi masuk dan ke luar (m)
losses H = head kerugian (m)
( ) totalpompa z p v losses H = h + h + h + H
C.1 Head statis total
Head statis adalah penjumlahan dari head elevasi dengan head
tekanan. Head statis terdiri dari head statis sisi masuk (head statis hisap)
dan sisi ke luar (head statis hisap). Persamaanya adalah sebagai berikut
:
1
⎟ ⎟⎠ ⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= +
g
h Z p statisisap ρ
2
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝ ⎛
= +
g
h Z p statisbuang ρ
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= + − +
g
Z p
g
h Z p statistotal ρ ρ
1
1
2
2
hstatistotal = hstatisbuang -hstatishisap
118
Gambar.6.6 Head statis total
Gambar 6.7 Head statis total p1 = p2 = 1 atmosfer (tandon terbuka)
Head statis
buang
Head statis
hisap
permukaan acuan
Head statis
total
Hp1
Hp2
Hp1
Hp2
Head statis
buang
Head statis
hisap
Head statis
total
tekanan 1 atm
tekanan 1
atm
119
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= − +
g
h Z Z p statisisap s ρ 1 = − statisisap h
= + statisisap h
Gambar 6.8 Head statis hisap [A] pompa di bawah tandon, [b] pompa di
atas tandon
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= − +
g
h Z Z p statisbuang s ρ 2
Gambar 6.9 Head statis buang [A] ujung terbenam, [b] ujung
mengambang
Hp1
Hp1
Z1-Zs = +
Z1>Zs
Z1-Zs = -
Z1Hp1 =
1
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
g
p
ρ
= 0
p = 1 atmosfer
permukaan acuan permukaan acuan
Hp2 Hp2
ujung
terbenam
ujung
mengambang
permukaan acuan permukaan acuan
120
k h
g
v v
g
v =
−
Δ =
2 2
2
1
2
2
2
0 1 v ≈ k h
g
v
g
Δ v = =
2 2
2
2
2
Gambar 6.10 Head kecepatan
C.2. Head Kerugian (Loss)
Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian kerugian yang
terdiri dari kerugian gesek aliran di dalam perpipaan, dan head kerugian
di dalam belokan-belokan (elbow), percabangan, dan perkatupan (valve)
Hloss = Hgesekan + Hsambungan
C.2.1 Head kerugian gesek di dalam pipa [Hgesekan ]
Aliran fluida cair yang mengalir di dalam pipa adalah fluida viskos
sehingga faktor gesekan fluida dengan dinding pipa tidak dapat
diabaikan, untuk menghitung kerugian gesek dapat menggunakan
perumusan sebagai berikut :
v = CR pS q
saluran yang dibasai fluida
R = Luas penampang pipa [Jari jari hidrolik]
L
h
S = f [Gradien hidrolik]
permukaan acuan
121
g
v
D
h L f 2
2
= λ [head kerugian gesek dalam pipa]
dengan v = kecapatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s)
C,p,q = Koefesien –koefesien
λ = Koefesien kerugian gesek
g = Percepatan gravitasi m/s2
L = Panjang pipa (m)
D = Diameter dalam pipa (m)
Perhitungan kerugian gesek di dalam pipa dipengarui oleh pola aliran,
untuk aliran laminar dan turbulen akan menghasilkan nilai koefesian yang
berbeda, hal ini karena karakteristik dari aliran tersebut. Adapun
perumusan yang dipakai adalah sebagai berikut :
A. Aliran Laminar (Re< 2300)
Re
λ = 64
B. Aliran Turbuen Re>4000
D
λ = 0,02 + 0,0005
Untuk pipa yang panjang menggunakan rumus sebagai berikut
v = 0,849CR0,63S 0,54
saluran yang dibasai fluida
R = Luas penampang pipa [Jari jari hidrolik]
L
h
S = f [Gradien hidrolik]
xL
C D
h Q f 1,85 4,85
10,66 1,85 =
dengan v = kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s)
C,p,q = Koefesien –koefesien
λ = Koefesien kerugian gesek
g = Percepatan gravitasi m/s2
L= Panjang pipa (m)
D = Diameter dalam pipa (m)
C.2.2. Kerugian head dalam jalur pipa [Hsambungan]
Kerugian head jenis ini terjadi karena aliran fluida mengalami
gangguan aliran sehingga mengurangi energi alirnya, secara umum
rumus kerugian head ini adalah :
122
g
h f v f 2
2
=
dengan f = koefesien kerugian
kerugian head ini banyak terjadi pada :
A. Pada belokan (elbow)
Untuk belokan lengkung koefesien kerugian dihitung dengan rumus
3,5 0,5
2 90
847 , 1 131 , 0 ⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛
⎥ ⎥⎦
⎤
⎢ ⎢⎣
⎡
⎟⎠
⎞
⎜⎝
= + ⎛ θ
R
f D
Untuk belokan patah
2
2,046 sin
2
f = 0,946sin 2 θ + 4 θ
B. Pada perkatupan sepanjang jalur pipa
Pemasangan katup pada instalasi pompa adalah untuk
pengontrolan kapasitas, tetapi dengan pemasangan katup tersebut akan
mengakibatkan kerugian energi aliran karena aliran dicekik. Perumusan
untuk menghitung kerugian head karena pemasangan katup adalah
sebagai berikut :
g
h f v v v 2
2
=
dengan f v= koefesien kerugian katup
Dari uraian di atas secara umum head total pompa dapat dituliskan
sebagai berikut
( ) totalpompa z p v losses H = h + h + h + H
totalpompa statistotal v gesekan sambunagn H = h + h + h + h
Contoh Soal
Sebuah istalasi pompa dipasang untuk melayani keperluan pengairan
irigasi sawah. Selisih permukaan muka air yaitu dari permukaan sungai
dengan permukaan sawah adalah 10 m. Debit aliran yang dipompakan
adalah sebesar 0,5 m3/menit melalui sebuah pipa besi cor dengan
diameter dalam 60 mm, panjang pipa seluruhnya 20 m, dengan 3 buah
belokan lengkung 450 ( R/D = 2) dan satu belokan patah 300. Pada ujung
saluran pipa hisap dipasang katup dengan saringan, dan pada sisi buang
dipasang katup cegah tutup cepat jenis pegas. Dari data tersebut hitung
head total pompa?
123
Jawab :
Diketahui :
Q = 0,5 m3/menit [ 0,0083 m3/detik]
Hz = 10 m
D = 60 mm [ 0,06m]
A = 1/4π D2 [1/4π 0,062]
L = 20 m
C = 100 [Pipa besi cor (tua)]
R/D = 2 elbow 450
f = 0,165 elbow patah kasar 300
fv = 1,91 katup hisap dengan saringan
fv = 6,6 katup cegah tutup cepat jenis pegas
A. Menghitung kerugian pipa lurus
xL
C D
h Q f 1,85 4,85
10,66 1,85 =
h x x m f 20 5,07
100 0,06
10,66 0,0083
1,85 4,85
1,85
= =
B.Menghitung kerugian head satu elbow lengkung 450
Koefesien gesek f
3,5 0,5
2 90
847 , 1 131 , 0 ⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛
⎥ ⎥⎦
⎤
⎢ ⎢⎣
⎡
⎟⎠
⎞
⎜⎝
= + ⎛ θ
R
f D
3,5 0,5
90
45
2 2
1 847 , 1 131 , 0 ⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛
⎥ ⎥⎦
⎤
⎢ ⎢⎣
⎡
⎟⎠
⎞
⎜⎝
= + ⎛
x
f
f = [0,131+1,847(0,25)3,5 ](0,5)0,5 = 0,1m
g
h f v f 2
2
=
Q = A.v
= = =
0,25 3,14 0,0036
0,0083
A x x
v Q 2,94 m/s
0,044
2 9,8
0,12,94
2
= =
x
hf
B.Menghitung kerugian head satu elbow patah 300
Koefesien gesek f =0,165
g
h f v f 2
2
=
124
m
x
hf 0,073
2 9,8
0,165 2,94
2
= =
C.Menghitung kerugian head katup hisap
Koefesien gesek fv = 1,91
g
h f v v v 2
2
=
g
h f v v v 2
2
=
D.Menghitung kerugian head katup cegah tutup cepat jenis pegas
Koefesien gesek fv = 6,6
g
h f v v v 2
2
=
g
h f v v v 2
2
=
D. Menghitung head kecepatan ke luar
g
v
g
h v k 2 2
2
2
2
= Δ =
E. Menghitung head total pompa
( ) totalpompa z p k losses H = h + h + h + H
totalpompa statistotal k gesekan sambunagn H = h + h + h + h
hp =0 permukaan air terbuka
h (Z Z ) m statistotal 10 2 1 = − =
Soal:
1. Sebuah gedung bertingkat memerlukan sebuah instalasi pompa untuk
melayani air bersih pada lantai 4 dengan ketinggian dari permukaan
tanah adalah 15 m. Sebuah tandon air terletak pada permukaan tanah
dengan ketinggian permukaan air adalah 5 meter disediakan untuk
melayani air bersih tersebut. Hitung head total pompa apabila debit
alirannya adalah 1 m3/menit melalui pipa baja berdiameter 200mm,
terdapat lima elbow lengkung 900 (R/D=3), dan satu katup cegah tutup
cepat pada bagian buangnya ?
125
2.Hitung head statis pompa pada instalasi pompa gambar berikut :
C.3. Head Hisap Positip Neto NPSH
Gejala kavitasi terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun
sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Kavitasi banyak terjadi pada sisi
hisap pompa, untuk mencegahnya nilai head aliran pada sisi hisap harus
di atas nilai head pada tekanan uap jenuh zat cair pada temperatur
bersangkutan. Pengurangan head yang dimiliki zat cair pada sisi
hisapnya dengan tekanan zat cair pada tempat tersebut dinamakan Net
Positif Suction Head (NPSH) atau nilai head positif neto. Ada dua macam
NPSH yaitu NPSH tersedia pada instalasi dan NPSH yang diperlukan
pompa.
Perumusan dari NPSH tersedia dengan instalasi pompa:
statisisap lossisap
atm uap
av h h
g
p
g
h = p − + −
ρ ρ
Dimana sv h = NPSH yang tersedia (m)
g
patm
ρ
= head tekanan atmosfer (m)
g
puap
ρ
= head tekanan uap jenuh (atm)
statisisap h = head hisap statis (m)
lossisap h = kerugian head di dalam pipa hisap (m)
Head statis
buang
Head
statis
hisap
permukaan acuan
Head statis
total
Hp1
Hp2
Hp1
Hp2
126
Gambar 6.11 Koefesien kavitasi
Gejala kavitasi terjadi pada titik terdekat setelah sisi masuk sudu
impeler di dalam pompa. Di daerah tersebut, tekanan lebih rendah
daripada tekanan pada lubang hisap pompa. Hal ini disebabkan zat cair
mengalir melalui nosel hisap sehingga kecepatannya naik. Dengan
kenaikan kecepatan, tekanan zat cair menjadi turun.
Untuk menghindari kavitasi karena kondisi tersebut, maka tekanan
pada lubang masuk pompa dikurangi penurunan tekanan di dalam
pompa, harus lebih tinggi dari pada tekanan uap jenuh air. Head tekanan
yang sama dengan penurunan tekanan disebut NPSH yang diperlukan.
Jadi untuk menghindari kavitasi pada pompa harus dipenui persyaratan
berikut ;
NPSH tersedia ≥ NPSH yang diperlukan
NPSH diperlukan berbeda untuk setiap pompa bergantung dari
kondisi kerjanya. Harga NPSH diperlukan diperoleh dari pabrik pembuat
pompa. Harga NPSH yang diperlukan dapat juga menggunakan
perumusan sebagai berikut :
127
2 / 3
4 / 3
req N Q
S
n h ⎟⎠
⎞
⎜⎝
= ⎛ [NPSH diperlukan]
dengan
σ 3 / 4
s S = n
Hreq = σ HN
dimana S = kecepatan spesifik hisap pompa, untuk pompa bentuk
umum S = 1200
σ = koefesien kavitasi (gambar 6.11)
QN, HN = pada kondisi efisiensi maksimum
Contoh Soal
Instalasi air pada sebuah kantor menggunakan pompa ( S = 1200)
dengan kondisi efisiensi maksimum mempunyai debit (QN) 1 m3/menit, HN
= 20 m pada putaran 2500 rpm. Air yang dipompa pada kondisi 200 C 1
atm, posisi lubang hisap pompa terletak 5 meter di atas permukaan air.
Apabila kerugian head pada sisi hisap pompa adalah 0,5 m, selidiki
apakah pompa bekerja dengan aman tanpa kavitasi ?
Diketahui :
QN = 1 m3/menit
HN = 20 m
n = 2500 rpm
T/p air = 200 C ;1 atm ( 1atm =10332 kgf/m2)
γ = 998,3 kgf/m3
puapjenuh= 238,3 kgf/m2 (200 C ;1 atm)
Hsatati hisap = 5 m
Hlosshisap = 0,5 m
0,75
0,5
0,75
0,5
20
= = 2500 1
N
N
s H
Q
N n
Ns = 290
Dari gambar diketahui σ = 0,14 sehingga NPSH diperlukan dapat
dihitung dengan rumus
Hreq = σ HN
Hreq = 0,14 x 20 m = 2,8 m [NPSH diperlukan]
NPSH tersedia = − − 5 − 0,5 =
998,3
238,3
998,3
10332 4,6 m
Karena persyaratan terpenuhi yaitu :
NPSH tersedia ≥ NPSH yang diperlukan
128
4,6 m ≥ 2,8 m
pompa beroperasi aman tanpa kavitasi.
Soal :
1. Periksa kemungkinan terjadi kavitasi pada instalasi pompa seperti
pada contoh soal, jika temperatur air yang dialirkan adalah :
A. 300 C
B. 400 C
C. 500 C
2. Periksa kemungkinan terjadi kavitasi pada instalasi pompa seperti
pada contoh soal, jika posisi lubang hisap pompa semakin naik menjadi
A. 8 meter
B. 12 meter
6. 1. Periksa kemungkinan terjadi kavitasi pada instalasi pompa seperti
pada contoh soal, jika saluran pada sisi hisap dipasang elbow lengkung 3
buah 900 (R/D = 2) dan pada ujung hisap dipasang katup dengan
saringannya.
C.4. Hal yang mempengaruhi NPSH yang tersedia
Perancangan instalasi pompa harus banyak mempertimbangkan faktor
faktor yang dapat mempengaruhi dari operasi pompa. Perubahan kondisi
lingkungan akan mempengaruhi dari kinerja pompa, khusunya pada
perubahan dari NPSH tersedia. Di bawah ini penjelasan masing-masing
faktor yang dapat mempengaruhi dari perubahan tersebut.
[1] Pengaruh dari temperatur dari zat cair
Tekanan uap dari zat cair dapat berubah menurut temperaturnya,
maka NPSH yang tersedia juga dapat bervariasi pas dengan
perubahan temperatur zat cair yang dihisap. Pada temperatur yang
tinggi akan menaikkan tekanan uap dari zat cair sehingga akan
mengurangi NPSH yang tersedia.
[2] Pengaruh dari tekanan dari zat cair yang dihisap.
Zat cair cair yang dihisap pada tangki yang tertutup atau terbuka,
atau kondisi instalasi pompa di tempat-tempat yang tinggi, pada
kondisi tersebut tekanan lingkungan rendah dibandingkan daerah
lain. Pada tekanan atmosfer yang rendah, NPSH tersedia juga
rendah.
[3] Kondisi ketinggian permukaan air pada tandon hisap relatif
terhadap posisi hisap pompa, semakin tinggi NPSH naik.
[4] Kerugian gesekan pada sisi hisap, semakin besar kerugian
gesek pada sisi hisap akan semakin menurunkan nilai NPSH
tersedia
129
C.5. Putaran dan jenis pompa
Setelah kapasitas, head total pompa, dan NPSH sudah ditentukan,
selanjutnya putaran pompa dan jenis pompa dapat ditentukan juga.
Pemilihan pompa dengan putarannya harus dapat mengatasi kapasitas
dan head yang diperlukan, dan juga pelaksanaan instalasi pompa harus
memenuhi NPSH yang aman bagi timbulnya kavitasi.
Pompa berukuran besar atau pompa khusus dapat digunakan untuk
memenuhi kapasitas dan head yang dibutuhkan. Dapat juga digunakan
pompa-pompa berukuran sedang atau kecil produksi pabrik.
1.Putaran pompa
Cara menentukan putaran pompa sebagai berikut ;
a. Jika menggunakan motor listrik sebagai penggerak pompa,
maka putaran harus dipilih dari putaran standar yang ada untuk
motor motor tersebut
b. Dengan memakai putaran yang telah ditentukan, maka kapasitas
normal, head normal pompa dan harga ns dapat ditentukaan.
c. Jika harga ns sudah diketahui menurut putarannya perlu
diperiksa apakah masih dalam daerah yang pas dengan jenis
pompa yang bersangkutan.
d. Putaran pompa juga harus memenuhi syarat aman dari kavitasi
yaitu NPSH tersedia >= NPSH dperlukan.
2. Jenis pompa
Pemakaian pompa untuk kapasitas dan head total tertentu dapat
digunakan beberapa macam jenis pompa. Jenis pompa poros mendatar
atau tegak dapat menjadi pilihan dengan pertimbangan-pertimbangan
sebagai berikut :
a. Operasi pompa tidak terlalu berat dan sering dibongkar pasang
secara ekonomis lebih menguntungkan menggunakan pompa
poros mendatar.
b. Jika pompa harus bekerja head hisap statis cukup besar, atau
pompa harus bekerja otomatis dan luas ruangan yang tersedia
untuk instalasi terbatas, pompa poros tegak menjadi pilihan
utama.
Pemilihan jenis pompa juga dapat berdasarkan pada kondisi
pemasangannya seperti pompa yang digunakan untuk memompa zat acir
khusus seperti air limbah, air berlumpur, minyak bumi dan lainnya.
Kondisi pemasangan seperti mudah terkena banjir, permukaan hisap
yang berfluktuasi, permukaan air dalam, dapat menjadi pertimbangan
untuk memilih pompa yang pas.
D. Kerja, Daya dan Efisiensi Pompa
Pompa merupakan mesin yang bekerja dengan menggunakan
energi luar. Energi dari luar diubah menjadi putaran poros pompa dimana
130
impeler terpasang padanya. Perubahan energi dari satu kebentuk lainnya
selalu tidak sempurna dan ketidaksempurnaan perubahan ini yang
disebut dengan efisiensi.
D.1 Definisi
Ada beberapa definisi yang berhubungan dengan kerja pompa,
yaitu:
[1] Efisiensi adalah perbandingan kerja berguna dengan kerja yang
dibutuhkan mesin
[2] Daya rotor (motor penggerak) adalah jumlah energi yang masuk
motor penggerak dikalikan efisiensi motor penggerak. Dirumuskan
dengan persamaan:
rotor motorpenggerak P = ΣDayapenggerakXη
[3] Daya poros pompa atau daya efektif pompa adalah daya dihasilkan
dari putaran rotor motor listrik dikalikan dengan efisiensi koplingnya,
dihitung dengan persamaan:
( α )
η
+
=
1
transmisi rotor
poros
xP
P
di mana η = efisiensi transmisi (tabel )
Protor = daya rotor (watt)
Pr= daya poros ( watt)
α = faktor cadangan (tabel)
Tabel 5.1 faktor cadangan daya dari motor penggerak
Motor Penggerak α
Motor Induksi 0,1-0,2
Motor Bakar kecil 0,15-0,25
Motor Bakar Besar 0,1-0,2
Tabel 5.2 efisiensi berbagai jenis transmisi
Jenis Transmisi η
Sabuk rata 0,9-0,93
Sabuk V 0,95
Roda gigi 0,92-0,98
Kopling hidrolik 0,95-0,97
[4] Daya air adalah kerja berguna dari pompa persatuan waktuya, kerja
berguna ini yang diterima air pada pompa, perumusan dari daya air
adalah sebagai berikut. Apabila pompa dengan kapasitas aliran sebesar
Q dan head total H maka energi yang diterima air persatuan waktunya
adalah:
131
P Q H air = γ ⋅ ⋅
di mana γ = berat air persatuan volume N/m3
Q = kapasitas (m3/dtk)
H = head pompa (m)
Pw = daya air (Watt)
[5] Efisiensi pompa didefinisikan sebagai perbandingan antar daya air
dengan daya pada poros. Perumusan efisiensi adalah sebgai berikut:
poros
air
pompa P
P = =
daya pada poros
η daya air
( α )
η
η = γ x Q x H 1+
tranmisi rotor
pompa xP
( )
x x dayapenggerak motorpenggerak
pompa Σ
+
=
η η
γ α
η
transmisi
x Q x Hx 1
Gambar berikut akan membantu memahami proses perubahan dari kerja
pompa. Apabila semua satuan daya dikonversikan ke Horse power
sehingga ada istilah-istilah sebagi berikut:
− Untuk daya air dapat disebut Water Horse Power WHP
− Untuk daya poros dapat disebut Brake Horse Power BHP
− Untuk daya rotor dalam Horse power
− Untuk daya penggerak masuk KW
Gambar 6.12 Pompa dan penggerak mula motor listrik
Contoh soal
Sebuah pompa digunakan pada instalasi air pendingin pada sebuah
pabrik. Dari data didapat head total pompa terpasang adalah 40 m, debit
koplingη
Hp out WHp
motor listrik
BHp out
132
aliran adalah 0,5 m3/menit. Pompa mempunyai efiseinsi kerja rata-rata
80%. Pompa digerakan dengan menggunakan motor bakar besar dengan
transmisi yang digunakan adalah sabuk V. Apabila diketahui efisiensi
motor bakar adalah 75%, berapa daya motor bakar yang digunakan
penggerak pompa?
Diketahui:
H pompa = 40 m
Q = 0,5 m3/menit.
η pompa = 80%
η sabuk V = 95% [tabel]
η motor bakar = 75%
α penggerak = 0,15 [tabel]
γ air = 1000 kg/m3
( )
x x dayapenggerak motorpenggerak
pompa Σ
+
=
η η
γ α
η
transmisi
x Q x Hx 1
( )
motorpenggerak pompa x x
dayapenggerak
η η η
γ α
transmisi
x Q x Hx 1+
Σ =
( )
0,95 0,75 0,8
x 40x 1 0,15
60
1000 x 0,5
x x
dayapenggerak
+
Σ =
Σdayapenggerak = 0,67KW
Soal :
Seperangkat instalasi pompa menangani irigasi pada tambak udang.
Debit yang dialirkan 2 m3/menit, head pompa = 10 m. Motor penggerak
yang dipakai adalah motor bakar kecil dengan transmisi roda gigi. Daya
penggerak adalah 1 KW dengan efisiensi 80%. Berapakah efisiensi kerja
pompa pada kondisi tersebut?
E. Pemilihan Pompa
Penggunaan pompa pada industri, kantor atau rumah tangga harus
seefektif mungkin sehingga kebutuhan daya penggerak dapat
diminimumkan. Pemilihan pompa yang akan dipasang harus pas dengan
kebutuhan. Kapasitas atau debit aliran dan head yang diperlukan untuk
mengalirkan zat cair yang akan dipompa harus diketahui. Gejala kavitasi
selama proses pemompaan juga harus diperhatikan, karena gejala ini
akan menurunkan unjuk kerja pompa dan membutuhkan biaya perawatan
yang besar.
Utuk menghindari kavitasi tersebut, tekanan minumum pada sisi
hisap pompa yang akan dipasang harus diketahui. Setelah mengetahui
133
tekanan hisap minimum kita dapat menentukan putaran pompa. Jadi
dalam pemilihan pompa yang akan dipasang harus diperhatikan
kebutuhan kapasitas aliran, head total aliran, dan putaran pompa.
E.1 Kapasitas
Kapasitas atau debit alian harus ditentukan terlebih dahulu menurut
kebutuhan dari pemakai. Jadi harus dianalisis terlebih dulu seberapa
besar debit zat cair yang dibutuhkan pemakai. Sebagia contoh pada
rumah tangga kebutuhan air dalam sehari relatif lebih kecil dibandingkan
kebutuhan air pada perkantoran atau industri..
E.2. Grafik kerja berguna
Grafik hubungan antara head dan kapasitas adalah grafik dasar
untuk memahami unjuk kerja dan operas pompa. Dari grafik tersebut
menunjukkan bahwa dengan kenaikan kapasitas, head pompa akan
menurun dan untuk kondisi sebaliknya, kenaikan head pompa, kapasitas
menurun.
Gambar 6.13 Grafik kerja berguna
E.3 Hal yang mempengaruhi efisiensi pompa
Banyak faktor yang berpengaruh pada pompa sehingga dapat
menurunkan atau menaikkan efisiensinya. Impeler merupakan salah satu
komponen yang sangat berpengaruh terhadap efisiensi pompa. Hal-hal
berikut berhubungan dengan impeler pompa:
a. Kecepatan impeler
b. Diamter impeler
c. Jumlah sudu impeler
d. Ketebalan dari impeler
e. udut pitch dari sudu impeler
m3
m3
134
Adapun faktor-faktor lain yang juga mempengaruhi efisiensi pompa
adalah sebagai:
[1] Kondisi permukaan pada permukaan dalam pompa.
Hal ini akan mempengaruhi harga dari kecepatan spesifik dari pompa.
Memperbaiki kualitas dari permukaan dalam pompa akan memperkecil ns
[2] Kerugian mekanis dari pompa
Bantalan (bearing), paking (packing) dan sil (seal) dan lainnya dapat
mengurangi energi dari poros pompa, sehingga dapat mengurangi
efisiensi pompa.
[3] Diameter impeler
Mengurangi diameter impeler terpasang akan mengurangi efisiensi. Jadi
tidak dibenarkan memotong impeler dari ukuran yang seharusnya.
[4] Kekentalan zat cair.
Pemiliha pompa yang tepat untuk zat cair yang akan dipompa akan
menghindari operasi yang tidak tepat. Setiap zat cair memiliki kekentalan
tertentu, dengan demikian pompa yang dioperasikan dengan zat cair
dengan kekentalan melebihi dari yang seharusnya akan mengurangi
efisiensi pompa.
[5] Kondisi zat cair yang dipompa
Apabila terdapat kandungan-kandungan material padat akan
memperberat kerja pompa, sehingga pompa harus dirancang khusus,
dengan demikian efisiensi pompa akan turun.
F. Kavitasi
F.1. Tekanan uap zat cair
Tekanan uap dari zat cair adalah tekanan mutlak pada temperatur
tertentu dimana pada kondisi tersebut zat cair akan menguap atau
berubah fase dari cairan menjadi gas. Tekanan uap zat cair naik
demikian juga dengan temperatur zat cair tersebut. Pada tekanan
atmosfer temperatur pendidihan air pada suhu 100 0C, akan tetapi
apabila kondisi tekanan zat cair tersebut diturunkan tekanannya di bawah
1 atm proses pendidihan memerlukan temperatur kurang dari 100 0C.
Kondisi sebaliknya apabila kondisi tekanan zat cair naik labih dari 1 atm
maka akan dibutuhkan temperatur yang lebih tinggi dari 100 0C
Pada instalasi pompa penurunan tekanan terjadi disepanjang
perpipaan terutama bagian pipa hisap, di dalam pompa sendiri
penurunan tekanan pompa terjadi pada bagian nosel hisap, karena
dibagian tersebut terjadi penyempitan saluran yang mengakibatkan
kenaikan kecepatan dan penurunan tekanan.
F.2. Proses kavitasi
Dalam pembahasan mesin-mesin hidrolik termasuk pompa ada
suatu gejala pada proses aliran zat cair yang cenderung mengurangi
135
unjuk kerja atau efisiensi dari pompa, gejala tersebut adalah kavitasi.
Gejala kavitasi terjadi karena menguapnya zat cair yang sedang mengalir
di dalam pompa atau di luar pompa, karena tekanannya berkurang
sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Air pada kondisi biasa akan
mendidih dan menguap pada tekanan 1 atm pada suhu 1000 C, apabila
tekanan berkurang sampai cukup rendah, air pada suhu udara
lingkungan yaitu sekitar 200 C-330 C akan mendidih dan menguap.
Penguapan akan menghasilkan gelembung gelembung uap. Tempattempat
bertekanan rendah atau berkecepatan tinggi mudah terjadi
kavitasi, terutama pada sisi hisap pompa [gambar 6.14, 6.15]. Kavitasi
akan timbul apabila tekanannya terlalu rendah
. Gejala kavitasi yang timbul pada pompa biasanya ada suara berisik
dan getaran, unjuk kerjanya mejadi turun, kalau dioperasikan dalam
jangka waktu lama akan terjadi kerusakan pada permukaan dinding
saluran dan bagian pompa yang lainnya terutama impeler [gambar 6.16,
6.17]. Permukaan dinding saluran akan berlubang-lubang karena erosi
kavitasi sebagai akibat tumbukan gelembung gelembung yang pecah
pada dinding secara terus menerus.
F.3. Pencegahan kavitasi
Cara menghindari proses kavitasi yang paling tepat adalah dengan
memasang instalasi pompa dengan NPSH yang tersedia lebih besar dari
pada NPSH yang diperlukan. NPSH yang tersedia dapat diusahakan oleh
pemakai pompa sehingga nilainya lebih besar dari NPSH yang
diperlukan. Berikut ini hal-hal yang diperlukan untuk instalasi pompa:
1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap
harus dibuat serendah mungkin agar head hisap statis lebih
rendah pula.
2. Pipa Hisap harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa dipakai
pipa hisap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang
berdiameter satu nomer lebih besar untuk mengurangi kerugian
gesek.
3. Tidak dibenarkan untuk mengurangi laju aliran dengan
menghambat aliran disisi hisap.
4. Head total pompa harus ditentukan sedemikian hingga pas
dengan yang diperlukan pada kondisi operasi yang
sesungguhnya.
5. Jika head pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head
terendah harus diadakan pengamanan terhadap terjadinya
kavitasi. Dalam beberapa hal terjadinya akavitasi tidak dapat
dihindari dan tidak mempengaruhi performa pompa, sehingga
perlu dipilih bahan impeler yang tahan erosi karena kavitasi.
136
Gambar 6.14 Proses kavitasi
Gambar 6.15 Proses kavitasi
Gambar 6.16 Abrasi pada impeler
gelembung-gelebung uap
nosel hisap
bagian tekan (difuser)
poros pompa
tekanan rendah
tekanan tinggi
gelembung-gelebung uap
air ke luar pompa
air masuk pompa
A
A
137
Gambar 6.17 Kerusakan impeler karena kavitasi
G. Pemilihan Penggerak Mula
Penggerak mula yang dipakai untuk meggerakan poros pompa
dapat berasal dari dua macam tipe yang umum, yaitu motor listrik dan
motor bakar. Masing-masing tipe mempunyai keuntungan dan kerugian
untuk dipakai sebagai penggerak. Di bawah ini dijabarkan keuntungan
dan kelebihan dari masing-masing penggerak mula tersebut.
[A] Motor listrik
1. Keuntungan
a. Jika tenaga lisrik ada di sekitar instalasi pompa maka penggunaan
listrik untuk penggerak pompa menjadi pilihan utama, karena akan
lebih ekonomis .
b. Pengoperasiannya lebih mudah
c. Ringan
d. Tidak menimbulkan getaran
e. Pemeliharaan atau perawatan murah
f. Pengaturan mudah
g. Tidak polusi suara dan udara
2. Kerugian
a. Jika aliran listrik padam pompa tidak dapat dipakai sama sekali
b. JIka pompa tidak dioperasikan atau jarang diopersikan, biaya
beban tetap harus dibayar
c. Jika kondisi instalasi jauh dari sumber listrik, maka biaya
penyambungan menjadi kendala utama dan pasti akan mahal
kerusakan akibat kavitasi
pecahan
abrasi
138
Gambar 6.18 Pompa tegak dengan penggerak motor listrik
Gambar 6.19 Pompa dengan penggerak motor listrik
[B] Motor torak
1.Keuntungan
a. Operasi tidak bergantung dari tenaga listrik
b. Biaya fasilitas tambahan lebih rendah
c. Mudah dipindah-pindah sampai daerah terpencil
motor listrik
pompa
motor listrik
transmisi
pondasi
pompa
139
2.Kerugian
a. Mesin lebih mahal
b. Biaya perawatan dan pemeliharaan akan mahal
c. Pengoperasian akan terganggu apabila pasokan bahan -bakar
kurang
d. Motor torak lebih berat dari pada motor listrik
e. Memerlukan air pendingin yang jumlahnya lebih besar
f. Getaran dan suara yang ditimbulkan sangat besar
Gambar 6.20 Pompa portable dengan penggerak motor bakar
Gambar 6.21 Pompa portable dengan penggerak motor bakar
motor bakar
pompa
motor bakar
pompa
140
G.1 Roda gigi transmisi
Jika putaran pompa lebih besar atau kecil dari sumber
penggeraknya maka untuk memenuhi kebutuhan putaran yang tepat
dipasang roda gigi transmisi. Roda gigi transmisi akan mengatur tingkat
putaran pada pompa. Untuk pompa-pompa yang kecil dapat dipakai
sabuk sebagai media transfer daya dari penggerak ke poros pompa.
Gambar 6.22 Penggunaan transmisi belt
Gambar 6.23 Instalasi pompa dengan sumber energi angin
transmisi
sabuk
pompa
tandon air
head gesek
head
tekan
ketinggian
air statis
dinding sumur
ke dalaman
head
pemompaan
total head
pemompaan
turbin angin
dengan generator
listrik
kabel
pompa dengan
motor listrik
pipa air
141
G.2. Pompa dengan penggerak turbin angin
Turbin angin banyak dipakai sebagai penggerak pompa, khususnya
pada daerah dengan kecepatan angin tinggi. Sebagai contoh pada
daerah pantai, kecepatan angin dapat di atas rata-rata daerah lain,
sehingga dapat diubah menjadi energi yang berguna untuk menggerakan
pompa yaitu dengan pemasang turbin angin [gambar 6.23 dan 6.24].
Pompa banyak dipakai untuk drainase atau untuk aerasi pada tambaktambak.
Tentunya dengan pemilihan penggerak mula yang dipakai
adalah turbin angin, permasahan ketiadaan energi listrik untuk motor
listrik mejadi teratasi. Memang ada kendala kalau kecepatan angin pada
bulan-bulan tertentu sepanjang tahun tidak besar, yang mengakibatkan
kerja pompa tidak maksimal.
Gambar 6.24 Pompa dengan penggerak mula turbin angin
tandon air
head gesek
head tekan
ketinggian
air statis
dinding sumur
ke dalaman
head
pemompaan
total head
pemompaan
turbin angin
poros penerus daya
pompa air
142
H. Kurva Head Kapasitas Pompa dan Sistem
Sebelum pelaksanaan instalasi pompa untuk keperluan tertentu,
ada beberapa hal yang penting untuk diperhatikan, seperti pompa harus
dapat mengatasi head yang besarnya bergantung dari kapasitas atau laju
aliran. Pompa melayani kebutuhan head yang tinggi dengan kapasitas
yang rendah, atau pompa harus melayani kebutuhan kapasitas yang
besar dengan head yang rendah.
Hubungan antara head dan kapasitas pompa dan sistem disajikan
dalam grafik kurva head kapasitas seperti terlihat pada gambar 6.25. Dari
grafik ini akan terbaca kemampuan dari pompa untuk memenuhi head
pada kapasitas aliran tertentu. Pada operasinya, disamping harus
memenuhi head pompa, pompa juga harus memenuhi head dari sistem
instalasi.
Head sistem adalah head yang diperlukan untuk megalirkan zat cair
melalui sistem pipa, head ini sama dengan head untuk megatasi kerugian
gesek ditambah head statis sistem. Head statis adalah head potensial
dari beda ketinggihan permukaan dan beda tekanan statis pada kedua
permukaan zat cair ditadah hisap dan ditadah ke luar. Dari grafik pada
Gambar 6.25 dapat dilihat terdapat titik perpotongan antara head pompa
dengan sistem. Titik perpotong tersebut merupakan titik kerja pompa dan
sistem. Pada titik ini menunjukkan bahwa head yang dibutuhkan sistem
sama dengan head yang dapat diberikan pompa pada kapasitas yang
sama.
Kurva head laju aliran dari sistem berubah sebagai contoh karena
head statis atau tahanan sistem pipa berubah. Apabila hal demikian
terjadi maka titik kerja pompa sistem juga berubah. Dapat dilihat pada
Gambar 6.26 adalah contoh perubahan dari titik kerja. Head statis
berubah dari Hst1 menjadi Hst2, kurva sisitem berubah dari S1 ke S2 dan
titik kerja berubah dari K1 menjadi K2. Kapasitasnya pun berubah dari Q1
menjadi Q2.
Pada Gambar 6.27 menunjukkan perubahan dari titik kerja K1
mejadi K2, hal ini terjadi karena adanya perubahan kurva sistem S1 menjdi
S2. Dari perubahan itu mengakibatkan kapasitas berubah dari Q1 menjadi
Q2. Kenaikan tahanan pompa dapat terjadi karena katup pengaturan
diperkecil pembukaannya.
Dari dua contoh di atas menunjukkan bahwa selama operasi pompa
apabila terjadi perubahan head statis dan head kerugian gesek, akan
menggeser kurva sistem dari pompa. Sehingga titik kerja dari pompa juga
akan berubah dan selanjutnya kapasitasnya pun berubah.
143
Gambar 6.25 Grafik kurva head kapasitas
Gambar 6.26 Kurva head pompa dengan variasi head statis
head statis
head H (m)
kapasitas Q ( m3)
head tekanan (gesekan)
P (pompa)
S (sistem)
S2
head H (m)
kapasitas Q ( m3)
P (pompa)
S (sistem)
S1
Q2
Hst1
Hst2
Q1
K2
K1
144
Gambar 6.27 Kurva head pompa dengan kenaikan tahanan
I. Operasi Pompa pada Kapasitas tidak Normal
Operasi instalasi pompa dengan melayani head tertentu akan
berjalan normal dan mencapai harga efisiensi maksimum pada kapasitas
aliran mencapai harga normal atau pada kapasitas penuh, seperti terlihat
pada Gambar 6.28
Gambar 6.28 Grafik head kapasitas dengan variasi operasi pompa
S1
head H (m)
kapasitas Q ( m3)
P (pompa)
S (sistem)
S2
K1
Hst2
K2
Q2 Q1
kurang normal
melebihi normal
normal
kapasitas (%)
head total,efisiensi dan daya (%
harga normal
145
Dari grafik di atas, pompa yang beroperasi pada kapasitas tidak
penuh atau berlebih, efisiensi operasinya rendah. Kasus khusus yaitu
pada kapasitas tidak penuh, daya poros yang diperlukan bertambah
besar. Sebaliknya, untuk operasi pompa pada kondisi kapasitas melebihi
normal, daya poros bertambah turun, tetapi dengan head yang juga
menurun. Jadi, ada dua kasus khusus operasi pompa yang tidak efisien,
dan ini mengakibatkan kerugian. Berikut ini penjelasan lebih lanjut kasus
tersebut.
I.1. Operasi dengan kapasitas tidak penuh
Pompa yang beroperasi pada kapasitas tidak penuh akan timbul
banyak permasalahan, akibatnya efisiensinya menjadi turun. Untuk
pompa radial pada kapasitas rendah, gaya radial menjadi besar, pada
pompa aksial daya poros semakin besar [Gambar 6..29], timbul suara
dan getaran. Pada pompa volut dengan kondisi operasi tersebut gaya
radial yang ditimbulkan sangat besar dan tidak seimbang, apabila pompa
beroperasi lama akan menyebabkan poros pompa patah. Gejala lain
yang selalu muncul pada pompa dengan kapasitas aliran yang terlalu
kecil atau bahkan mendekati nol, yaitu pompa akan mejadi panas, dan ini
adalah kerugian operasi. Panas akan timbul pada impeler karena kurang
pendinginan dari zat cair.
Gambar 6.29 Grafik head kapasitas pompa axial
di bawah
normal
melebihi
normal
head total,efisiensi dan daya (%
harga normal kapasitas (%)
146
Panas yang timbul pada operasi kapasitas tidak penuh akan
terbawa aliran. Apabila pompa beroperasi dalam keadaan katup tertutup
atau terbuka sangat kecil, maka kerugian akan meningkat, sedangkan
panas yang dibawa ke luar sangat sedikit. Hal ini mengakibatkan
temperatur pompa akan naik dengan cepat. Kenaikan temperatur pompa
dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
( )
η
η
427
t 1 H −
Δ =
dimana Δt = adalah kenaikan temperatur ( 0C )
η = efisiensi pompa pada titik operasi
H = head total pompa pada titik operasi
Apabila pompa dengan head tinggi dioperasikan pada kapasitas
rendah, temperatur akan naik dan menyebabkan kesulitan seperti
kavitasi, pada kondisi ini penguapan zat cair sangat banyak dan
menimbulkan kerusakan pada komponen pompa, khususnya impeler.
Kerusakan akan lebih parah pada operasi pompa dengan zat cair panas.
Untuk mengatasinya, sebagian zat cair terpaksa harus dibocorkan ke luar
bila laju aliran sangat kecil, hal ini dilakukan untuk mencegah naiknya
temperatur melebihi batas normal. Kenaikan temperatur yang diizinkan
adalah 10 0C, khusus untuk pompa yang digunakan untuk pengisi ketel,
kenaikan yang diizinkan harus diperhitungkan atas dasar kondisi dimana
tidak akan terjadi penguapan pada ruang pengimbang.
I.2. Operasi dengan kapasitas melebihi normal
Permasalahan akan timbul pada operasi pompa dengan kapasitas
melebihi normal atau di atas titik efisiensi optimumnya. Dapat dilihat pada
Gambar 6.5 pada pompa sentrifugal, dengan kenaikan kapasitas aliran
efisiensi menurun dan daya poros naik. Permasalahan lain yang timbul
adalah terjadi kavitasi, karena NPSH yang diperlukan akan naik. Untuk
mengatasinya perlu disediakan NPSH pada laju aliran maksimum yang
lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan.
Jika pompa sentrifugal dengan ns rendah dan dioperasikan pada
kondisi kapasitas melebihi normal, daya poros yang dibutuhkan akan
naik, untuk itu, perlu dipilih motor penggerak berdaya besar, sehingga
mampu mengatasi operasi pompa yang berlaku. Jika hal tersebut tidak
dilakukan, motor akan mengalami pembebanan berlebih, dan dapat
mengakibatkan kerusakan.
J. Kontrol Kapasitas Aliran
Kebutuhan pelayanan kapasitas operasi pompa tidak selalu tetap,
tetapi disesuaikan dengan kebutuhan, sehingga kapasitas aliran harus
diatur untuk menyesuiakan kebutuhan. Berikut ini diuraikan cara- cara
pengaturan.
147
J.1. Pengaturan katup
Pada instalasi pompa terdapat katup-katup untuk pengaturan
kapasitas, terutama pada sisi pipa ke luar pompa. Laju aliran diatur
dengan menghambat aliran dengan mengubah-ubah pembukaan katup.
Berbagai macam tipe katup untuk kontrol kapasitas dapat dilihat pada
Gambar 6.30
Gambar 6.30 Berbagai macam katup
Pada grafik head kapasitas operasi pompa pada Gambar 6.31
dapat dilihat dengan mengubah-ubah katup kapasitas aliran berubah dari
Q0 sampai Q5. Jika katup dibuka penuh maka mempunyai kurva
karakteritik S0, selanjutnya pembukaan diperkecil sehingga kurva
karakteristik menjadi S1, sampai S5. Titik operasinya akan berubah dari
Po sampai P5.
Gambar 6.31 Kurva head kapasitas dengan pengaturan katup
katup kontrol
Forged Copper Ball Valve
Globe Valve
External Skrup Ball Valve
pembukaan katup
pembukaan katup penuh
paling sempit
148
Dengan mengubah-ubah pembukaan katup kapasitas aliran mejadi
berubah, akan tetapi timbul tahanan katup sehingga menaikkan kerugian
daya. Dengan kata lain, kapasitas aliran semakin dikurangi, tahanan
katup semakin besar dan kerugian head juga akan semakin besar.
J.2. Pengaturan putaran
Pengaturan kapasitas dengan katup seperti telah diuraikan di atas,
kerugian yang ditimbulkan besar, terutama kerugian head aliran. Dapat
dilihat pada grafik head kapaitas pada Gambar 6.32, dengan mengubahubah
putaran pompa dari n0, sampai n2, kapasitas akan berubah dari Q0
sampai Q2. Titik operasi berubah dari P0 sampai P2. Untuk mengatur
putaran dapat dilakukan dengan mengatur putaran motor penggerkanya,
atau dengan mengubah perbandingan putaran pada alat transmisi daya
porosnya.
Dari uraian di atas, pengaturan kapasitas dengan cara mengubahubah
putaran pompa akan mengubah kurva karakteristik H-Q pompa,
sehingga titik perpotongan antara kurva H-Q pompa dengan kurva H-Q
sistem menjadi bergeser. Pengaturan kapasitas dengan putaran
memberikan kerugian yang lebih kecil dan efisiensi lebih tinggi
dibandingkan dengan katup, hal ini karena perubahan kapasitas aliran
dengan metode ini, tidak mengubah kondisi saluran instalasi pompa,
sehingga tidak ada kenaikan tahanan aliran.
Gambar 6.32 Kurva head kapasitas dengan pengaturan putaran
J.3. Pengaturan sudut sudu impeler
Untuk pompa-pompa yang besar dan bekerja pada instalasi pompa
dengan kapasitas besar, pengaturan kapasitas dapat dilakukan dengan
mengatur sudut sudu impeler. Pada gambar 6.33 dapat dilihat bahwa
dengan mengubah sudut sudu, dapat mengubah kurva H-Q dari pompa,
sehingga titik perpotongan dengan kurva H-Q sistem berubah.
kondisi
head turun
149
Gambar 6.33 Kurva head kapasitas dengan pengaturan sudut impeler
Karena titik perpotongan yang merupakan titik operasi pompa
bergeser, kapasitas aliran yang dihasilkan pun berubah dari Q0 sampai
Q5. Pengaturan kapasitas dengan model ini sangat efektif terutama untuk
perbedaan yang besar antara head statis sistem dan head statis pompa.
Tetapi, pengaturan sudut sudu impeler hanya mudah diterapkan untuk
pompa yang besar, untuk pompa berukuran kecil akan mengalami
kesukaran.
J.4. Pengaturan jumlah pompa
Pada pusat instalasi pompa dengan kapasitas besar, sering
digunakan beberapa buah pompa untuk melayani kebutuhan laju aliran
yang besar. Dengan demikian perubahan kebutuhan kapasitas pompa
dapt dilakukan dengan mengurangi atau menambah jumlah pompa. Pada
gambar adalah grafik H-Q instalasi pompa dengan 4 buah pompa
dipasang paralel. Kurva H-Q pompa akan bervariasi, titik operasi pompa
pun bergeser dari P1 sampai P5. Dengan memasang pompa semakin
banyak kapasitas alirannya semakin besar, dari Q1 sampai Q5.
Gambar 6.34 Kurva head kapasitas dengan pengaturan jumlah pompa
150
J.5. Pengaturan dengan reservoir atau tandon
Pengaturan kapasitas aliran pompa dapat dilakukan dengan
memasang tandon sebagai penumpul air sementara, kemudian air
didistribusikan ke tempat yang membutuhkan pas dengan kapasitasnya.
Ada dua cara yang dapat digunakan untuk pengaturan laju aliran
model ini yaitu:
[1] Penyedian air dengan tangki atas
Model penyedian kapasitas aliran jenis ini dilakukan dengan
memasang sebuah tangki atas dipuncak gedung-gedung atau di atas
menara air. Dari tangki atas air dibagikan ke tempat-tempat yang
membutukan. Kapasitas aliran diatur dengan memasang katup pada
masing-masing jalur pipa sehingga pas dengan yang dibutuhkan.
Pompa bekerja secara otomatis untuk mengisi tangki atas, apabila
jumlah air di dalam tangki surut sampai level tertentu, pompa secara
otomatis akan bekerja untuk mengisi tangki tersebut sampai level air
yang ditentukan.
Gambar 6.35. Pengaturan kapasitas dengan reservoir atau tandon
tandon air
perpipaan
pelayanan air
per tingkat
pondasi
dari sumber air
tandon
bawah
pompa
lantai
bawah
lantai atas
151
[2]Penyedian air dengan tangki tekan
Pelayanan air dengan kapasitas aliran yang dapat diatur dengan
metode tangki tekan sangat efektif apabila pompa yang beroperasi
tidak dapat melayani tempat-tempat yang tinggi. Atau head yang
dimiliki pompa kecil untuk melayani head dari sistem. Metode
menggunakan tangki tekan, yang berupa bejana tertutup, dipasang
didekat pompa. Air dari sumber air dipompa ke tangki tekan kemudian
disalurkan ketempat-tempat yang membutuhkan. Pompa bekerja
otomatis merespon dari tekanan yang berkurang di dalam tangki
tekan. Udara mencegah pompa beroperasi secara berulang-ulang
karena merespon tekanan di dalam tangki tekan. Pemasangan
kompresor akan sangat membantu untuk menyupali udara tekan ke
tangki tekan.
Gambar 6.36 Pengaturan kapasitas dengan tangki tekan
tangki tekan
pompa
dari sumber air
tandon bawah
152
Rangkuman
1. Kecepatan spesifik ns adalah kecepatan putar yang sebenarnya n dari
pompa pembanding yang mempunyai geometri sudu-sudu impeler
sebangun dan dapat menghasilkan tinggi kenaikan H = 1m dan Q = 1
m/dt3.
2. Kurva karakteristik menyatakan besarnya head total pompa, daya
poros, dan efisiensi pompa terhadap kapasitasnya
3. Head statis adalah penjumlahan dari head elevasi dengan head
tekanan.
4. Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian kerugian yang
terdiri dari kerugian gesek aliran didalam perpipaan, dan head
kerugian didalam belokan-belokan (elbow), percabangan, dan
perkatupan (valve)
5. Pengurangan head yang dimiliki zat cair pada sisi isapnya dengan
tekanan zat cair pada tempat tersebut dinamakan Net Positif Suction
Head (NPSH) atau nilai head positif neto.
6. Untuk menghindari kavitasi pada pompa harus dipenui persyaratan
berikut ; NPSH tersedia ≥ NPSH yang diperlukan
7. Hal yang mempengarui NPSH yang tersedia
a. Pengaruh dari temperatur dari zat cair
b. Pengaruh dari tekanan dari zat cair yang dihisap.
c. Kondisi ketinggian permukaan air pada tandon isap relatif
terhadap posisi isap pompa, semakin tinggi NPSH naik.
d. Kerugian gesekan pada sisi isap, semakin besar kerugian
gesek pada sisi isap akan semakin menurunkan nilai
NPSH tersedia
8. Hal yang mempengarui efisiensi pompa
a. Kecepatan impeler
b. Diamter impeler
c. Jumlah sudu impeler
d. Ketebalan dari impeler
e. sudut pitch dari sudu impeler
9. Penggerak mula yang dipakai untuk meggerakan poros pompa dapat
berasal dari dua macam tipe yang umum yaitu motor listrik dan motor
bakar
153
Soal
1. Jelaskan tentang kecepatan spesifik pompa! dan bagaimana kalau
ada dua buah pompa mempunyai kecepatan spesifik yang sama?
2. Jelaskan tentang Head total pompa dan sebutkan faktor-faktor yang
mempengaruinya!
3. Sebutkan faktor-faktor yang mempengarui performansi pompa!
4. Jelaskan tentang NPSH !
5. Salah satu faktor yang mempengaruhi nilai NPSH tersedia adalah
perubahan temperatur lingkungan instalasi, coba anda jelaskan !
154
BAB 7 GANGGUAN OPERASI POMPA
Pada instalasi pompa sering dijumpai berbagai kerusakan
peralatan, misalnya katup- katup, pipa-pipa, sambungan, dan komponenkomponen
dalam pompa sendiri. Kerusakan-kerusakan tersebut
diakibatkan oleh gangguan-gangguan yang terjadi selama pompa
beroperasi. Gangguan-gangguan yang sering terjadi adalah benturan air,
surging dan fluktuasi tekanan.
A. Benturan Air (Water Hammer)
Gejala benturan air sering terjadi pada operasi pompa dan pada
kondisi ini banyak menimbulkan kerusakan pada peralatan instalasi.
Benturan air terjadi karena pada aliran terjadi kenaikan dan penurunan
tekanan secara tiba-tiba. Benturan air dapat terjadi karena dua sebab
yaitu:
1. Penutupan katup secara tiba-tiba
2. Pompa mendadak berhenti bekerja
Sebab pertama banyak terjadi pada waktu pengaturan kapasitas aliran,
jika pengaturannya tidak benar, maka katup menutup penuh secara tibatiba,
aliran akan terhenti dan seolah-olah zat cair membentur katup.
Karena kondisi tersebut, timbul tekanan yang melonjak dan diikuti
fluktuasi tekanan di sepanjang pipa untuk beberapa saat.
Selama pompa beroperasi, poros pompa menggunakan penggerak
dari luar, yang biasa digunakan yaitu motor listrik atau motor bakar.
Khusus untuk pompa yang meggunakan motor listrik sebagai
penggeraknya, masalah akan timbul apabila listrik tiba-tiba mati yaitu
motor listrik tidak bekerja, akibatnya pompa akan berhenti mendadak.
Aliran air akan terhalang impeler sehingga mengalami perlambatan yang
mendadak, hal tersebut menyebabkan lonjakan tekanan pada pompa dan
pipa.
Dari dua sebab tersebut di atas, terlihat apabila terjadi gangguan
operasi pompa, masalah yang akan timbul adalah terjadi lonjakan
tekanan yang tiba-tiba karena aliran terhalang dan berhenti, kemudian
terjadi benturan air pada peralatan. Kerusakan yang timbul disamping
karena lonjakan tekanan, jatuhnya tekanan juga dapat menyebabkan
kerusakan.
Di bawah ini diuraikan beberapa kemungkinan yang terjadi pada
operasi pompa yang berhenti bekerja apabila listrik mati ;
155
[1] Pompa tidak dilengkapi katup pada sisi ke luar. Pada waktu listrik
padam, pompa tiba-tiba berhenti, tetapi impeler masih berputar karena
gaya kelembaman bagian yang berputar. Putaran ini kan segera berhenti
karena energi kinetiknya terserap air. Karena aliran terhenti sehingga
head dan kapasitas menjadi hilang. Head pompa tidak lagi mengatasi
head dari sistem mengakibatkan tekanan pada sisi ke luar pompa
menjadi negatif, kondisi ini menyebabkan aliran balik dari pipa sisi ke luar
menuju pompa. Tekanan yang tadinya negatif menjadi positif pada pipa
sisi kel uar pompa. Aliran balik dengan tekan positif akan membentur
impeler pompa dan akan memutar impeler dengan putaran yang
berlawanan dengan kerja pompa normal, dengan kata lain pompa bekerja
sebagai turbin.
[2] Pompa yang dilengkapi dengan katup pada sisi ke luar pompa.
Pemasangan katup ini akan mencegah aliran balik dari sisi ke luar pompa
menuju pompa. Katup ini akan merespon aliran balik dengan langsung
menutup aliran. Di dalam pompa, impeler setelah listrik mati tetap
berputar tetapi akan segera berhenti secara berangsur angsur.
[3] Pompa dilengkapi dengan katup yang dapat diatur. Pemasangan
katup pada sisi ke luar pompa untuk mencegah aliran balik akan lebih
efektif apabila katup tersebut dapat diatur sehingga penutupannya tidak
tiba-tiba sehingga alirannya tidak berhenti mendadak dan lonjakan
tekanan dapat dihindari.
A.1. Kerusakan akibat benturan air
Kerusakan yang ditimbulkan dari benturan air seperti yang telah
disebutkan di atas adalah sebagai berkut :
1. Peralatan instalasi pompa seperti katup, perpipaan dan pompa dapat
pecah karena lonjakan tekanan.
2. Pada waktu terjadi tekanan negatif pada aliran sisi ke luar pompa, pipa
dapat mngempis dan pecah.
3. Tekanan negatif yang timbul dapat menyebabkan penguapan zat cair
apabila tekanan tersebut di bawah tekanan uap zat cair. Penguapan
zat cair akan menghasilkan banyak gelembung-gelembung uap air
yang dapat pecah dan menghantam dinding pipa atau pompa
sehingga menimbulkan kerusakan.
4. Apabila instalasi pompa tidak diberi pengaman sehingga terjadi aliran
balik yang akan memutar impeler pompa, putaran ini berkebalikan dari
putaran normal pompa, kondisi ini mengakibatkan kerusakan pada
motor penggeraknya.
A.2 Pencegahan benturan air
Proses terjadinya benturan air yaitu karena head pompa tidak dapat
mengatasi head sistem sehingga terjadi tekanan negatif pada sisi ke luar
pompa, kondisi ini menyebabkan aliran balik dari sisi ke luar pompa
menuju pompa. Selanjutnya terjadi kenaikan tekanan yang drastis yang
156
menuju impeler pompa. Berdasarkan kondisi tersebut, untuk mencegah
terjadinya benturan air, tekanan negatif dan lonjakan tekanan harus
dicegah.
[1] Pecegahan timbulnya tekanan negatif
a. Katup laluan udara, katup ini dipasang ditempat dimana terjadi
tekanan negatif sehingga udara dari atmosfer masuk ke dalam pipa
untuk menyeimbangkan tekanan di dalam pipa dan di luar pipa.
b. Kamar udara, kamar udara ini berbentuk bejana tertutup yang terisi air
sampai ketinggihan tertentu, bagian atas bejana terisi udara
bertekanan. Apabila terjadi tekanan negatif, udara bertekanan akan
langsung mengisi sehingga tekanan tidak terlalu jatuh.
c. Roda gaya pada poros pompa, roda gaya tersebut dapat menyimpan
energi, sehingga pada waktu pompa mati impeler dapat terus berputar
dan berhenti perlahan-lahan. Hal ini dapat mencegah penurunan
tekanan yang berlebihan.
d. Memperbesar ukuran pipa, dengan memperbesar ukuran pipa
kecepatan aliran akan berkurang sehingga gaya yang ditimbulkan
karena benturan akan berkurang.
e. Bentuk pipa pada sisi ke luar harus menjamin tidak terjadi pemisahan
kolom zat cair.
[2] Pecegahan timbulnya lonjakan tekanan
a. Penggunaan katup kontrol (penutupam lambat). Pada pemasangan
katup pada sisi ke luar pompa untuk menahan aliran balik menuju
pompa, katup tersebut harus mampu mengontrol aliran agar tidak
berhenti mendadak. Pada permulaan bekerja katup tersebut harus
mampu mencegah lairan yang menuju impeler, kemudian selanjutnya
menutup perlahan lahan sehingga aliran tidak berhenti mendadak dan
lonjakan tekanan tidak terjadi. Jenis katup yang biasa dipakai adalah
jenis katup jarum, katup putar dan katup kupu-kupu.
b. Penggunaan katup pelepas tekanan. Katup pelepas tekanan dipasang
pada jalur pipa untuk mengurangi lonjakan tekanan dengan cara
melepaskan tekanan
c. Penggunaan katup cegah (penutupan cepat). Katup ini harus menutup
sesaat sebelum aliran balik terjadi, sehingga dihindari aliran balik yang
besar, dengan demikian lonjakan tekanan dihindari.
B. Gejala Surjing
Gejala surjing sering terjadi pada operasi pompa, laju aliran
berubah-ubah secara periodik dan pada aliran terjadi fluktuasi tekanan.
Gejala ini timbul karena pompa beroperasi dengan head yang semakin
menurun dan head sistem yang naik. Atau, head pompa tidak mampu
mengatasi head dari sistem secara normal. Untuk mecegah surjing harus
dipilih pompa dengan head yang cukup tinggi, sehingga pada waktu
pompa head nya menurun tidak sampai terjadi surjing.
157
C. Tekanan Berubah-ubah
Gejala tekanan yang berubah-ubah atau berfluktuasi sepanjang
aliran banyak terjadi pada pompa sentrifugal, khususnya pada pompa
volut. Di dalam pompa ada daerah antara sisi luar impeler dan ujung dari
volut (cut water), yang apabila setiap kali impeler berputar dan melewati
daerah ini, tekanan zat cair akan berdenyut. Denyut yang terus-menerus
akan dirasakan sebagai fluktuasi tekanan yang merambat pada zat cair di
dalam pipa ke luar. Apabila denyut tekanan zat cair beresonansi dengan
kolom air menyebabkan getaran dan bunyi.
Untuk mencegah fluktuasi tekanan antara pompa dan jalur pipa ke
luar, pada jalur ke luar pompa dipasang peredam bunyi yaitu kamar
ekspansi. Kamar ekspansi akan memotong rambatan gelombang dari
fluktuasi tekanan sehingga tidak sampai beresonansi dengan kolom air.
Gambar 7.1 Fluktuasi tekanan pada pompa volut
Rangkuman
1. Ganguan-gangguan yang sering terjadi adalah benturan air, surging
dan fluktuasi tekanan.
2. Salah satu cara mencegah bentyran air yaitu memperbesar ukuran
pipa.
3. Untuk mecegah surjing harus dipilih pompa dengan head yang cukup
tinggi, sehingga pada waktu pompa head nya menurun tidak sampai
terjadi surjing.
cut water
bagian tekan
aliran berdenyut
rumah volut
158
4. Untuk mencegah dari fluktuasi tekanan antara pompa dan jalur pipa
keluar, pada jalur keluar pompa dipasang peredam bunyi yaitu kamar
ekspansi.
Soal.
1. Sebutkan macam macam ganguan pada pompa dan kerusakan apa
yang terjadi apabila gangguan-gangguan tersebut tidak segera
diperbaiki.
2. Sebutkan cara-cara mengatasi gangguan tersebut !
3. Jelaskan tentang Cut Water, apa pengaruhnya terhadap operasi
pompa !
Lampiran : A
A - 1
DAFTAR PUSTAKA
Ackermann, T., 2005, Wind Power in Power Sistem, England,
John Wiley and Sons Ltd.
Anonamius, 1992. Doe Fundamental Handbook of Thermodinamic.
Cengel, Y.A., 2005.Thermodynamics An Engineering Approach. Edisi 5
.McGraw Hill.New York.
Dietzel, F., 1993.Turbin, Pompa dan Kompresor , Jakarta Erlangga.
Doland, J.J.,1984. Hydro Power Engineering. New York. The Ronald
Press Company.
El-Mallahawy, F., 2000, Fundamentals and Technology of Combustion,
McGraw Hill.
Heat Transfer and Fluid Flow, U.S. Departement of Energy, Washington
D.C
Mathur, M.L. dan Sharma, R.P., 1980, A course in Internal Combustion
Engine, Edisi 3, Delhi India, Hanpat Rai and Sons, Nai Sarak
Sayig, A.A.M, 1997, "Renewable Energi", Journal of the World
Renewable Energi, UK
Shlyakin, P., 1999.Teori dan Perancangan Steam Turbines. Jakarta
Erlangga.
Silalahi, Bernnet NB. 1995. Manajemen Keselamatan dan Kesehatan
Kerja. Jakarta: PT Pustaka Binaman Pressindo
Sularso dan Tahara, H., 2000. Pompa dan Kompresor. Jakarta Pradnya
Paramita.
Dinas Tenaga Kerja dan Transmigrasi Provinsi Jawa Tengah. 2007.
Bimbingan Teknis Calon Ahli K3
Sumakmur PK. 1996. Keselamatan Kerja & Pencegahan Kecelakaan.
Jakarta: PT. Gunung Agung
------------. 1996. Higene Perusahaan dan Kesehatan Kerja. Jakarta: PT.
Gunung Agung
Lampiran : B
B 1
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Profil tegangan dan regangan ........................................ 1
Gambar 1.2 Profil tegangan dan regangan ........................................ 2
Gambar 1.3 Radius kurva................................................................... 3
Gambar 1.4 Torsi pada batang pejal .................................................. 4
Gambar 1.5 Torsi pada batang berlubang.......................................... 4
Gambar 1.6 Rem Cakram................................................................... 5
Gambar 1.7 Rem Tromol .................................................................... 5
Gambar 1.8 Roda gigi metrik.............................................................. 5
Gambar 1.9 Roda gigi spurs............................................................... 6
Gambar 1.10 Roda gigi helik .............................................................. 6
Gambar 1.11 Roda gigi dobel helik .................................................... 6
Gambar 1. 12 Roda gigi Bevel............................................................ 7
Gambar 1.13 Roda gigi cacing ........................................................... 7
Gambar 1.14 Klasifikasi Bantalan....................................................... 8
Gambar 1.15 Klasifikasi Pegas........................................................... 9
Gambar 1.16 Macam-macam Poros.................................................. 0
Gambar 1.17 Poros dengan penggunaannya .................................. 11
Gambar 1.18 Kontruksi dasar dari pemasangan transmisi............... 12
Gambar 1.19 Instalasi kompresor dengan dan tanpa transmisi ....... 12
Gambar 1.20 Model transmisi roda gigi............................................ 13
Gambar1.21 Tramisi rantai .............................................................. 13
Gambar 1.22 Macam-macam sabuk ................................................ 14
Gambar 1.23 Furnace dengan pemanas listrik................................. 14
Gambar 1.24 Blok mesin dari besi cor.............................................. 15
Gambar 1.25 Amplitudo getaran besi cor dan baja .......................... 15
Gambar 2.1 Tanur tinggi .................................................................. 19
Gambar 2.3 Penuangan besi cor...................................................... 20
Gambar 2.4 Cetakan pasir dan hasil dari pengecoran ..................... 20
Lampiran : B
B 2
Gambar2.5 Hasil proses pembentukan.............................................21
Gambar 2.6 Alat yang dipakai dalam kerja bangku...........................21
Gambar 2. 7 Mesin bor duduk...........................................................22
Gambar 2.8 Mesin gergaji .................................................................23
Gambar 2.9 Mesin potong.................................................................23
Gambar 2.10 Mesin bubut dengan pirantinya ...................................24
Gambar 2.11 Proses pembubutan ....................................................25
Gambar 2.12 Macam-macam Pahat .................................................25
Gambar 2. 13 mesin CNC fris vertikal...............................................26
Gambar 2.14 Pahat untuk mesin fris.................................................26
Gambar 2.15 Mesin bubut CNC ........................................................27
Gambar 2.16 Grafik proses keadaan termodinamik..........................28
Gambar 2.19 Energi atau kerja pada piston......................................31
Gambar 2.20 Energi mekanik poros turbin gas.................................32
Gambar 2.21 Perubahan energi pada motor bakar...........................33
Gambar 2.22 Konversi energi pada turbin ( uap, gas,air) ................34
Gambar 2.23 Konversi energi pada pompa atau kompresor ............34
Gambar 2.24 Pompa sebagai mesin Konversi energi ......................35
Gambar 2.25 Tranfer energi panas dari tungku ke air di panci ........35
Gambar 2.26 Energi mekanik pergeseran translasi (linier) ...............36
Gambar 2.27 Energi mekanik pergeseran rotasi ( angular) ..............36
Ganbar 2.28 Mesin-mesin konversi energi dengan kerja poros.......37
Gambar 2.29 Dinamika perubahan energi pada suatu
benda kerja...................................................................38
Gambar 2.30 Proses perubahan energi pada sistem terbuka..........39
Gambar 2.31 Proses perubahan energi pada sistem tertutup .........39
Gambar 2.32 Konversi energi pada turbin ........................................40
Gambar 2.33 Konversi pada pompa .................................................41
Gambar 2.34 Skema sederhana dari hukum termodinamika II.........42
Gambar 2.35 Diagram p-V proses volume konstan ..........................43
Lampiran : B
B 3
Gambar 2.36 Diagram p-v proses tekanan konstan ........................ 44
Gambar 2.37 Diagram p-v proses temperatur konstan .................... 44
Gambar 2.38 Diagram p-v proses adiabatik ..................................... 45
Gambar 2.39 Diagram p-v proses politropik ..................................... 45
Gambar 2.40 Hubungan tekanan pengukuran,
tekanan absolute, dan tekanan atmosfer.................... 47
Gambar 2.41 Hubungan ketinggian dengan tekanan....................... 48
Gambar 2.42 Gerak fluida pada fluida yang diam ............................ 49
Gambar 2.43 Perubahan energi pada penampang pipa .................. 50
Gambar 2.44 Profil aliran fluida ....................................................... 51
Gambar 2.45 Penambahan energi pompa ke aliran......................... 53
Gambar 2.46 Profil saluran fluida E.6 Kondisi aliran fluida cair........ 53
Gambar 2.47 Pola aliran Laminar dan turbulen................................ 54
Gambar 2.48 Perpindahan kalor konduksi pada sebuah plat........... 55
Gambar 2.49 Proses penguapan dan pelepasan panas .................. 56
Gambar 2.50 Proses perpindahan kalor radiasi
pada jendela rumah .................................................... 56
Gambar 2.51 Proses pengolahan minyak bumi................................ 60
Gambar 2.52 Proses destilasi bahan-bakar cair............................... 61
Gambar 2.53 Mesin uji nilai oktan CFR............................................ 63
Gambar 3.1.Berbagai macam alat pelindung diri ............................. 69
Gambar 3.2 Segitiga Api (Triangle of Fire) ....................................... 72
Gambar 4.1 Meja gambar................................................................. 77
Gambar 4.2 Cara menempel kertas pada meja gambar .................. 78
Gambar 4.3 Bentuk pensil ................................................................ 78
Gambar 4.4 Pena Rapido................................................................. 79
Gambar 4.5 Satu set pengaris.......................................................... 80
Gambar 4.6 Jangka .......................................................................... 80
Gambar 4.7 Pelindung penghapus................................................... 81
Lampiran : B
B 4
Gambar 4.8 Mal lengkung................................................................81
Gambar 4.9 Hasil mal lengkung.......................................................81
Gambar 4.10 Gambar proyeksi amerika ...........................................82
Gambar 4.11 Gambar Isometris Komponen .....................................82
Gambar 4.12 Kop Gambar dengan bingkainya.................................83
Gambar 4.13 Proyeksi.......................................................................83
Gambar 4.14 Proyeksi aksonometri dan ortogonal ...........................84
Gambar 4.15 Isometri........................................................................84
Gambar 4.16 Dimetri .........................................................................85
Gambar 4.17 Trimetri ........................................................................85
Gambar 4.18 sumbu isometri ............................................................86
Gambar 4.19 Proyeksi isometri .........................................................86
Gambar 4.20 Proyeksi miring............................................................87
Gambar 4.21 Proyeksi Isometri dan Proyeksi miring ........................87
Gambar 4.22 cara pandang gambar prespektif.................................88
Gambar 4.23 titik hilang prespektif....................................................88
Gambar 4.24 Pandangan Ortogonal .................................................89
Gambar 4.25 penyajian gambar poros..............................................90
Gambar 4.26 Ukuran beserta toleransinya .......................................91
Gambar 4.27 penyajian ulir lengkap..................................................92
Gambar 4. 28 Penyajian gambar ulir.................................................92
Gambar 4.29 Keterangan Gambar Ulir ............................................93
Gambar 4.30 lambang pengerjaan....................................................93
Gambar 4.31 Gambar AutoCad ........................................................96
Gambar 5.1 Instalasi Pompa.............................................................97
Gambar 5.2 Instalasi pompa rumah tangga ......................................98
Gambar 5.3 Proses pemompaan ......................................................98
Gambar 5.4 Perubahan energi zat cair pada pompa ........................99
Gambar 5.5 Klasifikasi pompa berdasar bentuk impeler.................100
Gambar 5.6 Klasifiaksi pompa berdasar rumah pompa ..................100
Gambar 5.7 Klasifikasi pompa berdasarkan jumlah aliran masuk .101
Lampiran : B
B 5
Gambar 5.8 Pompa satu tingkat ..................................................... 101
Gambar 5.9 Pompa banyak tingkat ( multistage) .......................... 102
Gambar 5.10 Pompa horizontal..................................................... 102
Gambar 5.11 Pompa vertikal ......................................................... 103
Gambar 5.12 Pompa sumuran kering dan basah.......................... 103
Gambar 5.13 Konstruksi pompa ..................................................... 104
Gambar 5.14 Konstruksi pompa khusus......................................... 105
Gambar 5.15 Pompa sembur ( jet pump) ....................................... 106
Gambar 5.16 Pompa viscous ......................................................... 108
Gambar 5.17 Cut Water.................................................................. 109
Gambar 5.18 Volut tunggal dan ganda........................................... 109
Gambar 5.19 Pompa Chopper........................................................ 110
Gambar 5.20 Pompa reccesed impeller ......................................... 110
Gambar 5.21 Pompa lumpur (slurry) .............................................. 111
Gambar 5.22 Pompa volut LFH...................................................... 112
Gambar 6.1 Ukuran-ukuran dasar pompa...................................... 113
Gambar 6.2 Harga ns dengan bentuk impeler dan jenis pompa.... 114
Gambar 6.3 Grafik karakteristik pompa dengan ns kecil................. 115
Gambar 6.4 Grafik karakteristik pompa dengan ns sedang ............ 116
Gambar 6.5 Grafik karakteristik pompa dengan ns besar............... 116
Gambar.6.6 Head statis total .......................................................... 118
Gambar 6.7 Head statis total p1 = p2 = 1 atmosfer (tandon terbuka)118
Gambar 6.8 Head statis hisap [A] pompa di bawah tandon,
[b] pompa di atas tandon .......................................... 119
Gambar 6.9 Head statis buang [A] ujung terbenam, [b]
ujung mengambang.................................................... 119
Gambar 6.10 Head kecepatan........................................................ 120
Gambar 6.11 Koefesien kavitasi..................................................... 126
Gambar 6.12 Pompa dan penggerak mula motor listrik ................. 131
Gambar 6.13 Grafik kerja berguna ................................................. 133
Lampiran : B
B 6
Gambar 6.14 Proses kavitasi ..........................................................136
Gambar 6.15 Proses kavitasi ..........................................................136
Gambar 6.16 Abrasi pada impeler ..................................................136
Gambar 6.17 Kerusakan impeler karena kavitasi ...........................137
Gambar 6.18 Pompa tegak dengan penggerak motor listrik...........138
Gambar 6.19 Pompa dengan penggerak motor listrik.....................138
Gambar 6.20 Pompa portable dengan penggerak motor bakar......139
Gambar 6.21 Pompa portable dengan penggerak motor bakar......139
Gambar 6.22 Penggunaan transmisi belt........................................140
Gambar 6.23 Instalasi pompa dengan sumber energi angin ..........140
Gambar 6.24 Pompa dengan penggerak mula turbin angin ...........141
Gambar 6.25 Grafik kurva head kapasitas.....................................143
Gambar 6.26 Kurva head pompa dengan variasi head statis .........143
Gambar 6.27 Kurva head pompa dengan kenaikan tahanan..........144
Gambar 6.28 Grafik head kapasitas dengan variasi operasi pompa144
Gambar 6.29 Grafik head kapasitas pompa axial ...........................145
Gambar 6.30 Berbagai macam katup .............................................147
Gambar 6.31 Kurva head kapasitas dengan pengaturan katup......147
Gambar 6.32 Kurva head kapasitas dengan pengaturan putaran ..148
Gambar 6.33 Kurva head kapasitas dengan pengaturan sudut
impeler..............................................................................149
Gambar 6.34 Kurva head kapasitas dengan pengaturan jumlah
pompa ..............................................................................149
Gambar 6.35. Pengaturan kapasitas dengan reservoir atau tandon150
Gambar 6.36 Pengaturan kapasitas dengan tangki tekan ..............151
Gambar 7.1 Fluktuasi tekanan pada pompa volut...........................157
Gambar 8.1 Pompa perpindahan positif gerak bolak-balik .............160
Gambar 8.2 Pompa perpindahan positif gerak putar (rotary)..........161
Gambar 8.3 Pompa perpindahan positif gerak putar (rotary)..........161
Lampiran : B
B 7
Gambar 8.4 Pompa plunger tekanan tinggi .................................... 163
Gambar 8.5 Pompa plunger tekanan tinggi .................................... 164
Gambar 8.6 Kapasitas aliran pada pompa torak ............................ 164
Gambar 8.7 Macam-macam katup ................................................. 165
Gambar 8.8 Cara kerja pompa torak .............................................. 166
Gambar 8.9 Pompa torak .............................................................. 167
Gambar 8.10 Cara kerja pompa diagfragma penggerak mekanik.. 168
Gambar 8.11 Pompa diagfragma penggerak hidrolik ..................... 169
Gambar 8.12 Pompa diagfragma penggerak pegas mekanik ....... 170
Gambar 8.13 Pompa roda gigi internal eksternal .......................... 171
Gambar 8.14 Pompa lobe ............................................................. 172
Gambar 8.15 Pompa lobe dengan 3 buah lobe............................. 173
Gambar 8.16 Pompa ulir dengan 3 buah ulir.................................. 173
Gambar 8.17 Proses penekanan zat cait pada pompa 2 buah ulir. 175
Gambar 8.18 Pompa ulir dengan 2 buah ulir.................................. 174
Gambar 8.19 Pompa ulir tunggal
( progresive cavity singgle skrup pump) ...................... 175
Gambar 8.20 Pompa vane (sliding vane rotary pump) ................... 175
Gambar 8.21 Pompa vane dengan 5 buah vane............................ 175
Gambar 8.22 Flexible tube pump ................................................... 176
Gambar 8.23 Radial plunger dan axial plunger rotary pump .......... 177
Gambar 8.24 Circumferential piston rotary pump........................... 177
Gambar 9.1 Pompa ban ................................................................. 180
Gambar 9.2 Kompresor udara penggerak motor bakar................. 181
Gambar 9.3 Proses kerja dari kompresor torak kerja tunggal ........ 182
Gambar 9.4 Proses kerja dari kompresor torak kerja ganda .......... 183
Gambar 9.5 Klasifikasi kompresor................................................. 184
Gambar 9.6 Kompresor Vane......................................................... 185
Gambar 9.7 Kompresor jenis Root ................................................. 185
Gambar 9.8 Kompresor skrup atau ulir........................................... 186
Lampiran : B
B 8
Gambar 9.9 Kompresor torak kerja tunggal ....................................186
Gambar 9.10 Kompresor torak kerja ganda....................................187
Gambar 9.11 Kompresor sentrifugal satu tingkat............................187
Gambar 9.12 Kompresor banyak tingkat.........................................187
Gambar 9.13 Grafik tekanan kapasitas kompresor.........................188
Gambar 9.14 Proses kompresi isotermal ........................................190
Gambar 9.16 Perbandingan kerja yang dibutuhkan untuk proses ..191
kompresi isotermal dan ...........................................193
Gambar 9.17 Penghematan kerja pengkompresian
dengan memasang kompresor dua tingkat ................193
Gambar 9.18 Grafik p -V Proses kompresi pada kompresor torak .198
Gambar 9.19 Kompresor dengan penggerak motor lisrik ...............201
Gambar 9.19 Kompresor Roots .....................................................201
Gambar 9.20 Konstruksi dari pompa vane dan kompresor vane ....202
Gambar 9.21 Kompresor torak dengan pendingin udara ...............203
Gambar 9.23 Kompresor torak dengan pendingin air .....................203
Gambar 9.24 Konstruksi kompresor torak silinder ..........................204
Gambar 9.25 Konstruksi kompresor torak silinder ..........................204
Gambar 9.26 Konstruksi katup kompresor jenis cincin .................205
Gambar 9.27 Konstruksi katup kompresor jenis pita......................206
Gambar 9.28 Konstruksi katup kompresor jenis kanal...................206
Gambar 9.29 Konstruksi katup kompresor jenis kepak..................206
Gambar 9.30 Pengaturan kapasitas kompresor .............................208
Gambar 9.31 Pelumasan paksa pada kompresor...........................209
Gambar 9.32 Pelumasan luar kompresor torak ..............................210
Gambar 9.33 Proses pemampatan pada kompresor sekrup ..........211
Gambar 9.34 Proses pemampatan pada kompresor sekrup
injeksi minyak ..........................................................213
Gambar 9.35 Kompresor sekrup injeksi minyak..............................214
Gambar 9.36 Kompresor sekrup kecil kompak jenis injeksi minyak215
Gambar 9.37 Kompresor sudu jenis injeksi minyak ........................216
Gambar 9.38 Kompresor Roots dengan 2 lobe...............................217
Lampiran : B
B 9
Gambar 9.38 Kompresor Roots...................................................... 218
Gambar 9.40 Kompresor tekanan sedang atau blower .................. 219
Gambar 9.41 Konstruksi kompresor aksial .................................... 220
Gambar 9.42 Konstruksi kompresor aksial radial .......................... 221
Gambar 10.1 Mesin pembakaran dalam ........................................ 197
Gambar 10.2 Mesin pembakaran dalam ........................................ 198
Gambar 10.3 Mesin pembakaran luar ............................................ 199
Gambar 10.4 Mesin Lenoir ............................................................. 200
Gambar 10.5 Otto langen engin generasi pertama ........................ 201
Gambar 10.6 Otto langen engin generasi kedua ........................... 202
Gambar 10.7 Prinsip kerja mesin dengan konsep
Beau de Rochas ....................................................... 203
Gambar 10.8 Mesin Otto pertama .................................................. 204
Gambar 10.9 Mesin Otto horizontal................................................ 204
Gambar 10.10 Dasar kerja dari mesin Disel................................... 205
Gambar 10.11 Mesin Disel modern ................................................ 206
Gambar 10.12 Mesin disel 2 langkah ............................................ 206
Gambar 10.14 Proses kerja 2 langkah ........................................... 208
Gambar 10.15 Mesin pembakaran dalam ...................................... 210
Gambar 10.16 Komponen-komponen mesin 4 tak dan 2 tak ......... 211
Gambar 10.17 Komponen mesin multi silinder............................... 212
Gambar 10.18 Komponen mesin tampak depan dan samping ...... 213
Gambar 10.19 Komponen mesin mekanik katup dan torak............ 214
Gambar 11.1 Siklus udara volume konstan.................................... 246
Gambar 11.2 Siklus Udara Tekanan Konstan ............................... 247
Gambar 11.3 Mesin otto dan mesin disel ...................................... 248
Gambar 11.4 Siklus gabungan ....................................................... 249
Gambar 11.5 Siklus aktual otto....................................................... 250
Gambar 11.6 Siklus aktual disel ..................................................... 251
Gambar 11.7 Bagan efisiensi kerja dari motor bakar ..................... 252
Lampiran : B
B 10
Gambar 11.8 Grafik efisiensi terhadap rasio kompresi mesin otto..253
Gambar 12.1 Keseimbangan energi pada motor bakar ..................256
Gambar 12.2 Diagram prose konversi energi pada motor bakar ....257
Gambar 12.3 Properties geometri silinder moto bakar....................258
Gambar 12.4 Geometri silinder ...................................................... 259
Gambar 12.5 Langkah mesin..........................................................260
Gambar 12.6 Volume langkah dan volume ruang bakar.................261
Gambar 12.7 Skema pengukuran torsi ..........................................263
Gambar 12.8 Skema dinamometer .................................................263
Gambar 12.9 Mesin uji elektrik........................................................266
Gambar 12.10 Mesin uji mekanis....................................................267
Gambar 12.11 Diagram indikator mesin uji mekanik.......................268
Gambar 12.12 Diagram indikator mesin uji elektrik.........................269
Gambar 12.13 Kerja indikator otto ..................................................270
Gambar 12.14 Kerja indikator total..................................................271
Gambar 12.15 Supercharger pada motor bakar .............................272
Gambar 12.16 Prinsip turbocharger pada motor bakar...................273
Gambar 12.17 Instalasi turbocharger pada motor-bakar ................274
Gambar 12.18 Perubahan diagram indikator
dengan supercharging.............................................275
Gambar 12.19 Diagram tekanan rata-rata ......................................276
Gambar 12.20 Diagram indikator rata-rata......................................277
Gambar 13.1 Mesin dan komponen-komponennya ........................290
Gambar 13.2 Blok silinder model in line..........................................290
Gambar 13.3 Blok silinder model V-8..............................................291
Gambar 13.4 Model susunan blok silinder ......................................291
Gambar 13.5 Bentuk susunan silinder ............................................293
Gambar 13.6 Bak engkol.................................................................294
Gambar 13.7 Kepala silinder...........................................................295
Gambar 13.8 Model ruang bakar ................................................... 296
Lampiran : B
B 11
Gambar 13.9 Kontruksi torak.......................................................... 297
Gambar 13.10 Model torak atau piston .......................................... 298
Gambar 13.11 Ring piston.............................................................. 299
Gambar 13.12 Kontruksi dari batang penghubung......................... 300
Gambar 13.13 Poros engkol........................................................... 301
Gambar 13.14 Bantalan.................................................................. 302
Gambar 14.1 Pelumasan pada bantalan ........................................ 305
Gambar 14.2 Proses pelumasan percikan ..................................... 308
Gambar 14.3 Proses pelumasan paksa dan campur ..................... 309
Gambar 14.4 Komponen pelumasan dan sirkulasi pelumas .......... 310
Gambar 14.5 Komponen-komponen pelumasan pada mesin disel 310
Gambar 14.6 Pompa minyak pelumas jenis roda gigi .................... 311
Gambar 14.7 Pompa roda gigi jenis rotor....................................... 312
Gambar 14.8 Pengatur tekanan minyak ......................................... 312
Gambar 14.9 Peredaran minyak pelumas dan penyaring minyak.. 313
Gambar 14.10 Sirkulasi pelumas pada mesin multisilinder ........... 314
Gambar 14.11 Proses pendinginan pada mesin ............................ 315
Gambar 14.12 Sirkulasi pendingin air pada kondisi
mesin dingin dan mesin panas ....................................................... 316
Gambar 14.13. Model sirkulasi air pendingin ................................. 317
Gambar 14.14 Radiator .................................................................. 318
Gambar 14.15 Termostat................................................................ 320
Gambar 14.16 Pendingin udara..................................................... 321
Gambar 14.17 Pendingin udara paksa ........................................... 321
Gambar 15.1 Mesin uap Hero 322
Gambar 15.2 Azas impuls pada plat datar dan sudu...................... 324
Gambar 15.3 Sudu sudu impuls pada rotor turbin uap................... 325
Gambar 15.4 Mesin uap Branca dengan turbin impuls .................. 326
Gambar 15.5 Mesin uap Newton gaya aksi rekasi ......................... 326
Lampiran : B
B 12
Gambar 15.6 Gaya aksi reaksi pada balon .....................................327
Gambar 15.7 Segitiga kecepatan pada sudu turbin impuls.............327
Gambar 15.8 Proses ekspansi pada nosel .....................................328
Gambar 15.9 Fungsi nosel ............................................................329
Gambar 15.10 Segitiga kecepatan sudu bergerak turbin reaksi .....330
Gambar 15.11 Bentuk sudu tetap turbin impuls ..............................331
Gambar 15.12 Turbin uap impuls satu tahap ..................................331
Gambar 15.13 Susunan turbin uap Curtiss .....................................333
Gambar 15.14 Segitiga kecepatan turbin uap Curtiss...................334
Gambar 15.15 Segitiga kecepatan turbin uap Rateau ...................335
Gambar 15.16 Susunan turbin uap Rateau.....................................336
Gambar 15.17 Susunan turbin uap Rateau.....................................337
Gambar 15.18 Susunan turbin uap Rateau.....................................338
Gambar 16.1 Mesin pembakaran dalam
( turbin gas dan motor bakar) .....................................340
Gambar 16.2 Perbandingan turbin gas dan mesin disel .................341
Gambar 16.3 Pesawat terbang pendahulu dengan turbin gas........343
Gambar 16.4 Perkembangan turbin gas menjadi mesin modern....343
Gambar 16.5 Turbin gas pesawat terbang......................................344
Gambar 16.6 Turbin gas untuk industri ( pembangkit listrik)..........345
Gambar 16.7 Ruang bakar dan proses pembakaran turbin gas .....347
Gambar 17.1 Diagram p-v dan T-s.................................................351
Gambar 17.2 Bagan kerja turbin gas sistem terbuka langsung ......352
Gambar 17.3 Bagan kerja turbin gas
sistem terbuka tak langsung.......................................355
Gambar 17.4 Bagan kerja turbin gas
sistem terbuka tak langsung......................................355
Gambar 17.5 Bagan kerja turbin gas
sistem tertutup langsung ...........................................337
Lampiran : B
B 13
Gambar 17.6 Bagan kerja turbin gas
sistem tertutup tak langsung..................................... 338
Gambar 17.7 Turbin gas industri
dengan dua poros dan dua turbin............................ 339
Gambar 17.10 Bagan kerja turbin gas
sistem terbuka tak langsung ........................................
dengan pemasangan pemanas awal atau REGENERATOR....... 346
Gambar 17.11 Diagram t-s turbin gas dengan regenerator........... 346
Gambar 17.12 Diagram t-s turbin gas
sistem tertutup dengan regenerator................................................ 347
Gambar 17.13 Diagram t-s turbin gas
sistem terbuka dengan regenerator............................................... 348
Gambar 17.14 Diagram p-v kompresor
bertingkat dengan intercooler ........................................................ 350
Gambar 17.15 Bagan dan diagram
p-v turbin gas dengan intercooler,
regenerator dan reheater................................................................ 351
Gambar 20.1 Turbin gas dan komponen-komponennya ............... 352
Gambar 20.2 Turbin gas dan komponen-komponennya ............... 353
Gambar 20.3 Turbin gas mini dan komponen-komponennya........ 354
Gambar 20.4 Pusat pembangkit tenaga gabungan ....................... 355
Gambar 20.5 Rotor Turbi gas ........................................................ 356
Gambar 20.6 Ruang bakar turbin gas ............................................ 357
Gambar 20.7 Ruang bakar turbin gas ............................................ 357
Gambar 20.8 Ruang bakar turbin gas pesawat terbang................. 358
Gambar 20.9 Ruang bakar turbin gas pindustri.............................. 359
Gambar 20.10 Kompresor tubin axial ............................................. 360
Gambar 20.11 Kompresor radial dengan diffuser........................... 360
Gambar 20.12 Bentuk dari sudu jalan turbin ................................. 360
Gambar 20.13 Turbin gas skala industri ........................................ 363
Lampiran : B
B 14
Gambar 21.1 Instalasi sistem pembangkit uap ...............................365
Gambar 21.2 Bagan siklus Rankin
Gambar 21.3 Bagan siklus Rankin..................................................366
Gambar 21.4 Diagram siklus aktual Rankine .................................367
Gambar 21.5 Proses ireversibeliti pada pompa dan turbin .............368
Gambar 21.6 a. sirkulasi alamiah....................................................369
Gambar 21.6 b. sirkulasi paksa369
Gambar 21.7 Boiler pipa api (fire tubue boiler) ..............................370
Gambar 21.8 Boiler pipa api (fire tubue boiler) 2 pass....................371
Gambar 21.9 Boiler pipa api (fire tubue boiler) 2 pass....................371
Gambar 21.10 Boiler pipa air model horizontal ...............................372
Gambar 21.11 Boiler pipa air model vertikal ...................................372
Gambar 21.12 Bentuk sudu-sudu turbin uap ..................................373
Gambar 21.13 Model susunan sudu sudu pada TU........................373
Gambar 21.14 Turbin uap dan profil sudu sudu dengan segitiga
kecepatan........................................................................................374
Gambar 21.16 Kondensor dengan pendingin udara .......................376
Gambar 21.17 Kondensor dengan pendingin air ............................376
Gambar 21.22. Vaporising burner ...................................................380
Gambar 21.23. Pressure jet burner................................................381
Gambar 21.24 Twin fluid atomizer burner. ......................................381
Gambar 21.26 Aerated burner. .......................................................382
Gambar 21.25 Non aerated burner382
Gambar 21.27 Pulvizer fuel burner .................................................384
Gambar 21.28.Underfeed stoker.....................................................384
Gambar 21.29 Fixed grate burner ...................................................385
Gambar 21.31.Fluidized bed stoker ................................................386
Gambar 22.1 Waduk sebagai sumber energi potensial air .............387
Gambar 22.2 Instalasi Turbin air pada aliran sungai.......................388
Lampiran : B
B 15
Gambar 22.3 Instalasi pembangkit listrik tenaga air (Micro Hydro) 388
Gambar 22.4 Roda air kuno ........................................................... 390
Gambar 22.5 Turbin Fourneyron .................................................... 390
Gambar 22.6 Turbin Fourneyron .................................................... 391
Gambar 22.7 Tipe turbin air yang paling populer .......................... 392
Gambar 22.8 Tingkat head sumber air ........................................... 393
Gambar 22.10 Perubahan energi pada instalasi turbin air ............. 396
Gambar 22.12 Prinsip impuls dan reaksi pada roda jalan pelton dan
francis ............................................................................................. 399
Gambar 22.11 Prinsip impuls dan reaksi........................................ 398
Gambar 22.13 instalasi PLTA dengan turbin air
jenis pelton 6 nosel ........................................................................ 402
Gambar 23.1 Kincir air.................................................................... 405
Gambar 23.2 Turbin inpuls dan proses penyemprotan ................. 406
Gambar 23.3 Roda jalan turbin pelton............................................ 407
Gambar 23.4 Instalasi Turbin Pelton poros horizontal.................... 407
Gambar 23.5 Instalasi turbin pelton poros vertikal ......................... 409
Gambar 23.6 Pengaturan nosel pada turbin pelton........................ 409
Gambar 23.7 Konstruksi dari turbin impuls ossberger.................... 410
Gambar 23.9 Aliran air masuk turbin Francis ................................. 412
Gambar 23.10 Instalasi turbin francis ............................................ 412
Gambar 23.11 Turbin kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur413
Gambar 23.12 Instalasi pembangkit dengan turbin kaplan ............ 414
Gambar 24.1 Refrigerator............................................................... 418
Gambar 24.2 Instalasi penyegar udara rumah ............................... 422
Gambar 24.3 Beban pendinginan................................................... 425
Gambar 24.4 Beban pemanasan.................................................... 426
Gambar 25.1 Prinsip dasar dari mesin pendingin dan pemanas.... 429
Gambar 25.2 Daur refrigersi carnot ................................................ 430
Lampiran : B
B 16
Gambar 25.3 Diagram t-s daur refrigerasi carnot
Gambar 25.5 Diagram t-s siklus kompresi uap ...............................433
Gambar 25.6 Diagram p-h daur kompresi uap................................433
Gambar 25.7 Daur kompresi uap aktual .........................................434
Gambar 25. 4 Daur refrigerasi kompresi uap ..................................432
Gambar 25.8 Bagan mesin Air Conditioner.....................................436
Gambar 25.9 Aliran refrigeran didalam saluran pipa.......................437
Gambar 25.10 Mesin pendingin sekaligus pemanas ......................441
Gambar 25.11 Skema refrigerasi absorpsi......................................442