bab iii dasar teori.docx

7/24/2019 BAB III DASAR TEORI.docx

1/16

BAB III DASAR TEORI

3.1 Definisi Fluida

Fluida didefinisikan sebagai zat atau substansi yang akan mengalami deformasi secara

berkesinambungan apabila terkena gaya geser (gaya tangensial) sekecil apapun. Berdasarkan

mampu mampatnya fluida dibagi menjadi 2 yaitu compressible fluiddan incompressible fluid.

Berdasarkan sifat alirannya fluida dibagi menjadi 3 yaitu aliran laminer, transisi dan turbulen.

Berdasarkan hubungan antara laju deformasi dan tegangan gesernya fluida dibagi menjadi 2

yaitu newtonian fluid dan non-newtonian fluid. Berdasarkan gaya yang bekerja pada fluida

dan gerakannya, fluida dibagi 2 yaitu fluida statis dan dinamis.

3.2 Sifat-sifat Fluida

erinsip dasar ini menyangkut konsep!konsep penting aliran fluida, karena sifat!sifat

fluida inilah yang mempengaruhi setatika maupun dinamika dari fluida atau obyek yang ada

pada fluida tersebut.

3.2.1 Kerapatan (density)

"erapatan (Density) sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf yunani # (rho),

didefinisikan sebagai massa fluida per satuan $olume. "erapatan biasanya digunakan

mengkarakteristikkan massa sebuah system fluida.

# %

m

V

"eterangan&

# % kerapatan, "g' m3

m % assa, "g

% olume, m3

*arga kerapatan suatau fluida berbeda dengan fluida lainnya, untuk cairang pengaruh

tekanan dan temperature sangat kecil terhadap harga kerapatan.


2/16

+ambar 3. "erapatan air

sebagai fungsi temperature

3.2.2 is!"sitas

iskositas(Viscocity) adalah sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan

terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut. -adi, $iskositas disebabkan oleh gesekan

secara molekul antara partikel fluida. enurut hukum e/ton dalam aliran plat

sejajar adalah

0 % 1du

dy

.

.


3/16

+ambar 3.2 ariasi linier dari tegangan geser terhadap laju regangan geser untuk fluida!fluidayang umum

Faktor konstanta adalah properti dari fluida yang dinamakan dengan

$iskositas dinamik. angat sering dalam persoalan aliran fluida, $iskositas muncul

dalam bentuk kombinasikan dengan kecepatan sebagai

$ %

"eterangan & % $iskositas kinematik

% $iskositas dinamik

% massa jenis

ersamaan diatas disebut dsebagai $iskositas kinematik dan dilambangkan

dengan huruf unani v(nu)

+ambar 3.3 iskositas mutlak (dinamik) dari beberapa fluida yang umum sebagai fungsi dari

temperature.

3.3.3 #ersa$aan !"ntinuitas

rinsip dasar persamaan!persamaan kontinuintas adalah massatidak dapat

diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. 4imana massa dalam suatu sistem yang

konstan dapat dinyatakan dalam rumus

1V

1dA

1 %

2V

2dA

2


4/16

ang merupakan persamaan kontinuintas aliran dalam kondisi steady. -ika aliran

tersebut bersifat incompressibele dan steady flo/, maka persamaan menjadi&

5 %A

1

V1 %

A2

V2

"eterangan & 5 % debit per satuan /aktu

A1 % luas penampang masuk batas sistem

V

1 % kecepatan aliran masuk batas sistem

A2 % luas penampang keluar batas sistem

V2 % kecepatan aliran keluar batas system

3.3.% #ersa$aan Bern"ulli

6da hubungan antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian. 4itunjukan dengan

persamaan

P

7V

2

2 7 gz % konstan

ersamaan ini dikenal sebagai persamaan beroulli untuk aliran inkompresiblel,

berlaku sepanjang garis arus, atau jika aliran irotasional berlaku pada semua titikdalam medan aliran.

3.3.& Aliran in!"$pressi'el di dala$ saluran

6liran fluida dalam pipa dapat bersifat laminar, transisi, dan turbulen.

arameter yang digunakan untuk mengetahui jenis aliran tersebut digunakan bilangan

8eynolds (8e).

4ari analisa dimensional diperoleh persamaan&

. 6liran laminar

6liran yang bergerak dalam lapisan!lapisan, laminar ! laminar dengan satuan

lapisan meluncur secara lancar. 4alam aliran laminarini $iskositas berfungsi untuk

merendam kecenderungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. ehingga aliran

laminar memenuhi hukum $iskositas e/ton yaitu&

8e %VD

"eterangan & % massa jenis

% "ecepata rata!rata4 % 4iameter


5/16

% iskositas dinamik

Bilangan 8eynolds adalah bilangan yang tidak berdimensi. 9itik keritis aliran

inkonpresible didalam saluran adalah 8e % 2:::. -ika suatu aliran memiliki

8e;2::: maka disebut aliran laminar.

2. 6liran turbulen

6liran dimana penggerak dari partikel!partikel fluida yang sangat tidak

menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang

mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida

yang lain dalam skala yang benar. 4alam keadaan aliran turbulen maka turbulensi

yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga

menghasilkan kerugian!kerugian aliran. 6liran turbulen dalam pipa terjadi apabila

bilangan renold 8e


6/16

+esekan terjadi ketika terjadi kontak antar fluida dengan dinding saluran

bergantung jenis fluida itu sendiri dan tingkat kekasaran dinding saluran.

ersamaannya adalah sebagai berikut&

hL % 0PL

A

enentukan tegangan geser rata!rata dari permukaan saluran terhadap fluida&

o % cf

V2

2

4ilakukan penurunan, didapat&

hl %f l

D

v2

2y

ersamaan diatas dikenal dengan persamaan darcy!>eisbach, berlaku untuk

pipa kasar dan halus pada aliran laminar dan turbulen. 4imana f adalah factor

gesekan, untuk aliran laminar f biasa dicari dengan persamaan

f %64

?ntuk alira turbulen f dipengaruhi oleh bilangan 8eynolds dan kekasaran pipa.

*ubungan antara bilangan antara bilangan 8eynolds, kekasaran pipa, dan

faktor gesekan bisa dilihat pada gambar di ba/ah ini&

+ambar 3.@ Faktor gesekan untuk pipa (diagram oody)

+ambar diatas dikembangkan oleh moody atau lebih dikenal dengan diagram oody.


7/16

3.3 #enertian #"$pa

ompa adalah jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida melalui

pipa dari satu tempat ke tempat lain. 4alam menjalankan fungsinya tersebut, pompa

mengubah energi mekanik poros yang menggerakkan sudu!sudu pompa mejadi energi kinetik

dan tekanan pada fluida.

pesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan per satuan

/aktu (kapasitas) dan energi angkat (head) dari pompa.

a "apasitas (5)

erupakan $olum fluida yang dapat dialirkan persatuan /aktu. 4alam pengujian

ini pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan $enturimeter. atuan dari

kapasitas (5) yang digunakan dalam pengujian ini adalah m3's.

b utaran (n)

ang dimaksud dengan putaran disini adalah putaran poros (impeler) pompa,

dinyatakan dalam satuan rpm. utaran diukur dengan menggunakan tachometer.

c 9orsi (9)

9orsi didapatkan dari pengukuran gaya dengan menggunakandinamometer,

kemudian hasilnya dikalikan dengan lengan pengukur momen (A). atuan dari torsi adalah

m.

d 4aya ()

4aya dibagi menjadi dua macam, yaitu daya poros yang merupakan daya dari

motor listrik, serta daya air yang dihasilkan oleh pompa. atuan daya adalah >att.

e =fisiensi (

)

erupakan perbandingan antara daya air yang dihasilkan dari pompa, dengan daya

poros dari motor listrik.

3.% Klasifi!asi #"$pa

enurut prinsip kerjanya, pompa diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu&

6 Positive Displacement Pump

erupakan pompa yang menghasilkan kapasitas yang intermittent, karena fluida

ditekan di dalam elemen!elemen pompa dengan $olume tertentu. "etika fluida masuk,

langsung dipindahkan ke sisi buang sehingga tidak ada kebocoran (aliran balik) dari sisi

buang ke sisi masuk. "apasitas dari pompa ini kurang lebih berbanding lurus dengan

jumah putaran atau banyaknya gerak bolak!balik pada tiap satuan /aktu dari poros atau


8/16

engkol yang menggerakkan. ompa jenis ini menghasilkan head yang tinggi dengan

kapasitas rendah. ompa ini dibagi lagi menjadi&

Reciprocating Pump(pompa torak)

ada pompa ini, tekanan dihasilkan oleh gerak bolak!balik translasi dari

elemen!elemennya, dengan perantaran crankshaft, camshaft, dan lain!lainnya. ompa

jenis ini dilengkapi dengan katup masuk dan katup buang yang mengatur aliran fluida

keluar atau masuk ruang kerja. "atup!katup ini bekerja secara otomatis dan derajat

pembukaannya tergantung pada fluida yang dihasilkan. 9ekanan yang dihasilkan

sangat tinggi, yaitu lebih dari : atm. "ecepatan putar rendah yaitu 2@: sampai @::

rpm. leh karena itu, dimensinya besar dan sangat berat. ompa ini banyak dipakai

pada pabrik minyak dan industri kimia untuk memompa cairan kental, dan untuk

pompa air ketel pada A9?. kema pompa torak ditunjukkan pada gambar 2.3.

+ambar 3. kema pompa torak.umber& "arrasik (2:C)

2 Rotary Pump

9ekanan yang dihasilkan dari pompa ini adalah akibat gerak putar dari elemen!

elemennya atau gerak gabungan berputar. Bagian utama dari pompa jenis ini adalah &

rumah pompa yang stasioner

rotor, yang di dalamnya terdapat elemen!elemen yang berputar dalam rumah

pompa


9/16

rinsip kerjanya adalah fluida yang masuk ditekan oleh elemen!elemen yang

memindahkannya ke sisi buang kemudian menekannya ke pipa tekan. "arena tidak

memiliki katup!katup, maka pompa ini dapat bekerja terbalik, sebagai pompa maupun

sebagai motor. ompa ini bekerja pada putaran yang tinggi sampai dengan @::: rpm

atau lebih. "arena keuntungan tersebut, pompa ini banyak dipakai untuk pompa

pelumas dan pada hydraulic power transmission. ang termasuk jenis pompa ini

adalah&

a ear Pump(ompa 8oda +igi)

rinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya dua buah roda gigi

berpasangan yang terletak dalam rumah pompa akan menghisap dan menekan

fluida yang dipompakan. Fluida yang mengisi ruang antar gigi ditekan ke sisi

buang. 6kibat diisinya ruang antar sisi tersebut maka pompa ini dapat beroperasi.

6plikasi dari pompa ini adalah pada sistem pelumasan, karena pompa ini

menghasilkan headyang tinggi dan debit yang rendah. Dontoh pompa roda gigi

terdapat pada gambar 2.


10/16

+ambar 3.3 kema pompa piston.

umber& utikno (EE&3:)

B. Dynamic Pump

erupakan pompa yang ruang kerjanya tidak berubah selama pompa bekerja.

?ntuk merubah kenaikan tekanan, tidak harus mengubah $olume aliran fluida. 4alam

pompa ini terjadi perubahan energi, dari energi mekanik menjadi energi kinetik,

kemudian menjadi energi tekanan. ompa ini memiliki elemen utama sebuah rotor

dengan suatu impeler yang berputar dengan kecepatan tinggi. ang termasuk di dalam

jenis pompa ini adalah pompa aksial dan pompa sentrifugal.

ompa 6ksial

rinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya impeler akan menghisap

fluida yang dipompakan dan menekannya ke sisi tekan dalam arah aksial. ompa ini

cocok untuk aplikasi yang membutuhkan head rendah dan kapasitas tinggi, seperti

pada sistem pengairan. Dontoh pompa aksial terdapat pada gambar 2.C.

+ambar 3.< ompa aksial

umber& "urtz (2::@&:)

2 ompa entrifugal

=lemen pokok dari pompa ini adalah sebuah rotor dengan sudu!sudu yang

berputar pada kecepatan tinggi. Fluida yang masuk dipercepat oleh impeler yang

menaikkan tekanan maupun kecepatannya, dan melempar fluida keluar melalui volute


11/16

atau rumah siput. ompa ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan head medium

sampai tinggi dengan kapasitas aliran medium. 4alam aplikasinya, pompa sentrifugal

banyak digunakan untuk proses pengisian air pada ketel dan pompa rumah tangga.

Bagian!bagian dari pompa sentrifugal adalah stuffling bo!" packing" shaft" shaft

sleeve" vane" casing" eye of impeller" impeller" casing wear ring dan discharge no##le.

+ambar 3.@ enampang memanjang pompa sentrifugal

umber& 4ietzel (E:&2


12/16

+ambar 3.C Bagian!bagian pompa sentrifugal

umber& ularso (2:::&G@)

Hmpeler dipasang pada satu ujung poros dan pada ujung yang lain dipasang kopling

untuk meneruskan daya dari penggerak. oros ditumpu oleh dua buah bantalan. ebuah

paking atau perapat dipasang pada bagian rumah yang ditembus poros, untuk mencegah air

bocor keluar atau udara masuk dalam pompa.

a. Hmpeler

erupakan bagian yang berputar dari pompa dan memberikan daya pada air,

sehingga air akan mendapatkan energi spesifik berupa kecepatan dan tekanan. 4i dalam

rumah siput, kecepatan air secara berangsur!angsur diubah menjadi tekanan statis. -enis!

jenis impeler ditunjukkan pada gambar 2.E. -enis!jenis impeler yaitu&

I Hmpeler 9ertutup

4isebut sebagai impeler tertutup karena baling!baling pada impeler tetutupi

oleh mantel di kedua sisi. -enis impeler ini banyak digunakan pada pompa air dengan

tujuan mengurung air agar tidak berpindah dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan.

Hmpeler jenis ini memiliki kelemahan pada kesulitan yang akan didapat jika terdapat

rintangan atau sumbatan.

I Hmpeler 9erbuka dan emi 9erbuka

4engan kondisinya yang terbuka atau semi terbuka, maka kemungkinan adanya

sumbatan pun jauh berkurang. *al ini memungkinkan adanya pemeriksaan impeler


13/16

dengan mudah. amun, jenis impeler ini hanya dapat diatur secara manual untuk

mendapatkan setelan terbaik.

I Hmpeler ompa Berpusar'Vorte!

ompa yang digunakan untuk memompa bahan!bahan yang lebih padat ataupun

berserabut dari fluida cair, impeler vorte!dapat menjadi pilihan yang baik. ompa

jenis ini @:J kurang efisien dari rancangan kon$ensionalnya.

+ambar 3.G -enis impeler

umber& anonimous (2:@)

b. 8umah ompa

4esain rumah pompa ditunjukkan oleh gambar 2.:. 8umah pompa memiliki

beberapa fungsi, antara lain&

Berfungsi sebagai pengarah fluida yang dilemparkan impeler. 6kibat gaya sentrifugal

yang menuju sisi tekan, sebagian energi kinetik fluida diubah menjadi tekanan.2 enutup impeler pada sisi penghisapan dan pengiriman pada ujung pompa sehingga

berbentuk tangki tekanan.

3 emberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan impeler.


14/16

+ambar 3. 4esain rumah pompa

umber& =d/ard (EEC&2:)

c. oros ompa

ebagai penerus putaran pengerak kepada impeler dan pompa. oros pompa

dibedakan menjadi dua, yaitu &

oros pompa datar atau horizontal

oros pompa tegak atau $ertikal

d. Dincin enahan "eausan atau Dincin erapat ($aring Ring)

?ntuk mencegah keausan rumah pompa dan impeler pada sambungan yang

bergerak (running %oint), maka dipasang cincin penahan keausan (waring ring) yang

disebut juga cincin rumah pompa atau cincin perapat.

e. Bantalan oros

Bantalan yang banyak dipakai pada pompa sentrifugal adalah bantalan anti gesek,

selongsong, rol bola, dan bantalan kingsbury. Bantalan anti gesek dapat berupa baris

tungal atau ganda. Bantalan rol banyak dipakai untuk poros pompa berukuran besar.

kema bantalan poros ditunjukkan oleh gambar 2..

(a) (c)

(b) (d)

+ambar 3.E Bantalan praktis untuk pompa (a) rol, (b) horizontal, (c) $ertikal dan

(d) kingsbury

umber& =d/ard (EEC&22)

f. elongsong oros


15/16

Berfungsi utuk mencegah kebocoran udara ke dalam pompa bila beroperasi

dengan tinggi isap (suction lift) dan untuk mendistribusikan cairan perapat secara merata

di sekeliling ruang cincin (anular space) antara lubang peti dan permukaan selongsong

poros. elongsong poros disebut juga sangkar perapat atau cincin lantern. kema

selongsong poros pompa ditunjukkan oleh gambar 2.2.

+ambar 3.: elongsong poros pompa

umber& =d/ard (EEC&22)

elongsong poros ini menerima cairan yang bertekanan dari pompa atau sumber

tersendiri lainnya. "adang!kadang digunakan minyak gemuk sebagai medium perapat

apabila cairan yang bersih tidak tersedia atau tidak dapat dipakai (pompa air kotor).

g. eti +asket

Berfungsi untuk mencegah udara bocor ke dalam rumah pompa bila tekanan di

dalamnya berada di ba/ah tekanan atmosfer.

h. erapat oros (erapat ekanis)4igunakan untuk mencegah kebocoran di sekeliling poros. erapat poros ini juga

dipakai apabila peti gasket tidak dapat mencegah kebocoran secara maksimal. ermukaan

perapat tegak lurus terhadap poros pompa dan biasanya terdiri dari dua bagian yang

dihaluskan dan dilumasi. erapat poros dibedakan menjadi dua, yaitu jenis dalam dan

jenis luar. -enis luar dipakai apabila cairan yang dipompa berpasir dan tidak diinginka

adanya kebocoran pada peti gasket. -enis dalam digunakan untuk cairan yang mudah

menguap. kema perapat mekanis dapat dilihat pada gambar 2.3.

+ambar 2.3 erapat ekanis


16/16

umber& =d/ard (EEC&2

bab iii dasar teori.docx

Documents