Pada dasarnya, fluida mengacu pada zat yang memiliki kemampuan mengalir dan dapat berubah bentuk mengikuti volume tempat ia ditempatkan. Dalam suatu industri, bahan baku tidak semua berupa padatan, fluida cair bahkan gas digunakan baik sebagai bahan baku utama ataupun penunjang, dan dapat juga digunakan sebagai bahan tambahan yang mendukung suatu proses, seperti steam sebagai bahan pemanas pada heater, dan masih banyak contohnya. Pemindahan fluida dari satu tempat ke tempat lain tidak bisa dilakukan secara instan seperti padatan, butuh sistem yang optimal agar tidak terjadi kebocoran, karena sifat fluida yang memiliki massa jenis partikel lebih renggang antara satu dengan yang lainnya sehingga mudah terlepas (khususnya fluida gas). Oleh sebab itu dibuatlah suatu sistem transportasi fluida dengan menggunakan pipa sebagai media yang berfungsi menyalurkan fluida dari satu titik ke titik lain. Fluida dalam pipa tidak bisa bergerak sendiri sehingga diperlukan mesin pemindah fluida yang memanfaatkan enegrgi mekanik menjadi energi fluida, contohnya adalah pompa, kompresor, blower, dan sebagainya.
A. Pompa
Pompa merupakan alat yang sangat sering dijumpai baik di industri, rumah, bahkan tempat umum sekalipun. Pompa merupakan salah satu mesin pemindah fluida yang dapat meningkatkan energi mekanik fluida dimana tambahan energi itu dapat digunakan untuk meningkatkan kecepatan dan tekanan fluida. Pada dasarnya prinsip kerja pompa yaitu dengan memberikan gaya tekan terhadap fluida. Tujuan dari gaya tekan ini adalah untuk mengatasi friksi atau hambatan yang muncul di dalam saluran pipa ketika proses pengaliran sedang berlangsung. Hambatan dapat diakibatkan oleh adanya beda ketinggian antara saluran masuk dan keluar, serta karena adanya tekanan balik yang harus dilawan.
Pada dasarnya setiap jenis cairan dapat ditangani oleh pompa, namun pemilihan pompa harus disesuaikan dengan viskositas caian dan perbedaan ketinggian atau elevasi perpindahan fluida. Pompa terbagi dalam dua jenis utama yaitu positive displacement pump dan rotodynamic pump
1. Positive Displacement Pump
Pompa perpindahan positif merupakan pompa yang memindahkan fluida dengan jumlah yang sama untuk setiap siklus putaran dalam elemen pompa. Keunikan dari pompa ini ialah pemindahan volume fluida konstan terjadi karena fluida yang bergerak akan terjebak dalam suatu ruang dan mendorongnya keluar dengan tekanan tinggi. Artinya, output dari pompa pemindahan positif tetap konstan selama setiap siklus pemompaan pada kecepatan pompa tertentu, namun semakin cepat pompa digerakan maka semakin banyak volume cairan yang dihasilkan.
Prinsip kerja Positive Displacement Pump didasarkan pada konsep perpindahan cairan yang konsisten dan terukur. Pompa ini menggunakan suatu mekanisme yang bergerak bolak-balik atau berputar untuk mengisi dan mengosongkan suatu ruang tertutup. Pada pompa perpindahan positif tidak terjadi slip fluida di dalam pompa, sehingga ketika saluran keluar pompa dihubungkan dengan suatu sistem maka tekanan pompa akan meningkat. Jika beban yang bekerja pada pompa lebih tinggi dari pada kapasitas pompa maka akan terjadi peningkatan tekanan yang ekstrim, yang berakibat pada kerusakan fatal pompa atau penggerak utama pompa akan berhenti karena beban yang bekerja tidak dapat ditangani. Penggunaan positive displacement pump membaa keunggulan yang signifikan seperti aliran yang konsisten, tekanan tinggi, toleransi pada viskositas, kemampuan selfpriming, aplikasi yang diversifikasi, dan kemampuan mengatasi bahan sensitif. Pompa jenis ini terbagi menjadi dua jenis yaitu :
a. Reciprocating Pump
Istilah reciprocating berasal dari gerakan bolak balik pada sebuah piston didalam pompa yang menyebabkan perpindahan fluida. Reciprocating pump adalah salah satu pompa perpindahan positif yang dapat mengubah energi gerak menjadi energi hidrolik. Pada pompa ini, piston atau plunger merupakan komponen utama pompa yang dimana piston akan bergerak mundur dan fluida akan masuk di dalam rongga piston, kemudian piston bergerak maju untuk memaksa fluida tersebut keluar melalui tekanan mekanis. Ketika piston bergerak mundur maka silinder akan meluas menyebabkan tekanan dalam ruang kosong turun dan cairan disedot ke dalam silinder melalui katup hisap. Pergerakan pompa maju menyebabkan tekanan meningkat dan cairan dipaksa keluar melalui katup pelepasan terbuka. Reciprocating pump diaplikasikan untuk fluida yang membutuhkan tekanan tinggi, dan biasa diaplikasikan di industri pengolahan minyak bumi dan pengolahan air industri. Contoh dari pompa ini adalah pompa piston dan pompa diafragma.
Gambar 1. Skema kerja Pompa Piston
Gambar 2. Skema kerja Pompa Diafragma
b. Rotary Pump
Hampir sama dengan reciprocating pump, namun rotary pump bekerja dengan prinsip rotasi untuk bisa memompa cairan. Secara teori, fluida dapat mengalir akibat adanya perbedaan tekanan antara dua sisi fluida, sehingga sebelum digunakan pompa rotary terlebih dahulu harus dibuat dalam keadaaan vakum dengan memanfaatkan rotasi agar bisa menghisap fluida. Perpindahan dilakukan oleh gaya putar pada sebuah gear dan baling-baling di dalam sebuah ruang bersekat pada pompa, namun masih pada casing yang sama. Komponen utama pompa rotary sendiri terdiri dari gear dalam, gear luar, lobe dan baling-baling dorong. Pompa ini digunakan untuk fluida yang memiliki viskositas tinggi. Selain dapat digunakan untuk memindahkan fluida dengan viskositas tinggi, pompa ini memiliki kelebihan dimana aliran zat yang dihasilkan seragam, tekanan yang dihasilkan cukup tinggi, lebih kecil dan lebih ringan, serta dapat bekerja dengan berbagai posisi. Namun pompa ini memiliki kelemahan dimana bekerja kurang maksimal pada fluida yang bercampur dengan padatan. Contoh dari pompa ini adalah gear pump, screw pump, dan vane pump.
Gambar 3. Skema kerja Rotary Vane Pump
Gambar 4. Skema kerja Rotary Gear Pump
2. Rotodynamic Pump
Rotodynamic pump memiliki ruang area kerja dari pompa yang bersifat dinamis, yang artinya selalu tetap selama pompa bekerja. Sehingga jika ingi menaikkan tekanan, maka harus mengubah volume aliran dari pompa ini. Pompa dinamis merupakan pompa yang dapat menghasilkan fluida dengan laju alir yang tinggi dan mengkonversi kecepatannya menjadi tekanan lewat perubahan penampang fluida. Pompa dinamis memiliki komponen utama berupa poros pompa, sudu impeller, ruang kerja, dan saluran keluar. Pompa ini bekerja dengan cara menerima energi mekanik dari luar, energi tersebut digunakan untuk menggerakkan impeller sehingga impeller dapat berputar. Impeller yang berputar memberikan gaya pada fluida yang mengalir sehingga mengalami percepatan. Percepatan dari fluida akan menghasilkan energi kinetik yang kemudian dapat diubah menjadi energi tekanan. Pompa jenis ini memiliki biaya perawatan yang lebih murah dan dapat bekerja pada kecepatan yang tinggi dibandingkan pompa perpindahan positif. Namun, jenis pompa dinamis memiliki efisiensi yang lebih rendah. Contoh jenis pompa dinamis adalah pompa sentrifugal, pompa aksial, dan pompa turbin
a. Centrifugal Pump
Pompa sentrifugal merupakan jenis pompa yang paling umum dipakai diseluruh dunia. Pada dasarnya pompa ini terdiri dari satu impeller yang dilengkapi dengan sudu sudu yang terpasang pada suatu poros yang berputar. Pompa sentrifugal bekerja dengan memanfaatkan gaya sentrifugal, yaitu gaya yang timbul akibat gerakan benda melingkar. Gaya sentrifugal akan mendorong benda ke arah luar dari pusat lingkaran. Cara kerja dari pompa ini adalah menggunakan energi mekanis dari luar pompa berupa motor listrik yang digunakan untuk memutar impeller. Putaran impeller menyebabkan fluida terdorong oleh sudu-sudu menuju saluran keluar sehingga fluida akan mendapatkan percepatan. Pompa ini memiliki daya angkat fluida yang tinggi, biaya perawatan yang rendah, serta memiliki efisiensi yang tinggi sehingga banyak digunakan di berbagai industri. Namun pompa ini tidak cocok untuk diaplikasikan pada proses yang membutuhkan aliran fluida yang kontinyu.
Gambar 5. Skema kerja Pompa Sentrifugal
b. Axial Pump
Berbeda dengan pompa sentrifugal yang arah output fluidanya tegak lurus dengan sumbu impeller, pompa aksial mendorong fluida kerja dengan arah yang sejajar terhadap poros impeller-nya. Pompa jenis ini dapat menghasilkan tekanan yang berasal dari propeller dan gaya angkat dari sudu terhadap fluida. Fluida yang keluar dari pompa akan memiliki kecepatan yang tinggi, namun tekanan yang dihasilkan relatif rendah. Hal ini karena pompa aksial tidak menghasilkan gaya sentrifugal. Fluida yang keluar dari pompa aksial biasanya digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan kapasitas aliran yang tinggi seperti sistem irigasi atau pembangkit listrik. Pompa aksial memiliki kelebihan dimana biaya perawatannya relatif rendah, efisiensi tinggi, serta kapasitas alirannya tinggi. Kelemahan pompa ini adalah daya angkat yang rendah dan tidak cocok diaplikasikan pada proses yang membutuhkan tekanan tinggi.
Gambar 6. Skema kerja Pompa Aksial
B. Kipas (Fan)
Dalam dunia industri, kipas atau fan merupakan perangkat yang dirancang untuk menggerakan fluida gas (biasanya udara) dalam skala yang besar. Selain sebagai alat transportasi, fan juga sering digunakan sebagai alat pendinginan, pengeringan, dan ventilasi. Fan dapat menyebabkan terjadinya aliran fluida dengan cara menciptakan beda tekan melalui pertukaran momentum dari baling baling fan ke partikel fluida gas. Impeller fan mengubah energi mekanik rotasi menjadi energi kinetik dan statis dalam fluida gas. Fan biasanya digunakan untuk menggerakan fluida dengan tekanan sangat rendah. Ada dua tipe fan yang banyak digunakan di industri, yaitu centrifugal fan dan axial fan.
a. Centrifugal Fan
Centrifugal fan menggunakan impeller untuk menggerakan udara secara radial menjauh dari sumbu fan. Udara memasuki ruang casing secara horizontal akibat perputatan poros maka ruang pipa menjadi vakum lalu udara dihembuskan keluar. Tipe ini cocok untuk diaplikasikan untuk proses yang membutuhkan tekanan udara tinggi seperti proses pengumpulan debu atau pendinginan. Pada debit aliran yang sama, centrifugal fan mampu menghasilkan tekanan udara lebih besar dibandingkan axial fan.
Gambar 7. Skema kerja Centrifugal Fan
b. Axial Fan
Pada axial fan, menggunakan bilah berputar untuk menggerakkan udara sejajar dengan porosnya. Tipe fan ini memiliki desain yang sederhana dan cocok diaplikasikan pada aliran udara yang konstan, seperti untuk ventilasi atau pendinginan karena efisiensinya dalam menggerakkan volume udara yang besar dengan tekanan rendah.
Gambar 8. Skema kerja Axial Fan
C. Blower
Blower merupakan alat yang dirancang untuk meningkatkan energi mekanis pada fluida gas. Mesin ini dirancang untuk meningkatkan dan memperbesar tekanan udara dan mengalirkannya pada ruangan tertentu. Karena kompresi berlangsung dalam suatu ruag yang adiabatik maka memungkinkan terjadinya kenaikan temperatur di saluran keluaran. Namun, karena rasio antara tekanan keluar dan tekanan masuk pada blower tidak terlalu besar sehingga kenaikan suhunya tidak telalu tinggi dan tidak perlu ditambah pendingin. Komponen inti dari blower adalah penggerak yang berfungsi menggerakkan alira udara. Ada beberapa jenis penggerak seperti sentrifugal atau aksial tergantung dari tipe blower masing-masing. Saat blower diaktifkan, rotor akan mulai berputar untuk menghasilkan udara. Dengan putaran rotor tersebut, udara disekitar alat akan terdorong. Hal ini mengakibatkan adanya gerakan udara yang terbentuk. Selama proses berlangsung, volume udara akan semakin besar, karena udara terus menerus masuk ke dalam blower untuk didorong keluar. Udara yang terdorong akan dikeluarkan melalui bagian output. Kecepatan udara yang keluar dapat ditentukan oleh kecepatan putaran rotor dan desain blower. Dalam prinsip dan cara kerjanya, fan dan blower memiliki beberapa kemiripan, tetapi keduanya merupakan alat yang berbeda. Blower bertugas menggerakkan udara dengan cakupan yang lebih terfokus dan diaplikasikan pada tekanan yang rendah. Sementara fan bertugas menggerakkan udara di ruangan yang luas dan diaplikasikan pada tekanan yang sangat rendah.
Gambar 10. Skema kerja Centrifugal Blower
D. Kompresor
Kompresor merupakan alat yang digunakan untuk menaikkan tekanan gas dengan cara mengkompresikan udara secara adiabatik. Karena kompresinya berlangsung secara adiabatik maka akan terjadi kenaikkan temperatur di saluran keluar. Bila kenaikkan temperatur tinggi maka akan menyebabkan permasalahan pada pelumas, bahan konstruksi, dan fluidanya. Pada kompresor, rasio antara tekanan keluar dan tekanan masuk cukup besar sehingga memungkinkan terjadiya kenaikan temperatur yang tinggi, akibatnya dalam pemasangan kompresor perlu adanya pendinginan, baik menggunakan jaket pendingin atau kipas. Apabila ditinjau dari cara kerjanya, kompresor terbagi menjadi dua tipe yaitu kompresor dengan prinsip perpindahan positif dan kompresor dengan prinsip dinamis.
Pada kompresor dengan prinsip perpindahan positif, udara dikompres dengan aksi mekanis, lalu pada saat yang sama volume ruangnya diperkecil. Dengan demikian tekanan di dalam ruang dengan sendirinya akan meningkat. Tekanan yang tinggi ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Sementara pada kompresor dengan prinsip dinamis, merupakan mesin continous flow yang dimana elemen berputar dengan cepat mengalirkan udara yang dapat mengubah tekanan. Menarik udara di satu sisi dan mengkompresnya dengan percepatan yang dapat meningkatkan energi kinetik, sehingga berubah menjadi tekanan tinggi. Hal ini dapat terjadi karena udara dalam volume ruang yang tetap terus mengalami tekanan akibat penambahan udara dari luar.
Gambar 11. Skema kerja Kompresor
E. Vaccum Pump
Pompa vakum merupakan salah satu jenis pompa yang digunakan khusus untuk menghilangkan molekul-molekul udara atau gas lain dari suatu ruang tertutup, dan menciptakan tekanan rendah atau vakum di dalamnya. Prinsip dasar dari pompa ini adalah menciptakan perbedaan tekanan antara ruang tertutup dan lingkungan sekitar, sehingga udara dapat disedot keluar dari ruang tersebut. Cara kerja pompa vakum bervariasi tergantung dari jenisnya, contohnya pompa vakum sentrifugal yang menggunakan impeler berputar untuk mengeluarkan udara dengan prinsip dasarnya adalah gaya sentrifugal, atau pompa vakum diafragma yang menggunakan gaya gerak turun diafragma untuk mendorong udara keluar dari sistem.
Gambar 12. Skema kerja Pompa Vakum Sentrifugal
F. Ejektor
Ejektor merupakan alat untuk mengalirkan gas atau zat cair dari ruangan dengan menggunakan aliran zat cair atau uap lain yang berkecepatan tinggi. Alat ini biasa digunakan dalam industri untuk membuat ruang hampa. Salah satu alat yang sering digunakan adalah steam ejektor. Prinsip kerja dari ejektor didasarkan pada prinsip Benoulli dimana “jika kecepatan fluida meningkat, maka tekanannya akan turun dan sebaliknya”. Sebagai contoh dapat dilakukan dengan meniupkan udara diatas selembar kertas dengan cepat. Tekanan yang ada di pemukaan kertas akan lebih rendah dibandingkan tekanan dibawahnya. Sebagai hasil dari tekanan yang tidak seimbang menyebabkan kertas dapat melayang ke atas.
Gambar 13. Bagian-bagian Ejektor
Berikut merupakan fungsi dari single steam ejektor
- Motive fluid, merupakan steam inlet (tempat masuknya steam) bertekanan tinggi.
- Nozzle, yang berfungsi untuk mempercepat tembakan steam. Bertambahnya kecepatan steam disebabkan oleh pengecilan ujung nozzle (throttle atau katup penutup).
- Suction chamber (inlet suction), merupakan ruangan gas yang akan dihisap.
- Convergent section, keadaan steam di sini sudah terdifusi, namun tekanannya masih tinggi, sehingga masih bisa diekspansi. Selain itu pada section ini, steam sudah bercampur dengan gas yang terisap.
- Diffuser throat merupakan tempat terbaurnya steam dan kondensat. Kondensat tersebut berasal dari steam maupun gas. Pada section ini keadaan pipa mengecil sehingga aliran akan mengecil (throttle) yang berfungsi untuk mempercepat aliran steam
- Divergent section adalah bagian terakhir yang menjadi tempat terekspansinya steam secara keseluruhan.
Cara kerja ejektor terbilang cukup sederhana dimana saat steam bertekanan tinggi masuk melalui motive fluid, maka laju alirnya akan semakin cepat akibat penyempitan pada ujung nozzle dan steam akan terekspansi dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Hal tersebut berlangsung dalam convergent section dimana pada bagian ini steam belum terekspansi sepenuhnya. Dan pada section ini steam kembali mendapat perlakuan untuk mempertinggi kecepatannya, ini terjadi karena pengecilan pada ujung convergent section. Selanjutnya, steam akan terekspansi sepenuhnya pada divergent section. Pada section inilah terjadi high velocity steam. Akibat high velocity steam, uap/gas akan terisap pada suction chamber (inlet section). Efek dari high velocity steam, daerah diffuser akan menjadi dingin bahkan icing, ini disebabkan oleh perbedaan tekanan dan kecepatan dengan udara lingkungan. Karena terjadi perbedaan suhu, maka sebagian kecil steam dan vapour akan terkondensasi. Kondesat dari steam akan bercampur dengan kondensat dari vapour pada diffuser. Akibat terkumpulnya kondensat pada diffuser, maka kondensat akan membantu mempercepat daya isap. Ejektor memiliki kelebihan yaitu pemeliharaan yang murah dan mudah, serta bermanfaat untuk menangani gas korosif yag dapat menimbulkan kerusakan bila menggunakan pompa vakum.
Daftar Pustaka
Anonim. Apa itu Dynamic Pump ? Jenis, Cara Kerja, dan Kelebihannya. (online). Diakses dari : https://parsialteknik.com/dynamic-pump/
Anonim. 2014. Jenis-jenis Pompa Berdasarkan Cara Kerjanya Mengalirkan Fluida. (online). Diakses dari : https://www.prosesindustri.com/2014/12/jenis-jenis-pompa-berdasarkan-cara-kerjanya-mengalirkan-fluida.html
Anonim. 2023. Jenis Positive Displacement Pump serta Keuntungannya. (online). Diakses dari : https://vacuumpump.co.id/blog/positive-displacement-pump
Anonim. 2024. Ejektor dan Sistem Vakum. (online). Diakses dari : https://pttensor.com/2024/02/15/3087/
Anonim. 2024. Apa itu Vacuum Pump ? Fungsi, Jenis, dan Cara Kerjanya. (online). Diakses dari : https://www.finoo.id/apa-itu-vacuum-pump/
Arsal, Aslam. 2016. Fan dan Blower. Fakultas Teknik. Universitas Hasanuddin
Kurniawan, Ronny. 2021. Materi Alat Penangan Fluida. Prodi Teknik Kimia. Fakultas Teknologi Industri. Institut Teknologi Nasional Bandung.
Mutakin, As’ad Ali. Dasar-dasar Pompa Reciprocating. (online). Diakses dari : https://dosingpump.co.id/dasar-dasar-pompa-reciprocating-panduan-lengkap/
Tri. 2024. Jenis-jenis Pompa dan Fungsinya Lengkap. (online). Diakses dari : https://carakami.com/jenis-jenis-pompa-dan-fungsinya-lengkap/
Zatmika, Liza. Makalah Compressor. Fakultas Teknik Mesin. Pancasila University. Jakarta
Posting Komentar