## Perbandingan Karakteristik Pompa Tunggal dengan Pompa Ganda yang Dioperasikan secara Seri maupun Paralel
Sri Wuryanti*, Maridjo, Slameto, Ika Yuliyani, Indriyani Jurusan Teknik Energi, Politeknik Negeri Bandung, Jl. Gegerkalong Hilir, Ciwaruga, Bandung, Jawa Barat 40559, Indonesia *E-mail: sriwuryanti.lamda@gmail.com
Diajukan: 28-10-2022; Diterima: 01-08-2023; Diterbitkan: 21-08-2023

## Abstrak
Pompa  adalah  mesin  untuk  menggerakan  fluida  cair.  Pompa  menggerakkan  fluida  dari  tempat  bertekanan  rendah  ke tempat  dengan  tekanan  yang  lebih  tinggi,  untuk  mengatasi  perbedaan  tekanan  ini  maka  diperlukan  tenaga  (energi). Energi yang digunakan ini mempengaruhi efisiensi, sehingga perlu melakukan analisa efisiensi yang terbaik pada pompa. Berhubung  pompa  ada  berbagai  type,  maka  akan  dilakukan  perbandingan  karakteristik  (efisiensi  pompa  tunggal  dan pompa ganda). Tujuan penelitian ini adalah  membandingkan karakteristik pompa jenis tunggal dengan pompa ganda dengan operasi seri maupun paralel. Metode yang digunakan adalah membuat instalasi pompa baik dioperasikan secara tunggal  maupun  ganda,  yang  dipasang  seri  maupun  paralel.  Percobaan  menghasilkan  efisiensi  terbaik  adalah  pompa yang dipasang paralel yakni efisiensi tertinggi 97% (dioperasikan secara paralel), diikuti pompa ganda yang dioperasikan secara seri yakni tertinggi 79%, kemudian pompa tunggal axial dengan efisiensi tertinggi adalah 68% dan terakhir pompa tunggal sentrifugal dengan efisiensi tertinggi adalah 65%.
Kata kunci: energi; fluida cair; pompa axial; pompa sentrifugal; tenaga

## Abstract
A pump is a machine for moving liquid fluid. The pump forces the fluid from a low-pressure place to a place with higher pressure; to overcome this pressure difference, power  (energy) is needed. The energy used affects efficiency, so it is necessary to analyze the pump's best efficiency. Since there are various types of pumps, the characteristics (efficiency of single pump and double pump) will be compared. This research aims to compare the features of a single-type pump with a double pump with series or paralel operation. The method used is to make pump installations operated singly and doubly,  installed  in  series  or  paralel.  The  experiment  resulted  in  the  best  efficiency  of  a  paralel  mounted  pump,  the highest efficiency of 97% (operated in similar), followed by a double pump used in series, which is the highest at 79%. An axial single pump with the highest efficiency is 68%, and a centrifugal single pump with the highest efficiency is 65%.
Keywords: energi; liquid fluid; axial pump; centrifugal pump; power

## 1. Pendahuluan
Pompa mendapat tenaga mekanis berupa putaran yang di hasilkan oleh motor penggerak sehingga dapat mengalirkan fluida cair dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Penggunaan pompa yang tidak tepat akan mempengaruhi penggunaan  energi,  sehingga  harus  dicari  pengoperasian  pompa  pada  kondisi  yang  optimum,  sehingga  mampu menghasilkan  efisiensi  maksimum.  Selain  itu  apabila  pompa  tidak    dapat  mencapai  head  atau  kapasitas  pompa  yang diperlukan,  maka  dapat  menggunakan  dua  pompa  atau  lebih  yang  bisa  dioperasikan  secara  seri  ataupun  paralel  [1]. Beberapa penelitian tentang pompa telah dilakukan untuk meningkatkan kinerja pompa. Penelitian mengenai peningkatan kinerja pompa dengan susunan seri dan paralel [2,3]. Penelitian lain membahas mengenai keuntungan dan kerugian yang terkait dengan kombinasi paralel dan seri pompa [4]. Efisiensi penggunaan energi berkenaan dengan rangkaian pompa seri dan paralel [5].
Pompa adalah mesin atau alat yang dapat mengkonversi energi mekanis dari putaran sudu - sudu pompa menjadi energi zat  alir  fluida.  Pengoperasiannya  dengan  menggunakan  prinsip  membuat  perbedaan  tekanan  di  sisi  tekan  dan  sisi  isap.
Pemilihan  pompa  yang  tepat  untuk  suatu  penerapan  yang  khusus  sangat  diperlukan  untuk  efisiensi  dan  operasi  yang nyaman. Penelitian ini bertujuan untuk mencari efisiensi untuk pompa Rig (sentrifugal); pompa aliran aksial; dan pompa yang dipasang seri dan paralel.
1.1. Pompa sentrifugal
Pompa ini dioperasikan dengan bagian isap yang tergenang air, impeler tunggal berputar di dalam rumah pompa, air akan masuk impeler arah aksial melalui lubang searah poros dan keluar mengelilingi keliling impeler ke rumah pompa. Pada  waktu  cairan  melalui  impeler,  energi  diberikan  ke  air  melalui  sudu  yang  melengkung  pada  impeler,  cairan  akan meninggalkan impeler dengan tekanan dan kecepatan yang meningkat.
Pompa  sentrifugal  mampu  memindahkan  volume  cairan  yang  besar  tanpa  tergantung  pada  katup  atau  ruang  antara (clearence) yang halus dan pompa ini dapat bekerja pada katup keluaran tertutup tanpa meningkatkan tekanan yang sangat tinggi [6,7].
1.2. Pompa aksial
Pompa aksial mempunyai baling-baling gerak (pitch propeler) yang berputar di dalam suatu rumah pompa dengan ruang antara  clearence  yang  cukup  halus  antara  baling-baling  (propeler)  dan  rumah  pompa.  Cairan  masuk  impeler  pada  arah aksial, melalui suatu cincin masukan sudu pengarah yang tetap. Pada waktu cairan melewati propeler, sudu-sudu memutar cairan, sudu pengarah luar akan mengubah cairan memasuki pipa keluaran. Propeler (baling-baling) pompa ini terpasang pada  poros  yang  diperpanjang  yang  berputar  pada  suatu  bantalan.  Berdasarkan  laju  aliran  yang  cukup  besar  dibanding pompa lain maka pada pengujian ini digunakan model bendungan untuk mengukur laju aliran air. Dengan demikian, tidak ada  perubahan  tinggi  permukaan  isap.  Pompa  aksial  sangat  cocok  digunakan  untuk  kondisi  laju  aliran  yang  besar  pada tinggi tekanan yang rendah, seperti untuk pembuangan air, Irigasi, dan sebagainya [8,9].  Makin tinggi kecepatan kerja, makin kecil dan murah pompa atau motor penggerak yang diperlukan.
1.3. Pompa yang di pasang Seri Dan Paralel
Jika head (H) atau kapasitas (Q) yang diperlukan dapat dicapai dengan satu pompa saja, maka untuk mendapatkan head yang lebih besar (identik dengan multistage pump) yaitu dengan operasi seri. Sedangkan untuk mendapatkan Q yang besar, maka harus melakukannya dengan operasi paralel [10].
a. Operasi Paralel
Dua atau lebih unit pompa dipasang paralel untuk mendapatkan Q yang lebih besar, namun Q p < Q 1 + Q 2 tapi H p >H 1 .
(a)
(b)
Gambar 1. (a) Rangkaian pompa paralel  dan (b) Hubungan laju alir volume terhadap head
Gambar  1 menunjukkan  bahwa  pompa  1  mempunyai  head  yang lebih  kecil  daripada  pompa  P,  jika  dipasang  paralel akan  menghasilkan  kurva karekteristik  Rp.  Untuk  kurva  head  kapasitas  sistem  R akan  dicapai  titik  operasi paralel dengan laju aliran total sebesar Q, yakni laju aliran total Q = Q 1 + Q 2 .
b. Operasi Seri
Dua atau lebih unit pompa dipasang Seri untuk mendapatkan head yang lebih besar, namun H s < H 1 + H 2 tapi Q s >Q 1 . Gambar 2 menunjukkan karakteristik dari pompa yang dipasang secara seri. Rangkaian seri menghasilkan head kurva yakni H 1 + H 2 .
(a)                                                    (b)
Gambar 2 . (a). Rangkaian pompa seri  dan (b) Grafik hubungan laju alir volume terhadap Head
Perbedaan  efisiensi  pompa  untuk  berbagai  tipe  menarik  untuk  dilakukan  analisa.  Penelitian  akan  dilakukan  dengan menganalisa perbedaan pompa sentrifugal dengan axial tunggal serta terhadap pompa ganda yang dioperasikan secara seri maupun  paralel,  untuk  mendapatkan  perbedaan  karakteristik  pompa.  Pada  penelitian  ini  akan  dilihat  pengaruh  debit terhadap head serta pengaruh debit dan head terhadap efisiensi dari masing-masing pompa. Tujuan penelitian disini untuk mengetahui efisiensi pompa tunggal dan pompa ganda yang dioperasikan secara seri maupun paralel.

## 2. Material dan metodologi
Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknologi Thermal Jurusan Teknik Konversi Energi. Methode penelitian dibagi beberapa tahap, tahap pertama membuat instalasi pompa seperti pada Gambar 1 dan dan Gambar 2. Tahap kedua   menguji pompa baik pompa yang operasikan secara seri maupun paralel dengan mengambail data - data (tekanan statis  perbedaan ketinggian  permukaan  air  dari  datum,  kecepatan  air,  torsi,  dan  putaran  motor).  Tahap  ketiga  membandingkan  efisiensi pompa  antara  instalasi  seri  dan  paralel  dengan  pompa  tunggal    sentrifugal  dan  pompa  tunggal  axial.  Tahap  keempat membuat karakteristik dari masing-masing pompa.
(a)
(b)
Gambar 3 . Instalasi Pompa (a) seri (b) paralel
2.1. Parameter penting yang harus diamati di  dalam pengujian pompa
Kapasitas pompa, Q (m³/s) yaitu laju aliran (debit) air yang dihasilkan pompa. Tinggi tekanan pompa, H (m) adalah selisih netto Head Tinggi tekan masukan dan keluaran pompa.
𝐻 =   ( 𝑃𝑑 𝜌𝑔 + 𝑍 𝑑 + 𝐶𝑑 2 2𝑔 ) −   ( 𝑃𝑠 𝜌𝑔 + 𝑍 𝑠 + 𝐶𝑠 2 2𝑔 ) (1)
dengan  P  merupakan  tekanan  statis  (N/m),  Z  adalah  perbedaan  ketinggian  permukaan  air  dari  datum  (m),  C  adalah kecepatan air (m/s), d, s adalah ( discharge, suction ) menunjukkan tanda masukan dan keluaran dari pompa.

## 2.2.  Daya hidrolik, N (watt)
Daya hidrolis adalah daya yang diperlukan oleh pompa untuk mengangkat sejumlah zat cair pada ketinggian tertentu. Persamaan untuk memdapatkan nilai daya hidrolik adalah sebagai berikut:
𝑁 =  𝜌 × 𝑔  × 𝐻  × 𝑄 (2)
dengan ρ merupakan densitas air (kg/m³), g adalah kecepatan gravitasi (m/s 2 ), H  adalah tinggi tekanan  (m), Q adalah debit (m³/).

## 2.3. Daya pompa, Np (Watt)
Daya  pompa  adalah  besarnya  energi  per  satuan  waktu  pada  rangkaian  suatu  pompa  untuk  melakukan  unjuk  kerja. Perhitungan daya pompa menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑁 𝑝 = 𝑇  ×  𝜔
(3)
kecepatan sudut adalah:
𝜔 = 2 × 𝜋 ×𝑛 60
torsi adalah:
𝑇 = 𝐹  × 𝐿 (5)
dengan T merupakan torsi (Nm), 𝜔 adalah kecepatan sudut (rad/s), F adalah gaya (N), dan L adalah panjang (m).

## 2.4.  Efisiensi pompa, (%)
Persamaaan untuk menghitung performansi pompa adalah daya hidrolik dibagi daya untuk menggerakkan poros [7]: 𝜂𝑝 = 𝑁 𝑁𝑝 x 100%
(6)
Harga parameter tersebut pada berbagai kondisi kerja, bervariasi dan menunjukkan kemampuan kerja pompa untuk suatu daerah kerja tertentu.

## 3. Hasil dan pembahasan
3.1.  Laju Alir Volume vs Head vs Efisiensi untuk Pompa Operasi Paralel
Pompa yang dioperasikan secara paralel disini merupakan pompa tipe sentrifugal. Pompa tipe ini merupakan pompa yang paling sering dan banyak digunakan baik dalam kehidupan sehari-hari maupun di industri. Gambar 4 menunjukkan efisiensi tertinggi 97% dan laju alir 4,4 m 3 /jam. Grafik hubungan antara laju alir volume terhadap head yang dioperasikan secara paralel dengan kecenderungan harganya turun, hal ini sesuai dengan hasil penelitian Helmizar [11]. Sedangkan pada Q besar kencenderungan efisiensinya naik dan mencapai maksimum pada laju alir volume 4,4  m 3 /jam, hal ini sesuai dengan teori bahwa pompa yang dioperasikan secara paralel akan menaikkan debit yang pada akhirnya menaikkan nilai efisiensi dan setelah mencapai titik maksimum nilai efisiensi akan turun. Hal ini disebabkan karena debit yang terlalu tinggi akan menurunkan head, sehingga menurunkan kemampuan melawan head sistem (paralel), yang pada akhirnya menurunkan nila efisiensi.
3.2.  Head vs Laju Alir dan Efisiensi untuk Pompa Operasi Seri
Pengujian pompa seri menggunkan dua buah pompa dengan satu sisi hisap, jadi head pompa 1 diteruskan oleh pompa 2 untuk di tekan dikeluarkan ke bak penampungan sehingga mendapatkan nilai head yang lebih tinggi bila di bandingkan dengan pompa tunggal maupun pompa tersusun paralel.
Gambar 5 menunjukakan efisiensi tertinggi adalah 79 % pada head 10,6 mH 2 O. Grafik hubungan antara laju  alir volume terhadap head yang dioperasikan secara seri  membuktikan bahwa instalasi pompa seri  mampu  menghasilkan head  yang lebih  besar  bila  dibandingkan  dengan  instalasi  pompa  paralel  maupun  instalasi  pompa  tunggal.  Kondisi  tersebut  sesuai dengan hasil penelitian Pandu [12]. Sedangkan pada H besar kencenderungan efisiensinya naik dan mencapai maksimum pada head 10,6 mH 2 O.
Gambar 5 . Grafik hubungan antara Head vs Efisiensi dan Head vs Laju alir volume pada Pompa Seri
3.3.  Head vs Laju Alir dan Efisiensi untuk Pompa Tunggal Tipe Sentrifugal
Apabila debit pompa sentrifugal tunggal bertambah maka head akan berkurang dan sebaliknya apabila kapasitas berkurang maka head akan bertambah.
Pada  grafik  hubungan  antara  efisiensi  dengan  debit  didapat  bahwa  untuk  debit  yang  makin  tinggi,  efisiensi  akan bertambah  besar  dan  akan  turun  setelah  mencapai  efisiensi  maksimum.  Bila  dibandingkan  dengan  pompa  sentrifugal rangkaian seri dan paralel, maka bentuk grafik di atas sesuai dengan grafik efisiensi untuk 1 tingkat pompa sentrifugal [13]. 3.4 Head Vs Laju Alir dan Efisiensi untuk Pompa Tunggal Tipe Axial
Pompa dengan impeler axsial dapat memecahkan beberapa kekurangan dari pompa yang banyak dipakai dilapangan yaitu komsumsi energi yang besar dan output debit yang kecil [14].  Penelitian ini menghasilkan efisiensi tertinggi 67% dengan debit 1,7 m 3 /jam, debit yang lebih besar dibandingkan dengan pompa sentrifugal (Gambar 6) yakni 1,3 m 3 /jam dan efisiensi tertinggi 61%.
Gambar 7 . Grafik hubungan antara Head vs Efisiensi dan Head vs Laju alir volume pada Pompa Tunggal Axial
Dua pompa disusun paralel menghasilkan debit  pompa sebesar 4,7 m 3 /jam, lebih banyak daripada kapasitas pompa seri yang sebesar 2,9 m 3 /jam. Dua pompa disusun seri akan menghasilkan head pompa sebesar 11,5 mH 2 O lebih besar dari head pompa  paralel  yaitu  sebesar  9,7  mH 2 O,  hal  ini  sesuai  dengan  teori  bahwa  operasi  secara  paralel  meningkatkan  debit, sedangkan pengoperasian scra seri akan meningkatkan head pompa [15].

## 4. Kesimpulan
Pelaksanaan  penelitian  mengenai  efisiensi  pompa  berhasil  dilakukan,  sesuai  dengan  teori  bahwa  pompa  ganda  yang dipasang  secara  seri  menunjukkan  hasil  dengan  peningkatan  head,  sedangkan  dengan  mengoperasikan  secara  paralel meningkatkan laju alir. Terjadinya peningkatan tersebut, diperoleh efisiensi pompa ganda yang tinggi dibandingkan dengan pompa  tunggal.  Hasil  pengambilan  data  dan  setelah  dihitung  dengan  persamaan  (1)  sampai  (4)  menghasilkan  efisiensi pompa terkecil 42 % dan terbesar 68 % untuk pompa tunggal tipe aksial. Hasil efisiensi terkecil 15,5 % dan terbesar 65 % untuk pompa tunggal tipe sentrifugal. Efisiensi terkecil  39 % dan terbesar 79 % untuk pompa dipasang seri. Pompa yang dipasang paralel menghasilkan efisiensi terkecil 74% dan terbesar 97%.

## Daftar pustaka
[1]   Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P. & Heald, C. C. Pump handbook. McGraw-Hill, New York, USA, 2001.
[2]    Faisal Ansoria and Edi Widodo. Analysis on Centrifugal Pump Performance in Single, Serial, and Parallel. JEMMME. 2018; 3(2): p. 79-86.
[3]   Ambo Intang and Hendra Dwipayana. Series and parallel relationship pump performance in FT. Unitas's practicum tools. Sriwijaya international Conference on Science, Engineering, and Technology, IOP publishing; 2019. 620: p. 2019 012113.
[4]    K.T. Ajayi and D. K. Mofikoya. Study of Pumps in Multiple Connections. Journal of Emerging Trends in Engineering and Applied Sciences (JETEAS). 2012; 3(5): p. 795-800.
[5]    Iman Syahrizal dan Daud Perdana . Kajian eksperimen instalasi pompa seri dan paralel terhadap efisiensi penggunaan energi.  TURBO. 2019; 8(2): 194-200.
[6]   Firman Yasa Utama dan Juan Ardi Kusuma. Analisis Maintenance Centrifugal Pump Tipe Eta-N 125x100-40 pada Instalasi Pengolahan Air Limbah Industri. INAJET. 2018; 1(1): p. 16-22.
[7]   Eflita Yohana, BachtiarYusuf, Muhammad Arrafi Lazuardi, Mohamad Endy Julianto,Vita Paramita. Analysis of High Vibration Causing 211-P-25 A Centrifugal Pump Damage in Hydrocraker Process. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2021; 80(2): p. 13-21.
[8]   Zelimkhan, Rianto Wibowo, Sugeng Slamet. Rancang Bangun Pompa Air Sistem Aksial. Crankshaft. 2022; 5(1): p. 46-54.
[9]   Pauk, P., & Cho Khaing, C. Design Calculation of Impeller for Axial Flow Pump. International Journal of Scientific and Research Publications. 2018; 8(8): p. 12-19.
[10]  Ifan Febrianto, Masruki Kabib. Bachtiar Satya Nugraha, Perancangan Sistem Pompa Paralel Dengan Daya Bervariasi Untuk Meningkatkan Kapasitas Air. Jurnal Crankshaft. 2018; 1(1): p. 49-54.
[11]  Helmizar, Endry Setiawan, Agus Nuramal. Karakteristik Aliran Pada Susunan Pompa Yang Berbeda Head Secara Seri Dan Paralel. Jurnal Rekayasa Mekanik. 2019; 3(1): p. 31-35.
[12]  Pandu  Lesmana,Agus  Nuramal,Dedi  Suryandi.  Karakteristik  Aliran  Pada  Pompa  Yang  Tersusun  Secara  Seri  Dan Paralel. Rekayasa Mekanika. 2021; 5(2): p. 41-46.
[13]  Larry Bachus, Angel Custodio. Know and Understand Centrifugal pump. Elsevier Bachus Company. Inc., Oxford UK; 2003; p. 227.
[14]  Korakianitis  Theodosios,  Mohammad  Amin  Rezaienia,  Gordon,  Paul,  Eldad  Avital,  Martin  Rothman,  Sahand Mozafari. Optimization of Axial Pump Characteristic Dimensions and Induced Hemolysis for Mechanical Circulatory Support Devices, ASAIO Journal. 2018,  64(6): p. 727-734.
[15]  Ambo Intang, Hendra Dwipayana.  Series and parallel relationship pump performance in FT. Unitas's practicum tools. Proceeding of  Sriwijaya international Conference on Science, Engineering, and Technology; 15-16 October 2018; Palembang, Indonesia. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering; 2019. 620: p. 012113.