TUGAS SARJANA
MESIN-MESIN FLUIDA
POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN
LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN
DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI
PADA SUATU PABRIK KARET
Oleh :
NIM : 040421020 BOBY AZWARDINATA
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas karunia dan
izin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.
Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa untuk
menyelesaikan Pendidikan Sarjana Ekstension pada Fakultas Teknik Mesin Universitas
Sumatera Utara.
Adapun tugas sarjana yang diberikan adalah “Pompa Sentrifugal untuk
Memompakan Cairan Lateks dari Tangki Mobil ke Tangki Penampungan dengan
Kapasitas 56 Ton/hari pada suatu Pabrik Karet”.
Penulis menyadari bahwa tugas ini tidak luput dari kekurangan dan kesilapan,
untuk ini penulis mengharapkan adanya saran dan kritik yang bersifat membangun demi
kesempurnaan tugas ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;
2. Bapak Ir. Isril Amir, selaku dosen pembimbing tugas sarjana ini yang telah banyak
memberikan arahan dan bimbingan sepenuhnya dari awal hingga akhir selesainya
tugas sarjana ini;
3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi,MSc. sebagai Dosen Pembanding I;
4. Bapak Tulus Burhanuddin S.,ST.MT sebagai Dosen Pembanding II;.
5. Para dosen dan staf pengajar pada Departemen Teknik Mesin FT-USU yang telah
memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan;
6. Bapak pimpinan beserta staf dan karyawan General Pabrik Industri Karet PTP
Nusantara III yang telah memberikan waktu dan tempat bagi penulis untuk
melaksanakan survey dan memberikan pengarahan bagi penulis;
7. Yang penulis kasihi dan sayangi kepada kedua orangtua penulis, yang telah banyak
memberikan bantuan materi dan moril kepada penulis selama ini.
8. Yang penulis sayangi istriku tercinta, Dwi Rafika Lestari, yang telah banyak
memberikan bantuan moril dan materi kepada penulis selama pengerjaan laporan
9. Teman-temanku di Teknik Mesin Ekstension, terimakasih atas bantuannya semua.
Akhir kata semoga tugas sarjana ini bermanfaat bagi kita semua dan semoga kita
tetap dilindungi oleh Allah SWT.
Medan, Desember 2008
Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBARAN SPESIFIKASI LEMBARAN ASISTENSI
EVALUASI SEMINAR TUGAS SARJANA ABSENSI PEMBANDING BEBAS
KATA PENGANTAR i
DAFTAR ISI iii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR NOTASI xi
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Bahan Baku Rubber Thread 2
1.3 Proses Pengolahan Lateks Menjadi Benang Karet 2
1.3.1 Chemical Laboratory Section 3
1.3.2 Compounding Section 3
1.3.3 Ekstrusion Section 9
1.3.4 Physical Laboratory Section 11
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 17
2.1 Mesin Fluida 17
2.2 Pompa 17
2.3 Klasifikasi Pompa 18
2.3.1 Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump) 18
2.3.2 Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump) 20
2.3.3 Pompa-pompa jenis Khusus 29
2.4 Dasar Perencanaan Pompa 29
2.5 Dasar Pertimbangan Pemilihan Pompa 31
2.6 Putaran Spesifik Pompa 32
2.7 Daya Pompa 33
BAB III PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK 34
3.1 Penentuan Kapasitas Pompa 34
3.2 Pemilihan Jumlah Pompa 36
3.3 Penentuan Heada Pompa 37
3.3.1 Perbedaaan Head Tekanan 38
3.3.2 Head Statis 39
3.3.3 Perbedaan Head Kecepatan 43
3.3.4 Kerugian Head Pada Pipa Isap 45
3.3.4.1 Kerugian Head Pada Pipa Isap 45
3.3.4.2 Kerugian Head Pada Pipa Tekanan 47
3.5 Pemilihan Jenis Impeler 50
3.6 Putaran Spesifik Pompa 51
3.7 Efisiensi Pompa 53
3.8 Daya Pompa 54
3.9 Daya Motor Penggerak 54
3.10 Kavitasi 55
3.11 Net Positive Section Head (NPSH) 56
3.11.1 NPSH Yang Tersedia 56
3.11.2 NPSH Yang Diperlukan 56
3.12 spesifikasi Pompa 57
BAB IV UKURAN UTAMA POMPA 58
4.1 Putaran Pompa 58
4.2 Dimensi Impeler 60
4.2.1 Diameter hub Impeler 62
4.2.2 Diameter Mata Impeler 62
4.2.3 Diameter Sisi Masuk Impeler 63
4.2.4 Diameter Sisi Keluar Impeler 64
4.2.5 lebar Impeler Sisi Masuk 64
4.2.6 Lebar Impeler Pada Sisi Keluar 65
4.2.7 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler 66
4.2.7.1 Kecepatan Absolut Aliran Masuk Impeler 66
4.2.7.2 Kecepatan Tangensial Aliran 66
4.2.7.4 Kecepatan Relatif Aliran 67
4.2.8 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler 67
4.2.8.1 Kecepatan Radial aliran 67
4.2.8.2 Kecepatan Tangensial 67
4.2.8.3 Sudut Tangensial 68
4.2.8.4 Sudut Absolut Keluar Impeler 69
4.2.8.5 Kecepatan Absolut Aliran 69
4.2.8.6 Kecepatan Relatif Keluar 69
4.2.9 Kecepatan Sudut Keluar Akibat Adanya aliran Sirkulasi 70
4.2.9.1 Kecepatan Radial 70
4.2.9.2 Kecepatan Absolut 70
4.2.9.3 Sudut Tangensial Sisi Keluar 70
4.2.9.4 Sudut Absolut 71
4.2.9.5 Kecepatan Relatif 71
4.3 Perencanaan Sudu Impeler 72
4.3.1 Jumlah Sudu 72
4.3.2 Tebal Sudu 73
4.3.2.1 Tebal Sudu Pada Sisi Masuk 73
4.3.2.2 Tebal Sudu Pada Sisi Keluar 73
4.3.3 Jarak Antar Sudu Impeler 74
4.3.4 Melukis Bentuk Sudu Impeler 74
4.3.5 Panjang Sudu 78
4.4 Rumah Pompa 79
4.4.1.1 Jari-Jari Volute 82
4.4.1.2 Sudut lidah Volute 84
4.4.2 Tebal Dinding Rumah Pompa 85
BAB V ANALISA GAYA PADA POROS 87
5.1 Berat Impeler 87
5.1.1 Berat Roda Impeler 87
5.1.2 Berat Sudu Impeler 89
5.2 Berat Poros 90
5.3 Gaya Radial 91
5.4 Gaya Aksial 92
5.4.1 Gaya Akibat Perbedaan Tekanan 92
5.4.2 Gaya Aksial Akibat Momen Fluida 93
5.5 Putaran Krisis 93
5.6 Perhitungan Bantalan 96
5.6.1 Bantalan Pada Tumpuan A dan B 96
5.7 Perencanaan Pasak 98
5.7.1 Pemeriksaan Terhadap Tegangan Geser 99
5.7.2 Pemeriksaan Terhadap Tegangan Tumbuk 101
BAB VI KESIMPULAN 103
6.1 Spesifikasi Pompa 103
6.2 Spesifikasi Penggerak Pompa 103
DAFTAR GAMBAR
Gambar Nama Gambar Halaman
1.1 Flow Chart Rubber Thread 13
2.1 Screw pump 18
2.2 Gear Pump 19
2.3 Vane Pump 19
2.4 Pompa torak 20
2.5 Impeler Jenis Radial 21
2.6 Impeler Jenis Francis 22
2.7 Impeler Jenis Aliran aksial 22
2.8 Impeler Jenis Aksial 23
2.9 Pompa Volut 23
2.10 Pompa Difuser 24
2.11 Pompa Vorteks 24
2.12 Pompa Bertingkat Banyak 25
2.13 Pompa Sentrifugal 25
2.14 Pompa Aliran Campur 26
2.15 Pompa Aliran Aksial 26
2.16 Pompa Aliran Campur Poros Tegak 27
2.17 Pompa Isapan Ganda 28
3.1 Instalasi Pemipaan 41
3.2 Diagram Isometris 42
3.3 Jenis (model) Impeler
3.4 Grafik Hubungan Bentuk Impeler Dengan 52
Putaran Spesifik Pompa
3.5 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran 53
Spesifik
4.1 Diagram Kecepatan Fluida Masuk dan 61
Keluar Impeler
4.2 Bentuk Penampang Impeler 61
Sisi Masuk
4.4 Diagram Segitiga Kecepatan Pada Sisi 71
Keluar impeler
4.5 Menggambar Sudu Impeler 78
4.6 Rumah pompa Keong 80
4.7 Grafik Harga Cthr/u2 Sebagai Fungsi ns 81
5.1 Bentuk dan Ukuran Impeler 88
5.2 Bentuk dan Ukuran Poros 90
5.3 Pembebanan Pada poros 91
5.4 Bantalan Bola 96
DAFTAR TABEL
Tabel Nama Tabel Halaman
2.1 Perbandingan sifat pompa sentrifugal dan torak 32
3.1 Pemilihan jumlah pompa 37
3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pipa isap 46
3.3 Koefisien kerugian head pada kelengkapan pipa 47
4.1 Jari-jari busur sudu impeler 76
4.2 Panjang busur 79
4.3 Penampang dan jari-jari volute 84
5.1 Berat bagian tiap impeler 88
DAFTAR NOTASI
Simbol Latin Arti Satuan
A Luas penampang m2
B Lebar bantalan m
b Lebar pasak m
b1 Lebar sisi masuk impeler m
b2 Lebar sisi keluar impeler m
Q Kapasitas nominal dinamis spesifik N
C0 Kapasitas nominal statis spesifik N
D Diameter luar bantalan m
D Diameter dalam bantalan m
Di Diameter dalam pipa m
Ds Diameter poros pompa m
Co Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler m/det
D0 Diameter mata impeler m
D1 Diameter sisi masuk impeler m
D2 Diameter sisi keluar impeler m
Dh Diameter hub impeler m
E Modulus elastisitas bahan N/m2
FA Gaya aksial pada poros N
Fam Gaya aksial akibat momentum fluida N
Fai Gaya aksial akibat perbedaan tekanan fluida N
Fr Gaya radial N
F Koefisien gesek
fc Faktor koreksi daya
fs Faktor slip transmisi
fh Faktor umur
fn Faktor kecepatan
g Percepatan gravitasi m/det2
Ha Head aktual m
Htr Head teoritis pompa m
p H
∆ Perbedaan tekanan m
Hv
∆ Perbedaan head tekanan m
hr Head loses akibat kekarasan permukaan pipa m
hm Head loses sepanjang instalasi pemipaan pompa m
hL Head loses sepanjang insdtalasi pemipaan pompa m
hk Tinggi pasak m
I Momen inersia m4
Jumlah pembagian lingkaran sudu m
Kt Faktor koreksi pembebanan m
k Koefisien kerugian head m
L Panjang pipa m
Ld Panjang pipa tekan m
Ls Panjang pipa isap m
Ln Panjang sudu m
l Panjang pasak m
M Massa kg
Mt Momen torsi Nm
Nd Daya rencana yang ditransmisikan poros Hp
Nm Daya motor listrik Hp
Np Daya poros pompa Hp
np Putaran poros rpm
ns Putaran spesifik pompa rpm
Pi Tekanan dibelakang impeler Pa
P Tekanan didepan impeler Pa
Pv Jarak antar sudu m
Qp Kapasitas pompa m3/s
Qts Kapasitas teoritis pompa m3/s
Re Bilangan reynold
Rv Jari-jari volute m
R1 Jari-jari lingkaran sudu masuk keluar impeler m
R3 Jari-jari dalam volute m
Sn Faktor batas kelelahan puntir m
Sf2 Faktor keamanan untuk konsentrasi tegangan poros m
1
− si
t Tebal sudu masuk impeler m
2
− si
t Tebal sudu keluar impeler m
td Tebal dinding rumah pompa m
u1 Kecepatan tangensial masuk impeler m/det
u2 Kecepatan tangensial keluar impeler m/det
vd Kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan m/det
vs Kecepatan aliran fluida dalam Pipa Isap m/det
V0 Kecepatan absolut fluida saat akan memasuki impeler m/det
vr1 Kecepatan radial pada sisi masuk m/det
vr2 Kecepatan radial pada sisi keluar m/det
vu Komponen tangensial kecepatan absolut fluida m/det
v1 Kecepatan absolut fluida pada sisi masuk impeler m/det
v2 Kecepatan absolut fluida pada sisi keluar impeler m/det
V Viskositas kinematik m/det
Wi Berat impeler N
Wp Berat poros pompa N
Wid Berat piringan impeler N
Ws Berat sudu N
w1 Kecepatan relative pada sisi masuk impeler m/det
w2 Kecepatan relative pada sisi keluar impeler m/det
X Faktor pembebanan radial
Y Faktor pembebanan aksial
Ymaks Defleksi masksimum m
Zi Jumlah sudu
Z1 Head hisap pompa m
Symbol yunani
α Sudut antara v dan u ◦
β Sudut antara w dan u ◦
β
∆ Perubahan sudut impeler ◦
γ Berat jenis material N/m3
ρ Rapat massa kg/m3
φ Koefisien tinggi tekan
B
σ Kekuatan tarik bahan kg/mm2
τ Tegangan geser yang timbul kg/mm2
gi
τ Tegangan geser izin kg/mm2
ρ
τ Tegangan tumbuk yang timbul kg/mm2
ϖ Kecepatan sudut kritis rad/s
Rk Jari-jari besar sudu m
p
η Efisiensi pompa
t
ABSTRAK
Untuk mempercepat dan meningkatkan produksi dalam hal kuantitas maupun kualitas, disamping sumber daya manusia (SDM) yang harus ditingkatkan, mesin-mesin dan peralatan produksi juga harus ditingkatkan. Mesin-mesin merupakan parameter yang sangat penting pada suatu pabrik industri. Salah satu mesin yang banyak digunakan pada suatu pabrik adalah pompa. Dengan adanya pompa maka akan mempercepat proses produksi.
Pada pabrik industri benang karet (Rubber Thread), pompa digunakan untuk memompakan lateks dari tangki truk ke tangki penampungan. Disamping itu juga pompa digunakan untuk memompakan bahan-bahan (zat-zat) seperti anti oksidan dan bahan-bahan pulkanisasi seperti zat warna, belerang, seng oksida yang sudah dicampur dengan air (dalam bentuk dispersi) ke tangki pencampur lateks. Lateks yang telah dipompakan ke tangki penampungan dan tangki pencampur akan mengalir secara gravitasi ke tangki-tangki produksi untuk diolah.
Industri benang karet (Rubber Thread) adalah salah satu industri yang semakin berkembang saat ini. Hasil industri benang karet banyak diekspor keluar negeri baik negara-negara Eropa, Asia dan Amerika. Benang karet yang dihasilkan adalah jenis Talcum Round Section dengan berbagai jenis ukuran (count) dan warna.
Begitu banyak kegunaan benang karet dan begitu diperlukan, maka semakin banyak pabrik industri benang karet berdiri. Persainganpun semakin tinggi dan benang karet dengan kualitas terbaik yang dipilih dan dipakai konsumen. Untuk itu pabrik
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Untuk mempercepat dan meningkatkan produksi dalam hal kuantitas maupun
kualitas, disamping sumber daya manusia (SDM) yang harus ditingkatkan, mesin-mesin
dan peralatan produksi juga harus ditingkatkan. Mesin-mesin merupakan parameter
yang sangat penting pada suatu pabrik industri. Salah satu mesin yang banyak
digunakan pada suatu pabrik adalah pompa. Dengan adanya pompa maka akan
mempercepat proses produksi.
Pada pabrik industri benang karet (Rubber Thread), pompa digunakan untuk
memompakan lateks dari tangki truk ke tangki penampungan. Disamping itu juga
pompa digunakan untuk memompakan bahan-bahan (zat-zat) seperti anti oksidan dan
bahan-bahan pulkanisasi seperti zat warna, belerang, seng oksida yang sudah dicampur
dengan air (dalam bentuk dispersi) ke tangki pencampur lateks. Lateks yang telah
dipompakan ke tangki penampungan dan tangki pencampur akan mengalir secara
gravitasi ke tangki-tangki produksi untuk diolah.
Industri benang karet (Rubber Thread) adalah salah satu industri yang semakin
berkembang saat ini. Hasil industri benang karet banyak diekspor keluar negeri baik
negara-negara Eropa, Asia dan Amerika. Benang karet yang dihasilkan adalah jenis
Talcum Round Section dengan berbagai jenis ukuran (count) dan warna.
Begitu banyak kegunaan benang karet dan begitu diperlukan, maka semakin
banyak pabrik industri benang karet berdiri. Persainganpun semakin tinggi dan benang
industri benang karet berupaya menghasilkan produk dengan kualitas standard. Adanya
pompa pada pabrik benang karet sangat penting dan sangat besar peranannya dalam hal
mempercepat produksi.
1.2 Bahan Baku Rubber Thread
Dari hasil survey diketahui bahan baku Rubber Thread adalah lateks dengan
kadar karet kering (Dry Rubber Content) 60%. Sedangkan bahan tambahannya adalah
adalah air (36%) dan zat kimia (4%). Lateks diperoleh dari karet kebun yang diolah
secara basah dalam bentuk cair. Lateks berdasarkan cara pengolahannya ada 3 (tiga)
macam yaitu:
1. Lateks pusingan (Centrifuged Latex)
2. Lateks dadih (Creamed Latex)
3. Lateks revertex
Adapun lateks yang baik dan yang banyak digunakan pada industri karet secara
basah (dalam bentuk cair) adalah lateks pusingan dengan kadar karet kering (Total Solid
Content) 60%.
1.3 Proses Produksi
Proses produksi pembuatan benang karet (RTF) PIK PTP Nusantara III secara
garis besar meliput i bagian-bagian sebagai berikut :
1. Chemical Laboratory
2. Compound
3. Extrusion
1.3.1 Chemical Laboratory Section
Tugas Chemical Laboratory Section adalah :
1. Memeriksa bahan baku utama (lateks)
2. Memeriksa bahan baku pendukung (bahan kimia)
3. Memeriksa dispersi, emulsi dan solusi yang terdapat didalam tangki penyimpanan
4. Memeriksa compound yang akan digunakan untuk pengolahan benang karet
5. Membuat formulasi compound
6. Memeriksa sampel effluent dari effluent treatment plant
7. Memeriksa kadar acetic acid pada acid bath dan water bath
1.3.2 Compounding Section
Compound adalah latex yang telah bercampur dengan bahan kimia, dimana
bahan-bahan kimia tersebut diformulasikan dalam tiga bentuk, yakni dispersi
(dispersion), solusi (solution) dan emulsi (emulsion).
a. Dispersion adalah campuran bahan kimia (dalam bentuk tepung) yang sukar larut
dalam air. Bahan kimia powder yang digunakan dihaluskan dengan menggunakan
grinding molteni (alat penggiling). Dispersi ini meliputi ZnMBT + KOH 50 %, TiO2
70 %, Sulfur 55 %, Wingstay 55 %, SW colour 90, WW colour 90, BW colour
p-90, Black colour 25 %, Red colour 25 %, ZDBC 50 %, Zink Oxide 60 % dan Kaolin
52 %.
b. Solution adalah campuran homogen antara bahan kimia yang larut dalam air, contoh :
KOH. Solusi ini meliputi : KOH 20 %, 30 %, dan 33,54 %; Ammonia 23 %.
c. Emulsion adalah campuran bahan kimia yang tidak larut dalam air, untuk
meliputi : Ammonium Casseinate 10 %, Sunproof 50 %, Potassium Oleat 20 % dan
Hepteen Base 50 %.
Adapun sifat-sifat dari bahan yang mempengaruhi cairan compound yaitu :
● Stabilizers ditambahkan agar latex terlindungi dari tegangan terhadap beberapa
campuran dan berfungsi sebagai bahan pendispersi.
● Wetting Agents berfungsi sebagai bahan pembasa untuk mengurangi tegangan
permukaan dan membantu partikel latex menembus lubang permukaan, biasanya
dipakai anion dan detergen sintetis.
● Chelating Agents berfungsi melindungi latex terhadap ion kalsium dan magnesium
yang ada di air keras yang akan merusak stabilitas latex. Bahan yang digunakan
seperti EDTA (Ethyl Diamine Tetra Acetat).
● Preservatives (bahan pengawet) digunakan untuk mencegah pembusukan yang
disebabkan oleh bakteri, misalnya sodium pentaklorometakresol.
● Coagulants berfungsi untuk memodifikasi kestabilan latex dengan cara memecahkan
emulsi latex secara lokal, bahan yang biasa digunakan yaitu : Polovinil Metil dan
n-nitropropana.
● Gelling Agents adalah bahan pembuat gel yang mengakibatkan pembekuan, yang
terjadi pada suhu yang rendah, biasa digunakan silika fluorida dan potassium silika
fluorida.
● Anti Foams (anti buih) digunakan agar busa mengempis dan mencegah terjadinya
jaringan, bahan yang digunakan seperti minyak pinus oktil alcohol dan silikon.
● Dispersing Agents berfungsi untuk mencegah penggumpalan, bahan yang digunakan
● Thickeners (pengental) bahan pengental yang berfungsi untuk mencegah terjadinya
penyerapan yang berlebihan. Bahan yang biasa digunakan yaitu sodium silikat, metal
sellulosa, sodium poliakrilat, karaya gum dan bentonit clay.
Proses compound merupakan proses mempersenyawakan lateks dengan bahan
kimia, proses ini terdiri dari beberapa tahap yaitu :
1. Pembuatan Bahan Kimia
a. Dispersion
● Air dialirkan kedalam mesin grinding mill (molteni) melalui pompa selama satu
jam.
● Siklus air pendingin diperiksa dan mesin dihentikan saat aliran air jernih.
● Mesin dihubungkan dengan tangki kimia melalui monopump.
● Monopump dan mesin dihidupkan hingga bagian-bagian kimia menjadi halus.
● Kemudian bahan dikeluarkan dengan laju pengreluaran sesuai berat masing-masing
dan ditampung pada trolly.
● Dispersion diuji ukuran partikelnya pada laboratorium kimia.
b. Solution dan Emulsion
● Bahan-bahan baku pembuat solution dan emulsion dimasukkan kedalam tangki
solution dan emulsion.
● Diadakan pengadukan dengan Stirrer.
● Bahan-bahan tersebut kemudian dimasukkan kedalam tangki penyimpanan bahan
kimia.
c. Pemindahan Bahan Kimia
● Selang dihubungkan dari trolly ke Storage Tank (ST) untuk masing-masing
● Mainhole dan seluruh valve ditutup.
● Vacum Valve dibuka hingga tekanan 0,5 bar.
● Valve Trolly dan Storage Tank dibuka sehingga dispersion, emulsion dan solution
masuk kedalam Storage Tank.
● Valve Storage Tank dan Trolly ditutp, vacum valve dan exhaust valve dibuka
hingga tekanan 0 bar.
● Stirrer dihidupkan non stop selama Storage Tank masih berisi untuk dispersion
ZnMBT, Sulfur, ZDBC, TiO2, ZnO.
2. Proses In active Compound
Prinsip proses pengolahan in active compound adalah pencampuran (stirring).
a. Transfer Latex Menuju In active Compound Tank (ICT)
● Timbangan diatur hingga menunjukkan angka nol, Weighing Latex Tank (WLT)
dikosongkan.
● Stirrer pada Latex Storage Tank (LST) dihidupkan 15 menit sebelum transfer.
● Kran pada LST dibuka sehingga dengan gaya gravitasi latex menuju WLT.
● Apabila gaya gravitasi tidak mampu menggerakkan latex maka vacum pump pada
WLT diatur pada tekanan 0,5 bar.
● Apabila jumlah lateks telah sesuai maka seluruh kran ditutup dan sisa tekanan
dibuang.
● Lateks pada WLT dialirkan menuju ICT dengan tenaga gravitasi setelah seluruh
kran penghubung dibuka.
● Apabila gaya gravitasi tidak mencukupi maka digunakan tekanan gas 0,5 bar dari
compressor.
b. In active Compound Tank (ICT)
● Stirrer dengan plug diameter 3 mm dihidupkan.
● KOH 30 % diumpan dengan pompa variabel.
● Plug diganti menjadi diameter 4 mm dan pengadukan dilanjutkan.
● Dilakukan uji alkalinity pada compound setelah can use (dapat digunakan).
● Ditambahkan ZnMBT + KOH 50 % kedalam ICT.
● Plug diganti menjadi 6 mm, lalu pengadukan dilanjutkan.
● Ditambahkan TiO2, Sunproof 50 %, Sulfur, Potassium Oleate, Hepteen Base,
Wingstay.
● Diadakan pengujian pada laboratorium kimia jika digunakan.
Kondisi operasi : - Waktu : 6 – 7 jam
- Tekanan : 0,6 bar
- Temperatur : 25 – 30 oC
3. Proses Active Compound
Prinsip proses pengolahan active compound adalah :
● Pencampuran (stirring).
● Pengaktifan dengan cara menambahkan zat-zat pengaktif
● Pengembangan (swelling) dan pematangan (maturation).
a. Transfer Compount dari ICT menuju Active Compound Tank (ACT)
● ICT dan ACT dihubungkan dengan selang berdiameter 4 inchi.
● Stirrer pada ICT dimatikan.
● Main Hole dan seluruh kran pada ACT ditutup.
●Vacum Valve pada ACT serta valve penghubung dibuka.
● Stirrer pada ACT dihidupkan dan suhu diatur ± 30 – 35 oC.
b. Active Compound Tank
● Stirrer dihidupkan dengan dilengkapi plug diameter 5 mm sebanyak 4 buah.
● KOH 20 %, ZDBC, ZnO dimasukkan pada suhu ± 30 – 35 oC.
● Pengadukan dilakukan selama 3 jam untuk proses maturasi
● Uji swelling index pada laboratorium kimia.
Kondisi operasi : - Waktu : 6 – 7 jam
- Tekanan : 0,6 bar
- Temperatur : 29 – 31 oC
4. Proses Cooling Compound
Prinsip proses pengolahan adalah :
● Pencampuran (stirring)
● Pendinginan
● Penghilangan / pemecahan buih dengan menggunakan vakum sistem
Kondisi operasi : - Waktu : 12 – 18 jam
- Tekanan : 0,6 bar
- Temperatur : 10 – 19 oC
Prosesnya meliputi :
● ACT dan homogenizer dihubungkan dengan selang diameter 3 inchi.
● Suhu pada ACT diatur 25 o
C.
● Stirrer dimatikan dan seluruh valve pada ACT dibuka sehingga compound akan
keluar karena pengaruh gravitasi.
● Untuk kapasitas lebih dari 5 ton, stirrer pada Cooling Compound Storage Tank
(CCST) dihidupkan setelah 15 menit dan 10 menit untuk kapasitas 2,5 ton.
● Apabila compound berhenti mengalir maka homogenizer dimatikan dan CCST di
vakum 0,6 bar hingga compound habis.
● Sisa gas dibuang dan diadakan pengujian di laboratorium kimia.
● Vacum Pump dihidupkan untuk memberi tekanan 0,6 bar pada CCST bertujuan
untuk menghilangkan buih pada compound.
● Diatur suhu CCST pada 13 – 18 oC.
1.3.3 Ekstrusion Section
Tugas utama di ekstrusion section adalah mengolah compound yang ada di
CCST menjadi benang karet sesuai pesanan.
Bagian – bagian proses pada ekstrusion section adalah :
1.Wet area (acid bath dan water bath)
2.Dry area (drying dan curing)
3.Talcum area (talcum box, kipas talcum dan ribbonning)
4.Packing area (pengepakan, penimbangan dan labelling)
Prosesnya meliputi:
● Dengan gaya gravitasi, compound dialirkan melalui selang dari CCST menuju
bottom service tank (BST).
● Kemudian dipompakan oleh jet filter pump yang juga berfungsi sebagai saringan
pertama menuju top container filter (TCF) yaitu saringan II dengan menggunakan
feeding pump yang dilengkapi dengan jet filter.
● Selanjutnya dilakukan penyaringan III pada top feeding dengan kecepatan pompa
diatur pada skala Satu.
● Apabila terjadi overflow pada TCF dan TST maka compound dikembalikan ke
CCST dengan menggunakan selang atau pipa.
● Dengan gaya gravitasi compound yang ada di TST dialirkan ke header yang terdiri
dari 320 nozzle yang berisi pencetak benang capiler glass hingga dihasilkan
benang karet.
● Benang karet ditarik roller berkecepatan 9,5 – 12 rpm melalui acid batch separator
yang mengandung acetic acid 28 – 32 % dengan suhu 32 °C yang berfungsi untuk mengkoagulasikan compound.
● Selanjutnya diadakan pencucian pada water batch bersuhu 70 °C sebanyak 4 tahap yang ditarik oleh roller, roller I berkecepatan 10 – 12,5 rpm, roller II berkecepatan
10,5 – 13 rpm, roller III berkecepatan 11 – 13,5 rpm, roller IV berkecepatan 11,5 –
14 rpm. Pada tahap IV pH benang 6 – 7,5. Pencucian ini bertujuan untuk
mengurangi kadar asam yang tinggi sewaktu di acid batch.
● Selanjutnya benang dikeringkan pada drying belt bersuhu 90 – 105 °C (tergantung count), putaran 22 – 25 rpm.
● Untuk mencegah benang karet lengket pada saat pembentukan pita (ribbonning),
maka benang karet diberi talcum [ Mg3H2(SiO3)4] pada talcum roll putaran 35 – 40
rpm.
● Talcum yang lengket dibenang karet dibersihkan dengan pengipas talcum.
● Benang karet dikeringkan pada pada vulcanizing belt pada suhu 140 °C putaran 40 – 50 rpm bertujuan untuk mengurangi kelembaban benang karet setelah diberi
talcum, juga agar proses maturasi (pematangan) benang karet lebih sempurna.
● Benang karet didinginkan sampai suhu 30 °C pada cooling drum bertujuan untuk mencegah kelembaban benang karet pada kemasan / pengepakan.
● Benang karet di packing pada receiving roll dengan kapasitas maksimum 8 ton
/hari untuk selanjutnya memasuki tahap pemasaran.
1.3.4 Physical Laboratory Section
Tugas utama di Physical laboratory adalah memeriksa dan menganalisa hasil
produksi benang karet dengan parameter – parameter sebagai berikut:
a. Filament weight tolerance
b. Physycal quality :
● Resistance at break (RB) yaitu tegangan putus atau persen tarik pada benang karet
● Elongation at break (EB) yaitu regangan perpanjangan putus atau persen putus pada
benang karet
● Green modulus CA 300% yaitu tegangan tarik dalam 300% pada benang karet
● Green modulus CA 500% yaitu tegangan tarik dalam 500% pada benang karet
● Schwatz value (VRS) yaitu nilai kelenturan benang karet
● Temperatur 50 °C vulcanization test ( T 50) yaitu temperatur sampai dimana benang karet masih memiliki kadar elastis
● Retention at 149 °C / 2 Hr ● Permanent set at 80 % E.B
c. Separability yaitu daya lengket benang karet dalam ribbon
d. Exact count yaitu jenis count yang sebenarnya
e.Talcum content yaitu talcum yang lengket dibenang karet
f. Moisture content yaitu kandungan air dalam benang karet
g. Water extract yaitu pencucian benang karet
1.4 Pembatasan Masalah
Pompa yang direncanakan adalah pompa untuk memompakan lateks dari tangki
truk ke tangki penampungan. Adapun alasan penggunaan pompa ini menurut [lit.1 hal.
25] adalah:
• tekanan pada tangki truk jauh lebih kecil dari tangki penampungan lateks.
• dibutuhkan waktu yang singkat agar tidak terjadi penggumpalan (coagulant) lateks pada tangki truk.
• tangki penampungan lateks yang cukup tinggi.
Ruang lingkup perencanaan berdasarkan spesifikasi yang diberikan meliputi:
• penentuan jenis/type pompa yang digunakan
• penentuan kapasitas dan head pompa
• ukuran-ukuran utama pompa
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin Fluida
Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis
poros menjadi energi potensial fluida, atau sebaliknya mengubah energi fluida (energi
potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Dalam hal ini fluida yang
dimaksud adalah berupa cair, gas dan uap.
Sesuai dengan pengertian diatas, maka berdasarkan fungsinya mesin fluida dapat
dibedakan atas dua golongan, yaitu:
1. Mesin tenaga, yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi (energi potensial
atau energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Mesin yang termasuk golongan
ini adalah: turbin, kincir air dan kincir angin.
2. Mesin kerja, yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis poros
menjadi energi fluida (energi potensial atau energi kinetik). Mesin yang termasuk
golongan ini adalah: pompa, kompresor dan blower.
2.2 Pompa
Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan mesin
kerja. Pompa berfungsi untuk mengalirkan fluida dari tempat yang rendah ke tempat
yang lebih tinggi atau dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan
lebih tinggi. Disamping itu juga pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari
tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah, misalnya pada sistem pemipaan
2.3 Klasifikasi Pompa
Pompa dapat diklasifikasikan secara umum berdasarkan pemberian energi pada
fluida kerjanya, yaitu:
1.Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump)
2.Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump)
2.3.1 Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump)
Pompa jenis ini bekerja dengan prinsip memberikan tekanan secara periodik
pada fluida yang terkurung dalam rumah pompa sehingga tekanan statisnya naik.
Pompa jenis ini umumnya digunakan untuk kapasitas kecil dan head yang tinggi. Pompa
yang termasuk jenis ini adalah:
• Pompa Putar (Rotary Pump)
Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung antara
ruangan rotor dan rumah pompa, selanjutnya didorong keruang tekan dengan gerak
putar dari rotor sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akan dikeluarkan melalui
sisi tekan. Contoh pompa jenis ini adalah: gear pump, srew pump dan vane pump.
• Pompa Torak (Reciprocating Pump)
Pompa torak mempunyai bagian utama berupa torak yang bergerak bolak- balik
didalam silinder. Fluida masuk melalui katup isap (suction valve) ke dalam silinder
mengalirkan fluida keluar melalui katup tekan (discharge valve). Contoh pompa tipe
ini adalah: pompa diafragma dan pompa plunyer.
2.3.2 Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump)
Pompa tekanan dinamis disebut juga rotodynamic pump, turbo pump atau
interpeler pump. Pompa ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
• Mempunyai bagian utama merupa sudu dengan kurungan sudu disekeliling poros putar.
• Melalui sudu-sudu, fluida mengalir secara kontinue, dimana fluida berada diantara sudu-sudu tersebut.
Energi mekanis dari luar diberikan pada poros untuk memutar impeler.
Akibatnya fluida yang berada dalam impeler oleh dorongan sudu-sudu akan terlempar
menuju saluran keluar,
Pada proses ini fluida akan mendapat percepatan sehingga fluida tersebut
energi kinetik akan berubah menjadi energi tekanan di sudu-sudu pengarah atau di
dalam rumah pompa.
Berdasarkan arah aliran fluida, maka impeler dapat dibedakan atas:
• Impeler Jenis Radial
Arah aliran fluida masuk impeler sejajar dengan poros pompa dan keluar dari impeler
dengan arah radial. Head yang dihasilkan dapat mencapai di atas 50 meter kolom air
dengan putaran 500 - 1500 rpm. Perbandingan diameter buang (discharge) dengan
diameter mata sisi masuk (inlet eye diameter) adalah sekitar 2 dan secara praktis
dipakai pada mesin-mesin yang bertingkat banyak.
• Impeler Jenis Francis
Pada impeler ini, arah aliran fluida sama dengan aliran pada jenis radial hanya head
yang dihasilkan lebih kecil tetapi kapasitas lebih besar. Kecepatan putar spesifiknya
berkisar 1500 - 4500 rpm. Sudut sisi masuk harus berkurang sesuai dengan
jari-jarinya (kecepatan keluar impeler) untuk menjamin masuknya fluida dengan mulus,
sehingga bentuknya seperti turbin francis. Jenis impeler ini dapat juga dipakai untuk
● Impeler Jenis Aliran Campuran
Arah aliran fluida impeler sejajar dengan poros pompa dan keluar dari impeler
dengan arah radial dan aksial. Bila dibandingkan dengan jenis impeler francis, head
yang dihasilkan lebih rendah dengan putaran spesifik yang lebih besar sekitar 4500 -
8000 rpm. Diameter buang rata-rata besarnya sama dengan diameter sisi masuk,
walaupun dapat juga lebih kecil. Impeler dibuat berbentuk sekrup.
● Impeler Jenis Aksial
Jenis impeler ini memiliki aliran fluida masuk dan keluar dengan arah aksial. Gaya
sentrifugal yang bekerja tidak ada sehingga semua head yang ditimbulkan adalah
akibat dari tekanan sudu-sudu. Impeler jenis ini digunakan untuk head yang rendah (3
- 40) ft dengan kapasitas aliran yang besar. Impeler jenis aksial ini mempunyai
Pompa tekanan dinamis dapat dibedakan berdasarkan berbagai kategori, yaitu:
A. Berdasarkan bentuk rumah.
1.Pompa Volut
Pompa ini khusus untuk pompa sentrifugal. Aliran fluida yang meninggalkan impeler
secara langsung memasuki rumah pompa yang berbentuk volut (rumah siput), sebab
diameternya bertambah besar.
2. Pompa Difuser
Konstruksi pompa ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) disekeliling saluran
keluar impeler. Pemakaian diffuser ini akan memperbaiki efisiensi pompa. Diffuser
3. Pompa Vorteks
Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut. Pompa ini tidak
menggunakan diffuser, namun memakai saluran yang lebar. Dengan demikian pompa
ini tidak mudah tersumbat dan cocok untuk pemakaian pada pengolahan cairan
limbah.
Gambar 2.11 Pompa Vorteks
B. Berdasarkan jumlah tingkat.
1.Pompa satu tingkat
Pompa ini hanya mempunyai sebuah impeler. Pada umumnya head yang dihasilkan
pompa ini impeller rendah, namun konstruksinya sederhana.
2. Pompa bertingkat banyak
Pompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasang secara berderet pada
impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga tingkat terakhir. Head total pompa
merupakan penjumlahan head yang dihasilkan oleh masing-masing impeler.
C. Berdasarkan jenis impeler.
1. Pompa Sentrifugal
Pompa ini menggunakan impeler jenis radial atau francis. Aliran zat cair yang keluar
dari impeler akan melalui bidang tegak lurus poros pompa. Impeler dipasang pada
satu ujung poros dan pada ujung lainnya dipasang kopling sebagai penggerak poros
2. Pompa aliran campur.
Pompa ini menggunakan jenis aliran campur (mix flow). Aliran akan keluar dari
impeler sesuai dengan arah bentuk permukaan kerucut rumah pompa.
3. Pompa aliran aksial.
Pompa ini menggunakan impeler jenis aksial dan zat cair yang meninggalkan impeler
akan bergerak sepanjang permukaan silinder rumah pompa ke arah luar.
Konstruksinya mirip dengan pompa aliran campur, kecuali bentuk impeler dan
difusernya.
D. Berdasarkan letak poros
1. Pompa poros mendatar.
Pompa ini mempunyai poros dengan posisi horizontal (Gambar 2.9 s/d 2.15). Pompa
jenis ini memerlukan tempat yang relatif lebih luas.
Poros pompa ini berada pada posisi vertikal. Poros ini dipegang di beberapa tempat
sepanjang pipa kolom utama bantalan. Pompa ini memerlukan tempat yang relatife
kecil dibandingkan dengan poros mendatar. Penggerak pompa umumnya diletakkan
diatas pompa.
E. Berdasarkan belahan rumah
1. Pompa belahan mendatar.
Pompa ini mempunyai belahan rumah yang dapat dibelah dua menjadi bagian atas
dan bagian bawah oleh bidang mendatar yang melalui sumbu poros. Jenis pompa ini
sering digunakan untuk pompa berukuran menengah dan besar dengan poros
mendatar.
Rumah pompa ini terbelah oleh sebuah bidang tegak lurus poros. Belahan rumah
pompa seperti ini sering digunakan pada pompa kecil dan umumnya untuk pompa –
pompa dengan poros tegak.
F. Berdasarkan sisi masuk impeler
1. Pompa isapan tunggal
Pada pompa ini fluida masuk dari sisi impeler. Konstruksinya sangat sederhana,
sehingga sangat sering dipakai untuk kapasitas yang relatif kecil. Adapun bentuk
konstruksinya terlihat pada gambar 2.9 s/d 2.16.
2. Pompa Isapan ganda
Pompa ini memasukkan fluida melalui dua sisi isap impeler. Pada dasarnya pompa ini
sama dengan dua buah impeler pompa isapan tunggal yang dipasang
bertolak-belakang dan dipasang beroperasi secara paralel. Dengan demikian gaya aksial yang
terjadi pada kedua impeler akan saling mengimbangi dan laju aliran total adalah dua
kali laju aliran tiap impeler. Oleh sebab itu pompa itu banyak dipakai untuk
kebutuhan dengan kapasitas yang besar.
2.3.3 Pompa-pompa Jenis Khusus
• Pompa dengan Motor Benam (Submersible Motor)
Pompa biasanya digunakan untuk memompa fluida dari sumur yang sangat dalam.
Pompa dan motor penggeraknya merupakan satu kesatuan dan keduanya dipasang
terbenam dibawah permukaan fluida.
Pompa jenis ini mempunyai konstruksi dimana penggeraknya merupakan satu unit
dengan pompa. Pompa jenis ini digunakan untuk melayani pemompaan yang
mengharuskan tidak terjadinya kebocoran yaitu pada fluida-fluida hasil proses
pendinginan kriogenik.
• Pompa memancing sendiri (Self Priming Pump)
Tidak seperti pompa yang lainnya, pompa ini beroperasi tanpa perlu dipancing
terlebih dahulu. Pompa ini biasanya berukuran kecil dan digunakan untuk keperluan
darurat atau tidak terus menerus.
• Pompa Pasir
Pompa ini digunakan untuk memindahkan zat cair yang mengandung pasir atau
butiran zat padat dalam ukuran besar. Pompa ini mempunyai impeler terbuka dengan
jumlah sudu sedikit untuk mencegah terjadinya sumbatan pasir pada celahnya.
2.4 Dasar Perencanaan Pompa
Dalam merencanakan sebuah pompa sebagai peralatan untuk memindahkan
fluida dari satu tempat ke tempat yang lain dengan head (tinggi tekan) tertentu,
diperlukan beberapa syarat utama, antara lain:
1. Kapasitas
Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa tersebut persatuan
waktu. Kapasitas pompa tergantung kepada kebutuhan yang harus dipenuhi dengan
fungsi pompa yang direncanakan.
Head Pompa adalah besarnya energi yang dibutuhkan oleh pompa untuk dapat
menaikkan/memindahkan fluida dari keadaan awal ke keadaan baru. Head pompa
dinyatakan dalam satuan tinggi kolom air (dalam meter).
3. Sifat Zat Cair
Pengertian sifat zat cair disini adalah sifat dari zat cair yang meliputi tekanan,
temperatur, viskositas, massa jenis dan kandungan zat padat.
4. Kondisi Kerja
Pada perencanaan pompa harus dipertimbangkan jumlah operasi pompa (dalam jam)
yang dihitung pertahun, kondisi pemakaian pompa apakah bekerja terus menerus atau
terputus-putus, dan pengaruh kondisi kerja terhadap pemilihan pompa.
5. Motor Penggerak
Motor penggerak disini dapat meliputi motor listrik, motor bakar torak atau turbin.
6. Tempat instalasi
Dalam hal ini perlu diketahui pembatasan – pembatasan pada ruang instalasi,
ketinggian di atas permukaan laut, kondisi tempat pompa di luar atau di dalam
gedung, fluktuasi temperatur lingkungan.
2.5 Dasar Pertimbangan Pemilihan Pompa
Dalam hal pemilihan jenis pompa ini, sebagai dasar pertimbangan adalah
keuntungan dan kerugian dari jenis-jenis pompa tersebut. Untuk memenuhi kebutuhan
pemindahan zat cair, pompa yang digunakan pada umumnya adalah jenis pompa torak
dan pompa sentrifugal.
Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa yang akan digunakan
fluida, lokasi kerja pompa dan jenis penggerak. Sebagai dasar pertimbangan lain adalah
keuntungan dan kerugian dalam hal teknis dan ekonomisnya.
Dalam perencanaan ini, pompa digunakan untuk memindahkan lateks dari truk
tangki ke tangki penampungan . Kondisi yang diinginkan pada perencanaan ini adalah:
• Kapasitas dan head pompa harus dapat dipenuhi pada kondisi operasi maksimum sehingga mampu mengalirkan lateks.
• Aliran harus bersifat kontinue dan merata
• Fluida yang dialirkan adalah lateks.
• Tidak adanya kebocoran untuk menghindari penurunan kapasitas produksi. Untuk memilih pompa yang tepat dan sesuai dengan kondisi pengoperasian,
maka perlu dipertimbangkan sifat-sifat pompa dalam pengoperasiannya, seperti pada
tabel berikut :
Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Pompa Sentrifugal dan Pompa Torak
No Masalah Pompa Sentrifugal Pompa Torak
1
Alirannya Putaran poros Kapasitas Head
Biaya pemeliharaan Pondasi
Getaran
Motor penggerak
Kontinue Lebih tinggi Lebih besar Kecil / medium Murah
Biasa Kecil
Dapat dikopel langsung
Berfluktuasi Lebih rendah Lebih kecil Tinggi Mahal Kokoh Cukup besar
Tidak dapat dikopel langsung
Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam perencanaan
ini, maka dengan membandingkan sifat pompa dan cara kerjanya, dipilih pompa
sentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni:
2. Putaran poros dapat lebih tinggi
3. Rugi – rugi transmisinya lebih kecil karena dapat dikopel langsung dengan motor
penggerak
4.. Konstruksinya yang lebih aman dan lebih kecil.
2.6 Putaran Spesifik Pompa
Putaran spesifik pompa adalah besarnya putaran impeler untuk menghasilkan
kapasitas 1 m3/det dan head 1 meter pada efisiensi maksimum. Putaran spesifik ini
diperlukan untuk menentukan jenis impeler dan jumlah tingkat suatu pompa. Putaran
spesifik dapat dihitung dengan :
ns = n 4 3
H Q
dimana:
n = putaran pompa (rpm) ns = kecepatan spesifik (rpm)
Q = kapasitas pompa (gpm) H = head pompa (ft)
Persamaan diatas berlaku untuk pompa satu tingkat. Untuk hal-hal yang khusus
dimana tinggi kenaikan pompa-pompa yang besar atau pada kapasitas pompa yang
kecil, akan didapatkan kecepatan spesifik yang sangat kecil, sehingga dengan demikian
pompa dibuat bertingkat banyak.
2.7 Daya Pompa
Daya yang diberikan kepada pompa harus lebih besar dari daya akibat fluida dan
akibat dari kerugian-kerugian yang terjadi. Daya pompa dapat dihitung dengan
Pp = ρ.Q.H.g
ηp
dimana:
H = head pompa (m)
Pp = daya pompa (watt)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
Q = kapasitas pompa (m3/det)
ηp = efisiensi pompa (%)
BAB III
PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK
Dalam perencanaan sebuah pompa, beberapa tahapan yang harus dilakukan
adalah pertama jenis pompa yang didasarkan pada tujuan kondisi kerja pompa yang
direncanakan, baik karakteristik fluidanya maupun instalasi yang direncanakan.
Kemudian setelah jenis pompa ditentukan, langkah selanjutnya menentukan kapasitas
dan head pompa yang direncanakan. Selanjutnya adalah menentukan jenis penggerak
pompa, putaran pompa dan kondisi yang direncanakan sehingga akan diperoleh kerja
yang efektif dan kemudian dapat ditentukan daya yang dibutuhkan.
3.1 Penentuan Kapasitas Pompa
Dalam perencanaan ini kapasitas yang direncanakan adalah jumlah lateks yang
dialirkan dari tangki truk ke tangki penampungan (storage tank) persatuan waktu dan
dari kapasitas aliran ini ditentukan kapasitas pompa yang direncanakan.
Dari hasil survey yang dilakukan pada PTPN III General Pabrik Industri Karet
didapat bahwa pabrik beroperasi dalam 24 jam per hari untuk memproduksi benang
karet dengan 4 unit mesin produksi. Waktu untuk mempompakan lateks dari 1 tangki
truk dengan kapasitas 14 ton lateks adalah ± 1,5 jam Jumlah lateks yang dipompakan
dalam 1 hari untuk kebutuhan produksi benang karet adalah 56 ton lateks. Adapun
lapisan dalam tangki truk dilapisi dengan aspal atau paraffin dan lateks yang dibeli
sudah dicampur dengan zat pengawet seperti amoniak [lit. 1 hal. 8] yang menyebabkan
lateks:
- tahan terhadap perubahan bentuk seperti penggumpalan lateks
- kerusakan lateks dapat dihindari untuk jangka waktu tertentu
Lateks yang dibeli dari supplier dengan temperature ± 38 oC dan sampai di pabrik
dengan temperatur 35 oC dengan massa jenis lateks 950 kg/m3 dan viskositas kinematik
0,84 . 10-4 m2/det [Lit 1 hal. 46].
Maka kapasitas aliran (Q) aliran:
Q =
ρ •
m
dimana : m = massa aliran lateks •
ρ = massa jenis lateks
Maka kapasitas aliran (Q) diperoleh :
Q = 3
3 kg/m 950
kg/hari 56.10
= 58,947 m3/hari
Dimana lamanya pompa beroperasi 6 jam per hari; maka kapasitas aliran perjam adalah
:
Q =
hari / jam 6
/hari m 58,947 3
= 9,82 m3 /jam
≈ 10 m3/jam
Untuk kesempurnaan pompa perlu diantisipasi kemungkinan kerugian kapasitas
akibat kebocoran sepanjang pipa serta penurunan efisiensi pompa setelah pemakaian
(10-15)%. Pada perancangan ini kapasitas pompa direncanakan ditambah sebesar 15%.
Maka kapasitas pompa adalah:
Qp = (15% x 10 m3 / jam) + 10 m3 /jam
= 11,5 m3 /jam
3.2 Pemilihan Jumlah Pompa
Dalam penentuan jumlah pompa, ada beberapa hal yang harus diperhatikan,
antara lain:
1. Pertimbangan Ekonomi
Pertimbangan ekonomi menyangkut biaya investasi untuk pembangunan instansi
maupun biaya operasi dan pemeliharaannya. Agar biaya dapat ditekan maka
jumlah pompa harus sesuai dengan kebutuhan.
2. Batas Kapasitas Pompa
Kapasitas suatu pompa tergantung pada:
a. Berat dan ukuran pompa
b. Lokasi dan cara pemasangan pompa
c. Jenis penggerak dan cara mentransmisikan daya dari penggerak ke
pompa
3. Pembagian Resiko
Menggunakan hanya satu pompa untuk keseluruhan dalam instalasi mempunyai
resiko yang tinggi untuk keperluan pabrik. Instalasi tidak akan berfungsi sama
Tabel 3.1 Pemilihan Jumlah Pompa
Debit yang direncanakan
(m3 /jam)
Jumlah Pompa Jumlah Pompa
Cadangan
Jumlah Pompa
Keseluruhan
Sampai 2800
2.500-10.000
lebih 9.000
1
Untuk memperkecil resiko dan sesuai dengan pertimbangan-pertimbangan di
atas, untuk kapasitas pompa 11,5 m3/jam (276 m3/hari), maka direncanakan pompa
sebanyak dua buah, yaitu satu buah pompa yang beroperasi dan satu buah lagi sebagai
cadangan.
3.3. Penentuan Head Pompa
Head pompa adalah kemampuan suatu pompa untuk memindahkan fluida dari
tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tempat yang bertekanan
rendah ke tempat yang bertekanan tinggi. Head pompa dinyatakan dalam satuan tinggi
kolom air (dalam meter) yang harus dialirkan untuk memperoleh jumlah energi yang
sama dengan yang dikandung fluida oleh satuan berat fluida.
Dari gambar 3.1 dengan menentukan titik Z1 pada permukaan fluida pada tangki
truk dan titik Z2 pada permukaan fluida pada tangki penampungan, maka head pompa
(Hp) menurut [lit. 9 hal. 202] dinyatakan dengan :
Dimana :
γ
P
∆ = Perbedaan head tekanan
g V
2 2
∆ = Perbedaan head kecepatan
Z
∆ = Perbedaan head potensial pada kedua permukaan fluida
hn-2 = Kerugian head
Untuk menentukan besarnya head yang harus disediakan oleh pompa rancangan
haruslah didasarkan pada kondisi instalasi, sifat fluida yang dipompakan dan rencana
operasi pompa.
3.3.1. Perbedaan Head Tekanan
Perbedaan head tekanan yang dimaksud adalah perbedaan tekanan pada tangki
truk dengan tekanan pada tangki penampungan. Dari survey didapat bahwa tekanan
pada tangki truk (P1) adalah vakum sebesar 0,25 bar (0,25 x 105 N/m2) dan tekanan
dalam tangki penampungan (P2) sebesar 1 atm (1 x 105 N/m2). Dengan demikian head
akibat perbedaan tekanan (∆HP) adalah :
HP
∆ =
γ 1
2 P
P −
dimana :
γ = berat jenis fluida = ρ.g
HP
3.3.2. Head Statis
Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan lateks pada tangki truk
dengan ketinggian permukaan lateks yang dipompakan pada tangki penampungan.
Pada gambar 3.1 dapat dilihat bahwa tinggi permukaan fluida (Z1) pada tangki
truk adalah 0,85 m. Sedangkan tinggi permukaan fluida (Z2) pada tangki penampungan
dapat dicari dari volume tangki. Dari survey diperoleh volume penampungan 16 m3
dengan panjang (L) 5,3 m dan diameter (D) 2,2 m. Besarnya volume tangki truk adalah:
Vol truk =
Maka tinggi permukaan fluida pada tangki penampungan adalah :
Hs =
Dari gambar 3.1 dapat dicari ketinggian Z2 yaitu :
Z2 = 10,5 + 0,1 + 2,02
Maka besarnya head statis (Hs) adalah :
Hs = Z2 – Z1
= 14,76 – 0,85 = 13,91 m
Gambar instalasi pemipaan dan gambar diagram isometris dapat dilihat pada
3 Perbedaan Head Kecepatan
Head ini timbul sebagai akibat adanya perbedaan kecepatan aliran lateks antara
titik Z1 dan titik Z2 dalam menentukan perbedaan kecepatan aliran, terlebih dahulu
diketahui besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Umumnya kecepatan aliran di dalam
pipa yang diizinkan menurut [lit. 10 hal. 63] adalah sebesar (1 - 2) m/det untuk pipa
diameter kecil dan (1,5 - 3) m/det untuk pipa berdiameter besar. Untuk memperoleh
kecepatan aliran dan diameter pipa isap yang sesuai, perhitungan awal sementara
diambil batas kecepatan rata-rata 1,4 m/det.
Dari persamaan kontinuitas diperoleh :
Qp = Vs . As………….(lit. 3 hal. 94)
dimana:
Qp = kapasitas pompa = 11,5 m3/jam = 3,194.10-3 m3/det
As = luas penampang pompa isap (m2)
Vs = kecepatan aliran dalam pipa isap (m/det)
Sehingga diameter pipa isap adalah:
Qp = Vs .
Menurut [lit. 5 hal.23] berdasarkan ukuran pipa standar ANSI B36.19 Shedule 40, maka
dipilih pipa nominal 2 in dengan dimensi pipa :
• diameter pipa dalam (di) = 2,067 in = 0,0525 m
Dengan menggunakan pipa tersebut di atas, maka kecepatan aliran yang sebenarnya
sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah :
Vs =
Bila kecepatan aliran pada sisi masuk (v1) adalah kecepatan pada saat fluida dari
tangki truk memasuki ujung pipa isap dan kecepatan pada sisi keluar (v2) adalah
kecepatan fluida pada ujung pipa tekan saat memasuki tangki penampungan, akibat
kapasitas aliran lateks dari tangki truk ke tangki penampungan sama dan ukuran pipa
yang digunakan sama maka v1 = v2 = 1,47 m/det. Maka besarnya head kecepatan aliran
adalah :
3.3.4 Kerugian Head sepanjang Pipa 3.3.4.1 Kerugian Head pada pipa isap
Kerugian head pada sisi isap terdiri dari kerugian head karena gesekan dan
kerugian head karena kelengkapan pipa.
a. Kerugian head karena gesekan sepanjang pipa isap
Besarnya kerugian head akibat gesekan pada sisi isap diperoleh menurut rumus
Hf1 = f .
g = percepatan gravitasi = 9,81 m/det2
Faktor gesekan (f) didapat dari diagram Moody dengan terlebih dahulu
mengetahui bilangan Reynold (Re) menurut [lit. 9 hal. 208] dicari dengan rumus :
Re =
ϑ
di Vs.
Dimana :
Re = bilangan reynold
ν = viskositas kinematik fluida pada temperatur 35 oC
= 0,84x10-6 m2/det
Berdasarkan lit 8 hal 43 dengan bilangan reynold sebesar 9,187.104 maka alirannya
turbulen.
Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Stainless Steel dengan standart ANSI
B36.19 Shedule 40 dengan kekasaran 0,046 mm.
di gesekan (f) = 0,022. Besarnya kerugian head gesekan sepanjang pipa isap menurut
rumus Darcy Weisbach :
h fs = 0,022 x
b. Kerugian Head karena kelengkapan pipa isap
Besarnya kerugian head karena kelengkapan pipa isap dihitung dengan
persamaan :
Hm =
Dimana : n = jumlah kelengkapan pipa
k = koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa
Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat adanya
kelengkapan pipa, maka perlu diketahui terlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang
digunakan sepanjang jalur pipa isap. Jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah :
Tabel 3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pipa isap
Jenis Jumlah (n) k n.k
Mulut lonceng 1 0,05 0,05
Elbow 90o 3 0,36 1,08
Katub pintu (gate valve) 1 0,15 0,15
Σnk 1,28
hms = 1,28x
Dengan demikian besar kerugian head sepanjang pipa isap pompa adalah sebesar :
H1-s = hfs + hms
= 0,0646 + 0,141
= 0,2056 m
3.3.4.2 Kerugian Head pipa Tekan a. Kerugian head akibat gesekan pipa
Dengan ukuran yang sama dengan pipa isap untuk fluida pada temperatur yang
sama (35 oC) dapat diperoleh dengan persamaan :
h f-s = f.
b. Kerugian head akibat kelengkapan pipa
Adapun kelengkapan pada instalasi pipa tekan dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 3.3 Koefisien kerugian head pada kelengkapan pipa
Jenis Jumlah (n) k n.k
Elbow 900 3 0,36 1,08
Katub cegah (check valve) 1 2,4 2,4 Katub pintu (gate valve) 4 0,15 0,6
Σn.k = 4,08
h m-d = 4,08x
81 , 9 . 2
) 47 , 1
( 2
= 0,4493 m
Kerugian head sepanjang pipa tekan adalah :
h1-d = hf-s + hm-d
= 0,78 + 0,449
= 1,229 m
Maka kerugian head yang terjadi pada instalasi pemipaan adalah :
hl = hl-s + hl-d
= 0,2056 + 1,229
= 1,435 m
Besarnya head yang harus dihasilkan pompa untuk mengalirkan lateks dari tangki truk
ke tangki penampungan adalah :
Hp = Hp∆ + ∆Hv + hl + Hs
= 8,05 + 0 + 1,435 + 13,91
= 23,39 m
Untuk mengkoreksi perubahan gesekan pipa yang bergantung pada umur pipa,
pembulatan angka-angka perhitungan dan ketelitian membaca grafik, maka dalam
perancangan head pompa haruslah ditambah sebesar (10 - 25) %. Dalam hal ini head
rancangan pompa ditambah 10 % sehingga besar head yang diperoleh:
Hp = (10 % x 23,39) + 23,39
= 25,73 = 26 m
3.4 Alat Penggerak Pompa
Ada beberapa jenis penggerak mula yang digunakan untuk menggerakkan
pompa, antara lain : turbin uap, motor bakar, motor listrik. Dalam perencanaan ini
motor listrik yang digunakan untuk menggerakkan pompa dengan pertimbangan :
1.Energi listrik untuk menggerakkan motor listrik dengan mudah dapat diperoleh dari
pembangkit tenaga listrik yang ada baik dari PLN maupun pembangkit tenaga uap.
2.Keuntungan menggunakan motor listrik adalah : dapat dikopel langsung dengan
pompa, pengoperasiannya mudah, putaran yang dihasilkan konstan, getaran yang
ditimbulkan kecil, biaya peralatan murah serta tidak menimbulkan polusi udara dan
suara.
Besarnya putaran motor listrik dapat ditentukan dengan mengetahui frekwensi
dan jumlah katup pada motor listrik. Pada umumnya frekwensi listrik di Indonesia
adalah 50 hz. Putaran motor listrik dapat diperoleh dengan persamaan :
n = P fx120
(rpm)………(lit. 10 hal. 40)
dimana :
f = frekwensi listrik (50 hz)
P = jumlah katup motor listrik (2,4,6,8,12) dipih 2 buah.
Maka :
n =
2 120 50x
= 3000 rpm
Putaran motor akan menentukan putaran spesifik pompa yang selanjutnya akan
pertimbangan yang menyangkut ukuran pompa untuk dapat memberikan putaran
spesifik yang sesuai dan menghasilkan efisiensi pompa yang optimum.
Putaran motor akan menjadi kecil sebesar (1 - 2) % karena adanya slip putaran.
Dalam perencanaan ini diambil slip putaran sebesar sebesar 1,2 % dari putaran motor
listrik yang dipilih, sehingga putaran motor listrik menjadi :
Nm = 3000 – (1,2 % x 3000)……… (lit. 10 hal. 48)
= 2964 rpm
Pompa dikopel langsung dengan motor listrik sehingga putaran pompa 2964 rpm.
3.5 Pemilihan Jenis Impeler
Jenis impeler pompa ditentukan dari putaran spesifik pompa dimana putaran
spesifik ini dipengaruhi oleh putaran pompa tersebut. Putaran spesifik pompa adalah
putaran pompa yang menghasilkan head sebesar 1 m dengan kapasitas 1 m3/det.
Berdasarkan bentuk atau modelnya, impeler dibedakan atas :
impeler terbuka (completely open impeler)
impeler semi terbuka (semiopen impeler)
impeler tertutup (close impeler)
Impeler yang direncanakan adalah impeler radial jenis open impeler.
Adapun alasan pemilihan open impeler adalah :
1. Open impeler umumnya digunakan untuk pompa berkapasitas kecil.
2. Harganya tidak mahal dibanding jenis semiopen atau close impeler.
3. Digunakan untuk menangani fluida yang bersifat abrasive.
3.6 Putaran Spesifik Pompa
Putaran spesifik untuk pompa yang memiliki impeler satu tinggkat dapat
dihitung dengan persamaan berikut :
ns = np 4 3
p p H
Q
…….(lit.6 hal. 27)
dimana :
np = putaran pompa = 2964 rpm
= 3,194.10-3m3/det
= 50,62 gpm (dimana 1 m3/det = 15849,226 gpm)
Hp = head pompa = 26 m = 85,3 ft
Maka :
ns = 2964 3 4 3 , 85
62 , 50
= 751,324 rpm
= 751 rpm
Tipe impeler menurut [lit. 2 hal. 62] adalah :
1.Tipe Radial ns = 500-1000 rpm
2.Tipe Francis ns = 1000-3000 rpm
3.Tipe Aliran campur ns = 3000-7000 rpm
4.Tipe Axial ns = 7000-1500 rpm
Dari grafik pada gambar 3.4 dapat ditentukan jenis impeler yang akan digunakan
dan juga efisiensi pompa. Untuk putaran spesifik pompa ns = 751 rpm dengan jenis
impeler yang digunakan tipe radial.
3.7 Efisiensi Pompa
Pada pemakaian pompa yang terus – menerus, masalah efisiensi pompa (ηp) menjadi perhatian khusus. Efisiensi pompa tergantung kepada kapasitas tinggi tekan
(head) dan kecepatan aliran yang kesemuanya sudah termasuk dalam putaran spesifik.
Hubungan antara putaran spesifik dengan efisiensi pompa dapat dilihat pada gambar 3.5
berikut ini :
Dimana kondisi pompa adalah :
Kapasitas Qp = 3,194.10-3m3/det = 50,62 gpm
Putaran spesifik (ns) = 751 rpm
3.8 Daya pompa
Daya pompa (Np) merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan
impeler. Besarnya daya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan :
Np =
Besarnya daya motor pengerak dapat dihitung dengan persamaan :
Nm =
α= faktor koreksi cadangan (0,1 -0,2), diambil 0,2
t
maka :
Nm =
1 ) 2 , 0 1 ( 382 ,
1 +
= 1,6584 kW
= 2,226 Hp
Berdasarkan standard motor yang ada dipasarkan maka dipilih motor listrik
dengan daya 3 Hp.
3.10 Kavitasi
Bila tekanan pada sembarang titik didalam pompa turun menjadi lebih rendah
dari tekanan uap pada temperature cairnya, cairan itu akan menguap dan membentuk
gelembung uap. Gelembung- gelembung akan mengalir bersama- sama dengan aliran
sampai daerah yang tekanannya lebih tinggi. Saat tekanan yang lebih tinggi dicapai,
gelembung akan mengecil secara tiba-tiba atau pecah yang mengakibatkan tumbukan
yang besar pada dinding yang didekatnya yang disebut dengan kavitasi.
Selain menyebabkan menurunnya efesiensi pompa, kavitasi dapat menyebabkan
kerusakan mekanis seperti erosi pada sudutdan dinding sisi masuk impeller juga
menimbulkan suara berisik serta getaran pada pompa.
3.11 Net Positive Section Head (NPSH)
Kavitasi dipengaruhi oleh head isap (suction head) pompa. Head ini disebut
dengan head isap positif netto. Untuk mencegah kavitasi, make head isap yang tersedia
pada instalasi haruslah lebih besar dari NPSH yang dibutuhkan oleh pompa.
NPSH A =
γ1
P
- γv
P
- h s-1 – h1-s ……….(lit.2 hal .63)
dimana :
P1 = tekanan didalam tangki truk = 0,25 bar
Pv = tekanan uap jenuh lateks pada 110 oC = 0,08 bar
γ = kerapatan fluida kerja = 9319,5 kg/m3 h s-1 = head statis isap pompa = 0,65 m
h1-s = kerugian head sepanjang pipa isap = 0,2056 m
maka :
NPSH A =
5 , 9319
8000 25000−
- (-0,65) – 0,2056
= 2,268 m
3.11.2 NPSH yang diperlukan
Besarnya NPSH yang diperlukan untuk setiap pompa berbeda harganya
tergantung dari pabrik. Namun untuk penafsiran secara kasar, NPSH yang diperlukan
dapat dihitung dari konstanta Thoma (σ) yaitu :
NPSHR = σ Hp
dimana :
σ = koefisien kavitasi thoma
Hp = head pompa = 26 m
Menurut [lit. 2 hal. 65], untuk pompa tunggal dengan putaran spesifik pompa (S) ≤
(6500 – 9000), diambil S = 7000. Dari lampiran (5) diperoleh harga σ = 0,053.
NPSHR = 0,053 x 26 m
= 1,37 m
Hasil yang didapat terlihat bahwa NPSHA > NPSHR (2,268 m > 1,37 m),
sehingga pompa yang direncanakan dapat beroperasi tanpa terjadi kavitasi.
3.12 Spesifikasi Pompa
Berdasarkan perhitungan-perhitungan yang telah didapat, maka spesifikasi
pompa yang akan direncanakan adalah sebagai berikut :
• Kapasitas pompa : Qp = 3,194.10-3 m3/det
• Head pompa : Hp = 26 m
• Putaran pompa : np = 2964 rpm
• Jenis pompa : Sentrifugal tingkat satu
• Putaran spesifik : ns = 751 rpm
• Efisiensi pompa : ηp= 56 %
• Tipe impeler : Radial
• Daya pompa : Np = 1,382 kW
• Penggerak pompa : Motor listrik
• Daya motor : Nm = 1,6584 kW
BAB IV
UKURAN UTAMA POMPA
4.1 Putaran Pompa
Poros merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk memindahkan daya dan
putaran dari motor penggerak ke impeler serta mendukung pembebanan impeler. Daya
yang akan ditransmisikan adalah daya motor listrik 1,6584 kw dengan putaran 2964
rpm. Untuk dapat menahan bahan tersebut direncanakan bahan poros adalah stainless
stell AISI yang biasa digunakan sebagai material pompa. Baja ini mempunyai kekuatan
tarik (σB) sebesar 517,24 x 106 N/m2.
Untuk merencanakan diameter poros pompa dari daya yang ditransmisikan dan
putaran yang diketahui dapat ditentukan besarnya daya rencana, yaitu :
Nd = fc .Nm
dimana :
Nm = daya motor penggerak = 1,6584 kw
Fc = faktor koreksi daya (0,8 – 1,2) direncanakan 1,2
Sehingga :
Nd = 1,2 x 1,6584
= 1,990 kW
Momen puntir yang terjadi pada poros (T) adalah :
T =
ϖd
N
(N.m)
dimana :
ϖ = kecepatan sudut
= 60
. 2πnp
