Rancang Bangun Pompa Sentrifugal untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air dengan Daya : 2 KW dan Putaran : 500 rpm.

(1)

TUGAS SARJANA

MESIN-MESIN FLUIDA

RANCANG BANGUN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK

MENSIRKULASIKAN AIR PADA INSTALASI TURBIN AIR

DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 rpm

TUGAS KHUSUS : PERENCANAAN RUMAH POMPA

OLEH :

ERDA WIJAYA SARAGIH

NIM : 020401089

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

MEDAN

(2)

SURAT SERAH TERIMA

Kami yang bertanda tangan dibawah ini mahasiswa-mahasiswa yang mengambil tugas akhir mesin-mesin fluida :

No. Nama NIM Tanda Tangan

1. Ungkap S Hutasoit 020401042

2. Bukit A.Manalu 020401045

3. Gabriel Tobing 020401066

4. Erda W Saragih 020401089

5. Andesta Pakpahan 020401093

Dengan ini menyerahkan 1 (satu) unit Pompa Sentrifugal dengan daya 7,5hp, putaran 1450 rpm dan satu unit Tangmeter Digital (Multitester Digital) kepada Laboratorium Departemen Teknik Mesin dibawah bimbingan Bapak Ir.Isril Amir.

Medan,26 September 2007 Mengetahui, Penerima,

Ketua Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing

(3)

TUGAS SARJANA

MESIN – MESIN FLUIDA

DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 RPM. MELIPUTI

TUGAS KHUSUS : PERENCANAAN RUMAH POMPA

Oleh :

ERDA WIJAYA SARAGIH

NIM : 02 0401 089

DISETUJUI OLEH DOSEN PEMBIMBING,

Ir. Isril Amir

(4)

TUGAS SARJANA

MESIN-MESIN FLUIDA

OLEH :

ERDA WIJAYA SARAGIH

NIM : 020401089

Telah diperiksa dan diperbaiki dalam seminar sarjana periode ke – 491, Tanggal 01 November 2007

Disetujui oleh :

Dosen Pembimbing

Ir. Isril Amir__

(5)

TUGAS SARJANA

MESIN-MESIN FLUIDA

OLEH :

ERDA WIJAYA SARAGIH

NIM : 020401089

Telah diperiksa dan diperbaiki dalam seminar sarjana periode ke – 491, Tanggal 01 November 2007

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Ir. Mulfi Hazwi, M.sc Tulus Burhanuddin, ST.MT

(6)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini yang merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul dari pada Tugas Sarjana ini yaitu “Rancang Bangun Pompa Sentrifugal untuk Mensirkulasikan Air

pada Instalasi Turbin Air dengan Daya : 2 KW dan Putaran : 500 rpm.

Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara tempat penulis mengikuti dan menyelesaikan masa studi serta menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana.

2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc dan Bapak Tulus B Sitorus, ST., MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

3. Bapak Ir. Isril Amir, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

(7)

6. Kakak ku,Gitma H Saragih dan adik ku Hindantri Saragih yang telah memberikan dukungan penuh kepada penulis.

7. Buat Bang Iwan dan seluruh pekerja di Bengkel Iwan yang telah meluangkan waktunya dalam membantu penginstalasian pompa pada rancang bangun ini.”Sukses Selalu”

8. Teman-teman “Satu Team” Tugas Sarjana ini, Andesta Pakpahan, Bukit manalu, Gabriel Tobing, Ungkap Sabar Hutasoit.

9. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 2002, yang tidak dapat disebutkan satu persatu, “Solidarity Forever”.

10.Rekan-rekan yang selalu mangkal di Paten 12, Jhameslon Ginting.ST, Jaya Purba.ST, Robby Tampubolon, ST, Renova Sibarani.ST, Jaya.ST, dan seluruh rekan-rekan yang terlebih dahulu menyandang gelar ”ST”,yang tak bisa disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala kebersamaan dalam suka dan duka yang telah kita lalui bersama,Thanks.... You are my best friend...!!!.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam Tugas Sarjana ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan Tugas Sarjana ini. Sebelum dan sesudahnya penulis ucapkan banyak terima kasih

Medan, November, 2007 Penulis,

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pompa Roda Gigi dan Ulir 5

Gambar 2.2. Pompa Torak 6

Gambar 2.3. Bagian-Bagian Utama Pompa Tekanan Dinamis 7 Gambar 2.4. Pompa Sentrifugal 8 Gambar 2.5. Pompa Aliran Campur 8 Gambar 2.6. Pompa Aliran Aksial 9 Gambar 2.7. Pompa Diffuser 10

Gambar 2.8. Pompa Vortex 10

Gambar 2.9. Pompa Bertingkat Banyak 11 Gambar 2.10. Pompa Aliran Campur Poros Tegak 12 Gambar 2.11. Pompa Jenis Belahan Mendatar 13 Gambar 2.12. Pompa Isapan Ganda 14 Gambar 2.13. Prinsip Hukum Bernoulli 16 Gambar 3.1. Instalasi Pompa 24 Gambar 3.2. Daerah Kerja Beberapa Jenis Konstruksi Pompa Sentrifugal 35 Gambar 3.3. Grafik Efisiensi vs Putaran Spesifik 37

Gambar 4.1. Pasak 44

Gambar 4.2. Ukuran-Ukuran Utama Impeler 45 Gambar 5.1. Perbandingan kecepatan pada kerongkongan rumah keong 61

Gambar 5.2. Rumah Pompa 66

Gambar 5.3. Table of part interchaneability 69

(9)

DAFTAR TABEL

(10)

DAFTAR LAMBANG

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang pipa m2

B Lebar bantalan mm

b Lebar pasak mm

b1 Lebar impeler pada sisi masuk mm

b.2 Lebar impeler pada sisi keluar mm

b3 Lebar penampang masuk saluran volut mm

C Pembebanan nominal dinamis spesifik N

C0 Pembebanan nominal statis spesifik N

D Diameter bantalan mm

Ds Diameter dalam pipa mm

Dh Diameter hub mm

D0 Diameter mata impeler mm

D1 Diameter sisi masuk impeler mm

D2 Diameter sisi keluar impeler mm

ds Diameter poros mm

E Modulus elastisitas N/mm

Fa Gaya aksial N

Fm Gaya aksial akibat momentum fluida N

Fr Gaya radial N

fe Faktor koreksi -

fh Faktor umum -

(11)

HL Head loses sepanjang pipa m

Hp Head pompa m

Hs Head statis m

HVir Head virtual m

hf Kerugian head mayor m

hm Kerugian head minor m

h Tinggi pasak mm

I Momen inersia m4

K Kerugian akibat perlengkapan pipa -

Kt Faktor koreksi pembebanan -

K Konstanta hidrolik -

L Panjang pipa m

Mt Momen torsi kg.mm

M Massa Kg

Nm Daya motor listrik Kw

Np Daya pompa Kw

n Putaran pompa rpm

nc Putaran kritis rpm

ns Putaran spesifik rpm

P Tekanan pada pompa Pa

p Jumlah kutub -

Q Kapasitas pompa m3/s

R Jari – jari sudu lingkaran impeler mm

Re Bilangan reynold -

(12)

Sf1 Faktor keamanan kelelahan puntir -

Sf2 Faktor alur bahan -

t Tabel sudu impeler mm

U1 Kecepatan tangensial sisi masuk impeler m/s

U2 Kecepatan tangensial sisi keluar m/s

V Kecepatan aliran pada pipa m/s

V0 Kecepatan aliran masuk impeler m/s

Vrl Kecepatan radial masuk impeler m/s

Vr2 Kecepatan radial keluar impeler m/s

Vthr Kecepatan pada kerongkongan rumah keong m/s

Wi Berat impeler N

Ws Berat poros N

Wv Berat sudu N

Y Defleksi mm

Z Julah sudu -

 Sudut aliran masuk 0

 Sudut aliran keluar 0

 Berat jenis N/m3

 Kekasaran pipa mm

ηp Efisiensi %

υ Viskositas Kinematik m2/s

π Konstanta (phi) -

ρ Kerapatan kg/m3

g Tegangan geser kg/m2

(13)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ………. i

DAFTAR ISI ……… iii

DAFTAR GAMBAR ... iv

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR LAMBANG ... vi

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Perancangan ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Metodologi Penelitian ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mesin-Mesin Fluida ... 4

2.2. Pengertian Pompa ... 4

2.3. Klasifikasi Pompa ... 5

2.3.1. Pompa Tekanan Statis ... 5

2.3.2. Pompa Tekanan Dinamis ... 5

2.4. Unit Penggerak Pompa ... 14

2.5. Dasar-Dasar Pemilihan Pompa ... 14

2.6. Head Pompa ... 16

2.7. Putaran Spesifik ... 18

2.8. Daya Pompa ... 19

(14)

BAB III PENETAPAN SPESIFIKASI

3.1. Kapasitas Aliran ... 23

3.2. Head Pompa ……… 24

3.2.1. Perbedaan Head Tekanan ……….. 25

3.2.2. Perbedaan Head Kecepatan Aliran …..……….. 26

3.2.3. Perbedaan Head Statis ….……….. 28

3.2.4. Kerugian Head …..………. 28

3.2.4.1. Kerugian Head Sepanjang Pipa Hisap …………. 30

3.2.4.2. Kerugian Head Sepanjang Pipa Tekan …………. 31

3.3. Pemilihan Jenis Pompa ……… 34

3.4 Perhitungan Motor Penggerak ………. 35

3.5. Putaran Spesifik ... 36

3.6. Efisiensi Pompa ... 37

3.7. Daya Motor Penggerak ... 38

3.8. Spesifikasi Hasil Perencanaan ... 39

BAB IV UKURAN-UKURAN UTAMA POMPA 4.1. Perencanaan Poros Pompa ... 40

4.2. Perencanaan Pasak ... 43

4.3. Perencanaan impeler... 44

4.3.1. Ukuran Impeler ... ... 46

4.3.2. Kecepatan Dan Sudut Aliran Fluida masuk... 49

4.3.3. Kecepatan Dan Sudut Aliran Fluida Keluar... 51

4.3.4. Perencanaan Sudu Impeler ... 55

(15)

BAB V TUGAS KHUSUS

5.1. Perencanaan Rumah Pompa ... 60

5.2. Perencanaan Bentuk Rumah Pompa ... 61

5.2.1. Lebar Saluran Keluar Volut ... 62

5.2.2. Jari – Jari Lingkaran Rumah Volut ... 62

5.2.3. Penampang Dan Jari – Jari Volut ... 63

5.2.4. Sudut Lidah Volut ... 64

5.2.5. Lebar Saluran Masuk Volut ... 65

5.2.6.Tebal Dinding Rumah Pompa ... 67

5.3. Ukuran – Ukuran Rumah Pompa ... 69

BAB VI KESIMPULAN ... 71

(16)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 914/TS/2007

FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL : / /2007 MEDAN PARAF :

= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =

TUGAS SARJANA

NAMA : ERDA WIJAYA SARAGIH

NIM : 02 0401 089

MATA PELAJARAN : MESIN FLUIDA

SPESIFIKASI : RANCANGLAH SUATU POMPA UNTUK

MENSIRKULASIKAN AIR BERSIH DENGAN KAPASITAS 0,037 M3/S PADA INSTALASI TURBIN AIR DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 rpm

PERANCANGAN MELIPUTI :

- SPESIFIKASI TEKNIK POMPA

- UKURAN-UKURAN UTAMA POMPA

- GAMBAR KERJA

- TUGAS KHUSUS

DIBERIKAN TANGGAL : 04 / 06 / 2007 SELESAI TANGGAL : 26 / 09 / 2007

MEDAN, SEPTEMBER 2007 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING

Ir. ALFIAN HAMSI, MSc. Ir. ISRIL AMIR.

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Dewasa ini, hal yang paling seiring dihadapi oleh manusia adalah terjadinya krisis energi yang diakibatkan menipisnya sumber energi yang ada, maka untuk itu manusia dengan giatnya melakukan penelitian dan pengembangan guna mendapatkan teknologi yang dapat memanfaatkan sumber-sumber energi yang lebih ekonomis. Antara lain adalah energi air, energi matahari, energi angin, energi panas bumi, dan lain sebagainya. Salah satu sumber energi yang sangat berpotensi di negara kita, indonesia adalah pemanfaatan energi air yang berpotensi untuk dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik.

Energi air dimanfaatkan dengan menggunakan tubin air, yaitu mesin fluida dimana energi kinetik dan energi potensial diubah menjadi energi mekanis pada poros turbin dan energi mekanis pada poros turbin tersebut digunakan untuk menggerakkan generator.

Dalam hal ini penulis merancang pompa, yaitu salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan mesin kerja yang digunakan untuk memindahkan zat cair dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi karena adanya perbedaan tekanan. Dimana pompa digunakan sebagai pengganti ketinggian jatuh air ( head ) hal ini dibuat untuk menghemat biaya dan mengurangi lama waktu pengerjaan.

(18)

yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dan mengubah energi kinetik fluida menjadi energi tekanan.

1.2. TUJUAN PERANCANGAN

Perancangan ini bertujuan untuk merancang sebuah pompa air yang digunakan untuk mensirkulasikan air ke turbin air penggerak generator. Dimana pompa berfungsi sebagai pompa transfer yaitu untuk mentransfer air dari bak penampungan ke turbin air yang berada dilaboratorium motor bakar Fakultas Teknik Mesin USU. Perancangan pompa ini akan disesuaikan berdasarkan data-data turbin air.

1.3. BATASAN MASALAH

Dalam tulisan ini diambil dari survey dan pengukuran langsung di lapangan. Masalah-masalah yang dibahas dalam tulisan ini yaitu :

 Penentuan daya, putaran dan head looses

 Perhitungan ukuran-ukuran utama pompa

 Instalasi Pompa

 Gambar kerja pompa

1.4. METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

(19)

2. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian-kajian dari buku-buku dan tulisan yang berhubungan dengan perencanaan ini.

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. MESIN-MESIN FLUIDA

Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi

mekanis poros menjadi energi potensial atau sebaliknya mengubah energi fluida

(energi potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Dalam hal ini

fluida yang dimaksud berupa cair, gas dan uap.

Secara umum mesin-mesin fluida dapat dibagi menjadi dua bagian besar,

yaitu :

1. Mesin tenaga

yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida (energi potensial

dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros.

Contoh : turbin, kincir air, dan kincir angin.

2. Mesin kerja

yaitu mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis poros menjadi energi

fluida (energi potensial dan energi kinetik).

Contoh : pompa, kompresor, kipas (fan).

2.2. PENGERTIAN POMPA

Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan

mesin kerja. Pompa berfungsi untuk memindahkan zat cair dari tempat yang

rendah ke tempat yang lebih tinggi. Disamping itu pompa juga digunakan untuk

(21)

misalnya pada sistim pemipaan yang panjang dan berbelok-belok, sehingga

mempunyai tekanan hidrolik yang lebih tinggi.

2.3. KLASIFIKASI POMPA

Secara umum pompa dapat diklasifikasikan dalam dua jenis kelompok

besar yaitu :

1. Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump) 2. Pompa Tekanan Dinamis (Rotodynamic Pump)

2.3.1. Pompa Tekanan Statis

Pompa jenis ini bekerja dengan prinsip memberikan tekanan secara

periodik pada fluida yang terkurung dalam rumah pompa. Pompa ini dibagi

menjadi dua jenis.

 Pompa Putar (Rotary Pump)

Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung

diantara ruangan rotor dan rumah pompa, selanjutnya didorong ke ruang tengah

dengan gerak putar dari rotor, sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akan

dikeluarkan melalui sisi tekan. Contoh tipe pompa ini adalah : screw pump, gear

pump dan vane pump.

(22)

 Pompa Torak (Reciprocating Pump)

Pompa torak mempunyai bagian utama berupa torak yang bergerak

bolak-balik dalam silinder. Fluida masuk melalui katup isap (suction valve) ke dalam

silinder dan kemudian ditekan oleh torak sehingga tekanan statis fluida naik dan

sanggup mengalirkan fluida keluar melalui katup tekan (discharge valve). Contoh

tipe pompa ini adalah : pompa diafragma dan pompa plunyer.

Gambar 2.2. Pompa Torak

2.3.2. Pompa Tekanan Dinamis

Pompa tekanan dinamis disebut juga rotodynamic pump, turbo pump atau

impeller pump. Pompa yang termasuk dalam kategori ini adalah : pompa jet dan

pompa sentrifugal.

Ciri-ciri utama dari pompa ini adalah:

- Mempunyai bagian utama yang berotasi berupa roda dengan sudu-sudu

sekelilingnya, yang sering disebut dengan impeler.

- Melalui sudu-sudu, fluida mengalir terus-menerus, dimana fluida berada

(23)

Prinsip kerja pompa sentrifugal adalah : 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 mempunyai energi

kinetik. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan energi kinetik

akan berubah menjadi energi tekanan di sudu-sudu pengarah atau dalam rumah

pompa.

Adapun bagian-bagian utama pompa sentrifugal adalah poros, impeler dan

rumah pompa (gambar 2.3)

Gambar 2.3. Bagian-Bagian Utama Pompa Tekanan Dinamis

Pompa tekanan dinamis dapat dibagi berdasarkan beberapa kriteria

berikut, antara lain :

a. Klasifikasi Menurut Jenis Impeler

1. Pompa sentrifugal

Pompa ini menggunakan impeler jenis radial atau francis. Konstruksinya

sedemikian rupa (gambar 2.4) sehingga aliran fluida yang keluar dari impeler

(24)

Impeler jenis radial digunakan untuk tinggi tekan (head) yang sedang dan tinggi,

sedangkan impeler jenis francis digunakan untuk head yang lebih rendah dengan

kapasitas yang besar.

Impeler dipasang pada ujung poros dan pada ujung lainnya dipasang kopling

sebagai penggerak poros pompa.

Gambar 2.4. Pompa Sentrifugal

2. Pompa aliran campur

Pompa ini menggunakan impeler jenis aliran campur (mix flow), seperti

pada gambar 2.5. Aliran keluar dari impeler sesuai dengan arah bentuk permukaan

kerucut rumah pompa.

(25)

3. Pompa aliran aksial

Pompa ini (gambar 2.6) 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.

Gambar 2.6. Pompa Aliran Aksial

b. Klasifikasi menurut bentuk rumah pompa

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. Bentuk dan

konstruksinya terlihat pada gambar 2.4.

2. Pompa diffuser

Konstruksi pompa ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) di

sekeliling saluran keluar impeller (gambar 2.7). Pemakaian diffuser ini akan

memperbaiki efisiensi pompa. Difuser ini sering digunakan pada pompa

(26)

Gambar 2.7. Pompa Diffuser

3. Pompa vortex

Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut seperti tergambar

pada gambar 2.8. 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 2.8. Pompa Vortex

c. Klasifikasi menurut jumlah tingkat

1. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai sebuah impeler (gambar 2.4 s/d 2.8). Pada

umumnya head yang dihasilkan pompa ini relative rendah, namun konstruksinya

(27)

2. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasang secara

berderet pada satu poros (gambar 2.9). Zat cair yang keluar dari impeler tingkat

pertama akan diteruskan ke impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga ke

tingkat terakhir. Head total pompa merupakan penjumlahan head yang dihasilkan

oleh masing-masing impeler. Dengan demikian head total pompa ini relatif lebih

tinggi dibanding dengan pompa satu tingkat, namun konstruksinya lebih rumit

dan besar.

Gambar 2.9. Pompa Bertingkat Banyak

d. Klasifikasi menurut letak poros

1. Pompa poros mendatar

Pompa ini mempunyai poros dengan posisi horizontal (gambar 2.4 s/d

2.9). pompa jenis ini memerlukan tempat yang relative lebih luas.

2. Pompa jenis poros tegak

Poros pompa ini berada pada posisi vertikal, seperti terlihat pada gambar 2.10.

(28)

Pompa ini memerlukan tempat yang relatif kecil dibandingkan dengan pompa

poros mendatar. Penggerak pompa umumnya diletakkan di atas pompa.

Gambar 2.10. Pompa Aliran Campur Poros Tegak

e. Klasifikasi menurut 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.

(29)

2. Pompa belahan radial

Rumah pompa ini terbelah oleh sebuah bidang tegak lurus poros.

Konstruksi seperti ini sering digunakan pada pompa kecil dengan poros

mendatar. Jenis ini juga sesuai untuk pompa-pompa dengan poros tegak dimana

bagian-bagian yang berputar dapat dibongkar ke atas sepanjang poros.

3. Pompa jenis berderet .

Jenis ini terdapat pada pompa bertingkat banyak, dimana rumah pompa

terbagi oleh bidang-bidang tegak lurus poros sesuai dengan jumlah tingkat yang

ada.

f. Klasifikasi menurut sisi masuk impeller

1. Pompa isapan tunggal

Pada pompa ini fluida masuk dari sisi impeler. Konstruksinya sangat

sederhana, sehingga sangat sering dipakai untuk kapasitas yang relative kecil.

Adapun bentuk konstruksinya terlihat pada gambar 2.4 s/d 2.10.

2. Pompa isapan ganda

Pompa ini memasukkan fluida melalui dua sisi isap impeler (gambar 2.12).

Pada dasarnya pompa ini sama dengan dua buah impeler pompa isapan tunggal

yang dipasang bertolak belakang dan dipasang beroperasi secara parallel. 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

(30)

[image:30.595.184.415.103.231.2]

Gambar 2.12. Pompa Isapan Ganda

2.4. UNIT PENGGERAK POMPA

Umumnya unit penggerak pompa terdiri dari tiga jenis yaitu:

 Motor bakar  Motor listrik, dan  Turbin

Penggerak tipe motor bakar dan turbin sangat tidak ekonomis untuk

perencanaan pompa karena konstruksinya berat, besar dan memerlukan sistem

penunjang misalnya sistem pelumasan, pendinginan dan pembuangan gas hasil

pembakaran.

Sistem penggerak motor listrik lebih sesuai dimana konstruksinya kecil

dan sederhana, sehingga dapat digabungkan menjadi satu unit kesatuan dalam

rumah pompa. Faktor lain yang membuat motor ini sering digunakan adalah

karena murah dalam perawatan dan mampu bekerja untuk jangka waktu yang

(31)

2.5. DASAR-DASAR PEMILIHAN POMPA

Dasar pertimbangan pemilihan pompa, didasarkan pada system

ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dan

dapat memenuhi kebutuhan pemindahan fluida sesuai dengan kondisi yang

direncanakan.

Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa yang digunakan

adalah analisa fungsi pompa terhadap instalasi pemipaan, kapasitas, head,

viskositas, temperature kerja dan jenis motor penggerak.

Kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini adalah:

- Kapasitas dan head pompa harus mampu dipenuhi, sehingga mampu

memindahkan air dari reservoir ke turbin air.

- Fluida yang mengalir secara kontiniu.

- Pompa yang dipasangkan pada kedudukan tetap.

- Konstruksi sederhana.

- Mempunyai efisiensi yang tinggi.

- Harga awal relatif murah juga perawatannya.

Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam

perencanaan ini, maka dengan mempertimbangkan sifat pompa dan cara kerjanya,

dipilih pompa sentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat

pompa sentrifugal, yakni.:

- Aliran fluida lebih merata.

- Putaran poros dapat lebih tinggi.

- Rugi-rugi transmisinya lebih kecil karena dapat dikopel langsung dengan

(32)

- Konstruksinya lebih aman dan kecil.

- Perawatannya murah.

2.6. HEAD POMPA

Head pompa adalah energi yang diberikan pompa ke dalam fluida dalam

bentuk tinggi tekan. Dimana tinggi tekan merupakan ketinggian fluida harus naik

untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satu satuan

bobot fluida pada kondisi yang sama. Untuk lebih jelasnya perhitungan dari head

[image:32.595.164.471.328.492.2]

pompa dapat dilihat pada gambar 2.13 berikut ini.

Gambar 2.13. Prinsip Hukum Bernoulli

Pada gambar ini terdapat dua buah titik dengan perbedaan kondisi letak,

luas penampang, tekanan serta kecepatan aliran fluida.

Fluida kerja mengalir dari kondisi pertama (titik 1) ke kondisi kedua (titik

2), aliran ini disebabkan oleh adanya suatu energi luar E0. energi luar E0 ini terjadi

merupakan perbedaan tekanan yang terjadi pada kedua kondisi operasi (titik 1 dan

2), atau E0 = (P2-P1).Q

Sedangkan pada setiap kon disi tersebut terdapat juga suatu bentuk

energi,yaitu energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep). atau dapat dituliskan

(33)

- untuk titik 1 :

energi yang terkandung E1 = Ek1 + Ep1

= ½ m1.v12 + m1.g.h1

- untuk titik 2 :

energi yang terkandung E2 = Ek2 + Ep2

= ½ m2.v22+ m2.g.h2

Dan hubungan dari kondisi kerja ini adalah E0 = E2-E1, atau dapat dituliskan :

(P2-P1) . Q = [ ½ m2.v22 + m2.g.h2] – [ ½ m1.v12 + m1.g.h1]

(P2-P1) . Q = ½ [(m2.v22) – (m1.v12)] + [(m2.g.h2) – (m1.g.h1)] …………(1)

Dimana : Q = A . V = konstan

M = ρ . A . V ,dimana ρ1 =ρ2

Sehingga persamaan 1 di atas dapat dituliskan sebagai berikut :

(P2-P1) A . V = ½ [(ρ.A.V3)2 – (ρ.A.V3)1] + ρ.A.V.g (h2-h1)

(P2-P1) = ½ ρ. (V22 – V12) + ρ.g (h2-h1)……….(2)

jika ρ (kg/m3) . g (m/s2) = γ (N/m3), maka persamaan 2 dapat disederhanakan

menjadi :

) (

.

2 2 1

2 1 2 2 1 2

h h g

v v P P

    



Atau persamaan untuk mencari head pompa dipergunakan persamaan Bernoulli

(34)

L

p Z H

g V P H Z g V P        2 2 2 2 1 2 1 1 2 2  

Atau menurut [1]

L

p Z Z H

g V V P P

H  2  1  2  1  ₂  ₁

2  Dimana :  1 2 P P 

adalah perbedaan head tekanan

g V V 2 2 1 2

2  _adalah_{perbedaan head kecepatan}

Z2 – Z1 adalah perbedaan head potensial HL adalah kerugian head

2.7. PUTARAN SPESIFIK

Jenis impeler yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada putaran

spesifiknya. Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan dapat dihitung

berdasarkan [2] :

4 / 3 p s H Q n n 

Dimana : ns = putaran spesifik [rpm]

n = putaran pompa [rpm]

Q = kapasitas pompa [Gpm]

Hp = head pompa [m]

Karena yang digunakan adalah satuan internasional dimana kapasitas dalam

(35)

51,64. ₃_/₄

p s

H Q n

n 

Dari putaran spesifik yang didapat dapat ditentukan impeler yang digunakan

[image:35.595.195.433.262.388.2]

berdasarkan tabel berikut:

Tabel 2.1 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik

No Jenis impeler ns

1 Radial flow 500-3000

2 Francis 1500-4500

3 Aliran campuran 4500-8000

4 Aliran axial (propeler) 8000 ke atas

Sumber : pompa sentrifugal, Austin H. Church

2.8. DAYA POMPA

Daya pompa ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar

impeler didalam memindahkan sejumlah fluida dengan kondisi yang diinginkan.

Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan [3]

Np =

p

p g

H Q

 

. . .

Dimana : Np = daya pompa [watt]

Q = kapasitas pompa [m3/s]

Hp = head pompa [m]

ρ = rapat jenis fluida [kg/m3]

(36)

2.9. ALIRAN FLUIDA

Pompa ini yang digunakan untuk mensirkulasikan air ke turbin air dari

reservoir, dimana fluida kerja akan melalui suatu sistem pemipaan. Penampang

pipa dialiri oleh fluida dalam keadaan penuh.

Aliran dalam pemipaan akan terjadi dari titik yang mempunyai head

hidrolik yang lebih tinggi (energi internal per satu satuan berat air) ke head yang

lebih rendah, dimana terjadi kehilangan energi hidrolik di sepanjang pipa.

Kehilangan energi hidrolik sepanjang pipa secara umum disebabkan oleh :

a. Kerugian head mayor.

Kerugian head ini terjadi akibat adanya gesekan antara dinding pipa

dengan fluida yang mengalir di dalamnya. Persamaan umum yang dapat

digunakan untuk mencari headloss akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan

dengan menggunakan :

 Persamaan Darcy-Weisbach :

 Memberikan hasil yang lebih baik untuk pipa yang relatif pendek.

 Untuk sistem yang terdiri dari bermacam-macam pipa akan lebih rumit

perhitungannya.

 Populer untuk beda energi besar.  Persamaan Hazen-Williams :

 Umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang

relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum.

 Efektif digunakan untuk pipa dengan D≥50 mm

 Untuk sistem yang terdiri dari bermacam-macam pipa, perhitungannya

(37)

b. Kerugian minor

Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliarn seperti

katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan, saluran masuk dan keluar

pipa.

Rumus : hm = K.

g V

2

Dimana : V = kecepatan rata-rata aliran fluida dalam pipa [m/s]

g = gravitasi bumi [m/s2]

(38)

Koefisien minor loses K pada transisi dan fitting dapat dilihat pada tabel

[image:38.595.156.471.147.605.2]

berikut.

(39)

BAB III

PENETAPAN SPESIFIKASI

Dalam pemilihan pompa untuk maksud tertentu, agar dalam pengoperasiannya pompa tersebut dapat beroperasi dengan baik dan benar seperti yang diinginkan, terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran dan head yang diperlukan untuk mengalirkan fluida yang akan dipompakan.

Selain itu agar pompa dapat bekerja tanpa kavitasi perlu diperhitungkan berapa tekanan minimum yang harus tersedia pada sisi masuk pompa.

Selanjutnya untuk menentukan penggerak mula yang akan digunakan, terlebih dahulu harus dilakukan penyelidikan tentang sumber tenaga penggerak pada tempat pompa tersebut dioperasikan dan besarnya daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa tersebut.

3.1 Kapasitas Aliran

Pada perancangan pompa ini, kapasitas air yang diperlukan disesuaikan dengan kapasitas yang diperlukan oleh turbin air. Dimana untuk menghasilkan daya 2045 watt, turbin air membutuhkan daya air sebesar 2554 watt dengan kapasitas aliran (Q)=

s l

37 dan tinggi pipa pesat 7.65 m. Data tersebut diambil

dari data teknis proyek pembangkit listrik tenaga lau biro partisipasi

pembangunan GBKP. Dari data ini dijadikan patokan untuk penetapan

(40)

90° 45 45

Bak Air

Pump

Turbine

15cm 50cm 10cm

15cm

100cm

60cm

3.2. Head Pompa

Head pompa adalah besarnya energi yang diperlukan pompa untuk memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan akhir. Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa tersebut.

[image:40.595.114.513.351.636.2]

Gambar sistem pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat sebagai berikut (Gambar 3.1), dimana keterangan dari unit-unit pada instalasi tersebut adalah sebagai berikut:

(41)

a. Pertimbangan Ekonomis

Pertimbangan ini menyangkut biaya, baik untuk biaya pembuatan pompa pembangunan instalasi maupun biaya operasi pemeliharaannya. Komponen biaya yang terpenting adalah biaya untuk energi atau daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa tersebut.

b. Kapasitas Aliran

Kapasitas suatu aliran pompa akan menentukan ukuran pompa dan daya yang dibutuhkan oleh pompa tersebut. Semakin besar kapasitas yang dialirkan oleh pompa maka semakin besar pula ukuran dan daya pompa yang diperlukan.Menggunakan hanya satu pompa untuk melayani laju aliran keseluruhan dalam instalasi yang penting pada suatu pabrik adalah besar resikonya. Instalasi tidak akan berfungsi sama sekali jika pompa satu-satunya itu rusak. Jadi untuk memperkecil resiko, perlu dipakai pompa cadangan. Tetapi pada perancangan ini pemakaian pompa tidak terus-menerus (Uncontinue) maka penggunaan hanya 1 pompa tidak menjadi masalah, karena sebelum beroperasi bisa dilakukan pemeriksaan dan perbaikan terlebih dahulu.

Kapasitas dalam perencanaan ini adalah (Q)=

s l

37 .

3.2.1. Perbedaan Head Tekanan (Hp)

(42)

3.2.2. Perbedaan Head Kecepatan Aliran (H_v)

Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Umumnya kecepatan aliran di dalam yang diijinkan adalah sebesar 1 sampai 2 m/s untuk pipa diameter kecil dan 1,5 sampai 3,0 m/s untuk pipa diameter besar [Lit. 2. hal 98]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata-rata 2 m/s.

Dari persamaan kontiniunitas diperoleh: Q_p = V_s.A_s

Dimana : Qp = kapasitas pompa = 37l_s = 0,037 m

3

/s

V_s = kecepatan aliran dalam pipa isap (m/s) A_s = /4.(d_is)2 = luas bidang aliran (m2) dis = diameter dalam pipa isap (m)

Sehingga diameter pipa isap adalah:

d_is = s p

V Q

. . 4



=

) 2 .(

037 , 0 . 4



= 0,1535 m = 6.04 in = 15,35 cm = 153,5 mm.

(43)

- Diameter dalam (d_is) = 6,065 in = 0,1540 m - Diameter luar (dos) = 6,625 in = 0,1682 m

Dengan ukuran pipa standar pipa tersebut di atas maka kecepatan aliran yang sebenarnya sesuai dengan persamaan kontiniutas adalah:

Vs =

A Qp

= ₂ ) .( . 4 is p d Q 

V_s = ₂ ) 154 , 0 ( . 037 , 0 . 4 

V_s = 1,98 m/s

Untuk pipa tekan dipilih Pipa atau selang plastik,dengan maksud mengurangi head loses dan menghemat biaya. Maka pipa plastik yang dipakai dengan dimensi 5 in yang memiliki ukuran sebagai berikut :

- Diameter dalam (did) = 5,047 in = 0,1281 m - Diameter luar (d_od) = 5,563 in = 0,1413 m

V_d =

A Q_p

= ₂ ) .( . 4 id p d Q 

Vd = 2

) 1281 , 0 ( . 037 , 0 . 4 

V_d = 2,87 m/s

Maka perbedaan head kecepatan aliran ialah :

v

H

 =

g V

Vd s

2 2 2  v H  = ) 81 , 9 .( 2 98 , 1 87 ,

2 2  2

(44)

3.2.3. Perbedaan Head Statis (HS)

. Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir bawah dengan ketinggian air maksimal pada reservoir atas seperti pada Gambar 3.1.. Dalam perencanaan ini head statis dapat dilihat pada Gambar 3.1 yaitu:

HS1 = 1 m

Adapun Head Efektif (Hef) untuk menghasilkan daya air sebesar 2554

Watt untuk menggerakkan turbin sebesar 7,05 m, sehingga :

HS = HS1 + Hef = 1 + 7,05 = 8,05 m

3.2.4. Kerugian Head (HL)

Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2 yaitu kerugian akibat gesekan sepanjang pipa/kerugian mayor (h_f) dan kerugian akibat adanya kelengkapan pada instalasi pipa/kerugian minor (h_m).

3.2.4.1. Kerugian Head Sepanjang Pipa Hisap a. Kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap menurut Darcy Weisbach dapat diperoleh dengan persamaan [Literatur 3. hal 133]:

h_f = f

g V x d

L_s _s

. 2

2

1

Dimana : h_f = kerugian karena gesekan (m)

f = factor gesekan (diperoleh dari diagram Moody) Ls = panjang pipa isap (m)

(45)

Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Pipa Commercial Steel dimana bahan pipa yang digunakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,000046 mm. Maka kekasaran relative ( /d_i) adalah :

/d_i =

mm mm 1540 , 0 000046 , 0

= 0,000298 mm

Faktor gesekan (f) dapat diperoleh dari diagram Moody dengan terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold (Re) yaitu [Literatur 3. hal 131]:

Re =

 i

s xd V

Dimana : V_s = kecepatan aliran fluida (m/det) d_i = diameter dalam (m)

 = viskositas kinematik air pada suhu 200C = 1,02 . 10-6 m2/s

Sehingga bilangan Reynold (Re) adalah:

Re = ₆

10 02 , 1 1540 , 0 1,98  x x

= 2,989.106 (turbulen)

Dari diagram Moody (lampiran 2) untuk Re = 2,989.106 dan (/di) = 0,000298 diperoleh factor gesekan (f) = 0,015. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy Weisbach adalah:

hfs = 0,015 x

81 , 9 2 ) 1,98 ( 1540 , 0 948 , 1 2 x x

(46)

b) Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa isap (hms)

Beasarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa menurut [Lit. 3. hal 152] dapat diperoleh dengan persamaan:

h_m = n.k

g V_s

. 2

2

dimana : n = jumlah kelengkapan pipa

k = koefien kerugian akibat kelengkapan pipa

[image:46.595.172.450.412.596.2]

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. Adapun jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1. Koefisien kerugian kelengkapan pipa isap Jenis Jumlah K n.k Mulut isap (sharp edged) 1 0,5 0,5 Belokan 900 1 1,129 1,129

Sambungan 1 1,1 1,1

Belokan 450 1 0,236 0,236 2,965

Sehingga besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebesar :

h_ms= 2,965 x

81 , 9 2

) 1,98 ( 2

x

(47)

Dengan demikian, diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa, yaitu sebesar:

h_Ls = h_fs + h_ms

= 0,0379 m + 0,0592 m = 0,629 m

3.2.4.2. Kerugian head sepanjang pipa tekan (HLd) a. Kerugian head akibat gesekan pipa tekan (Hfd)

Pipa tekan dari pompa menuju storage tank direncanakan menggunakan pipa selang plastik dengan ukuran diameter nominal 5 in Ukuran pipa tersebut adalah:

- Diameter dalam (d_id) = 5,047 in = 0,1281 m - Diameter luar (dod) = 5,563 in = 0,1413 m

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan menurut Darcy Weisbach dapat diperoleh dengan persamaan [Literatur 3. hal 133]:

hf = f

g V x d

Ld d

. 2

2

1

Dimana :

h_f = kerugian karena gesekan (m)

f = factor gesekan (diperoleh dari diagram Moody) Ld = panjang pipa tekan (m)

(48)

Bahan pipa tekan yang direncanakan adalah Pipa Selang Plastik dimana bahan pipa yang digunakan tersebut termasuk “Smooth Pipe”.

Faktor gesekan (f) dapat diperoleh dari diagram Moody dengan terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold (Re) yaitu [Literatur 3. hal 131]:

Re =

 id

d xd V

Dimana : Vd = kecepatan aliran fluida (m/det)

Did = diameter dalam (m)

 = viskositas kinematik air pada suhu 200C = 1,02 . 10-6 m2/s

Sehingga bilangan Reynold (Re) adalah:

Re = ₆

10 02 , 1 1281 , 0 2,87  x x

= 3,6.105 (turbulen)

Dari diagram Moody (lampiran 3) untuk Re = 3,6.105 dan (/d_i) dan kurva ”Smooth Pipe” diperoleh factor gesekan (f) = 0,014.

Pada gambar 3.1 pada instalasi terlihat ada pipa yang dipasang dengan sudut 450 yang panjangnya 0,5m.Analisa perhitungan panjang pipa tekan menuju pipa masuk turbin air sebagai berikut:

L45 = ₀

45 cos

5 , 0

= 0,707 m

L = 0,15 + 0,15 + 0,707 + 0,1 = 1,107 m

besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan:

h_fd = f x

g V x d L _d id d . 2 ) ( 2

(49)

hfd= 0,014 x 81 , 9 2 ) 87 , 2 ( 1281 , 0 107 , 1 2 x x

= 0,051 m

b. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa tekan (hmd) Besarnya kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah:

h_md =

g V nk . 2 2 

[image:49.595.172.453.433.662.2]

dimana untuk memperoleh harga koefisien peralatan, dari gambar perencanaan instalasi sepanjang pipa tekan terdapat peralatan yang dipasang dan disajikan pada table berikut:

Tabel 3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pada pipa tekan

Jenis peralatan

Jumlah (n)

K n.k

Sambungan 1 1,4 1,4

Gate valve (katub gerbang) 1 0,16 0,16 Belokan 900 1 1,265 1,265 Ujung keluar pipa 1 1,0 1,0

(50)

Maka harga kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah:

h_md =

g V nk

. 2

2



= 4,465 x

81 , 9 2

) 87 , 2

( 2

x = 1,875 m

Dengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah: h_Ld = h_fd + h_md

= 0,051 m + 1,875 m = 1,926 m

maka kerugian head total (hL) HL = hLs + hLd

= 0,629 m + 1,926 m = 2,555 m

Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan:

H_pompa = H_p + H_v + HS + HL = (0 + 0,22 + 8.05 + 2,555) m = 10,825 m

3.4. Pemilihan Jenis Pompa

(51)

[image:51.595.114.505.87.380.2]

Gambar 3.5 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa sentrifugal.

3.5. Perhitungan Motor Penggerak

Ada beberapa jenis alat penggerak motor yang digunakan untuk menggerakkan pompa, antara lain turbin uap, motor bakar dan motor listrik. Dalam perencanaan ini dipilih motor bakar sebagai penggerak mula pompa dengan pertimbangan:

1. Harga motor bakar lebih murah dibandingkan dengan motor listrik, karena daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa cukup besar.

2. Dengan menggunakan motor bakar maka kapasitas dan daya yang dihasilkan pompa dapat diubah-ubah dengan cara mengubah putaran motor bakar.

(52)

3.6. Putaran Spesifik dan Tipe Impeler

Impeler adalah roda atau rotor yang dilengkapi dengan sudu-sudu, dimana sudu-sudu ini berguna untuk memindahkan energi mekanis poros menjadi energi fluida, tipe impeller suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut.

Putaran spesifik untuk pompa yang memiliki impeller satu tingkat dapat dihitung menggunakan persamaan [Lit. 3. hal 357]:

ns1 = n 0,75

p p

H Q

dimana: ns1 = putaran spesifik satu tingkat

n = putaran pompa = 1450 rpm

Q_p = kapasitas pompa = 0,037 m3/det = 586,51 gpm H_p= head pompa = 10,825 m = 30,105 ft

Sehingga :

n_s₁ = (1450) ₀_,₇₅

2 / 1 ) 30,105 ( ) 586,51 (

= 2500 rpm

[image:52.595.193.457.623.729.2]

Dari tabel 3.4, diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 2500 rpm maka jenis impeler yang sesuai adalah jenis Aliran Radial.

Tabel 3.4 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik

No. Jenis Impeler ns 1. 2. 3. 4. Radial flow Francis Aliran campur Aliran axial

500 – 3000 1500 – 4500 4500 – 8000 8000 ke atas

(53)

3.7. Effisiensi Pompa

[image:53.595.123.505.261.527.2]

Pada pemakaian pompa yang terus-menerus, masalah effisiensi pompa (_P) menjadi perhatian khusus. Effisiensi pompa tergantung kepada kapasitas tinggi tekan (head) dan kecepatan aliran yang kesemuanya sudah termasuk dalam putaran spesifik. Hubungan antara putaran spesifik dengan effisiensi pompa dapat dilihat pada gambar 3.3 berikut ini:

Gambar 3.3 Grafik Efisiensi pompa vs putaran spesifik

Sumber : Pump Handbook, Igor C. Karasik

Dimana kondisi pompa adalah:

Q_p = kapasitas pompa = 0,037 m3/det = 586,51 gpm

Putaran spesifik (ns) = 2500 rpm

(54)

3.8. Daya Pompa dan Daya Motor Penggerak

Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller dicari dengan persamaan [Literatur 5. hal 243]:

N_p = P Q H g  . . . Dimana:

H = head pompa = 10,825 m Q = kapasitas pompa = 0,037 m3/s

 = g = 998 (9,81m 2/s) = 9790N/m3

P

 = effisiensi pompa = 0,8

Sehingga:

N_P =

P T H Q     = 8 , 0 9790 825 , 10 037 ,

0  

= 5,376 kW

Dalam rancang bangun ini, diambil daya pompa sebesar 5,58 kW untuk menanggulangi kebocoran pada sistem pemipaan.

= 5,58 kW  5,6 kW = 7,5 hp

Dalam perencanaan ini, motor bakar dikopel dengan poros pompa menggunakan sistem pulley dan belt. Menurut [Lit 1. hal 58] daya motor bakar sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus:

(55)

Dimana:

Nm = daya motor penggerak (kW) N_p = daya pompa = 5,6 kW

 = factor cadangan daya = (0,1  0,2) untuk motor bakar besar diambil 0,2

T

 = effisiensi transmisi = 0,93 (Sabuk Rata) sehingga:

Nm =

93 , 0

) 2 , 0 1 ( x 5,6 

= 7,22 kW

Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor bakar dengan daya 7,22 kW.

3.9. Spesifikasi Hasil Perencanaan

Dari perhitungan di atas maka ditetapkan spesifikasi perencanaan sebagai berikut :

- Kapasitas pompa (Q_P) : 0,037 m3/s - Head pompa (H_P) : 10,825 m - Putaran pompa (P) : 1450 rpm

- Jenis pompa : Pompa sentrifugal aliran radial - Putaran spesifik (_s) : 2500 rpm

(56)

BAB IV

UKURAN – UKURAN UTAMA POMPA

4.1. PERENCANAAN POROS POMPA

Poros pompa merupakan salah satu komponen utama yang berfungsi untuk

meneruskan daya dan putaran dari motor penggerak ke impeler serta untuk

mendukung kedudukan impeller.

Pada perencanaan poros, perlu diperhatikan hal-hal seperti berikut:

 Kekuatan poros untuk menahan beban puntir, beban lentur (akibat putaran)

ataupun gabungan dari keduanya.

 Kekakuan poros untuk mengatasi getaran akibat lenturan serta defleksi

putaran yang kasar.

 Putaran kritis, dimana bila poros berada pada putaran kritis maka poros

akan mengalami getaran yang besar.

Oleh sebab itu maka perhitungan poros tergantung pada momen puntir,

faktor-faktor kondisi kerja, tegangan geser dan jenis material poros.

Besarnya momen puntir pada poros (M_t) adalah [Literatur 4. hal 8]:

Mt = 9,74 x 10

5

x

p s

n P

Dimana:

P_s = daya yang ditransmisikan poros

= N_p (daya yang direncanakan) x f_c (factor koreksi)

(57)

Factor koreksi (f_c) diperlukan untuk mengantisipasi kemungkinan

terjadinya daya yang besar pada saat start atau pembebanan maksimum yang

terus-menerus.

[image:57.595.188.434.224.345.2]

Berikut ini factor koreksi daya diberikan pada poros adalah:

Tabel 4.1 Faktor koreksi daya

Daya yang ditransmisikan Faktor koreksi (fc)

Daya rata-rata 1,2 – 2,0

Daya maksimum 0,8 – 1,2

Daya normal 1,0 – 1,5

Sumber: Dasar perencanaan Elemen Mesin, Sularso

Dari tabel di atas maka dipilih nilai f_c = 1,5 dengan alasan untuk

mengantisipasi kekentalan fluida.

Daya pompa (N_p) dari perhitungan sebelumnya adalah 5,6 kW, maka [Lit 4. hal

7]:

P_s = N_p x f_c

= 5,6 x 1,5

= 8,4 kW

Sehingga besarnya momen puntir pada poros adalah:

M_t = 9,74 x 105 x 1450

8,4

(N.mm)

= 5642,48 kg.mm

Diameter poros yang mengalami momen puntir, dapat dihitung dengan

(58)

d_s = 3 / 1 1 , 5           Kt Cb Mt

g 

Dimana:

K_t= faktor koreksi terhadap pembebanan yang terjadi dimana Kt diambil

1,0 jika beban dikenakan secara halus, Kt (1,0 – 1,5) jika beban terjadi

sedikit kejutan atau tumbukan dan Kt (1,5 – 3,0) jika beban dikenakan

kejutan atau tumbukan besar. Maka karena poros mengalami momen torsi

yang besar diambil Kt 1,5 – 3,0 dipilih 2,25

C_b= faktor koreksi untuk beban lentur (1,2  2,3) jika diperkirakan pemakaian

dengan beban lentur dan 1,0 jika diperkirakan tidak akan terjadi

pembebabanan lentur. Karena poros mengalami beban lentur Cb 1,2 – 2,3

(untuk perhitungan diambil 1,75)

g

 = tegangan geser yang diijinkan

Dalam perencanaan ini bahan poros yang digunakan adalah baja karbon

dengan standarisasi JIS G 4501 S30 dengan kekuatan tarik (_b) sebesar 48 kg/mm2

Tegangan geser ijin (g ) untuk pemakaian poros ditentukan dengan

persamaan [Literatur 4. hal 7]:

g



= 2 1 f f b S S   Dimana: b

 = kekuatan tarik bahan = 48 kg/mm2

(59)

S_f₂ = factor keamanan terhadap alur pasak dan perubahan diameter

poros (1,3  3,0), direncanakan 2 (untuk mengetahui besar tegangan geser yang

terjadi dengan faktor koreksi yang terbesar )

Sehingga tegangan geser ijin (_g) bahan poros adalah:

g



= 2 6 48 x

= 4 kg/mm2

Dari hubungan di atas maka diperoleh ukuran diameter poros (d_s)

d_s =

3 / 1 482 , 5642 75 , 1 25 , 2 4 1 , 5   

 _x _x _x

= 31,761 mm = 32 mm

Tegangan geser yang akan timbul adalah

g

 = 5,1 ₃

s t d

M x

= ₃

32 482 , 642 5 1 , 5 x

(kg/mm2)

= 0,878 kg/mm2

Terlihat bahwa tegangan geser yang timbul pada poros (_g) lebih kecil

daripada tegangan geser ijin (g ) sehingga poros aman.

4.2. PERENCANAAN PASAK

Fungsi utama pasak adalah untuk memindahkan daya dan putaran dari

poros ke impeller. Ukuran pasak yang digunakan dipilih berdasarkan diameter

(60)

dan hubungannya dengan poros yang berdiameter 32 mm diperoleh ukuran pasak

sebagai berikut:

 Lebar (b) = 10 mm

 Tinggi (h) = 8 mm

 Panjang (l) = 35 mm

 Kedalaman alur pasak (t_l) = 5 mm

Bahan pasak yang dipakai sedikit lunak dari bahan poros. Pada

perencanaan ini dipilih bahan pasak JIS G 5502 FCD 40, kekuatan tarik 40

[image:60.595.172.482.349.503.2]

kg/mm2

Gambar 4.1 Pasak

Dalam operasinya pasak akan mendapat pembebanan (gaya-gaya) yang

akan menimbulkan tegangan geser dan tegangan tumbuk sehingga kekutan pasak

akan diperiksa terhadap kedua tegangan tersebut.

4.3. PERENCANAAN IMPELER

Impeler adalah salah satu komponen pompa yang berfungsi memberikan

kerja pada fluida, sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Dalam

perencanaan impeler hal terpenting yang harus diperhatikan adlah pemilihan - Ukuran nominal = 10x8

- Lebar (b) = 10 mm

- Tinggi (h) = 8 mm

- Tinggi kedalaman (t_i) = 5 mm l

t

i t

h

(61)

bahan impeler yang sesuai untuk menanggulangi kondisi pelayanan terhadap

fluida kerja pompa.

Beberapa sifat yang harus dipenuhi oleh bahan impeller adalah kuat, tahan

aus dan tahan terhadap korosi, memiliki bobot yang ringan serta ekonomis,

berdasarkan pertimbangan di atas maka bahan impeler yang dipilih adalah

material yang dapat beroperasi pada suhu tinggi, yaitu Cooper Casting Alloy yang

dapat beroperasi pada suhu 7000C. Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi,

[image:61.595.237.385.311.459.2]

permukaan impeler juga harus dibuat sehalus mungkin.

Gambar 4.2. Ukuran-ukuran utama Impeler

Keterangan gambar :

d_s = diameter mata impeler

D_H= diameter hub

d₁ = diameter sisi masuk impeler

d₂ = diameter sisi keluar impeler

b₁ = lebar sisi masuk impeler

(62)

4.3.1. UKURAN IMPELER a. Diameter Hub Impeler (DH)

Diameter hub impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut [Literatur

5. hal 260]:

D_H = (1,2  1,4) x d_s

Dimana: d_s = diameter poros = 32 mm

Maka:

D_h = (1,2  1,4) x 32mm

D_h = (43,2  50,4) mm dan diambil d_h = 39 mm (direncanakan)

b. Diameter Mata Impeler (do)

Diameter mata impeler dapat dihitung dengan persamaan kontinuitas

dengan persamaan berikut [Literatur 5. hal 261]:

d_o =

2 / 1 2

. 4

   



 _

h o th

d V Q



Dimana:

Qth= Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan

perkiraan adanya kerugian yang disebabkan fluida dari sisi tekan

yang mengalir kembali ke sisi isap melalui celah impeler, besarnya

(1,02  1,05) dari kapasitas pompa, diambil 1,05

= 1,05 x 0,037 m3/s = 0,03885 m3/s

V₀ = kecepatan fluida sebelum masuk impeler, besarnya sedikit lebih

(63)

maka:

d₀ =

2 / 1 2 ) 039 , 0 ( 98 , 1 14 , 3 ) 03885 , 0 ( 4       _ x

= 162 mm

c. Diameter Sisi Masuk Impeler (d1)

Diameter sisi masuk impeler (d₁) yang memiliki kelengkungan dapat

dicari dengan mengambil dimeter rata-rata dari diameter mata impeler (d₀) dan

diameter hubung (d_h) yang ditulis sebagai berikut [Literatur 6. hal 93]:

d₁ =

2 / 1 2 2

2 _  

 

 do dh

dimana: d₀ = diameter mata impeler = 162 mm

d_h = diameter hub impeler = 39 mm

maka :

d₁ =

2 / 1 2 2 2 ) 39 ( ) 162 (       

= 117,82 mm = 118 mm

d. Diameter Sisi Keluar Impeler (d₂)

Dapat diperoleh dari perssamaan [Lit. 6. hal 109]:

d₂ =

p p n H . . 1840  Dimana:

 = Koefisien tinggi tekan overall, besarnya (0,9 1,2)

(64)

H_p = head pompa = 10,825 m = 36,088 ft

n_p = putaran pompa = 1450 rpm

maka:

d₂ =

1450 088 , 36 90 , 0 1840 x x

= 207,44 mm

= 207 mm

e. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk (b1)

Lebar impeler pada sisi masuk dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut [Lit. 6. hal 108]:

b₁ =

1 1

1 

 xd xV x Q

r th

Dimana:

Q_th = kapasitas teoritis pada sisi isap = 0,038853/s

d₁ = diameter sisi masuk impeler = 0,118 m

V_r₁= kecepatan fluida radial sisi masuk

= V₀ + (5% 10%) x V₀

= 1,98 + (0,099 0,198)

= (2,079 2,178), diambil 2,1 m/s

1

 = faktor kontraksi pada sisi masuk (0,8 – 0,9) dan ditetapkan 0,85

Maka:

b₁ =

1 , 2 85 , 0 118 , 0 14 , 3 03885 , 0 x x x

(65)

f. Lebar Impeler Sisi Keluar (b2)

Lebar impeller sisi keluar diperoleh dari persamaan [Lit. 6. hal 108]:

b₂ =

2 2

2 

 xd xV x

Q

r th

Dimana :

Q_th = kapasitas teoritis pada sisi isap = 0,03885 m3/s

d₂ = diameter sisi keluar impeler = 0,207 m

Vr₂= kecepatan fluida radial sisi keluar (0,85 1,0)Vr1

= (0,85 1,0) 2,1

= (1,78 2,1) m/s = diambil 1,95 m/s

2

 = faktor kontraksi pada sisi keluar = (0,9 – 0,95) dan ditetapkan 0,9

Maka:

b₂ =

9 , 0 95 , 1 207 , 0 14 , 3 03885 , 0 x x x

= 0,0340 m

= 34,05 mm ≈ 34 mm

4.3.2. KECEPATAN DAN SUDUT ALIRAN FLUIDA MASUK IMPELER a. Kecepatan Aliran Absolut (V1)

Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak

lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absolut (₁) = 900C dan kecepatan aliran absolut (V₁) adalah sama dengan kecepatan radial

(66)

b. Kecepatan Tangensial (U₁)

Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeller ditentukan dengan

persamaan:

1

U =

60

1xnp

d x  = 60 1450 118 , 0 14 ,

3 x x

= 8,954 m/s

c. Sudut Tangensial (1)

Untuk aliran fluida masuk secara radial ( = 90), maka sudut sisi masuk

(₁) dapat dihitung dengan persamaan berikut:

1

 = arc tan

1 1

U V_r

= arc tan 95 , 8 1 , 2

= 13,2040

maka dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk impeller (W₁)

adalah:

W₁ =

1 1 sin r V = 204 , 13 1 , 2 Sin

(67)

4.3.3. KECEPATAN DAN SUDUT ALIRAN KELUAR IMPELER a. Kecepatan Radial Aliran (Vr₂)

Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler

V_r₂ adalah sebesar 1,95 m/s.

b. Kecepatan Tangensial (U2)

U₂ =

60

2 xnp

d x



=

60

1450 207

, 0 14 ,

3 x x

= 15,707 m/s

c. Sudut tangensial Keluar Impeler (₂)

Besarnya sudut tangensial keluar impeler (₂) mempunyai harga berkisar (150 - 400). Akibat sudut keluar ini, maka impeler ini dapat menghasilkan head.

Head yang dihasilkan impeler untuk sudut tidak terbatas disebut head virtuil.

Dalam menentukan sudut tangensial sisi keluar impeler (₂) harus diperhatikan head virtuil yang direncanakan, sebab tidak bekerja dengan baik apabila head

virtuil pompa lebih kecil dari head pompa. Dimana head virtuil dihitung dengan

persamaan berikut:

H = k x Hvir

Dimana:

H = Head pompa = 10,825 m

k = Koefisien yang tergantung pada sudu dan laluan (0,6 – 0,7) diambil

(68)

Maka:

H_vir= k H = 7 , 0 825 , 10

= 15,714 m

Untuk menghitung sudut tangensial sisi keluar impeler dilakukan menurut

persamaan berikut:

H_vir= _

      2 2 2 2 tan r V U g U Dimana:

H_vir = head virtuil impeler = 15,714 m

U₂ = kecepatan tangensial keluar impeler = 15,707 m/s

V_r₂ = kecepatan radial keluar impeler = 1,95 m/s

2

 = sudut tangensial sisi keluar impeler Maka:

15,714 = 

     _ 2 tan 95 , 1 707 , 15 81 , 9 707 , 15



tan₂ = 0,764 ₂= 37,379 0

d. Kecepatan Absolut Tangensial (Vu2)

V_u₂ = U₂ -

2 2

tan r V

= 15,707 -

764 , 0

95 ,

(69)

e. Sudut Absolut Keluar Impeler (₂)

2

 = arc tan

2 2 u r V V

= arc tan 154 , 13 95 , 1

= 8,432 0

f. Kecepatan Relatif Keluar Impeler (W₂)

W₂=

2 2 sin r V

= ₀

379 , 37 sin 95 , 1

= 3,212 m/s

g. Kecepatan absolut Aliran Keluar (V₂)

V₂ =

2 2 sin r V = 0 432 , 8 sin 95 ,

1 _{= 13,298 m/s}

4.3.4. Kecepatan dan Sudut Keluar Akibat Adanya Aliran Sirkulasi a. Kecepatan Radial (V_r₂’)

Karena kapasitas aliran yang keluar tetap sama, maka aliran sirkulasi

(circulation flow) tidak mempengaruhi kecepatan radialnya, sehingga:

(70)

b. Kecepatan Tangensial (Vu2’)

Kecepatan Tangensial pada sisi keluar dihitung dengan persamaan:

V_u₂' = _ x V_u₂

Dimana:



 = kofisien sirkulasi (0,65 – 0,75), diambil 0,68

Maka: V_u₂' = 0,68 x 13,154 m/s

= 8,944 m/s

c. Sudut Absolut (₂')

Besarnya sudut akibat aliran sirkulasi adalah:

'

2

 = arc tan

' ' 2 2 u r V V ' 2

 = arc tan 944 , 8 95 , 1

= 12,29 0

d. Sudut Tangensial Sisi Keluar (₂')

'

2

 = arc tan

' ' 2 2 2 u r V U V 

= arc tan

944 , 8 707 , 15 95 , 1 

= 16,084 0

e. Kecepatan Relatif (W2')

W'₂ = (V_r₂')2(U₂ V_u₂')2

= 2 2

) 944 , 8 707 , 15 ( ) 95 , 1 (  

(71)

4.3.5. PERENCANAAN SUDU IMPELER

Perencanaan sudu impeler merupakan hal penting dalam perencanaan

pompa, karena hal ini mempengaruhi performasi yang dihasilkan pompa yang

akan dirancang. Sudu tidak boleh dibuat terlalu panjang karena akan menambah

atau memperbesar kerugian gesek. Factor yang utama yang mempengaruhi

pemilihan sudu adalah sudut ₂. Berdasarkan hasil perhitungan, sudut ₂ =

37,379 0 lebih kecil dari 90 0. Tipe sudu yang direncanakan adalah sudu yang

membengkok ke belakang. Sudu-sudu haruslah sedemikian rupa sehingga dapat

memberikan pengarahan yang baik pada fluida. Jumlah sudu yang terlalu banyak

akan menyebabkan kerugian gesek yang besar.

a.Jumlah Sudu (Z1)

Jumlah sudu dapat dihitung dengan rumus [Lit. 6. hal 115]:

Z = 6,5

              2 sin 1 2 1

2 1

2  

d d

Dimana:

d₂ = diameter luar impeler (207mm)

d₁ = diameter sisi masuk impeler (118 mm)

1

 = sudut tangensial sisi masuk impeler (13,2040₎

2

 = sudut tangensial sisi keluar impeler (37,3790)

maka:

Z = 6,5

            2 379 , 37 204 , 13 sin 118 207 118 207

= 6,426 = 6 sudu

(72)

b. Jarak Antara Sudu Impeler

Jarak tiap sudu dapat ditentukan dengan rumus berikut:

S =

Z d x



Dimana:

d = diameter impeler

= diameter sisi masuk (d₁) = 118 mm

= diameter sisi keluar (d₂) = 207 mm

Z = jumlah sudu (Z = 6)

Maka :

Untuk sisi masuk : S₁ = 6

118

x



_{= 61,75 mm}

Untuk sisi keluar : S₂ = 6

207 x

 _{= 108,33 mm}

c. Tebal Sudu (t)

Tebal sudu dapat ditentukan dengan persamaan berikut [Lit. 6. hal 106]:

t =

Z x d

x  

 (1 ) sin

Dimana: t = tebal sudu

d = diameter impeler, untuk sisi masuk = 118 mm dan untuk sisi

keluar = 207 mm

 = faktor konstruksi, untuk sisi masuk (₁) = 0,8 dan untuk sisi keluar

(73)

 = sudut tangensial, untuk sisi masuk (₁) = 13,2040, untuk sisi keluar (₂) = 37,3790

Z = jumlah sudu (6 buah)

Maka:

Tebal sudu masuk (t₁) adalah:

t₁ =

6 204 , 13 sin ) 8 , 0 1 (

118 x 0

x 