Mesin-Mesin Fluida : 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 IMPELER

OLEH :

BUKIT ANTON MANALU

NIM : 020401045

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

MEDAN

(2)

TUGAS SARJANA

MESIN-MESIN FLUIDA

OLEH :

BUKIT ANTON MANALU

NIM : 020401045

Disetujui oleh :

Dosen Pembimbing,

Ir. Isril Amir

NIP. 130 517 501

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

MEDAN

(3)

TUGAS SARJANA

MESIN – MESIN FLUIDA

OLEH :

BUKIT ANTON MANALU

NIM : 02 0401 045

Telah disetujui dari hasil seminar

Tugas Sarjana Periode Ke-491 Tanggal 01 November 2007

Pembanding I

Pembanding II

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

NIP : 130 905 356

NIP : 132 282 136

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

(4)

(5)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 871/TS/2007

FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL : 04/06/2007

MEDAN PARAF :

TUGAS SARJANA

NAMA : BUKIT ANTON MANALU

NIM : 020401045

MATA PELAJARAN : MESIN-MESIN FLUIDA

SPESIFIKASI : RANCANG BANGUN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK

MENSIRKULASIKAN AIR PADA INSTALASI TURBIN AIR DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 RPM.

- TUGAS KHUSUS : PERENCANAAN IMPELER

- LAKUKAN SURVEY DATA

- BUAT PERHITUNGAN RANCANGAN

- GAMBAR TEKNIK

DIBERIKAN TANGGAL : 04/ 06/ 2007

SELESAI TANGGAL : 29/ 09 / 2007

Medan, 04 Juni 2007

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Ir. ALFIAN HAMSI, M.Sc Ir. Isril Amir

(6)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas ini adalah salah satu syarat 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 Puataran 500 rpm”. Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis banyak menerima bimbingan dan dorongan berupa pemikiran, tenaga, dan waktu dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Orang tua penulis, Ayahanda T. Manalu dan Ibunda R br Purba yang selalu

memberikan kasih sayang dan mendoakan penulis dalam menyelesaikanTugas Sarjana ini.

2. Bapak Ir. Isril Amir selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan

waktu dan memberikan bimbingan serta masukan kepada penulis.

3. Bapak Ir.Alfian Hamsi, MSc dan Bapak Tulus Burhanudin, ST, MT, selaku

Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

4. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik Mesin USU yang telah

memberikan kesempatan dan urusan administrasi.

5. Abangku Efendi SM Manalu, Ssi dan adek-adekku, Sanni, Yuni dan Johan

(7)

6. Buat bang Iwan dan seluruh pekerja di Bengkel yang telah meluangkan waktunya dalam pengerjaan Tugas Sarjana ini.

7. Teman-teman “Satu Team” Tugas Sarjana ini, Andesta Pakpahan, Erda

Saragih, Gabriel Tobing dan Ungkap Sabar Hutasoit.

8. Semua teman di Departemen Teknik Mesin USU terkhusus

teman-teman mahasiswa stambuk 2002, “Solidarity Forever”.

9. Rekan-rekan Pten 12, Jhameslon Ginting ST, Jaya Purba ST, Robbi

Tampubolon ST, terima kasih atas segala kebersamaan dalam suka dan duka yang telah kita lalui bersama.

Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan, karena keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Untuk itu penulis sangat mengharapkan masukan yang bersifat membangun dari para pembaca agar tulisan ini lebih sempurna lagi.

Atas perhatian para pembaca sebelumnya, penulis ucapkan terima kasih.

Medan, Oktober 2007

Penulis, Bukit Anton Manalu

(8)

(9)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ………. i

DAFTAR ISI ……… iii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR LAMBANG ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Perancangan ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Metodologi Penulisan ... 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 ... 6

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

2.9. Aliran Fluida ... 19

(10)

2.10.1. Tata Letak Pompa ... 21

2.10.2. Pemipaan ... 22

2.10.3. Katup ... 22

2.11. Karakteristik Kinerja Pompa ... 23

BAB III PENETAPAN SPESIFIKASI 3.1. Kapasitas Aliran ... 24

3.2. Head Pompa ……… 25

3.2.1. Perbedaan Head Tekanan ……….. 26

3.2.2. Perbedaan Head Kecepatan Aliran …..……….. 27

3.2.3. Perbedaan Head Statis ….……….. 29

3.2.4. Kerugian Head …..………. 29

3.2.4.1. Kerugian Head Sepanjang Pipa Hisap …………. 29

3.2.4.2. Kerugian Head Sepanjang Pipa Tekan …………. 32

3.3. Pemilihan Jenis Pompa ……… 35

3.4 Perhitungan Motor Penggerak ………. 36

3.5. Putaran Spesifik dan Tipe Impeler ... 37

3.6. Effisiensi Pompa ... 38

3.7. Kavitasi ... 39

3.8. Net Positive Suction Head ( NPSH ) ……….. 39

3.8.1. NPSH yang Tersedia ………. 40

3.8.2. NPSH yang Diperlukan ……….. 41

3.9. Daya Motor Penggerak ... 41

(11)

BAB IV UKURAN-UKURAN UTAMA POMPA

4.1. Perencanaan Poros Pompa ... 44

4.2. Perencanaan Pasak ... 47

4.2.1. Pemeriksaan Terhadap Tegangan Geser ... 48

4.2.2. Pemeriksaan Terhadap Tegangan Tumbuk ... 50

4.3. Rumah Pompa ... 51

4.3.1. Perencanaan Bentuk Rumah Pompa ... 51

4.3.1.1. Lebar Saluran Keluar (Throat) Volut …….. 51

4.3.1.2. Jari-Jari Lingkaran Rumah Volut ... 52

4.3.1.3. Penampang dan Jari-Jari Volut ... 52

4.3.1.4. Sudut Lidah Volut ... 53

4.3.2. Tebal Dinding Rumah Pompa ... 54

4.3.3. Ukuran-Ukuran Rumah Pompa ... 55

BAB V TUGAS KHUSUS 5.1. Perencanaan Impeler ... 56

5.2. Ukuran Impeler ... 58

5.2.1. Diameter Hub Impeler ... 58

5.2.2. Diameter Mata Impeler ... 59

5.2.3. Diameter Sisi Masuk Impeler ... 59

5.2.4. Diameter Sisi Keluar Impeler ... 60

5.2.5. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk ... 61

5.2.6. Lebar Impeler Pada Sisi Keluar ... 61

(12)

5.3. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler ... 63

5.3.1. Kecepatan Aliran Absolut ... 63

5.3.2. Kecepatan Tangensial ... 63

5.3.3. Sudut Tangensial ... 63

5.4. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler ... 65

5.4.1. Kecepatan Radial Aliran ... 65

5.4.3. Sudut Tangensial Keluar Impeler ... 65

5.4.4. Kecepatan Absolut Tangensial ... 66

5.4.5. Sudut Absolut Keluar Impeler ... 67

5.4.6. Kecepatan Relatif Keluar Impeler ... 67

5.4.7. Kecepatan Absolut Aliran Keluar ... 67

5.5. Kecepatan dan Sudut Keluar Akibat Adanya Aliran Sirkulasi 67

5.5.1. Kecepatan Radial ... 67

5.5.3. Sudut Absolut ... 68

5.5.4. Sudut Tangensial Sisi Keluar ... 68

5.5.5. Kecepatan Relatif ... ... 68

5.6. Perencanaan Sudu Impeler ... 69

5.6.1. Jumlah Sudu ... 70

5.6.2. Jarak Antara Sudu Impeler ... 70

5.6.3. Tebal Sudu ... 71

5.6.4. Melukis Bentuk Sudu ... 72

(13)

5.6.6. Berat Sudu ... 76 5.7. Ukuran-Ukuran Utama Impeler ... 78

BAB VI KESIMPULAN

6.1. Kesimpulan ... 79

6.2. Saran ... 81

DAFTAR PUSTAKA

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik ……… 18

Tabel 2.2. Koefisien Minor Loses pada Transmisi dan Fitting ………….... 21

Tabel 3.1. Koefisien Kerugian Kelengkapan pada Pipa Hisap ……… 31

Tabel 3.2. Koefisien Kerugian Kelengkapan pada Pipa Tekan ……… 34

Tabel 3.3. Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik ………. 37

Tabel 4.1. Faktor Koreksi Daya ……….. 45

Tabel 5.1. Jari-jari Busur Sudu Impeler ………... 74

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Seiring terjadinya krisis energi pada masa sekarang yang diakibatkan menipisnya sumber energi, maka dilakukanlah 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 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. Dimana pompa digunakan sebagai pengganti ketinggian jatuh air ( head ), hal ini dibuat untuk menghemat biaya dan mengurangi lama waktu pengerjaan

(16)

1.2. TUJUAN PERANCANGAN

Perancangan ini bertujuan untuk merancang sebuah pompa air yang digunakan untuk mensirkulasikan air ke turbin air dilaboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin USU. Dimana pompa berfungsi untuk mentransfer air dari bak penampungan ke turbin air yang berada dilaboratorium motor bakar Departemen 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 pompa

 Perhitungan ukuran-ukuran utama pompa

 Instalasi Pompa

 Tugas Khusus Perancangan Impeler

 Gambar kerja pompa

1.4. METODOLOGI PENULISAN

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

1. Survey lapangan, berupa peninjauan langsung ke bengkel-bengkel dan diskusi dengan pihak-pihak yang terkait.

(17)

(18)

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

(19)

memindahkan fluida dari suatu tempat yang betekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi dengan melewatkan fluida tersebut pada sistem perpipaan.

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.

(20)

 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.

(21)

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

(22)

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.

(23)

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

(24)

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

(25)

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

(26)

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.

(27)

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

(28)

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 relatif lama dibanding penggerak motor bakar dan turbin.

2.5. DASAR-DASAR PEMILIHAN POMPA

(29)

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 motor penggerak.

(30)

2.6.HEAD POMPA

[image:30.595.166.469.244.415.2]

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 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

sebagai berikut : - untuk titik 1 :

energi yang terkandung E1 = Ek1 + Ep1

(31)

- 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 − + − = − γ

Atau persamaan untuk mencari head pompa dipergunakan persamaan Bernoulli yaitu :

L

p Z H

g V P H Z g V P + + + = + +

+ 2 22 ₂

1 2 1 1 2 2 γ γ

Atau menurut [1]

L

p Z Z H

g V V P P

H = 2 − 1 + 2 − 1 + ₂ − ₁+

2 γ Dimana : γ 1 2 P P −

adalah perbedaan head tekanan

g V V 2 2 1 2

(32)

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 :

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 satuan m3/s maka rumusnya menjadi:

51,64. ₃_/₄

p s

H Q n n =

[image:32.595.195.428.608.736.2]

Dari putaran spesifik yang didapat dapat ditentukan impeler yang digunakan 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

(33)

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

Np =

p p g H Q

η ρ. . .

Dimana : Np = daya pompa [watt]

Q = kapasitas pompa [m3/s] Hp = head pompa [m]

ρ = rapat jenis fluida [kg/m3

]

ηp = effisiensi pompa

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.

(34)

 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

akan lebih mudah dibanding Darcy-Weisbach.

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]

K = koefisien minor loses (diambil dari tabel 2.2)

(35)

[image:35.595.155.470.87.525.2]

Tabel 2.2 Koefisien Minor Loses Pada Transisi Dan Fitting

2.10

INSTALASI POMPA

Pompa tidak dapat bekerja sendiri tanpa fasilitas penunjangnya seperti pipa-pipa dan katup-katup. Hal –hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan fasilitas penunjang pompa adalah sebagai berkut :

2.10.1. Tata letak pompa

(36)

pemeliharaan dan pemeriksaan, pipa-pipa, penopang pipa, saluran pembuang air, drainase ruangan, ventilasi, penerangan, keran pengangkat, dan lain-lain.

2.10.2 Pemipaan

(1) Pipa Hisap

Dalam merencanakan pipa hisap, tindakan pengamanan perlu diambil : a. Hindari terjadinya penyimpangan aliran atau pusaran pada

nosel hisap

b. Pipa harus sependek mungkin dan belokan sesedikit mungkin c. Hindari terjadinya kantong udara di dalam pipa

d. Hindari kebocoran pada penyambungan pipa e. Bila perlu pasang alat penyaring pada mulut hisap (2) Pipa Keluar

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan pipa keluar :

a. Diameter pipa keluar atau pipa penyalur harus ditentukan berdasarkan pada efisiensi dan ekonomi pemompaan.

b. Kecepatan aliran di dalam pipa diambil 1 sampai 2 m/s untuk pipa berdiaeter kecil dan 1,5 sampai 3,0 m/s untuk ppa berdiameter besar.

c. Untuk pompa dengan head rendah, ujung akhir pipa keluar umumnya dibuat terbuka, dengan arah hampir mendatar, di bawah permukaan air di tadah atas

2.10.3. Katup

(37)

gabungan dari dua katup atau lebih, dalam hal lain satu katup dipakai untuk melakukan lebih dari satu tugas. Dalam memilih katup, tujuan dan kondisi pemakaian (seperti tekanan, temperature, jenis zat cair, frekuensi pemakaian) harus jelas.

2.11. KARAKTERISTIK KINERJA POMPA

Bentuk pompa pada umumnya tergantung pada µs. jadi dapat dimengerti

bila karakteristiknya juga akan tergantung pada µs.

Karakteristik sebuah pompa dapat digambarkan dalam kurva-kurva karakteristik kinerja pompa yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros, dan efisiensi pompa terhadap kapasitas. Kurva ini biasaya digambarkan pada putaran yang tetap. Di bawah ini adalah beberapa kurva karakteristik kinerja pompa pada aliran-aliran tertentu :

[image:37.595.175.510.472.613.2]

(38)

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

(39)

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:39.595.112.514.348.634.2]

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:

Gambar 3.1. Instalasi

(40)

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)

(41)

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:

Qp = Vs.As

Dimana : Q_p = kapasitas pompa =

s l

37 = 0,037 m3/s

V_s = kecepatan aliran dalam pipa isap (m/s)

As =

2

) .( 4 / dis

π = luas bidang aliran (m2)

d_is = diameter dalam pipa isap (m)

Sehingga diameter pipa isap adalah:

dis = s p

V Q

. . 4

π

=

) 2 .(

037 , 0 . 4

π

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

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40 (Lampiran 2), maka dipilih pipa nominal 6 inch dengan dimensi pipa :

- Diameter dalam (d_is) = 6,065 in = 0,1540 m

(42)

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

V_s =

A Q_p = 2 ) .( . 4 is p d Q π

Vs = ₂

) 154 , 0 ( . 037 , 0 . 4 π

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 (d_id) = 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 π

V_d =

2 ) 1281 , 0 ( . 037 , 0 . 4 π

V_d = 2,87 m/s

Maka perbedaan head kecepatan aliran ialah :

v

H

∆ =

g V V_d _s

2 2 2 − v H ∆ = ) 81 , 9 .( 2 98 , 1 87 ,

2 2 − 2

(43)

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 :

h_f = f

g V x d Ls s

. 2

2

1

..….. [Literatur 3. hal 133]

Dimana : hf = kerugian karena gesekan (m)

f = factor gesekan (diperoleh dari diagram Moody)

(44)

d_i = diameter dalam pipa = 0,1540 m

Vs = kecepatan aliran fluida = 1,98 m/s

Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Pipa Commercial Steel dimana bahan pipa yang digunakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,000046 mm.

Maka kekasaran relative (ε/d_i) adalah :

ε/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 :

Re =

υ i s xd

V

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

d_i = diameter dalam (m)

υ = viskositas kinematik air pada suhu 200C = 1,02 . 10-6m2/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 1) untuk Re = 2,989.106 dan (ε/d_i) =

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

(45)

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

Beasarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa menurut dapat diperoleh dengan persamaan:

h_m = Σn.k

g V_s

. 2

2

dimana : n = jumlah kelengkapan pipa

k = koefien kerugian akibat kelengkapan pipa

[image:45.595.172.449.412.596.2]

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

(46)

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 :

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)

d_i = diameter dalam pipa = 0,1281 m

(47)

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 :

Re =

υ id d xd

V

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

Did = diameter dalam (m)

υ = viskositas kinematik air pada suhu 200C = 1,02 . 10-6m2/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 1) untuk Re = 3,6.105 dan (ε/d_i) dan

kurva ”Smooth Pipe” diperoleh factor gesekan (f) = 0,014. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy Weisbach adalah:

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:

hfd = f x

g V x d L d

id d

. 2

) ( 2

(48)

maka diperoleh:

h_fd= 0,014 x

81 , 9 2

) 87 , 2 ( 1281 , 0

107 ,

1 2

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

Σ

[image:48.595.172.453.459.691.2]

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 Belokan 450 2 0,32 0,64

(49)

Maka harga kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah:

h_md =

g V nk

. 2

2

Σ

= 4,465 x

81 , 9 2

) 87 , 2 ( 2

x = 1,875 m

Dengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah:

hLd = hfd + hmd

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

maka kerugian head total (h_L)

H_L = h_Ls + h_Ld

= 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 + ∆H_L

= (0 + 0,22 + 8.05 + 2,555) m = 10,825 m

3.3. PEMILIHAN JENIS POMPA

(50)

2 4 6 8 10 2

101010101010101010

4 6 8 10 2

101010101010101010

4 6 8 10 2

101010101010101010

4 6 8 10 1

101010101010101010

1 2 4 6 8 10 2

101010101010101010

4 6 8 10 2

101010101010101010

4 6 8 10 2

101010101010101010

4 6 8 10 2

101010101010101010

4 6 8 10

pompa radial bertingkat banyak

pompa radial bertingkat satu

Pompa aksial

Kapasitas V’

Kapasitas

[image:50.595.119.506.84.358.2]

Ti

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

n

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

gg

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

i

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

ke

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

na

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

i

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

ka

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

n

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

V

’V

’

H

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

T

in

gg

i

ke

na

ik

an

Gambar 3.2 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa sentrifugal.

3.4. 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.

(51)

3.5. 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 impeler suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut.

Putaran spesifik untuk pompa yang memiliki impeler satu tingkat dapat dihitung menggunakan persamaan :

n_s₁ = n

75 , 0

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:51.595.192.460.620.732.2]

Dari tabel 3.3, diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 2500 rpm maka jenis impeler yang sesuai adalah jenis Aliran Radial.

Tabel 3.3 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

(52)

3.6. EFFISIENSI POMPA

Pada pemakaian pompa yang terus-menerus, masalah effisiensi pompa

(η_P) menjadi perhatian khusus. Effisiensi pompa tergantung kepada kapasitas

[image:52.595.116.509.226.491.2]

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 (n_s) = 2500 rpm

(53)

3.7 KAVITASI

Kavitasi adalah suatu fenomena dimana fluida kerja (liquid) yang mengalir di dalam pipa atau pompa mengalami perubahan formasi menjadi gelombang uap (vapour field) dan diikuti pecahnya gelembung uap (vapour collapse) tersebut. Akibat yang ditimbulkan kavitasi adalah:

- Menimbulkan erosi pada sudu-sudu impeller dan rumah pompa - Getaran dan suaru berisik karena pecahnya gelembung uap.

Kavitasi pada dasarnya dapat dicegah dengan membuat NPSH yang tersedia lebih besar dari NPSH yang diperlukan. Dalam perencanaan instalasi pompa, hal-hal yang perlu untuk menghindari kavitasi ialah:

- Pipa isap dibuat sependek mungkin

- Jarak antara permukaan air yang dihisap dengan letak pompa dibuat serendah mungkin

- Posisi pipa hisap jangan naik tetapi diusahakan datar atau menurun ke arah tangki supaya tidak terbentuk ruangan pada pipa yang dapat terisi oleh udara.

3.8 NET POSITIVE SUCTION HEAD (NPSH)

(54)

- Tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang - Tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran dalam pompa

Maka v dari penjelasan di atas dapat didefenisikan suatu head isap positif neto (NPSH) adalah dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.. Di bawah ini akan diuraikan dua macam NPSH, yaitu:

1. NPSH yang tersedia pada instalasi 2. NPSH yang dibutuhkan pompa

3.8.1. NPSH yang Tersedia

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa yang dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut dikurangi dengan head isap statis dan kerugian gesek didalam pipa. Besar NPSH yang tersedia dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:

NPSH_A = P − P −Z_A −H_S

γ γ1 2

Dimana :

P₁ = Tekanan pada pipa isap = 1,0133.105 N/m2

P₂ = Tekanan uap jenuh airpada temperature 200C = 2340 N/m2

γ = Berat zat cair per satuan volume pada suhu 200 = 9790 N/m3

Z_A = Head isap statis = 1 m

H_S = Kerugian head didalam pipa isap = 0,629 m

Maka :

NPSH_A = _m _m ₁_m ₀_,₆₂₉ _m

9790 2340 9790

10 . 0133 ,

1 5

− −    

  −    

 

(55)

3.8.2. NPSH yang Diperlukan

Besarnya NPSH yang diperlukan untuk setiap pompa berbeda harganya, tergantung dari pabrik pembuatannya. Namun untuk perhitungan NPSH yang diperlukan dapat dihitung dari konstanta kavitasi σ seperti di bawah ini:

σ=

n suN

H H

dimana:

σ = Koefisien kavitasi = 0,6

HsuN= NPSH yang dibutuhkan

H_n = head total pompa

Sehingga besarnya NPSH yang diperlukan adalah:

NPSH_R = σ . Hn

= (0,6) x (10,825) = 6,495 m

maka NPSH_A > NPSH_R

Dari hasil perhitungan yang diperoleh di atas NPSH yang tersedia lebih besar daripada NPSH yang diperlukan, sehingga pompa yang direncanakan dapat beroperasi tanpa terjadi kavitasi.

3.9. DAYA MOTOR PENGGERAK

Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeler dicari dengan persamaan :

Np = P

Q H g

η γ. . .

(56)

Dimana:

H = head pompa = 10,825 m

Q = kapasitas pompa = 0,037 m3/s

γ = ρ×g = 998 (9,81m 2/s) = 9790N/m3

P

η = effisiensi pompa = 0,8

Sehingga:

N_P =

P T

H Q

η γ × × =

=

8 , 0

9790 825 , 10 037 ,

0 × ×

= 5,376 kW

Dalam perencanaan ini kami ambil 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. Daya motor bakar sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus :

Nm = T p

N

η α) 1 ( +

Dimana:

N_m = daya motor penggerak (kW)

N_p = daya pompa = 5,6 kW

α = factor cadangan daya = (0,1 ÷ 0,2) untuk motor bakar besar diambil 0,2

T

(57)

sehingga: N_m =

93 , 0

) 2 , 0 1 ( x