MESIN FLUIDA ANALISA PERFORMANCE POMPA SENTRIFUGAL TERHADAP KAPASITAS ALIRAN

(1)

TUGAS SARJANA

MESIN FLUIDA

ANALISA PERFORMANCE POMPA SENTRIFUGAL

TERHADAP KAPASITAS ALIRAN

OLEH :

NIM : 040421011 DIAN PRANATA BANGUN

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

ABSTRAK

Pompa adalah mesin fluida yang banyak digunakan untuk mengalirkan fluida incompressible dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ketekanan yang lebih tinggi. Bila ditinjau dari tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu:

1. Pompa Tekanan Statis 2. Pompa Tekanan Dinamis

Pompa sentrifugal adalah termasuk kedalam jenis pompa tekanan dinamis,dimana pompa jenis ini memiliki impeller yang berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi.

Daya dari luar diberikan keporos untuk memutar impeller kedalam rumah pompa, maka fluida yang berada disekitar impeller juga akan ikut berputar akibat dari dorongan sudu-sudu impeller. Karena timbulnya gaya sentrifugal maka fluida mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran diantara sudu-sudu impeller. Head fluida akan bertambah besar karena fluida tersebut mengalami percepatan. Fluida yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran yang berbentuk volute mengelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nosel,didalam nosel kecepatan aliran fluida diubah menjadi head tekanan.

Karakteristik pompa sentrifugal ditentukan oleh besaran-besaran seperti kapasitas, tinggi tekanan fluida,sifat atau keadaan disisi bagian isap, daya yang dibutuhkan untuk memutar pompa,kecepatan putar,efisiensi.

(3)

Besarnya daya yang dibutuhkan pompa sentrifugal merupakan fungsi dari kopel yang diberikan oleh motor penggerak yang dapat diukur dengan beberapa metode, diantaranya dengan menggunakan metode brake dynamometer,weirmeter dan metode rem prony.

Dalam proses untuk pengaturan kapasitas dari suatu instalasi pompa atau perubahan karakteristik (pengaturan dengan pembukaan katup) dapat dilakukan,tetapi hal ini berlaku bila penyimpangan kapasitas yang dibutuhkan dari kapasitas nominal hanya berlaku dalam waktu yang singkat,dan bila daya yang dibutuhkan mesin penggerak pompa pada kapasitas yang lebih kecil menjadi makin turun (berkurang dan tidak bertambah naik).

Pengaturan pompa sentrifugal dan instalasi pompa (system pemipaan,katup-katup,dan lain-lain) adalah merupakan 2 buah system yang bekerja sama dan saling mempengaruhi. Karakteristik instalasi dalam banyak hal terdiri dari bagian yang statis,melalui bagianinilah terbentuknya kerugian tekanan yang terdapat didalam saluran pipa dan kerugian tersebut jalannya berbanding kuadrat dengan bertambahnya tinggi kenaikan.

(4)

KATA PENGANTAR

Assalamu’ Alaikum Wr. Wb.

Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, nikmst dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, dengan judul skripsi:

“Analisa Performance Pompa Sentrifugal Terhadap Kapasitas Aliran”.

Penulis berupaya semaksimal mungkin untukmendapatkan hasil terbaik, yang nantinya dapat dimanfaatkan oleh berbagai pihak yang membutuhkan. Namun penulis sadar bahwa skripsi ini jauh dari sempurna, baik dalam bahaa dan ruang lingkup pembahasannya. Hal ini tidak terlepas dari keterbatasan ilmu pengetahuan yang dimiliki oleh penulis. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritikan dan saran yang membangun dari berbagai pihak yang konstruktif demi kesempurnaan skripsi ini.

Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Tekad Sitepu selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu dalam membimbing penulis sehingga skripsi ini dapat selesai. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M Eng selaku dekan fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dan Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

Dikesempatan ini penulis tidak lupa pula ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada kedua orang tua penulis dan abangda Positron Bangun serta

(5)

seluruh keluarga yang selalu membantu dan memberikan dorongan moril maupun matril kepada penulis, sehingga mempengaruhi dalam kehidupan penulis semoga Allah SWT memberikan rahmat dan hidayah yang berlimpah kepada mereka atas jasa – jasanya kepada penulis, Amin.

Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan bagi pembaca sekalian. Semoga Allah SWT melimpahkan rahmat, nikmat,dan karunia kepada kita semua, Amin...

Wassalamu ‘Alaikum Wr. Wb.

Medan, Oktober 2008 Penulis

(6)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR TABEL... vi

DAFTAR GAMBAR... vii

DAFTAR NOTASI... viii

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1.Latar Belakang... 1

1.2.Perumusan Masalah... 2

1.3.Tujuan Penelitian... 3

1.4.Manfaat Penelitian... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4

2.1. Mesin Fluida... 4

2.2. Pompa... 6

2.2.1. Klasifikasi Pompa... 7

2.2.2. Kavitasi Pompa... 12

2.3. Pompa Sentrifugal... 16

2.3.1. Cara Kerja Pompa Sentrifugal... 19

2.3.2. Segitiga Aliran Kecepatan Fluida... 20

2.3.3. Persamaan Utama Pada Mesin Arus Aliran Fluida... 22

2.3.4. Hubungan Tingi Kenaikan H dengan Kerja Spesifik Y... 23

2.3.5. Kecepatan Spesifik... 24

2.3.6. Head Total Pompa Sentrifugal... 25

2.3.7. Effisiensi Pompa... 26

2.3.8. Kurva Performa dan Hukum Affintas... 26

2.3.9. Break Horse Power ( bhp )... 26

2.3.10. Momen Torsi... 27

BAB III METODE PENELITIAN... 29

3.1. Tempat dan waktu... 29

3.1.1. Tempat... 29

3.1.2. Waktu... 29

3.2. Alat dan Bahan... 29

3.2.1. Alat... 29

3.2.2. Bahan... 34

3.3. Rancangan Kegiatan... 36

3.3.1. Persiapan Pendahuluan... 36

3.3.2. Persiapan Pengujian... 39

(7)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 41

4.1. Hasil Analisa Eksperimen... 42

4.2. Hasil Analisa Tekanan... 42

4.3. Hasil Analisa Kecepatan Air Impeller... 45

4.4. Hasil Analisa Kapasitas Aliran... 47

4.5. Hasil Analisa Daya Pompa... 48

4.6. Hasil Analisa Effisiensi Pompa... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 52

5.1. Kesimpulan... 52

5.2. Saran... 55

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil eksperimen percobaan I ( sudut 600 Tabel 4.2. Hasil eksperimen percobaan II ( sudut 30

)

0

Tabel 4.3. Hasil eksperimen percobaan III ( sudut 100 )

0

Tabel 4.4. Hasil analisa eksperimen setiap percobaan )

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Perubahan bentuk oleh penerapan gaya besar yang konstant

Gambar 2.2. Pompa putar 2 cuping, Pompa putar 3 cuping, pompa putar 4 cuping Gambar 2.3. Pompa bolak – balik ( reciprocating pump )

Gambar 2.4. Pompa aliran radial, Pompa aliran aksil, Pompa aliran campuran Gambar 2.5. Pompa zet

Gambar 2.6. Pompa sentrifugal

Gambar 2.7. Bagian dari Pompa sentrifugal Gambar 2.8. Segitiga aliran kecepatan fluida

Gambar 2.9. Segitiga kecepatan aliran fluida masuk impeller

Gambar 2.10. Segitiga kecepatan aliran fluida keluar impeller

Gambar 2.11. Gaya yang diberikan pada suata partikel sepanjang lintasan Gambar 2.12. Momen torsi

Gambar 3.1. Pompa sentrifugal Gambar 3.2. Water Flo Meter Gambar 3.3. Stopwatch Gambar 3.4. Penampung air Gambar 3.5. Tacho Meter Gambar 3.6. Indikator gaya Gambar 3.7. Alat ukur tekanan Gambar 3.8. Jangka sorong Gambar 3.9. Gate Valve

Gambar 3.10. Dudukan dan instalasi pemipaan Gambar 3.11. Pipa PVC

Gambar 3.12. Elbow

Gambar 3.13. Sambungan pipa

Gambar 3.14. Saringan pipa ( foot valve ) Gambar 3.15. Bagan alir metode eksperimen

Gambar 4.1. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan tekanan isap Gambar 4.2. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan tekanan keluar Gambar 4.3. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kecepatan air masuk

impeller

Gambar 4.4. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kecepatan air keluar impeller

Gambar 4.5. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan kapasitas aliran Gambar 4.6. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan daya indikator

pompa

Gambar 4.7. Grafik perbandingan antara pembukaan katup dan daya hidraulik pompa

(10)

DAFTAR NOTASI A Luas m b 2 1 b

Lebar impeller pada sisi masuk mm

2

C

Lebar impeller pada sisi keluar mm

1

C

Kecepatan mutlak aliran fluida masuk sudut impeller m/det

2

D

u Kecepatan absolute komponen tangensi m/det

1

D

Diameter sisi masuk impeller mm

2

F Gaya Kg

Diameter sisi keluar impeller mm g Percepatan gravitasi m/det H Tinggi kenaikan m

2

m Massa Fluida Kg

Mt Momen torsi Kg mm n Kecepatan putaran impeller rpm Ni Daya mekanik pompa W Nd Daya hidrolik pompa W P Tekanan statis N/m Pd Tekanan keluar pompa mm Hg

2

Ps Tekanan masuk pompa mm Hg Q Kapasitas aliran m3 R Panjang tuas yang bekerja m

/det r Jari – jari lengan gaya mm

t Waktu detik

U1

U

Kecepatan tangensial aliran fluida masuk m/det

2

V Volume m

Kecepatan tangensial aliran fluida keluar m/det W

3

1

W

Kecepatan relatif aliran fluida pada sisi masuk impeller m/det

2

ρ Kerapatan fluida Kg/m Kecepatan relatif aliran fluida pada sisi keluar impeller m/det β

2

1 Sudut masuk aliran fluida

β

0

2 Sudut keluar aliran fluida

ηρ Effisiensi pompa %