BERKAPASITAS 50 LITER/DETIK PEMAKAIAN PADA UNIT
PRODUKSI PDAM TIRTA UNIT MEULABOH
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Universitas Teuku Umar
Disusun Oleh : RIKI TANDIYUS
Nim : 06C10202013 Jurusan : Teknik Mesin
Bidang Studi : Teknik Konversi Energi
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TEUKU UMAR
ALUE PEUNYARENG
–
ACEH BARAT
Melati kuntum tumbuh melata, Sayang merbah di pohon cemara, Assalammualaikum mulanya kata, Saya sembah pembuka bicara.
Yang Utama Dari Segalanya...
Sembah sujud serta syukur kepada Allah SWT. Taburan cinta dan kasih sayang-Mu telah memberikanku kekuatan, membekaliku dengan ilmu serta memperkenalkanku dengan cinta. Atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan akhirnya Tugas Akhir yang sederhana ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam selalu terlimpahkan keharibaan Rasullah Muhammad SAW.
“Dia memberikan hikmah (ilmu yang berguna) kepada siapa yang dikehendaki-Nya.
Barang siapa yang mendapat hikmah itu Sesungguhnya ia telah mendapat kebajikan yang banyak. Dan tiadalah yang menerima peringatan melainkan orang- orang yang berakal”.
(Q.S. Al-Baqarah : 269)
“Bukanlah suatu aib jika kamu gagal dalam suatu usaha, yang merupakan aib adalah jika kamu tidak bangkit dari kegagalan itu”. (Ali bin Abu Thalib)
Ungkapan hati sebagai rasa Terima Kasihku Kupersembahkan Tugas Akhir sederhana ini kepada orang – orang yang sangat kukasihi dan kusayangi.
Ibunda dan Ayahanda serta Nenek Tercinta
Sebagai tanda bakti, hormat, dan rasa terima kasih yang tiada terhingga kupersembahkan karya kecil ini kepada Ibu dan Ayah serta nenek yang telah memberikan kasih sayang, segala dukungan, dan cinta kasih yang tiada terhingga yang tiada mungkin dapat kubalas hanya dengan selembar kertas yang bertuliskan kata cinta dan persembahan. Semoga ini menjadi langkah awal untuk membuat Ibu dan Ayah serta nenek bahagia karna kusadar, selama ini belum bisa berbuat yang lebih. Untuk Ibu dan Ayah serta nenek yang selalu membuatku termotivasi dan selalu menyirami kasih sayang, selalu mendoakanku, selalu menasehatiku untuk menjadi yang lebih baik,
Terima Kasih Ibu....Terima Kasih Ayah....Terima Kasih Nenek.
vi
persembahkan. Maaf belum bisa menjadi panutan seutuhnya, tapi aq akan selalu menjadi yang terbaik untuk kalian semua...
My Best friend’s
Buat sahabat setiaku forever “Akbar Atnelyn “ terima kasih atas bantuan, doa, nasehat, hiburan, traktiran, ejekkan, dan semangat yang kamu berikan selama aku kuliah, aku tak akan melupakan semua yang telah kamu berikan selama ini.
Buat sahabat - sahabatku angkatan Mesin 06, 07, 08 serta Alumni Mesin yang turut
membantu selama ini, “Sulaiman Ali. ST, Irwandi, Agus Ferizal, Helmi, Musliyadi dan semua
teman - teman yang lain” terima kasih atas bantuan kalian, semoga keakraban di antara angkatan Teknik Mesin mulai dari 2006 hingga angkatan seterusnya selalu terjaga. “Salam Solidarity M Forever” Hidup Mesin.‼
Dosen Pembimbing Tugas Akhirku
Bapak Syurkarni Ali, ST, MT dan Bapak Maidi Saputra, ST, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir saya, terima kasih banyak pak...saya sudah dibantu selama ini, sudah dinasehati, sudah diajari, saya tidak akan lupa atas bantuan dan kesabaran dari bapak. Terima kasih banyak pak....bapak adalah dosen favorit saya...
Seluruh Dosen Pengajar di Fakultas Teknik
Terima kasih banyak untuk semua ilmu, didikan dan pengalaman yang sangat berarti yang telah kalian berikan kepada kami…
Staf Akademik
Bapak Darul Qudni, ST dan semua staf akademik di Fakultas Teknik, terima kasih banyak atas semua bantuan kalian…
Pada akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu (insyaAlloh), bila meminjam pepatah lama “Tak ada gading yang tak retak” maka sangatlah pantas bila pepatah itu disandingkan dengan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini merupakan wujud dari kegigihan dalam ikhtiar untuk sebuah makna kesempurnaan dengan tanpa berharap melampaui kemaha sempurnaan sang maha sempurna.
Terakhir, untuk seseorang yang masih dalam misteri yang dijanjikan Ilahi yang siapapun itu, terimakasih telah menjadi baik dan bertahan di sana.
Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini membawa kebermanfaatan. Jika hidup bisa kuceritakan di atas kertas, entah berapa banyak yang dibutuhkan hanya untuk kuucapkan terima kasih...
Wassalam…
Salam Penulis,
viii Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah memberi berkah serta rahmat-Nya yang begitu besar sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini pada waktunya. Selawat dan salam kepada junjungan Alam Nabi Besar Muhammad SAW dan kepada Keluarga dan Sahabat – sahabat Rasullullah dan juga Para ‘Alim ‘Ulama sekalian.
Tugas Akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat bagi Mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar dengan judul “Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal Berkapasitas 50 liter/detik Pemakaian Pada Unit Produksi PDAM Tirta Meulaboh”.
terima kasih yang sebesar – besarnya yang amat tulus kepada Bapak Syurkarni Ali ST, MT, selaku Dosen Pembimbing I, dan kepada Bapak Maidi Saputra ST, MT, selaku Pembimbing II, yang telah memberikan bimbingan yang sangat berguna bagi penulis dari sejak awal hingga selesai penulisan Tugas Akhir ini.
Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih sebesar - besarnya dan penghargaan yang setinggi – tingginya Kepada :
1. Bapak Ir. Rusman AR, MSME, Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar.
2. Bapak Syurkarni Ali, ST, MT, Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar.
3. Bapak Pribadyo, ST, MT, Selaku Dosen Penguji I. 4. Bapak Ir. Rusman AR, MSME, Selaku Dosen Penguji II.
5. Dosen – dosen dilingkungan Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar yang telah banyak mengajarkan ilmu dan pengetahuan kepada penulis.
6. Bapak Kurnia Yulizar, Selaku Kabag Teknik pada PDAM Tirta Meulaboh. 7. Bapak Gempar Renaldy Margolang, Selaku Kabag pada Unit Produksi beserta
x Akhir ini.
9. Teman – teman di Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar “Salam Solidarity M Forever” serta kepada semua pihak yang tidak dapat penulis
sebutkan satu persatu, yang telah membantu selama penulisan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan bagi pembaca sekalian. Semoga Allah SWT melimpahkan rahmat, nikmat,dan karunia-NYA kepada kita semua, Aamin...
Wassalamu‘alaikum Wr. Wb.
Meulaboh, 23 Juli 2014 Penulis,
RIKI TANDIYUS 06C10202013
Teknik Konversi Energi
Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar
ABSTRAK
Pompa sentrifugal adalah termasuk kedalam jenis pompa tekanan dinamis, dimana prinsip kerja 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. Agar lebih efektif dan efisien pada proses produksi, maka dirancang mesin - mesin fluida yaitu pompa sentrifugal untuk menyuplai air bersih bagi konsumen PDAM Tirta unit Meulaboh dengan kapasitas 50 liter/detik.
Berdasarkan hasil perencanaan jenis pompa yang akan dirancang ulang adalah pompa sentrifugal satu tingkat, dengan tipe impeler radial terbuka, head pompa 50 m, daya pompa sebesar 75 Kw. Perencanaan tersebut dilakukan perhitungan secara keseluruhan, meliputi perhitungan head pompa, jumlah tingkat, impeller, elemen - elemen pendukung, efesiensi, dan karakteristik pompa. Pompa digerakkan oleh motor listrik AC, dengan voltase sebesar 380 Volt, putaran/ frekuensi motor yaitu + 3000 rpm/50 Hz.
Dengan demikian proses pada unit produksi akan berlangsung secara kontinyu, dimana air besih yang dihasilkan dapat di alirkan bagi masyarakat sesuai dengan spesifikasi pompa tersebut.
xii
LEMBARAN TUGAS AKHIR ... i
LEMBARAN PERSETUJUAN TUGAS AKHIR ... ii
LEMBARAN PENGESAHAN FAKULTAS ... iii
LEMBARAN PENGESAHAN JURUSAN ... iv
2.5.2 Menurut Jenis Impeller ... 18
2.5.3 Menurut Bentuk Rumah ………..……… 19
2.5.4 Menurut Jumlah Tingkat ………..………... 21
2.5.5 Menurut Letak Poros ………..…………. 22
2.6 Komponen Utama Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya 23
2.6.1 Rumah Pompa Sentrifugal ………... 23
2.7 Kapasitas ……….…. 26
2.8 Head Pompa ……….…… 26
2.8.1 Macam – macam Head Loss ………..……... 27
2.9 Tekanan ………...…... 28
2.10 Daya Pompa ………...……….. 28
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Tempat dan Waktu ………..………. 30
3.2 Data Awal Pompa ………..…... 30
3.3 Analisa Data ………..……... 31
3.3.1 Kapasitas Pompa ………..……… 31
3.3.2 Head Pompa ………..…... 31
3.3.3 Daya Pompa ………... 31
3.4 Susunan Pompa ………...………... 32
xiv
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Perencanaan Komponen Pompa ………...….... 36
4.1.1 Kapasitas Pompa ………...…..……. 36
4.1.2 Daya Pompa ………...…..… 37
4.1.2.1 Daya Air ( Pw ) ……….. 38
4.1.2.2 Daya Poros Pompa ( Pp) …………...…... 38
4.1.2.3 Daya Motor Penggerak Pompa ( Pm ) ... 39
4.1.3 Perencanaan Poros ………..……...….. 40
4.1.3.1 Momen Puntir ……….... 42
4.1.3.2 Diameter Poros ……….…. 43
4.1.4 Perencanaan Impeller ……….….. 45
4.1.4.1 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Masuk 46
4.1.4.2 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Keluar 52
4.1.4.3 Perencanaan Sudu ………...…... 59
4.1.5 Perencanaan Rumah Pompa ( Casing) ……… 64
4.1.5.1 Tebal Rumah Pompa ………..…….... 65
4.1.5.2 Baut Pengikat Rumah Pompa ………….... 66
4.2 Perencanaan Komponen Pendukung ………..……... 68
4.2.1 Perencanaan Bantalan ………...… 68
4.2.2.2 Penyekat Poros ( Shaft seal ) ……….…… 73
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ………..……...…. 74 5.1.1 Spesifikasi Hasil Perencanaan ………..…... 74
5.2 Saran ……….... 76
xvi
Gambar 2.1 Instalansi pompa pada PDAM TIRTA……….…. 4
Gambar 2.2 Pompa sentrifugal……….………. 8
Gambar 2.3 Lintasan aliran cairan didalam pompa sentrifugal…….…... 9
Gambar 2.4 Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pompa.. 10
Gambar 2.5 Ns dan bentuk impeller………. 12
Gambar 2.6 Bagian pompa sentrifugal beserta penggeraknya…………. 13
Gambar 2.7 Pompa sentrifugal aliran radial………. 17
Gambar 2.8 Pompa sentrifugal aliran campur……….. 17
Gambar 2.9 Pompa aliran aksial………... 18
Gambar 2.10 Impeller tertutup……….….. 18
Gambar 2.11 Impeller setengah terbuka……….… 19
Gambar 2.12 Impeller terbuka……….... 19
Gambar 2.13 Pompa volut……….…. 20
Gambar 2.14 Pompa diffuser……….…. 20
Gambar 2.18 Pompa poros horizontal……….…… 23
Gambar 2.19 Komponen pada rumah pompa sentrifugal………... 24
Gambar 3.1 Pompa susunan seri……… 33
Gambar 3.2 Pompa susunan parallel………. 34
Gambar 4.1 Dimensi impeller pompa………...… 46
Gambar 4.2 Segitiga kecepatan………... 51
Gambar 4.3 Segitiga kecepatan………..….. 59
Gambar 4.4 Kurva kapasitas, tinggi tekan semu dan diagram kecepatan Pada sisi keluar dari berbagai sudut………... 60
xviii
Tabel 4.1 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi masuk…….…... 51
Tabel 4.2 Hasil perhitungan yang bervariasi……….……… 55
A Luas Penampang Pipa Isap [ m2 ]
B Luas bantalan [ m ]
B Lebar pasak [ m ]
b1 Lebar sisi masuk impeller [ m ]
b2 Lebar sisi keluar impeller [ m ]
Q Kapasitas nominal dinamis spesifik [ N ]
Co Kapasitas nominal statis spesifik [ N ]
Ds Diameter poros pompa [ m ]
Co Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler [ m/det ]
D Diameter luar bantalan [ m ]
D Diameter dalam bantalan [ m ]
Di Diameter dalam pipa [ m ]
Ds Diameter poros pompa [ m ]
Co Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler [ m/det ]
D0 Diameter mata impeler [ m ]
D1 Diameter sisi masuk impeler [ m ]
D2 Diameter sisi keluar impeler [ m ]
xx
Htr Head teoritis pompa [ m ]
ΔHp Perbedaan tekanan [ m ]
ΔHv Perbedaan head tekanan [ m ]
Ln Panjang sudu [ m ]
M Massa [ Kg ]
Mt Momen torsi [ Nm ]
Nd Daya rencana yang ditransmisikan poros [ Hp ]
Nm Daya motor listrik [ Hp ]
Np Daya poros pompa [ Hp ]
np Putaran poros [ rpm ]
ns Putaran spesifik pompa [ rpm ]
Pi Tekanan dibelakang impeler [ Pa ]
P Tekanan didepan impeler [ Pa ]
Pv Jarak antar sudu [ m ]
Qp Kapasitas pompa [ m3/s ]
Qts Kapasitas teoritis pompa [ m3/s ]
Re Bilangan reynold
R3 Jari - jari dalam volute [ m ]
u1 Kecepatan tangensial masuk impeler [ m/det ]
u2 Kecepatan tangensial keluar impeler [ m/det ]
vd Kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan [ m/det ]
vs Kecepatan aliran fluida dalam Pipa Isap [ m/det]
Vo Kecepatan absolut fluida saat akan memasuki impeler [ m/det ]
vr1 Kecepatan radial pada sisi masuk [ m/det ]
vr2 Kecepatan radial pada sisi keluar [ m/det ]
vu Komponen tangensial kecepatan absolut fluida [ m/det ]
v1 Kecepatan absolut fluida pada sisi masuk impeler [ m/det ]
v2 Kecepatan absolut fluida pada sisi keluar impeler [ m/det ]
V Viskositas kinematik [ m/det ]
w1 Kecepatan relatife pada sisi masuk impeller [ m/det ]
w2 Kecepatan relative pada sisi keluar impeler [ m/det ]
Zi Jumlah sudu Z1 Head hisap pompa [ m ]
xxii
β Sudut antara w dan u [ ◦ ]
Δβ Perubahan sudut impeler [ ◦ ]
γ Berat jenis material [ N/m3 ]
ρ Rapat massa [ kg/m3 ]
υ Koefisien tinggi tekan
σb Kekuatan tarik bahan [ N/m2 ]
τ Tegangan geser yang timbul [ N/m2 ]
τgi Tegangan geser izin [ N/m2 ]
τρ Tegangan tumbuk yang timbul [ N/m2 ]
ϖ Kecepatan sudut kritis [ rad/s ]
Rk Jari - jari besar sudu [ m ]
ηp Efisiensi pompa [ % ]
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan zat cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifatnya hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan fluida sehingga dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dipindahkan adalah fluida inkompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan.
Prinsip kerja pompa adalah menghisap dan melakukan penekanan terhadap fluida. Pada sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa dengan permukaan fluida yang dihisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi.
Mulai dari tujuan penggunaanya, jenis dan sifat fluida yang dipompa, keadaan lingkungan, head dan kapasitasnya, pemilihan penggeraknya, bahkan sampai instalasi dan perawatannya. Dalam hal ini pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi mekanik ke dalam energi hidrolik melalui aktifitas sentrifugal, yaitu tekanan fluida yang sedang di pompa. selain itu pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang sederhana, tapi sangat diperlukan. Proses kerja pompa sentrifugal yaitu aliran fluida yang radial akan menimbulkan efek sentrifugal dari impeler diberikan kepada fluida. Pada jenis pompa sentrifugal ini dimana, fluida masuk melalui bagian tengah impeler dalam arah yang pada dasarnya aksial. Fluida keluar melalui celah - celah antara sudut dan piringan dan meninggalkan bagian luar impeler pada tekanan yang tinggi dan kecepatan agak tinggi ketika memasuki casing atau volute. Volute akan mengubah head kinetik yang berupa kecepatan buang tinggi menjadi head tekanan sebelum fluida meninggalkan pipa keluaran pompa. Jika casing dilengkapi dengan sirip pemandu (guide vane), pompa tersebut disebut diffuser atau pompa turbin. Impeler yaitu bagian dari pompa yang berputar yang mengubah tenaga mesin ke tenaga kinetik. Volute yaitu bagian dari pompa yang diam yang mengubah tenaga kinetik ke bentuk tekanan.
Untuk memperoleh sumber penyediaan air bersih, penggunaan sumber daya alam ( SDA ) seperti sungai adalah salah satu alternatif yang sering dipakai. Hal ini yang mendasari penggunaan air sungai yang tersedia sebagai pengindustrian air bersih kepada masyarakat setempat. Sehingga untuk menggunakannya relatif tidak memerlukan proses yang begitu lama, jumlahnya pun relatif stabil. Namun kendala yang sering timbul adalah ketika musim kemarau melanda, dimana pasokan daya air menjadi berkurang yang bisa mengakibatkan persediaan air bersih untuk masyarakat menjadi sedikit.
Mengingat akan pentingnya penggunaan pompa sentrifugal itulah yang mendasari keinginan penulis untuk mencoba merencanakan ulang pompa sentrifugal berkapasitas 50 liter/detik pada PDAM Tirta Unit Meulaboh yang digunakan untuk penyediaan air bersih.
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah Merencanakan ulang pompa air sentrifugal berkapasitas 50 liter/detik untuk pemakaian pada unit produksi PDAM Tirta Meulaboh.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, permasalahan dibatasi pada :
1. Difokuskan pada perencanaan ulang pompa sentrifugal pada komponen utama pompa.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pompa adalah salah satu jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memberikan energi kepada fluida, dimana fluida adalah zat cair, sehingga zat cair tersebut dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat yang lain. Perbedaan tekanan atau energi dapat ditimbulkan dengan alat yang disebut dengan pompa. Dalam operasinya pompa perlu digerakkan oleh suatu penggerak mula, dalam hal ini dapat digunakan motor listrik maupun motor torak seperti yang terlihat pada (Gambar 2.1) dibawah ini. Sebagai contohnya adalah sebagai berikut :
1. Memindahkan air baku dari sungai ke tempat pengolahan 2. Menyalurkan air bersih ke konsumen
3. Memompakan larutan alum ke bak pencampur cepat 4. Dan lain-lain.
Gambar 2.1 Instalasi pompa pada PDAM Tirta. Sumber : Manga. 1990
Pipa Bagian Hisab Sumber Air
Motor Listrik Pompa
Pipa Bagian Tekan
2.1 Jenis – Jenis Pompa
Berbagai macam jenis pompa dibuat oleh orang menurut tujuan dari penggunaannya, sesuai dengan cara kerjanya pompa dibedakan dalam kelompok utama yang terbagi atas :
1. Pompa desak 2. Pompa sentrifugal 3. Pompa ulir
4. Pompa aliran pusar
Pompa yang sering dipakai dalam sistem penyediaan air bersih terdiri dari dua jenis yaitu sebagai berikut :
1. Pompa desak sering digunakan untuk memompakan zat kimia.
2. Pompa sentrifugal sering digunakan untuk memompakan air baku ke tempat pengolahan air bersih ke konsumen.
2.2 Karakteristik Pompa
Karakter pompa sering digambarkan dalam bentuk garis lengkung untuk menyatakan hubungan antara debit dan tinggi tekanan manometris dari suatu pompa. Pompa yang dipilih harus mempunyai karakteristik, sehingga dapat memenuhi karakteristik dari sistem distribusi.
1. Head (H)
Head adalah energi angkat atau dapat digunakan sebagai perbandingan antara suatu energi pompa per satuan berat fluida. Pengukuran dilakukan dengan mengukur beda tekanan antara pipa isap dengan pipa tekan, satuannya adalah meter (m).
2. Kapasitas (Q)
Kapasitas adalah jumlah fluida yang dialirkan persatuan waktu, satuannya adalah (m³/s).
3. Putaran (n)
Putaran adalah dinyatakan dalam rpm dan diukur dengan tachometer, satuannya (rpm).
4. Daya (P)
Daya dibedakan atas dua macam, yaitu daya dengan poros yang diberikan motor listrik dan daya air yang dihasilkan oleh pompa, satuannya adalah (watt).
5. Momen puntir (T)
Momen puntir diukur dengan memakai motor listrik arus searah, dilengkapi dengan pengukur momen, satuannya adalah (N/m).
6. Efisiensi (Ef)
2.3 Dasar - dasar Pemilihan Pompa
Dasar pertimbangan pemilihan pompa, didasarkan pada sistem ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dan dapat memenuhi kebutuhan pemindahan fluida sesuai dengan kondisi yang direncanakan.
Dalam pemilihan jenis pompa pada perencanaan ini, yang perlu diperhatikan adalah fungsi terhadap instalasi pemipaan, kapasitas, head, viskositas, temperatur kerja dan jenis motor penggerak. Kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini adalah terdiri dari :
1. Kapasitas dan head pompa harus mampu dipenuhi. 2. Fluida yang mengalir harus secara kontinyu. 3. Pompa yang dipasang pada kedudukan yang tetap. 4. Konstruksinya sederhana.
5. Mempunyai efisiensi yang tinggi.
6. Harga awal relatif murah serta perawatannya juga harus mudah.
2.4 Pengertian Pompa Sentrifugal
Gambar 2.2 Pompa sentrifugal. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
Keterangan : 1. Casing 2. Impeller 3. Shaft seal 4. Bearing housing 5. Shaft
6. Lubricating reservoir 7. Eye of impeller
2.4.1 Cara Kerja Pompa Sentrifugal
Di sini head tekan zat cair menjadi lebih tinggi, demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair antara saluran hisap dan saluran keluar pompa disebut head total pompa. Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang menyebabkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso, 2004).
Gambar 2.3. Lintasan aliran cairan di dalam pompa sentrifugal. Sumber : Sularso, 2004.
Aliran buang
Aliran masuk Rumah
pompa
Poros
Kerja yang dilakukan atau daya yang diperlukan oleh pompa, dapat diketahui dengan cara menggambarkan segitiga kecepatan pada sisi masuk dan pada sisi keluar sudu pompa. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini
Gambar 2.4. Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pompa. Sumber : Manahan.1988
Keterangan :
V = Kecepatan absolut/mutlak air masuk sudu D = Diameter sudu pada sisi masuk
V = Kecepatan tangensial sudu pada sisi masuk
Vr = Kecepatan relatif air terhadap roda sudu pada sisi masuk Vf = Kecepatan aliran pada sisi masuk
N = Kecepatan sudu dalam rpm
Θ = Sudut sudu pada sisi masuk
Β = Sudut pada saat air meninggalkan sudu
Ø = Sudut sudu pada sisi keluar
2.4.2 Kecepatan Spesifik Pompa
Kecepatan spesifik dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Dimana harga n, Q dan H adalah harga pada titik efisiensi maksimum pompa. Harga ns dpaat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jika ns sudah ditentukan maka bentuk impeller pompa tersebut sudah tertentu pula. Gambar berikut menunjukkan harga ns dalam hubungan dengan bentuk impeller.
Kecepatan spesifik yang didefinisikan dalam persamaan tersebut diatas adalah sama untuk pompa – pompa yang sebangun (atau sama bentuk impeller nya), meskipun ukuran dan putarannya berbeda. Dengan lain perkataan, harga n dapat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jadi jika n suatu pompa sudah ditentukan maka bentuk impeller pompa tersebut sudah tertentu pula.
Gambar 2.5. ns dan bentuk impeller. Sumber : Sularso, 2004
Pada prinsipnya pompa sentrifugal mempunyai dua komponen utama yaitu terdiri atas :
1. Elemen berputar yang terdiri atas impeller dan poros
2. Elemen stasioner (diam) yaitu rumah pompa (casing) yang mengalirkan fluida menuju ke impeller dengan tekanan dan kecepatan tinggi.
Pada sistem pompa untuk mendistribusikan suatu fluida harus dilengkapi dengan motor sebagai penggeraknya. Poros motor yang berputar akan dihubungkan dengan poros pompa menggunakan coupling. Sehingga secara keseluruhan bagian – bagian sistem kerja pompa terdiri dari tiga bagian yaitu :
impeller side, coupling side, dan driver side.
1. Impeller side
2. Coupling side
Coupling side berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari shaft motor menuju shaft pompa. Pada bagian coupling side terdiri dari dua komponen, antara lain : Coupling - Shaft - Rubber coupling - Coupling housing.
3. Driver side
Driver side berfungsi sebagai sumber penggerak pada poros pompa yang nantinya akan memutar impeller. Driver side terdiri dari tiga komponen penting, antara lain : Frame - Stator – Rotor.
Adapun gambar bagian dari pompa sentrifugal beserta penggeraknya dapat dilihat seperti yang tertera pada sumber berikut :
Pada umumnya unit penggerak pompa terdiri dari tiga jenis yaitu : 1. Pengerak motor listrik
Sistem penggerak motor listrik lebih sesuai dimana konstruksinya kecil dan sederhana, sehingga dapat digabungkan menjadi satu unit kesatuan dalam rumah pompa.
2. Pengerak motor bakar, 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.
Pompa digerakkan oleh motor listrik melalui kopling langsung sabuk v. Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Karena pompa digerakkan oleh motor listrik (motor penggerak), jadi daya guna kerja pompa adalah perbandingan antara gaya mekanis yang diberikan motor kepada pompa. Untuk mencari daya guna kerja pompa ada beberapa tahap menggunakan rumus yaitu sebagai berikut :
1. Daya yang diberikan motor pada pompa P = V . I . cos ø
Dimana :
P = Daya yang diberikan motor pada pompa V = Tegangan
2. Daya guna motor penggerak ( DGMP ) DGMP = Daya keluar x 100 %
Daya masuk 3. Putaran motor penggerak
Ns = 120 x f 4. Daya yang diterima oleh pompa
Pp = √3 . V . I . cos ø . DGMP
5. Daya guna kerja / performance kerja pompa (DGKP) DGKP = Daya yang diterima oleh pompa x 100 %
Daya masuk
2.4.3 Keuntungan dan Kerugian Pompa Sentrifugal 1. Keuntungan
Merupakan jenis yang paling umum/ banyak digunakan
Konstruksinya sederhana
Operasinya andal
Harganya murah
Kapasitasnya besar
Efisiensinya bagus
Dapat digunakan untuk suhu tinggi
2. Kerugian
Adapun dampak kerugian yang dialami pada pemakaian pompa sentrifugal ketimbang pemakaian pada pompa yang lain terdiri atas :
Cocok untuk cairan yang viskositasnya rendah
Tidak self priming, walaupun dengan desain khusus dapat dibuat menjadi self priming.
Tidak cocok untuk kapasitas yang kecil.
2.5 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu sebagai berikut :
2.5.1 Menurut Jenis Aliran Dalam Impeller 1. Pompa aliran radial
Gambar 2.7 Pompa sentrifugal aliran radial. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
2. Pompa aliran campur
Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring), sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial. Seperti yang terlihat pada (gambar 2.8) berikut :
Gambar 2.8. Pompa sentrifugal aliran campur. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
3. Pompa aliran aksial
Gambar 2.9. Pompa aliran aksial. Sumber : Zulkifli harahap. 1986
2.5.2 Menurut Jenis Impeler 1. Impeler tertutup
Sudu‐sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran. Seperti yang terlihat pada sumber berikut :
Gambar 2.10 Impeller tertutup. Sumber : Hendarji. 1981 2 Impeler setengah terbuka
Gambar 2.11 Impeller setengah terbuka. Sumber : Hendarji. 1981
3. Impeller terbuka
Impeller jenis ini tidak ada dindingnya di depan ataupun di belakang, bagian belakang ada sedikit dinding yang berdiri tegak untuk memperkuat sudu - sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk memompa zat cair yang banyak mengandung kotoran yang volumenya lebih besar dari butiran pasir, ( gambar 2.12 ) ini.
Gambar 2.12 Impeller terbuka. Sumber : Hendarji. 1981 2.5.3 Menurut Bentuk Rumah
1. Pompa volut dan Pompa aliran campur jenis volut.
Gambar 2.13 Pompa volut. Sumber : sularso. 2004
2. Pompa Diffuser
Pompa sentrifugal ini dilengkapi dengan sudu diffuser di keliling luar impeller, konstruksi dan bagian-bagian dari pompa ini sama dengan pompa volut. Fungsi dari diffuser adalah untuk meningkatkan efisiensi pompa dan konstruksinya lebih kuat, maka konstruksi ini sering dipakai pada pompa besar dengan head tinggi. Pompa ini juga sering dipakai sebagai pompa bertingkat banyak karena aliran dari tingkat satu ke tingkat berikutnya dapat dilakukan tanpa menggunakan rumah volut. Pompa diffuser ditunjukkan seperti pada sumber berikut.
2.5.4 Menurut Jumlah Tingkat 1. Pompa satu tingkat
Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah. Seperti yang diperlihatkan pada (gambar 2.15).
2. Pompa bertingkat banyak
Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir.
Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing‐masing impeler sehingga relatif tinggi. Pemasangan diffuser pada rumah pompa banyak tingkat lebih menguntungkan dari pada dengan rumah volut, karena aliran dari satu tingkat ketingkat berikutnya lebih mudah dilakukan. Pompa bertingkat banyak ditunjukkan seperti pada (gambar 2.16).
Gambar 2.15 Pompa satu tingkat. Sumber : Manga,1990.
Poros Pompa Bantalan Poros
Bagian Tekan
Rumah Pompa
Gambar 2.16 Pompa banyak tingkat ( multistage). Sumber : Manga. 1990.
2.5.5 Menurut Letak Poros
1. Pompa Jenis Poros Tegak (Vertical)
Pompa aliran campur dan pompa aliran aksial sering dibuat dengan poros tegak (vertical). Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa kolom oleh bantalan yang terbuat dari karet. pompa ini dapat dilihat pada (gambar2.17).
Gambar 2.8 Poros vertical. Sumber : Manga. 1990.
Poros Pompa Impeller
Bagian Hisab Bagian Tekan
Bantalan
Rumah Pompa
Discharge
Casing
Impeller
2. Pompa jenis poros mendatar (Horizontal)
Pompa ini mempunyai poros dengan posisi mendatar, pompa jenis ini dapat dilihat pada (gambar 2.18), seperti yang tertera dibawah ini.
Gambar 2.18 Poros horizontal. Sumber : Hendarji. 1981.
2.6 Komponen Utama Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya
Dalam pengoperasian pompa sentrifugal ada beberapa bagian yang perlu diperhatikan agar pompa dapat bekerja dengan baik dan dapat bertahan lama.
Berbagai macam komponen - komponen utama pompa sentrifugal antara lain terdiri dari beberapa komponen serta penjelasan dari pada prinsip kinerjanya, dimana masing – masing komponen beserta fungsi dari setiap komponen tersebut yang penjelasannya dapat diterangkan pada halaman yang berikutnya.
2.6.1 Rumah Pompa Sentrifugal
Gambar 2.19. Komponen pada rumah pompa sentrifugal. Sumber : Sularso. 2004
Keterangan gambar :
A. Stuffing box
Stuffing box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.
B. Packing
Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.
C. Shaft (poros)
Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian - bagian berputar lainnya. D. Shaft sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.
E. Vane
F. Casing
Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan
mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage). G. Eye of impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller. H. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
I. Wearing ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.
J. Bearing
Bearing (bantalan) berfungsi untuk menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
K. Discharge nozzle
2.7 Kapasitas
Kapasitas adalah banyaknya zat cair yang dialirkan persatuan waktu. Besarnya kapasitas ini dipengaruhi oleh banyaknya kebutuhan pemakaiannya, lamanya pompa beroperasi serta jumlah pompa yang digunakan. Berdasarkan kapasitas ini maka pompa dapat dibagi atas :
1. Pompa berkapasitas rendah,yaitu bila kapasitasnya di bawah 20 m³/jam. 2. Pompa berkapasitas sedang, yaitu bila kapasitasnya 20 - 60 m³/jam. 3. Pompa berkapasitas tinggi, yaitu bila kapasitasnya diatas 60 m³/jam.
Kapasitas pompa adalah banyaknya cairan yang dapat dipindahkan oleh pompa setiap satuan waktu. Dinyatakan dalam satuan volume per satuan waktu, seperti pada penjelasan yang terdiri dari ketiga satuan dibawah ini :
1. Barel per day (BPD) 2. Galon per minute (GPM) 3. Cubic meter per hour (m³/hr)
2.8 Head Pompa
Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu : energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
p V² memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini terbagi dalam tiga bentuk yaitu :
1. Head tekanan
Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat perbedaan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi tekan dengan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi isap.
2. Head kecepatan
3. Head statis total
Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap.
2.9 Tekanan
Tekanan pada pompa merupakan salah satu faktor yang sangat penting untuk menentukan jenis dan tipe pompa. Untuk tekanan pompa dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
P =
γ
. HBerdasarkan tekanan, pompa dapat dibedakan atas tiga jenis tekanan pompa diantaranya yaitu :
1. Pompa tekanan rendah yaitu dibawah < 5 kg/cm². 2. Pompa tekanan sedang yaitu antara 5-50 kg/cm². 3. Pompa tekanan tinggi yaitu diatas > 50 kg/cm².
2.10 Daya Pompa
Daya pompa juga dapat disebut sebagai besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan melakukan kerja. Faktor yang perlu diperhatikan untuk menghitung daya pompa yaitu : Berat jenis air, kekuatan hisap, kekuatan dorong, besarnya pipa hisap dan dorong, dan hambatan karena fitting. Adapun rumus untuk menghitung daya pompa adalah sebagai berikut :
Np = Q
.
Hp.
ρ
.
gη
pDimana :
Np = Daya pompa ( Watt ) Q = Kapasitas pompa [m3/s]
ρ = Rapat jenis fluida ( kg/m3 )
η
p = Efisiensi pompaHp = Head total ( m)
g = Percepatan gravitasi = 9,81 ( m/s2 ) Pada rumus diatas, besarnya H = hs + hp + hf adalah : Dimana :
hs = Head section (sama dengan ketinggian dari pipa penghisap).
hp = Head pressure (sama dengan ketinggian dan pipa pendorong setelah pompa).
30
BAB III
METODOLOGI PERANCANGAN
3.1 Tempat dan Waktu
Pelaksanaan penelitian perencanaan ulang pompa sentrifugal berkapasitas 50 liter/detik ini dilakukan pada tempat pemakaian pada unit produksi PDAM Tirta Unit Kota Meulaboh yang beralamat di jalan. Terendam, Gampong Lapang, Meulaboh Aceh - Barat. Adapun waktu penelitian dan data dari hasil penelitian penulis ambil dari masa periode selama ± 3 bulan mulai dari bulan Oktober 2013 sampai dengan bulan Januari 2014, penulis mendapatkan hasil data tentang pompa sentrifugal yang ingin dirancang ulang dari Kabag Teknik PDAM serta secara langsung mengadakan pengamatan pada PDAM Tirta Meulaboh.
3.2 Data Awal Pompa
Untuk mengetahui suatu perhitungan yang baik bagi pompa, maka harus diketahui terlebih dahulu perhitungan data awal bagi pompa yang akan digunakan. Adapun data - data tentang pompa sentrifugal pada unit produksi yang terdapat di PDAM Tirta adalah sebagai berikut :
Merk = EBARA
Tipe = 200 × 150 FS 4K 5 55
Head pompa = 50 m (0,05 m³)
Kapasitas = 50 L/s ( 0,0138 m³/det)
Speed = 2,975 rpm
3.3 Analisa Data
Analisa data dilakukan dengan cara dilakukannya perhitungan terhadap komponen pompa yang terdiri atas :
3.3.1 Kapasitas Pompa
Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang dipakai.
3.3.2 Head Pompa
Head pompa yang harus disediakan untuk menaikkan sejumlah air dari pompa sentrifugal seperti yang direncanakan adalah sebesar 50 meter atau sama dengan (0,05 m³). Adapun sejumlah fluida yang akan dialiri dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa, sebagaimana penjelasannya dapat dilihat pada skema data mengenai instalansi pompa pada penjelasan yang berikutnya.
3.3.3 Daya Pompa
Dimana besarnya daya adalah sebesar 75 kw, seperti yang telah dijelaskan pada perhitungan data awal pompa sentrifugal yang terdapat pada unit produksi di PDAM Tirta Meulaboh.
3.4 Susunan Pompa
Susunan pompa yang terdapat pada tiap – tiap industri termasuk yang terdapat pada PDAM, memiliki dua jenis susunan pompa yang digunakan antara lain yaitu : susunan seri, dan susunan paraler. Pernyataan ini diuraikan akibat dari salah satu contohnya yaitu : jika kondisi head atau kapasitas yang diperlukan tidak dapat dicapai dengan satu pompa saja, maka dapat digunakan dua pompa atau lebih yang disusun secara seri atau parallel.
3.4.1 Susunan Seri
Susunan seri biasanya digunakan pada debit air yang kecil yang tidak diperlukan pompa cadangan jika daya, tekanan, debit air yang akan dihasilkan headnya terbilang kecil. Bila head yang diperlukan besar dan tidak dapat dilayani oleh satu pompa, maka dapat digunakan lebih dari satu pompa yang disusun secara seri.
Gambar 3.1 Pompa susunan seri. Sumber : Raswari. 1986
3.4.2 Susunan Paralel
Susunan paralel adalah susunan pompa yang terdiri dari beberapa buah pompa yang dihubungkan pada saluran pipa secara bersamaan. Dalam rangkaian pompa paralel yang terdapat di PDAM Tirta Meulaboh terdapat ada empat (4) jenis pipa transmisi yang terhubung secara langsung dengan empat pompa sentrifugal yang terdapat pada unit produksi, dimana pada tiap – tiap pipa tersebut memiliki jenis/diameter/panjang pipa yang sama pula yaitu sebesar : PVC/250 mm/0,08meter.
Penyusunan pompa secara paralel dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 3.2 Pompa susunan pararel. Sumber : Raswari. 1986
Seperti yang telah dijelaskan pada uraian diatas tadi, maka susunan pompa yang terdapat, yang digunakan pada PDAM Tirta adalah susunan pompa pada sistem pararel yang terdiri atas :
1. Pompa 1 kapasitas 30 ltr/dtk (dalam kondisi baik) 2. Pompa 2 kapasitas 50 ltr/dtk (dalam kondisi baik) 3. Pompa 3 kapasitas 60 ltr/dtk (dalam kondisi baik)
4. Pompa 4 kapasitas 75 ltr/dtk (dalam kondisi rusak ringan)
Sistem ini terus dilakukan hingga seterusnya sampai pelayanan air ke konsumen benar - benar dalam kondisi baik hanya untuk pengisian pipa. Wilayah pelayanan instalasi ini terutama untuk wilayah Kecamatan Johan Pahlawan, Khususnya Kota Meulaboh.
3.5 Pengerak Pompa
36
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Perencanaan Komponen Pompa
Untuk mengetahui suatu perencanaan yang baik bagi pompa, maka harus diketahui kapasitas pompa, daya pompa, perencanaan poros, perencanaan impeller, serta perencanaan rumah pompa (casing).
4.1.1 Kapasitas Pompa
Berdasarkan debit air yang harus disalurkan yaitu sebesar 50 L/s atau 0,0138 m³ /hari maka jumlah pompa yang digunakan adalah 3 buah pompa utama dan 1 pompa cadangan (Sularso,2004).
1. Debit efektif dalam jam pengoperasian pompa:
Qe = 0.0138 m³ /hari x 50 L/s
= 690 m /jam
= 0,192 m³/s.
2. Debit efektif tiap pompa yang akan digunakan
Bahwa debit pompa dapat diketahui dengan cara membagi debit yang dibutuhkan (debit efektif) dengan jumlah pompa yang akan dipakai (Sularso,2004).
Qep = Debit efektif Jumlah pompa = 0.192
3
= 0,064 m³/s.
3. Debit teoritis pompa
Qth = Qep
ηv
Dimana :
Qep = Debit fektif pompa = 0,064 m³/s
ηv = Efisiensi volumetris (0,90-0,98) diambil = 0,96
Maka :
Qth = Qep
ηv
=
0,064 0,96=
0,
066 m³/s.4.1.2 Daya Pompa
4.1.2.1 Daya Air (Pw)
Daya air merupakan energi yang secara efektif di terima oleh air dari pompa persatuan waktu. Sehingga dapat memindahkan fluida dari satu tempat ketempat yang lain atau dari tekanan rendah ketekanan yang lebih tinggi. Energi yang paling efektif yang diterima oleh fluida dari pompa persatuan waktu disebut daya air (hidrolis), dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Sularso. 2004) :
Pw = ρ . g . Q . H
Dimana :
ρ = Massa jenis air, pada temperatur 40 ºC = 998 kg/m³
g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s²
Qep = Kapasitas efektif pompa = 0,0138 m³/s²
H = Head total pompa = 50 m (0,05 m³) atau (164,03 ft)
Jadi :
Pw = 998 × 9,81 × 0,0138 × 50
= 6755.3622 watt
= 6,755 Kw.
4.1.2.2 Daya Poros Pompa (Pp)
Pada pompa terdapat berbagai macam kerugian, maka daya yang harus diberikan oleh motor penggerak (daya poros) dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut ( Sularso, 2004 ) :
Ps = Pw
4.1.2.3 Daya Motor Penggerak Pompa (Pm)
α = Faktor tergantung jenis koreksi motor, motor
induksi = 0,1 – 0,2 (lampiran). Maka diambil 0,2 untuk penggerak motor listrik.
Et = Effisiensi transmisi = 0,95 – 0,97 (lampiran). Maka dalam perhitungan diambil sebesar = 0,96.
Maka : memperhatikan faktor - faktor tersebut diatas, jadi dalam perencanaan ini dipilih penggerak mula pompa adalah motor listrik dengan data - data seperti yang tertera sebagai berikut :
Poros mentransmisikan torsi dari driver (motor atau engine) ke driven. Komponen mesin yang sering digunakan bersamaan dengan poros adalah roda gigi, puli dan sproket. Transmisi torsi antara poros dilakukan dengan pasangan roda gigi, sabuk atau rantai. Poros bisa menjadi satu dengan driver, seperti pada poros motor dan engine crankshaft, Sebagai dudukan poros, digunakan bantalan. Perbedaan antara poros dan as (axle) adalah poros meneruskan momen torsi (berputar), sedangkan as tidak. Perencanaan poros ditentukan berdasarkan hubungan antara putaran dan daya pompa, dimana daya yang akan dipindakan oleh poros motor listrik adalah sebesar 75 kw dan putaran poros sebesar 2975 rpm. Dalam menentukan perencanaan poros digunakan rumus sebagai berikut (Sularso, 2004) :
Pd = fc
.
P kwDimana :
Pd = Daya rencana (kw)
fc = Faktor koreksi daya nominal 1,0 – 1,5
diambil sebesar = 1,0
P = Daya motor listrik (75 kw)
Maka :
Pd = 1,0 x 75 kw
4.1.3.1 Momen Puntir
Pada prinsipnya, pembebanan pada poros ada dua macam, yaitu puntiran karena beban torsi dan bending karena beban transversal pada roda gigi, pully atau sproket. Beban yang terjadi juga bisa merupakan kombinasi dari keduanya. Karakter pembebanan yang terjadi bisa konstan, bervariasi terhadap waktu, maupun kombinasi dari keduanya. Hasil untuk momen puntir dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut (Sularso, 2004) :
Faktor ini dinyatakan dengan Sf1, selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Faktor - faktor ini dinyatakan dengan Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Dari hal - hal diatas maka tegangan geser yang diizinkan pada poros (Ta) dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut (Sularso, 2004) :
Selanjutnya ukuran pasak dan alur pasak dapat ditentukan dari tabel. Harga faktor konsentrasi tegangan untuk alur pasak α dan untuk poros bertangga β dapat diperoleh dari diagram Peterson, dimana diameter poros dapat ditentukan
dengan rumus sebagai berikut (Sularso, 2004) :
Dp = 5,1 Kt . Cb . T
⅓
Tt = 5,1 . T
Dari hasil perhitungan yang diperoleh maka tegangan geser yang terjadi pada poros adalah sebesar 5,79 kg/mm², sedangkan tegangan yang diizinkan adalah sebesar 7,75 kg/mm². Maka dapat disimpulkan bahwa poros tersebut dapat menahan pembebanan yang terjadi sehingga cukup baik dan sangat aman jika digunakan.
4.1.4 Perencanaan Impeller
Fungsi dari pada impeller adalah memberikan gaya sentrifugal kepada fluida sehingga dapat bergerak dari tempat hisap ketempat yang diinginkan. Dalam pemilihan bahan untuk impeller dapat ditentukan berdasarkan tekanan, temperature, dan keasaman air yang dipompakan.
Gambar 4.1 Gambar dimensi impeller pompa. Sumber : Chruch, 1986
Keterangan gambar :
Dh = Diameter Hub Do = Diameter mata (eye) D1 = Diameter sisi masuk D2 = Diameter sisi keluar b1 = Lebar laluan sisi masuk b2 = Lebar laluan sisi keluar
4.1.4.1 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Masuk 1. Diameter hub (Dh)
Diameter hub dapat ditentukan dengan persamaan empiris, yaitu sebagai berikut (Chruch, 1986) :
Dh = Ds + ( 7,9375 – 12,70 ) Dimana :
Dh = Diameter Hub impeller (mm) Ds = Diameter poros (mm)
Maka :
Dh = 60 + 10,32 Dh = 70,32 mm 2. Diameter eye impeller (Do)
Diameter eye impeller dapat ditentukan dengan rumus, yaitu sebagai berikut (Chruch, 1986) :
Do =
√
4 . Qo + Dh²π
. Vo Dimana :Do = Diameter mata impeller (mm)
Qo = Kapasitas pompa dengan memperhitungkan kebocoran sebesar 2 / 10 %, maka diambil 6 % 1,06 x 0,0486 m³/dt : 0,0515 m³/dt.
Vo = Kecepatan aliran masuk, menurut Chruch (ref 3 hal 93) sebesar 3,048 – 4,572 m/dt, maka diambil : 4,572 m/dt. Dh = Diameter hub.
Maka :
Do =
√
4 . 0,0515 + 0,07032² 3,14 . 4,572Do = 0,13890 m
3. Diameter sisi masuk ( D1)
Diameter sisi masuk dibuat sama dengan diameter eye (Do), adapun tujuannya adalah untuk menjaga agar air mengalir tetap rata (smooth), dengan demikian diameter sisi masuk (D1) : (Do), maka D1 : 138,90 mm (Chruch, 1986).
4. Lebar laluan impeller (b1)
Lebar laluan impeller pada sisi masuk dapat ditentukan dengan rumus yaitu sebagai berikut (Chruch, 1986) :
b1 = Qo
Σ1 = Faktor kontraksi (penyempitan)
5. Kecepatan tangesial (U1)
Kecepatan tangesial pada sisi masuk dapat ditentukan dengan memakai rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
U1 =
π
. D1 . n 60 Dimana :U1 = Kecepatan tangesial pada sisi masuk (m/dt) U1 = Diameter inlet vane (m)
7. Sudut absolut fluida masuk (
α
1)Fluida masuk kedalam sudu – sudu dalam arah radial (tegak lurus), dengan demikian sudut absolut fluida masuk untuk semua tingkat adalah 90˚ (Chruch, 1986).
8. Kecepatan relatif fluida ( V1)
Kecepatan relatif partikel fluida terhadap impeller dapat ditentukan dengan memakai rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
V1 = Vr1_
Sin β1
Dimana :
V1 = Kecepatan relatif fluida (m/dt) Vr1 = Kecepatan radial air (m/dt)
β1 = Sudut masuk sudu ( ˚ )
maka :
V1 = 5,0292 Sin 15
V1 = 21,538 m/dt.
Tabel 4.1 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi masuk
Keterangan Notasi Hasil
Diameter Hub Dh , mm 70,32
Diameter eye Do , mm 138,90
Diameter inlet vane D1 , mm 138,90
Lebar laluan impeller b1 , mm 27,60
Kecepatan tangesial U1 , m/dt 21,44
Sudut masuk impeller β1, ˚ 15
Sudut absolute fluida
impeller
α
1 , ˚90
Kecepatan relatif fluida V1 , m/dt 21,538
4.1.4.2 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Keluar 1. Diameter luar impeller (D2)
Diameter untuk impeller luar dapat ditentukan dengan memakai rumus seperti berikut (Chruch, 1986) :
0,5 rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
b2 = Qo
Dimana :
b2 = Lebar laluan impeller pada sisi keluar (m)
Qo = Kapasitas pompa dengan memperhitungkan kebocoran (m/dt)
D2 = Diameter luar impeller (m)
Vr2 = Kecepatan radial pada sisi keluar (m/dt), dibuat sama atau sedikit dibawah sampai 15% kecepatan radial pada sisi Masuk, hal ini untuk menghindarkan perubahan kecepatan yang tiba – tiba. Diambil sebesar 15% (Chruch, 1986)
3. Kecepatan tangesial (U2)
Untuk kecepatan tangesial dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
U2 =
π
.
D2.
nDimana :
U2 = Kecepatan tangesial pada sisi keluar (m/dt)
U2 = Diameter impeller (m)
4. Komponen tangesial teoritis (Vu2)
Komponen kecepatan tangesial dapat ditentukan dengan rumus yaitu (Chruch, 1986) :
Vu2 = U2 - Vr2 Tg β2 Dimana :
Vu2 = Komponen kecepatan tangesial teoritis (m/dt)
U2 = Kecepatan tangesial pada sisi keluar (m/dt)
Vr2 = Kecepatan radial pada sisi keluar (m/dt)
β2 = Sudut sudu pada sisi keluar, untuk mendapatkan laluan
yang mulus maka sudut keluar sudu dibuat lebih besar dari sudut masuk sudu (β1) dengan besar antara 15˚ - 40˚
,menurut (Chruch, 1986).
Berikut ini adalah hasil perhitungan pada setiap β2 yang bervariasi antara
Tabel 4.2 Hasil perhitungan yang bervariasi.
Sudut fluida yang meninggalkan impeller dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut :
Vu2 = Kecepatan tangensial teoritis (m/dt) Maka :
α
2 = arc tg . 4,275 35,178α
2 = 7˚41`6. Kecepatan relatif fluida (V2)
Kecepatan relatif dapat ditentukan dengan rumus yaitu : V2 = Vr2___
Dimana :
V2 = Kecepatan relatif fluida (m/dt)
Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
β2 = Sudut sudu pada sisi keluar (˚)
maka :
V2 = 4,275
Sin 35˚
V2 = 8,182 m/dt.
7. Kecepatan absolut teoritis (m/dt)
Kecepatan absolut teoritis dapat ditentukan dengan rumus yaitu :
V2 =
√
Vr2² + Vu2Dimana :
V2 = Kecepatan absolut teoritis (m/dt) Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
Vu2 = Kecepatan tangesial teoritis (m/dt)
Maka :
V2 =
√
4,275² + 35,178² = 35,44 m/dt.8. Komponen kecepatan tangesial aktual (Vu2)
Komponen kecepatan tangesial aktual dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
Dimana :
Vu2 = 0,75 . 35,178 Vu2 = 26,38 m/dt.
9. Sudut fluida aktual (
α
2`)Sudut fluida aktual dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut ini : `
α
2` = arc . tg . Vr2Vu2` Dimana :
α
2` = Sudut fluida aktual (˚) Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)Vu2` = Komponen kecepatan tangesial aktual (m/dt) Maka :
α
2` = arc . tg . 4,275 26,38α
2 = 10˚ 13` 40,08``10. Kecepatan absolut aktual ( V2`)
Kecepatan absolut aktual dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :
V2` =
√
Vr2 + Vu2` Dimana :V2` = Kecepatan absolut actual (m/dt) Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
Vu2` = Komponen kecepatan tangesial absolut (m/dt) Maka :
V2` =
√
4,275² + 26,38²11. Segitiga kecepatan
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah diuraikan diatas, maka didapat segitiga kecepatan pada sisi keluar impeller seperti yang ditunjukkan pada (gambar 4.3). Dari hasil perhitungan yang telah diperoleh, maka ukuran utama impeller pada sisi keluar dapat dilihat pada daftar tabel berikut ini :
Tabel 4.3 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi keluar.
Keterangan Notasi Hasil
Diameter luar impeller D2 , mm 273,05
Lebar laluan impeller b2 , mm 14,79
Kecepatan tangesial U2 , m/dt 42,154
Kecepatan tangesial teoritis Vu2 , m/dt 35,178
Sudut fluida teoritis
α
2, ˚ 7˚ ,41’Kecepatan relatif fluida V2 , m/dt 8,182 Kecepatan absolut teoritis V2 , m/dt 35,44 Kecepatan tangesial actual Vu2’ ,m/dt 26,38
Sudut fluida aktual
α
2 , ˚ 10˚ 13’ 40,08’’Skala 1 : 5
1 cm = 5 m/dt
V2
β2 V2
Vu2’
Vu2 V2
Gambar 4.3 Segitiga kecepatan. Sumber : Chruch, 1986
4.1.4.3 Perencanaan Sudu
Pemilihan sudu adalah merupakan hal yang sangat penting, karena bentuk dari sudu tersebut akan mempengaruhi terhadap tiggi tekanan pada suatu pompa. Faktor utama yang mempengaruhi karakteristik dari suatu faktor pompa adalah sudut sudu impeller pada sisi keluar dan besarnya kecepatan radial.
Adapun bentuk dari pada sudu – sudu pada pompa sentrifugal terbagi atas tiga bagian yaitu terdiri atas :
1. Sudu –sudu yang membengkok kebelakang ( β < 90˚ ) 2. Sudu –sudu radial ( β < 90˚ )
β2 90˚
β2 90˚
β2 90˚
Q
Gambar 4.4 Kurva kapasitas, tinggi tekan semu dan diagram kecepatan sisi keluar dari berbagai sudut.
Sumber : M. White, 1988
Pada perencanaan ini dipilih sudu – sudu yang membengkok kebelakang
β2 90˚, dimana perubahan kecepatannya halus dan alirannya didalam impeller
lebih merata sehingga dapat mengurangi losses hydraulic, dengan demikian pemilihan sudu ini agak lebih baik.
Perhitungan sudu
1. Jumlah sudu ( Z )
Dimana jumlah sudu dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
Z = 6,5 D2 + D1 sin β1 + β2
Dimana : tingkat adalah sebesar ( z : 8 ), menurut (Chruch, 1986).
2. Jarak bagi antara sudu ( t )
Jarak bagi keliling (circumferensial pitch) dari sudu merupakan jarak bagi antara sudu yang satu terhadap sudu yang lain, baik disisi hisap dan sisi tekan.
1. Sisi isap
Maka :
t
1 = 3,14 . 1388
t
1 = 54,17 mm.2. Sisi tekan
Jarak bagi keliling dari sudu untuk sudu sisi tekan dapat ditentukan dengan rumus, yaitu :
Tebal sudu pada sisi masuk, dapat ditentukan dengan rumus yaitu sebagai berikut (Khetagurov, 1980) :
S1 =
σ
1 . sin (180˚ - 15˚)Dimana :
S1 = Tebal sudu pada sisi masuk (mm) B1 = Sudut masuk sudu (˚)
σ
1 = Dimensi sudu disepanjang busur keliling inlet untuk ketebalan sudu S1 (mm)Dimana :
Tebal sudu pada sisi tekan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus menurut yaitu sebagai berikut (Khetagurov, 1980) :
S1 =
σ
2 . sin ( 180˚ - β2 ) Dimana :S2 = Tebal sudu pada sisi tekan (mm)
β2 = Sudut keluar sudu (˚)
Maka :
σ
2 = 106,76 - 106,76 1,06σ
2 = 6,0 mm.Apabila sudu impeller yang diikat oleh sarungnya (shouds) yang membentuk laluan pada impeller, tebalnya berkisar antara 3 sampai dengan 6 mm. Maka sudu yang tipis dan tebal yang konstan akan memberikan effisiensi yang tinggi, dimana dalam penulisan Tugas Akhir ini direncanakan ketebalan sudu adalah sebesar 5 mm (Khetagurov, 1980).
4.1.5 Perencanaan Rumah Pompa ( casing)
4.1.5.1 Tebal Rumah Pompa
1. Tekanan dalam rumah pompa
Tekanan dalam rumah pompa dapat ditentukan dengan memakai rumus sebagai berikut ini :
P =
γ
. H
Dimana :
P = Tekanan dalam rumah pompa (kg/m)
H = Head total pompa ( 0,05m³)
γ
= Berat jenis fluida (kg/m³) : 992 kg/m³ (lampiran kekentalanair) pada (temperature air 40˚c).
Maka :
P = 992 x 0,05
P = 49,6 kg/m² atau = 4,96 kg/cm².
2. Tegangan izin
Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, dimana bahan casing yang direncanakan adalah besi tuang kelabu (gray cast iron), yang mana tegangan yang diizinkan untuk perencanaan rumah pompa yang terbuat dari besi tuang adalah sebasar 250 kg/cm² (Bianchi, 1981).
1. Tebal casing
Ketebalan dinding rumah pompa dapat ditentukan dengan memakai rumus persamaan sebagai berikut (Bianchi, 1981) :
S = P . D + 0,5
Dimana :
4.1.5.2 Baut Pengikat Rumah Pompa
Bahan pembuatan untuk baut pengikat rumah pompa didalam perencanaan ini direncanakan adalah dari baja carbon dengan spesifikasi sebagai berikut ini (Bianchi, 1981) :
Lambang = JIS B 1051
Kekuatan (
σ
t ) = 80 kg/mm² = 8000 kg/cm².Kekuatan tarik yang diizinkan adalah dengan menggunakan rumus, yaitu :
Adapun besar gaya tekan dalam rumah pompa dinyatakan dalam persamaan yaitu, sebagai berikut ini :
F = P x A
Adapun gaya tarik baut dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut ini :
Rumus yang dipakai untuk baut pengikat rumah pompa (dp) adalah :
Maka dapatlah hasil dari diameter baut yang diambil sebesar 2,4 cm.
4.2 Perencanaan Komponen Pendukung 4.2.1 Perencanaan Bantalan
1. Bantalan aksial
Dimana arah beban yang ditumpu oleh bantalan adalah sejajar dengan sumbu poros.
2. Bantalan radial
Arah beban yang ditumpu oleh bantalan tersebut adalah tegak lurus dengan sumbu poros.
3. Bantalan aksial radial
Pada bantalan ini arah beban yang akan ditumpu oleh bantalan adalah kombinasi dari kedua beban yang sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros.
Menurut gerakan yang terjadi pada bantalan terhadap poros, maka bantalan dapat dibedakan atas dua tipe, yaitu : bantalan luncur dan bantalan antifriksi. Jadi definisi dari bantalan adalah berfungsi untuk mendukung bagian yang berputar dan membatasi geraknya.
4.2.1.1 Perhitungan Beban Ekivalen
Beban ekivalen dinamis adalah suatu beban yang besarnya sedemikian rupa sehingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya. Pada perencanaan bantalan ini perhitungan beban ekivalen terdiri atas dua, dimana penjelasannya adalah sebagai berikut : 1. Untuk bantalan radial
Pada bantalan radial ini, persamaan yang digunakan untuk bantalan radial ini, yaitu sebagai berikut (Bianchi, 1981) :
2. Untuk bantalan aksial
Sedangkan pada bantalan aksial ini, rumus yang digunakan untuk bantalan ini adalah, sebagai berikut (Bianchi, 1981) :
Pa = XFr + YFa
4.2.2 Perencanaan Pasak
Pasak adalah merupakan suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menetapkan bagian – bagian mesin terutama bagian mesin yang berputar. Pada pompa sentrifugal pasak berfungsi untuk menetapkan atau mengikat impeller pada poros pompa. Dengan demikian pasak tersebut memiliki fungsi untuk meneruskan daya dan putaran dari poros ke impeller.
Dalam perencanaan ini, bentuk dari pasak yang akan digunakan adalah pasak dengan bentuk penampang segi empat. Adapun tujuan dari dibuatnya pasak segi empat adalah untuk memudahkan pada saat pemasangan dan pencabutan yang sering dilakukan pasa saat perbaikan (over houl) pompa.
