PERENCANAAN ULANG POMPA SENTRIFUGAL BERKAPASITAS 50 LITER/DETIK PEMAKAIAN PADA UNIT PRODUKSI PDAM TIRTA UNIT MEULABOH

TUGAS AKHIR

PERENCANAAN ULANG POMPA SENTRIFUGAL

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

Laman : r.vrvw.utu.ac/id.Email :

f

teknik(oyahoo.com Kode TUGAS AKHIR

Diberikan

Kepada :

RIKI TANDIYUS

NTM

:

06C10202013

Pembimbing

I

:

SYURKARNI ALI, ST, MT Pembimbing

ll

:

MAIDI SAPUTRA, ST, MT

Judul

:

Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal Berkapasitas 50 Liter,tDetik Pemakaian Pada Unit Produksi PDAM Tirta Meulaboh

lsi Tugas

:

Lakukan Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal dengan Kapasitas 50 Liter/Detik.

Alue Peunyareng, 23 luli 2014

Disetujui / disahkan

Pembimbing

I

Pembimbing

ll

0115127502 0l 07058 I 03

Mengetahui / menyetujui, san Teknik Mesin

0115127502

.z,irs{Eur.o-F'-J.l1

c;

LEMBARAN PERSETUJUAI{ TUGAS AKHIR

Tugas Akhir ini dengan judul _{" Perencanaan Ulang} pompa Sentrifugal Berkapasitas 50 Liter/detik Pemakaian Pada Unit Produksi pDAM Tirta

Meulaboh", disusun oleh :

Nama NIM Jurusan Bidang RIKI TANDIYIJS 06cr0202013 Teknik Mesin

Teknik Konversi Energi

Telah disetujui untuk disidangkan tingkat jurusan _untuk memenuhi sebagian dari syarat - _{syarat yang diperlukan untuk memperoleh i]azah} Sariana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar.

Alue Peunyareng, 23 Juli 2014 Disetujui / disahkan

NIDN.0115127502

/ menyetujui,

t15127502

Tugas Akhir pada tanggal 23 Juli 2014, guna memenuhi sebagian dari syarat

-syarat yang diperlukan untuk memperoleh ijazah Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar.

Judul Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal Berkapasitas 50 Liter/detik Pemakaian Pada Unit Produksi PDAM Tirta Meulaboh RIKI TANDIYUS

06cr0202013 Teknik Mesin

Teknik Konversi Energi

A lue Peunlareng. 23 Juli 20ll4 Nama NIM Jurusan Bidang lll t15127502

.I

LEMBARAN PENGESAHAN JURUS$I

Dinyatakan telah Lulus setelah dipertahankan didepan Tim Penguji Tugas Akhir pada tanggal 23 Juli 2014, guna memenuhi sebagian dari syarat

-syarat yang diperlukan untuk memperoleh ijazah Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar.

Judul Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal Berkapasitas 50 Liter/detik Pemakaian Pada Unit Produksi PDAM Tirta Meulaboh RIKI TANDIYUS

06c10202013 Teknik Mesin

Teknik Konversi Energi

Alue Peunyareng, 23 Juli 2014 Tim Penguli, t. Nama SYURKARNI A]-I. ST. MT ( Pembimbing I ₎ MAIDI SAPUTRA. ST. MT ( Pembimbing II ₎ PRIBADYO. ST, MT ( Penguji I ₎

IT. RUSMAN AR. MSME

( Penguj i II ₎ lv Nama NIM Jurusan Bidang 2.

-t

v

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

My Family dan Sister

Untuk Cutbang Boby, Cutbang Aswat, serta Cutkak istri dari kedua cutbang juga keponakanku , dan adik - adikku, tiada yang paling mengharukan saat kumpul bersama kalian, walaupun sering bertengkar tapi hal itu selalu menjadi warna yang tak akan bisa tergantikan, terima kasih atas doa, cinta dan bantuan kalian selama ini, hanya karya kecil ini yang dapat aq 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,

saya sendiri. Sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali sebagai acuan, referensi atau kutipan dengan mengikuti tata _{penulisan karya iimiah yang lazim.}

Alue Peunyareng, ₂₃ J:rJi 2014

RIKI TANDIYT]S Nim.06C10202013 Yang Menyatakan,

viii

KATA PENGANTAR

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”.

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

ix

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

staf dan karyawan PDAM Tirta Meulaboh yang telah banyak meluangkan waktu serta arahannya guna membantu penulis dalam mengumpulkan data - data yang diperlukan untuk penyelesaian Tugas Akhir Ini.

x

8. Kedua Orang tuaku serta Nenek yang tercinta beserta keluarga besarku dengan segala kasih sayangnya dan jasa - jasanya yang telah memberikan dukungan moril maupun materil dan semangat kepada penulis dalam penyelesaian Tugas 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 Nim. 06C10202013

xi

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.

Kata Kunci : Pompa sentrifugal, Metode perencanaan, Head pompa,

xii

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBARAN TUGAS AKHIR ... i

LEMBARAN PERSETUJUAN TUGAS AKHIR ... ii

LEMBARAN PENGESAHAN FAKULTAS ... iii

LEMBARAN PENGESAHAN JURUSAN ... iv

LEMBARAN PERSEMBAHAN ... v

SURAT PERNYATAAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

ABSTRAK ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR TABEL ... xviii

DAFTAR NOTASI ... xix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ………..……… 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 3

1.3 Batasan Masalah ……….. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jenis – jenis Pompa ………...…... 5

2.2 Karakteristik Pompa ……….………..….. 5

2.3 Dasar – dasar Pemilihan Pompa ………...…… 7

2.4 Pengertian Pompa Sentrifugal ………...……... 7

2.4.1 Cara kerja Pompa Sentrifugal ………. 8

2.4.2 Kecepatan Spesifikasi Pompa …………..……..…. 11

xiii

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 3.4.1 Susunan Seri ………... 32

xiv

3.4.2 Susunan Paralel ……….... 33

3.5 Penggerak Pompa ……….………… 35

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

xv

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ………..……...…. 74 5.1.1 Spesifikasi Hasil Perencanaan ………..…... 74 5.2 Saran ……….... 76 DAFTAR PUSTAKA

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

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

xvii

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

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi masuk…….…... 51

Tabel 4.2 Hasil perhitungan yang bervariasi……….……… 55

xix

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

g Percepatan gravitasi [ m/det2 ]

Ha Head aktual [ m ]

Hp Head pompa [ m ]

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

xxi

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 Simbol Yunani

α Sudut antara v dan u [ ◦ ]

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 [ % ]

1

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.

Pompa yang dipergunakan sebelumnya harus diketahui karakteristik pada kondisi kerja yang berbeda, dengan demikian dapat ditentukan batas - batas kondisi kerja dimana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini perlu dilakukan karena pada kenyataannya sangat sulit untuk memastikan performansi pompa pada kondisi kerja yang sebenarnya.

2

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.

Industri - industri banyak menggunakan pompa sebagai salah satu peralatan bantu yang penting untuk proses produksi. Sebagai contoh seperti yang digunakan oleh PDAM Tirta untuk mensirkulasikan atau menyuplai air bagi masyarakat untuk keperluan seperti mandi, mencuci, dan juga untuk minum.

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.

Karakteristik sistem sering juga disebut kurva tinggi tekan sistem. Tinggi tekan sistem adalah fungsi dari debit atau aliran volume air persatuan waktu. Adapun beberapa hal yang penting pada karakteristik pompa adalah sebagai berikut :

6

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)

Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya air yang dihasilkan pompa dengan daya poros dari motor listrik, satuannya adalah (%).

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

Pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi mekanik menjadi energi fluida menggunakan gaya sentrifugal (Sularso, 2004), pompa sentrifugal terdiri dari sebuah impeller yang berputar di dalam sebuah rumah pompa (Casing). Pada rumah pompa dihubungkan dengan saluran hisap dan saluran keluar. Sedangkan impeller terdiri dari sebuah cakram yang terdapat sudu - sudu, arah putaran sudu - sudu itu biasanya diarahkan ke belakang terhadap arah putaran. Gambar pompa sentrifugal diperlihatkan pada (Gambar 2.2).

8

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

Pompa sentrifugal mempunyai impeller untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair, maka zat cair yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu - sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah - tengah impeller ke luar melalui saluran di antara sudu - sudu.

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 Putaran impeller

10

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.

Dalam menghitung ns untuk pompa sentrifugal jenis isapan ganda (double suction) harus dipakai harga Q/2 sebagai ganti Q. Karena kapasitas aliran yang melalui sebelah impeller adalah setengah dari kapasitas aliran seluruhnya. Adapun untuk pompa bertingkat banyak, head H yang dipakai dalam perhitungan ns adalah head per tingkat dari pompa tersebut. Perlu diperhatikan bahwa ns adalah bukan bilangan tak berdimensi. Jadi untuk bentuk impeller yang sama, besarnya angka ns dapat berbeda tergantung pada satuan yang dipakai untuk menyatakan n, Q, dan H.

12

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

Pada bagian impeller side terdiri dari beberapa komponen, yaitu : Impeller - Volute casing - Diffuser - Stuffing box - Shaft sleeve - Bearing housing - Coupling 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 :

Gambar 2.6 Bagian Pompa Sentrifugal beserta Penggeraknya. Sumber : Sularso. 2004

14

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 P

% Slip = Nteoritis - nactual x 100 % Nteoritis

Dimana :

Ns = Putaran f = Frekuwensi p = Jumlah Kutub 4. Daya yang diterima oleh pompa

Pp = √3 . V . I . cos ø . DGMP Dimana :

Pp = Daya yang diberikan motor pada pompa V = Tegangan

I = Arus

DGMP = Daya guna motor pompa

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

Adapun dampak keuntungan pada pemakaian pompa sentrifugal ketimbang pemakaian pada pompa yang lain terdiri atas :

16

 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

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial), seperti yang terlihat pada sumber gambar berikut.

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

Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial), seperti yang diterlihat pada (gambar 2.9) di halaman berikutnya :

18

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

Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, slurry, dll. Impeller setengah terbuka ditunjukkan pada (gambar 2.11).

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.

Pada sebuah pompa sentrifugal, zat cair pada impeller secara langsung dibawa ke rumah volut, bentuk rumah pompanya seperti rumah keong /siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan. Pompa volut diperlihatkan pada sumber (gambar 2.13) sebagai berikut :

20

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.

Gambar 2.14 Pompa diffuser. Sumber : sularso. 2004

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

Bagian Hisap Impeller

22

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 Suction

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

Secara umum bagian - bagian utama rumah pompa sentrifugal dapat dilihat seperti pada gambar berikut :

24

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

Discharge nozzle adalah saluran cairan keluar dari pompa dan berfungsi juga untuk meningkatkan energi tekanan keluar pompa.

26

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

Head pompa adalah energi yang diberikan ke dalam fluida dalam bentuk tinggi tekan (pressure head). Dimana tinggi tekan merupakan ketinggian fluida harus naik untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satuan bobot fluida pada kondisi yang sama untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.

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

H = + Z +

γ

2.g

Dimana :

H = Head total pompa P = Head tekanan

γ

Z = Head statis total V² = Head kecepatan 2.g

2.8.1 Macam – macam Head Loss

Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk 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

Head kecepatan atau head kinetik adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada saluran tekan dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap.

28

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

. H

Berdasarkan 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 ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar impeler didalam memindahkan sejumlah fluida denga kondisi yang diinginkan. Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan rumus yang terdapat dibawah ini ( Herman Widodo Sumitro, 1984 ).

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

.

g

η

p

Dimana :

Np = Daya pompa ( Watt ) Q = Kapasitas pompa [m3/s] ρ = Rapat jenis fluida ( kg/m3 )

η

p = Efisiensi pompa

Hp = 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).

hf = Head friction ( sama dengan total hilang tinggi tekan yang terjadi pada pipa sepanjang hs, hp dan hf )

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 Daya pompa = 75 kw

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

Daya pompa yang dikeluarkan oleh pompa sentrifugal untuk memindahkan sejumlah fluida dari satu tempat ke tempat yang lain atau dari tekanan yang rendah menuju ketekanan yang lebih tinggi.

32

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.

Adapun penyusunan pompa secara seri dapat dilihat pada (gambar 3.1) sebagai berikut :

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.

Suatu pompa yang dipasang secara paralel akan menghasilkan debit keluaran dari pompa dengan besarnya merupakan kelipatan dari setiap pompa yang terpasang dengan catatan bahwa pompa yang dipasang secara paralel mempunyai kapasitas debit keluaran yang sama seperti yang diperlihatkan pada (gambar 3.2). Susunan paralel dapat digunakan bila diperlukan kapasitas yang besar yang tidak dapat dihandle oleh satu pompa saja, atau bila diperlukan pompa cadangan yang akan dipergunakan bila pompa utama rusak/diperbaiki.

34

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)

Pengoperasian pompa ini diatur secara bergantian, pada waktu star pertama digunakan dua unit pompa dengan ukuran yang berbeda, sedangkan dua pompa yang lainnya dijadikan sebagai pompa cadangan. Hal ini dimaksudkan untuk menjaga ketika salah satu dari pompa yang bekerja mengalami kerusakan pada saat pompa sedang bekerja.

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

Dari hasil data pada perencanaan ini, maka dipilihlah pengerak mula pompa sentrifugal adalah motor listrik yang berfungsi sebagai penggerak pompa sentrifugal yang banyak tersedia dipasaran dengan data – data sebagai berikut : tipe pengerak adalah motor listrik induksi AC, daya motor pengerak tersebut yang dihasilkan adalah sebesar 75 kw, sedangkan voltasenya adalah sebesar 380 volt, phasenya 3, dan polenya 2 buah, adapun untuk putaran yang dihasilkan oleh motor tersebut adalah sebesar 2975 rpm atau 3000 rpm.

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

Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan melakukan kerja. Untuk memperoleh analisa daya pompa yang terdapat pada pompa sentrifugal diperlukan tiga syarat utama dalam menganalisa daya pompa, yaitu terdiri atas :

38

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)

Daya poros yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa adalah sama dengan daya air ditambah kerugian daya di dalam pompa.

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

Ep Dimana :

Ps = Daya poros pompa (Kw ) Pw = Daya hidrolis (Kw) Ep = Efisiensi pompa Maka : Ps = Pw

Ep = 6,755 0,0012 = 5629,17 Kw

4.1.2.3 Daya Motor Penggerak Pompa (Pm)

Daya motor penggerak pompa harus lebih besar dari daya poros pompa, hal ini tergantug pada jenis motor dan hubungan poros pompa dengan poros motor. Maka berdasarkan rumus berikut ini dapat dinyatakan sebagai berikut (Sularso, 2004) :

Pm = Ps . ( 1 + α ) Et Dimana :

Pm = Daya nominal motor penggerak (Kw) Ps = Daya poros pompa (5629,17 Kw)

40

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 :

Pm = 5629,17 ( 1 + 0,2 ) 0,96

= 7036,4625 watt = 7,036 Kw.

Maka daya dominal motor penggerak diambil 75 kw dengan memperhatikan faktor - faktor tersebut diatas, jadi dalam perencanaan ini dipilih penggerak mula pompa adalah motor listrik dengan data - data seperti yang tertera sebagai berikut :

Tipe = Motor listrik induksi AC Daya = 75 kw Voltase = 380 volt Phase = 3 Pole = 2 buah Putaran = 2975 rpm atau = 3000 rpm 4.1.3 Perencanaan Poros

Pada pompa sentrifugal, fungsi utama poros adalah untuk meneruskan daya atau momen puntir yang diberikan oleh penggerak mula pompa dan sebagai penumpu impeller dan bagian - bagian yang berputar lainnya.

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 kw Dimana :

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

42

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) :

5 T = 9,75 x 10 Pd n Dimana : T = Momen puntir (kg.mm) Pd = Daya rencana (kw)

n = Putaran motor listrik (rpm) Maka : 5 T = 9,75 x 10 75__ 2975 T = 245562,18 kg . mm T = 24554,62 kg . cm

Tegangan geser yang diizinkan Ta (kg/mm²) untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dengan berbagai cara, salah satunya Ta dihitung atas dasar batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik (sesuai standar ASME) untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6. Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dan 6,0 untuk bahan S - C dan baja paduan.

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) :

Τa = __

σ

b__ Sf1 . Sf2

Dimana :

Ta = Tegangan geser yang diizinkan (kg/mm²)

σ

b = Tegangan tarik bahan (kg/mm²) Sf1 = Faktor keamanan poros, (6,0)

Sf2 = Faktor keamanan poros karena pengaruh tegangan dan kekasaran permukaan 1,3 – 3.0, maka yang diambil sebesar = 2,15 (lampiran). Maka : Ta = __100__ 6 x 2,15 Ta = 7,75 kg/mm² 4.1.3.2 Diameter Poros

Diameter poros dapat dipilih dari tabel (daftar lampiran). Pada tempat dimana akan dipasang bantalan gelinding, pilihlah suatu diameter yang lebih besar dari harga yang cocok didalam tabel untuk menyesuaikannya dengan diameter dalam dari bantalan.

44

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

Ta

Dimana :

Dp = Diameter poros (mm)

Ta = Tegangan geser yang diizinkan (7,75 kg/mm²) Kt = Faktor koreksi untuk momen puntir 1,5 – 3,0

yang diambil = 1,50

Cb = Faktor koreksi untuk pembebanan lentur 1,2 – 2,3 yang diambil = 1,20 T = Momen puntir 245562,18 kg . mm Maka : Dp = 5,1 . 1,50 . 1,20 . 245562,18

⅓

7,75 Dp = 87261,71 mm Dp = 8,726 cm.

Karena poros akan dibuat alur pasak dan untuk pengikatan poros dengan impeller, maka diameter poros disesuaikan dengan standar diameter poros sebesar 60 mm. Tegangan yang terjadi dapat ditentukan dengan rumus berikut ini (Sularso, 2004) :