Pengujian Eksperimental Kebisingan (noise) pada Pompa Sentrifugal DAP Skala Rumah Tangga Menggunakan Sound Level Meter

(1)

PENGUJIAN EKSPERIMENTAL KEBISINGAN (NOISE) PADA

POMPA SENTRIFUGAL DAP SKALA RUMAH TANGGA

MENGGUNAKAN

SOUND LEVEL METER

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

EDI HALPITA PUTRA

110401036

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2015

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

9 ABSTRACT

The pump is a fluid machine which is used as one means of fluid transport water from one place to another by using mechanical energy that flow through the fluid.Water plays an important role in human survival, if there is damage to the pump could potentially interfere with the a ctivity of the human life.Therefore it is very necessary to keep the pump can operate reliably with high performance.Ground wa ter has physical properties different in every place that affect the birth of vibration which then cause noise (noise) pump that will result in the performance of centrifugal pumps.By measuring noise at the pump ca n know the type of failure that occurred.Thus we can determine the condition of the pump and treatment should be done.The purpose of this study was to compare the "Sound Pressure Level" experimental results conducted on the old a nd new pumps, with the results of analytical calculations on old and new pumps, as well as to determine the components of the pump that raises the highest noise. From the measurement values obtained in the new pump is noise;(Distance mea suring 5cm axes X, Y, -Y and Z = 78.9; 77.8; 78.5; 74.8 (distance measuring 10cm axes X, Y, -Y and Z = 76.2; 72.3 ; 72.2; 70.4), (distance measuring 15cm axes X, Y, -Y and Z = 68.0; 69.0; 68.0; 64.0), (distance measuring 20cm axes X, Y, -Y and Z = 66.9; 66.7; 65.1; 62.9), respectively in units of dB (decibels) and the value of the noise at the old pumps are; (distance measuring 5cm axes X, Y, - Y and Z = 82.4; 78.6; 80.2; 77.2), (distance measuring 10cm a xes X, Y, -Y and Z = 79.9; 75.5; 74.4; 73.5 ), (distance measuring 15cm a xes X, Y, -Y and Z = 75.2; 72.4; 70.2; 68.2), (distance measuring 20cm axes X, Y, -Y and Z = 74.7 ; 69.7; 67.0; 66.6), respectively in units of dB (decibels). Based on the results of noise measurement obtained new pump and old sound enhancement on the x axis (close to the impeller) is 82,4dB - 78 , 9dB = 3.5 dB. These data reinforced with theoretical calculations of noise sources in new and old pump components obtained an increase in noise at the impeller components are 87,97dB - 79,15dB = 8,82dB.It can be concluded there is damage to the pump impeller.

Keywords: Mechanical energy, noise, centrifugal pumps, experimental, decibel, frequency

(10)

ABSTRAK

Pompa adalah mesin fluida yang digunakan sebagai alat transportasi fluida salah satunya air dari suatu tempat ke tempat lain dengan menggunakan energi mekanik yang mengaliri fluida. Air sangat berperan dalam kelangsungan hidup manusia, jika terjadi kerusakan pada pompa secara potensial dapat mengganggu aktivitas kehidupan manusia tersebut. Oleh sebab itu sangat perlu untuk menjaga agar pompa dapat beroperasi handal dengan performansi yang tinggi. Air tanah memiliki sifat fisik yang berbeda-beda di setiap tempat yang mempengaruhi lahirnya getaran yang kemudian menimbulkan kebisingan (noise) pompa yang akan berakibat pada kinerja pompa sentrifugal. Dengan mengukur noise pada pompa dapat diketahui jenis kegagalan yang terjadi. Dengan demikian kita dapat mengetahui kondisi pompa dan perawatan yang harus dilakukan. Adapun tujuan penelitian ini adalah membandingkan “Sound Pressure Level” hasil eksperimental yang dilakukan pada pompa lama dan baru, dengan hasil perhitungan analitis pada pompa lama dan baru, serta untuk mengetahui komponen pompa yang menimbulkan kebisingan paling tinggi. Dari hasil pengukuran diperoleh nilai kebisingan pada pompa baru adalah; (jarak ukur 5cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 78,9 ; 77,8 ; 78,5 ; 74,8 (jarak ukur 10cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 76,2 ; 72,3 ; 72,2 ; 70,4), (jarak ukur 15cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 68,0 ; 69,0 ; 68,0 ; 64,0), (jarak ukur 20cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 66,9 ; 66,7 ; 65,1 ; 62,9), secara berturut-turut dalam satuan dB(desibel) dan nilai kebisingan pada pompa lama adalah; (jarak ukur 5cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 82,4 ; 78,6 ; 80,2 ; 77,2), (jarak ukur 10cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 79,9 ; 75,5 ; 74,4 ; 73,5), (jarak ukur 15cm sumbu X, Y, Y dan Z = 75,2 ; 72,4 ; 70,2 ; 68,2), (jarak ukur 20cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 74,7 ; 69,7 ; 67,0 ; 66,6), secara berturut-turut dalam satuan dB(desibel). Berdasarkan hasil pengukuran kebisingan pompa baru dan lama diperoleh peningkatan bunyi pada sumbu x (dekat dengan impeller) yaitu 82,4dB – 78,9dB = 3,5 dB. Sehingga dapat disimpulkan terjadi kerusakan pada impeller pompa.

Kata kunci: Energi mekanik, kebisingan, pompa sentrifugal, eksperimental, desibel, frekuensi

(11)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah “Pengujian Eksperimental Kebisingan (noise) pada Pompa Sentrifugal DAP Skala Rumah Tangga Menggunakan Sound Level Meter”.

Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, yang telah memberikan segala dukungan tak terhingga baik dukungan moril dan materil.

2. Bapak Dr.Ir. M.Sabri, M.T, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Abangda Fadly Ahmad Kurniawan Nasution, ST selaku mahasiswa Magister Teknik Mesin sekaligus koordinator laboratorium Noise and Vibration Research Center.

5. Abangda Nazwir Fahmi Damanik, Yogi Aldiansyah, Toto Wibowo, Afrizal dan Jeffry yang telah banyak membagikan ilmunya kepada penulis.

6. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin.

7. Saudara Masruri, Budi Ari Sasmito, Kahar Sinaga, Kin Tawarmiko, Indra Hermawan, Syugito, Teguh Iman Widodo, Dino Hastrino, Erwinsyah Batubara, Rio Martua Harahap, Fandi Aprianto dan teman-teman mahasiswa

(12)

ii Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2011, yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.

8. Kakak dan abang saya tercinta Sri Sugianti dan Radius Prawira SPd yang terus mendukung hingga skripsi ini selesai.

9. Adik-adik saya tercinta Ika Riswanda Putri, Riki Azril dan Rofli yang terus menghibur saya saat pengerjaan skripsi ini.

10. Rima Melati Tanjung yang terus memberikan dukungan dan motivasi dalam pengerjaan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna, baik dari segi teknik maupun dari segi materi. Oleh sebab itu, demi penyempurnaan skripsi ini kritik dan saran sangat penulis harapkan.

Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.

Medan, Juli 2015 Penulis,

Edi Halpita Putra NIM : 110401036

(13)

iii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ...i

DAFTAR ISI ...iii

DAFTAR GAMBAR ...v

DAFTAR TABEL ...vii

DAFTAR NOTASI ...viii

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Perumusan Masalah ...3

1.3 Tujuan Penelitian ...4

1.3.1 Tujuan Umum Penelitian ...4

1.3.2 Tujuan Khusus Penelitian ...4

1.4 Manfaat Penelitian ...4

1.5 Batasan Masalah ...5

1.6 Sistematika Penulisan ...5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konstruksi Pompa ...6

2.1.1 Impeller ...7

2.1.2 Poros (Shaft) ...10

2.1.3 Bantalan (Bearing) ...11

2.1.4 Fluida ...13

2.2 Putaran Spesifik Pompa ...13

2.3 Teori Gelombang ...14

2.4 Teori Bunyi ...16

2.4.1 Frekuensi Bunyi ...17

2.4.2 Cepat Rambat Bunyi ...18

2.4.3 Panjang Gelombang ...20

2.4.4 Intensitas Bunyi ...20

2.4.5 Kecepatan Partikel ...21

2.4.6 Tekanan Bunyi dan Tingkatan Tekanan Bunyi ...22

2.4.7 Tingkatan Intensitas Bunyi ...24

2.4.8 Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi ...25

2.4.9 Hubungan Antara Tingkat Daya, Tingkat Intensitas dan Tingkat Tekanan Bunyi ...26

2.5 Kebisingan Pompa ...26

2.5.1 Sumber Kebisingan Pompa ...26

2.5.2 Perhitungan Analitis Kebisingan pada Pompa ...28

2.6 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan ...29

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ...31

3.2 Bahan dan Alat Penelitian ...31

3.2.1 Bahan Penelitian ...31

(14)

3.3 Metode Penelitian ...34

3.4 Setup Peralatan...35

3.5 Variabel yang Diamati ...36

3.6 Spesifikasi Fluida ...36

3.7 Design Of Experimenta(DOE) ...37

3.8 Kerangka Konsep Penelitian ...43

3.9 Pelaksanaan Penelitian ...44

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengukuran Sound Pressure Level (SPL) Secara Eksperimental ...45

4.2 Perhitungan Sumber Bunyi pada Pompa Baru ...47

4.2.1 Analisa Bunyi pada Impeller ...47

4.2.2 Analisa Bunyi pada Poros ...50

4.2.3 Analisa Bunyi pada Bantalan (Bearing)...53

4.3 Perhitungan Analitis Bunyi Pada Pompa Baru ...54

4.3.1 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 5 cm...56

4.3.2 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 10 cm...57

4.3.3 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 15 cm...58

4.3.4 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 10 cm...58

4.4 Perhitungan Sumber Bunyi pada Pompa Lama ...60

4.4.1 Analisa Bunyi pada Impeller ...60

4.4.2 Analisa Bunyi pada Poros ...62

4.4.3 Analisa Bunyi pada Bantalan (Bearing)...65

4.5 Perhitungan Analitis Bunyi Pada Pompa Lama ...67

4.5.1 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 5 cm...69

4.5.2 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 10 cm...69

4.5.3 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 15 cm...70

4.5.4 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 20 cm...71

4.6 Menghitung Persen Ralat ...73

4.6.1 % Ralat SPL pada Pompa Baru ...73

4.6.2 % Ralat SPL pada Pompa Lama ...74

4.7 Overhoul Pompa ...76

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...78

5.1.1 Kesimpulan Umum ...78

5.1.2 Kesimpulan Khusus ...78

5.2 Saran ...79

DAFTAR PUSTAKA ...ix

LAMPIRAN 1. Konstruksi Sumur Bor dan Pipa Hisap ...80

(15)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Proses Kerja Pompa ...1

Gambar 2.1 Konstruksi pompa sentrifugal...6

Gambar 2.2 Impeller jenis radial ...7

Gambar 2.3 Impeller jenis francis ...7

Gambar 2.4 Impeller jenis aliran campuran ...7

Gambar 2.5 Impeller jenis aksial ...8

Gambar 2.6 Model dinamik impeller ...8

Gambar 2.7 Gaya-gaya pada sudu impeller ...9

Gambar 2.8 Diagram benda bebas sudu ...9

Gambar 2.9 Poros (shaft)...10

Gambar 2.10 Diagram benda bebas poros ...11

Gambar 2.11 Bearing ...11

Gambar 2.12 Diagram benda bebas ball bearing ...12

Gambar 2.13 Gelombang Transversal ...15

Gambar 2.14 Gelombang Longitudinal ...15

Gambar 2.15 Gelombang bunyi berbentuk bola(speris) ...25

Gambar 3.1 Pompa Sentrifugal DAP ...32

Gambar 3.2 Gambar Komponen-Komponen Pompa DAP Model DB-125A .32 Gambar 3.3 Sound Level Meter ...33

Gambar 3.4 TacoMeter...33

Gambar 3.5 Kunci pas ...34

Gambar 3.6 Meteran ...34

Gambar 3.7 Titik pengukuran ...34

Gambar 3.8 Pengukuran kebisingan dengan sound level meter ...35

Gambar 3.9 Proses pengeboran sumur ...36

Gambar 3.10 Impeller pompa DAP ...39

Gambar 3.11 Poros pompa DAP ...40

Gambar 3.12 Bearing ...41

Gambar 3.13 Kerangka konsep penelitian ...43

(16)

Gambar 4.1 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental Pada Pompa Baru ...45

Gambar 4.2 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental Pada Pompa Lama ...46

Gambar 4.3 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental Pada Pompa Baru dan Lama ...47

Gambar 4.4 Diagram benda bebas sudu impeller ...47

Gambar 4.5 Diagram benda bebas poros ...50

Gambar 4.6 Diagram benda bebas ball bearing ...53

Gambar 4.7 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental dan Perhitungan Analitis Pada Pompa Baru ...59

Gambar 4.8 Diagram benda bebas sudu impeller ...60

Gambar 4.9 Diagram benda bebas poros ...62

Gambar 4.10 Diagram benda bebas ball bearing ...65

Gambar 4.11 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental dan Perhitungan Analitis Pada Pompa Lama ...72

Gambar 4.12 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental dan Perhitungan Analitis Pada Pompa Baru dan Lama ...72

Gambar 4.13 Pembongkaran (overhoul) pompa lama...76

(17)

vii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Kriteria Kebutuhan Dalam Pemilihan Pompa ...2

Tabel 2.1 Rentang frekuensi dari beberapa sumber bunyi ...18

Tabel 2.2 Cepat rambat bunyi pada berbagai material ...19

Tabel 2.3 Skala intensitas Kebisingan ...20

Tabel 2.4 Skala koreksi pembobotan –A ...24

Tabel 3.1 Spesifikasi fluida ...36

Tabel 3.2 Design Of Experiment (DOE) ...38

Tabel 3.3 Data hasil pengukuran secara eksperimental ...42

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa Baru...45

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa lama...46

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Teoritis Kebisingan Pompa Baru ...59

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Teoritis Kebisingan Pompa Lama...72

Tabel 4.5 Hasil perhitungan persen ralat hasil eksperimental dan perhitungan analitis pada pompa baru ...74

Tabel 4.6 Hasil perhitungan persen ralat hasil eksperimental dan perhitungan analitis pada pompa baru ...75

(18)

viii

DAFTAR NOTASI

Simbol Satuan

c Kecepatan suara m/s

gc Faktor konversi satuan N/s2

γ Specific heat ratio

R Konstanta gas spesifik

T Temperatur absolut K

N Kekuatan noise

K Konstanta Boltzmann J/K

λ Panjang gelombang m

f Frekuensi Hz

T Periode s

k Jumlah gelombang

Lp Sound pressure level dB

Lw Sound power level dB

P Sound pressure Pa

pref Tekanan referensi Pa

W Sound power Watt

(19)

9 ABSTRACT

Keywords: Mechanical energy, noise, centrifugal pumps, experimental, decibel, frequency

(20)

ABSTRAK

Kata kunci: Energi mekanik, kebisingan, pompa sentrifugal, eksperimental, desibel, frekuensi

(21)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pompa adalah mesin fluida yang digunakan sebagai alat transportasi fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan menggunakan energi mekanik yang mengaliri fluida. Tambahan energi mekanik ini digunakan untuk meningkatkan kecepatan alir (v), tekanan (P) dan elevasi fluida (h) serta untuk mengatasi tahanan-tahanan aliran sepanjang instalasi pipa. Fluida yang dipindahkan dengan pompa adalah fluida yang tidak mampu mampat (incompressible fluids) dan sepanjang proses transportasinya densitas tidak berubah banyak [15]. Adapun parameter-parameter yang mempengaruhi kerja pompa dapat dilihat pada diagram berikut.

Pompa sentrifugal bekerja dengan prinsip putaran impeller sebagai elemen pemindah fluida cair yang digerakkan oleh suatu penggerak yaitu motor. Cairan akan berputar akibat dorongan sudu-sudu pada impeller yang memberikan gaya sentrifugal sehingga cairan mengalir dari celah-celah impeller dan keluar melalui celah sudu-sudu, dan meninggalkan impeller dengan kecepatan tinggi. Cairan dengan kecepatan tinggi ini lalu melewati saluran yang penampangnya makin membesar sehingga terjadi perubahan head kecepatan menjadi head tekanan. Ketika mekanisasi impeller mendesak cairan, ruang diantara sudu-sudu menjadi vacum sehingga cairan terhisap masuk dan terjadi proses pengisapan[15]. Proses kerja pompa sentrifugal ditunjukan pada Gambar 1.1

(22)

2 Konstruksi yang sederhana dan mudahnya pengoperasian pompa sentrifugal menjadi salah satu dasar dalam penentuan pompa, sehingga jenis pompa ini banyak dipilih dan diaplikasikan dalam pendistribusian air, terutama digunakan untuk memenuhi kebutuhan air rumah tangga. Tabel 1.1 berikut menunjukkan beberapa kriteria yang dibutuhkan masyarakat dalam pemilihan pompa untuk penggunaan di rumah tangga.

Tabel 1.1 Kriteria Kebutuhan Dalam Pemilihan Pompa

Kebutuhan Prioritas

Operasi (otomatis) 3

Debit air (Q) 4

Dimensi 3

Perawatan yang mudah 4

Kehandalan (reliability) 4

Keterangan :

1 = Tidak perlu

2 = Pelengkap

3 = Perlu

4 = Sangat perlu

Mengingat air sangat berperan dalam kelangsungan hidup manusia, jika terjadi kerusakan pada pompa secara potensial dapat mengganggu aktivitas kehidupan manusia tersebut. Oleh sebab itu sangat perlu untuk menjaga agar pompa ini dapat beroperasi handal dengan performansi yang tinggi. Salah satu aplikasi pompa sentrifugal yaitu pendistribusian air. Pompa sentrifugal yang banyak digunakan di masyarakat adalah pompa sentrifugal tanpa kopling. Pompa ini digunakan sebagai penyuplai dan pendistribusian air. Air yang di pompa biasanya adalah air tanah ataupun air pam. Air tanah yang dipompa memiliki sifat fisik berbeda-beda yang mempengaruhi kinerja pompa. Sifat fisik air tanah antara lain:

1. Kekentalan

2. Suhu

(23)

3 Sifat fisik air ini mempengaruhi lahirnya getaran yang akan berakibat pada kinerja pompa. Selain itu struktur kimia air dapat menyebabkan terjadinya korosi pada komponen-komponen pompa. Dengan demikian, untuk mencegah kegagalan pompa yang mengakibatkan berkurangnya kinerja pompa, perawatan harus dilakukan secara berkesinambungan. Gejala-gejala kegagalan pompa dapat diidentifikasi melalui peningkatan bunyi ketika pompa di operasikan.

Dalam skripsi ini akan dikaji tentang gejala-gejala yang menyebabkan kerusakan pompa. Untuk mendapatkan strategi maintenance yang tepat, sehingga pompa terlindung dari bahaya kerusakan. Kerusakan-kerusakan pompa yang biasa terjadi disebabkan oleh kavitasi, misalignment, unbalance, coocked bearing, dan kerusakan lainnya sehingga kinerja pompa terganggu.

1.2. Perumusan Masalah

Air tanah memiliki sifat fisik yang berbeda-beda di setiap tempat. Sifat fisik ini mempengaruhi lahirnya getaran yang kemudian menimbulkan kebisingan (noise) pompa yang akan berakibat pada kinerja pompa sentrifugal. Selain itu unsur-unsur kimia atau benda-benda kecil yang terhisap juga mempengaruhi kinerja pompa sentrifugal. Penyebab lain yang menyebabkan kerusakan pompa sentrifugal skala rumah tangga adalah tidak profesionalnya teknisi yang memasang pompa (misalignment), konstruksi yang tidak sesuai dengan performansi kerja pompa (instalasi pipa terlalu panjang), kavitasi dan unbalance

yang kemudian mengakibatkan kegagalan komponen–komponen pompa

diantaranya impeler, poros, bearing, dan seal.

Dari berbagai jenis kegagalan komponen pompa tersebut, maka akan menyebabkan terjadinya kebisingan. Kebisingan yang dihasilkan pada setiap kegagalan akan berbeda, dengan demikian dapat dilakukan identifikasi kegagalan dengan cara menganalisa kebisingan yang terjadi ketika pompa dioperasikan. Dengan mengukur kebisingan pada pompa dan instalasinya dapat diketahui komponen dan jenis kegagalan yang terjadi. Dengan demikian kita dapat mengetahui kondisi pompa dan perawatan yang akan dilakukan pada pompa sentrifugal.

(24)

1.3. Tujuan Penelitian

1.3.1 Tujuan Umum Penelitian

Tujuan umum dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Untuk mengidentifikasi dan membuktikan fenomena kerusakan yang

terjadi pada pompa sentrifugal skala rumah tangga dengan cara pengujian eksperimental dan perhitungan analitis.

2. Untuk mendapatkan pola pemeliharaan yang sesuai pada pompa

sentrifugal skala rumah tangga sehingga umur pakai pompa dapat bertahan sesuai spesifikasi yang ditetapkan pabrik.

1.3.2Tujuan Khusus Penelitian

Tujuan khusus dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengukur kebisingan yang terjadi pada pompa baru dan pompa lama.

2. Melakukan perhitungan kebisingan pompa baru dan pompa lama secara analitis.

3. Menganalisa kebisingan pompa dengan membandingkan antara pompa lama dan baru berdasarkan hasil pengukuran eksperimental.

4. Menganalisa sumber kebisingan pompa dengan membandingkan antara

pompa lama dan baru berdasarkan hasil perhitungan analitis.

5. Melakukan pembongkaran dan mengamati perubahan struktur setiap

komponen pompa untuk membuktikan hasil identifikasi kegagalan berdasarkan kebisingan pompa.

6. Menghitung persen ralat dari hasil pengukuran kebisingan secara

eksperimental dengan hasil perhitungan secara analitis.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini adalah salah satu upaya pihak perguruan tinggi, dalam memberi informasi kepada masyarakat, dunia industri dan dunia pendidikan tentang teknik untuk melakukan analisa kegagalan komponen-komponen pada pompa sentrifugal skala rumah tangga dengan mengidentifikasi peningkatan kebisingan yang terjadi, sehingga mendapatkan metode pemeliharaan yang tepat untuk mendapatkan umur pompa yang sesuai standar pabrik. Oleh karena itu, maka penelitian ini juga bermanfaat sebagai referensi untuk masyarakat dan

(25)

5 engineer maintenance dalam melakukan identifikasi kondisi pompa sentrifugal secara nondestructive, sehingga pelaku maintenance dapat merawat pompa secara berkelanjutan.

1.5 Batasan Masalah

Adapun batasan-batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Pengujian kebisingan (noise) dilakukan pada pompa sentrifugal rumah tangga yang baru dan lama

2. Pengukuran kebisingan (noise) dilakukan pada pompa secara ekperimental 3. Perhitungan kebisingan (noise) dilakukan secara analitis.

4. Hasil pengukuran eksperimental dan perhitungan analitis akan dianalisis untuk mendapatkan kerusakan kerja pompa.

1.6 Sistematika Penulisan

Pada bab 1 membahas tentang latar belakang, perumusan masalah dan tujuan penelitian ini. Pada bab 2 adalah tinjauan pustaka, yang membahas tentang kebisingan (noise) pada pompa dan metode pengujian secara eksperimental dan perhitungan analitis. Bab 3 adalah Metode Penelitian. Bab 4 merupakan Hasil dan Pembahasan. Bab 5 Kesimpulan dan Saran dan Bab terakhir yaitu berisikan Daftar Pustaka yang digunakan dalam Penelitian ini.

(26)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konstruksi Pompa

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut [15]. Adapun konstruksi komponen-komponen pompa yang melahirkan getaran, seperti pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Konstruksi pompa sentrifugal (Dokumentasi)

1. 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.

2. Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar.

3. Shaft/poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

4. Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial.

(27)

7 Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil [15].

2.1.1 Impeller

Berdasarkan arah aliran fluida maka impeller dibedakan atas: 1. Impeller jenis radial

Impeller jenis ini mempunyai arah aliran masuk fluida searah dengan sumbu poros (aksial) dan keluar dengan arah radial. Impeller jenis ini digunakan untuk tinggi tekan (head) yang sedang dan tinggi.

Gambar 2.2 Impeller jenis radial [13] 2. Impeller jenis francis

Pada impeller jenis ini, arah aliran masuk fluida dan arah keluar aliran fluida sama yaitu pada arah radial impeler. Impeller jenis ini akan menghasilkan head yang lebih rendah tetapi dengan kapasitas yang besar.

Gambar 2.3 Impeller jenis francis [13] 3. Impeller jenis aliran campuran

Pada impeller tipe ini, fluida memasuki impeler sejajar dengan poros dan keluar dalam arah campuran radial dan aksial.

(28)

8 Fs

FT 4. Impeller jenis aksial

Impeller jenis ini mempunyai arah aliran fluida masuk dan keluar secara aksial. Head yang dihasilkan relatif kecil dengan kapasitas aliran yang relatif lebih besar.

Gambar 2.5 Impeller jenis aksial [13]

Pompa sentrifugal untuk skala rumah tangga biasanya menggunakan jenis impeller francis, seperti pada gambar 2.3. Desain pompa jenis ini menggunakan impeller francis yang bertujuan agar diperoleh kapasitas pompa yang besar. Hal ini dirancang sesuai dengan kebutuhan skala rumah tangga yaitu kapasitas aliran fluida besar dengan head yang tidak terlalu tinggi.

Berdasarkan kontruksi impeller jenis francis tersebut maka dapat dibuat model dinamik dari impeller yang akan merujuk pada model getaran, seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Model dinamik impeller (Dokumentasi)

Sudu impeller mengalami gaya tangensial FT pada arah x yang dapat di hitung dengan persamaan

FT = m . aT = m R ... (2.1)[13]

U

x

Y

(29)

F

dan gaya sentrifugal dapat di hitung dengan persamaan

Fs = m . as = m ... (2.2)[13]

Gambar 2.7 Gaya-gaya pada sudu impeller (Dokumentasi)

Pada sudu impeller mengalami tegangan geser pada arah x yang dapat dihitung dengan persamaan

= ... (2.3) Dengan M adalah momen yang diperoleh dari hasil kali gaya tangensial terhadap lebar impeller. Sedangkan tegangan pada sumbu y terjadi tegangan tarik yang dapat dihitung dengan persamaan

= ... (2.4) Dengan adalah gaya sentrifugal yang di hasilkan dari perubahan arah aliran fluida dan A adalah luas sisi impeller yang merupakan hasil kali tebal impeller dengan lebar impeller sehingga diperoleh

= ... (2.5) Sudu impeller dapat di analogikan sebagai benda pejal yang ditumpu dengan tumpuan jepit pada satu sisi dan dalam keadaan bebas pada sisi lainnya, sehingga diagram benda bebas dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.8 Diagram benda bebas sudu (Dokumentasi)

(30)

10 Untuk menghitung besar defleksi yang terjadi dapat dilakukan dengan menurunkan persamaan (2.3)

E. = ... (2.6) M = ... (2.7) = x" ... (2.8) x" = ... (2.9) untuk memperoleh besar defleksi dilakukan dengan menghitung turunan kedua dari persamaan (2.9)

x' = d x" dy ... (2.10) x = d x' dy ... (2.11) Kemudian dapat dihitung nilai kekakuan (stiffness) dari sudu dengan menggunakan persamaan hukum Hook.

k = ... (2.12) persamaan getaran dapat dituliskan

m + c + k x = F (t) ... (2.13) maka dapat diperoleh frekuensi sudu dari satu derajat kebebasan (single degree of freedom)

f = ... (2.14)

2.1.2 Poros (shaft)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari motor selama pompa beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya. Gambar poros diperlihatkan pada gambar 2.9.

(31)

11 Diagram benda bebas poros pompa dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.10 Diagram benda bebas poros (Dokumentasi)

Untuk menghitung besar defleksi yang terjadi dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan 2.10 dan 2.11. Kemudian dapat dihitung nilai kekakuan (stiffness) dari poros dengan menggunakan persamaan hukum Hook seperti pada persamaan 2.12. Maka dapat diperoleh frekuensi sudu dari satu derajat kebebasan (single degree of freedom) dengan persamaan 2.14.

2.1.3 Bantalan(Bearing)

Bantalan (bearing) merupakan komponen pompa yang berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban a xial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil [11]. Diagram benda bebas dari bearing dapat dilihat pada gambar 2.12

Gambar 2.11 Bearing [11]

Getaran yang terjadi pada bearing dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu tebal lapisan film pelumas, aliran pelumas, power loss dan temperatur pelumas. Sedangkan kekakuan bantalan dan redaman bantalan dipengaruhi oleh tipe

(32)

12 bantalan, diameter bantalan, kekentalan pelumas, beban, kecepatan bantalan, dan sommerfeld number dari bantalan. Sommerfeld number dapat dihitung dengan persamaan berikut:

S = ... (2.15) [11] = kekentalan pelumas (lb - sec/in)

n = kecepatan rotor (rps) D = diameter bantalan (in) L = lebar bearing (in) W = beban bantalan (lbs) R = jari-jari bantalan (in)

C = radial machined clearance (in)

Jenis bantalan yang digunakan pada pompa skala rumah tangga yaitu jenis bantalan bola (ball bearing). Berdasarkan konstruksi bantalan jenis ball tersebut maka dapat dibuat model benda bebas dari sebuah bola bantalan yang akan merujuk pada model getaran, seperti pada gambar 2.12

Gambar 2.12 Diagram benda bebas ball bearing

Gaya yang bekerja pada sebuah bola dari bantalan yaitu gaya aksial. Gaya aksial tersebut diperoleh dari beban tumpuan poros pompa. Sehingga untuk menghitung deformasi elastis dari sebuah bola bentalan dapat dirumuskan sebagai berikut:

= ... (2.16) Kemudian dapat dihitung nilai kekakuan (stiffness) dari poros dengan

menggunakan persamaan hukum Hook seperti pada persamaan 2.12. Maka dapat

diperoleh frekuensi sudu dari satu derajat kebebasan (single degree of freedom) dengan persamaan 2.14.

(33)

13 Ketika pompa beroperasi maka didalam rumah pompa akan terjadi aliran turbulance. Aliran turbulance ini terjadi diantara sudu-sudu impeller dan volute pompa. Aliran turbulance akan menghasilkan tekanan dinamis yang mengakibatkan terjadinya getaran pada impeller dan poros pompa [11]. Frekuensi getaran yang terjadi karena fluktuasi aliran fluida tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut :

f = ... (2.17) [14] Keterangan:

n = putaran spesifik pompa N = jumlah sudu impeller

Aliran turbulensi fluida juga dapat terjadi didalam pipa. Fluktuasi yang terjadi dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida didalam pipa dan geometri pipa. Fluktuasi ini menyebabkan resonansi ke bagian-bagian lain dari sistem perpipaan. Fluktuasi aliran fluida didalam pipa akan menghasilkan getaran dan kebisingan. Frkuensi getaran yang dihasikan oleh aliran fluida didalam pipa dapat berdampak pada frekuensi getaran yang terjadi di dalam rumah pompa. Pengukuran eksperimental menunjukkan bahwa aliran turbulance fluida didalam rumah pompa akan semakin besar ketika terjadi resonansi akustik antar frekuensi getaran di rumah pompa dengan frekuensi getaran pada pipa [11]. Frekuensi yang dihasilkan oleh aliran turbulen di dalam pipa dirumuskan sebagai berikut:

f = ... (2.18) [11] Keterangan:

= Strouhal number (0,2-0,5) V = kecepatan aliran fluida (m/s) D = Diameter pipa (m)

2.2 Putaran Spesifik Pompa

Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan untuk menghasilkan head 1 m dengan kapasitas 1 m3/s. Putaran spesifik digunakan untuk menentukan jenis impeler yang akan digunakan. Dengan kata lain, nilai putaran spesifik dapat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa [14]. Putaran spesifik dapat dihitung dengan persamaan:

(34)

14 ns = ... (2.19) [14]

Keterangan:

ns = Putaran spesifik np = Putaran pompa (rpm) Q = Kapasitas pompa (m3/s) H = Head pompa (m)

2.3 Teori Gelombang

Pada bagian ini akan diberikan beberapa definisi dan pengertian dasar mengenai gelombang dan bunyi serta hal-hal yang berkaitan dengan teori ini.

Gerak gelombang muncul di dalam hampir tiap-tiap cabang fisika, seperti gelombang air, gelombang bunyi, gelombang cahaya, gelombang radio, dan gelombang elektromagnetik lainnya. Sebuah perumusan mengenai atom dan partikel-partikel sub-atomik dinamakan mekanika gelombang. Jelaslah bahwa sifat-sifat gelombang sangat penting di dalam fisika.

Gelombang dapat didefenisikan sebagai getaran yang merambat melalui medium yang dapat berupa zat padat, cair, dan gas. Gelombang terjadi karena adanya sumber getaran yang bergerak terus-menerus. Medium pada proses perambatan gelombang tidak selalu ikut berpindah tempat bersama dengan rambatan gelombang. Misalnya bunyi yang merambat melalui medium udara, maka partikel-partikel udara akan bergerak osilasi (lokal) saja.

Gelombang berdasarkan medium perambatannya dapat dikategorikan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik terdiri dari partikel-partikel yang bergetar, dalam perambatannya memerlukan medium. Contohnya gelombang bunyi, gelombang pada air, gelombang tali. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan, arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Perambatan gelombang ini tidak memerlukan medium dan bergerak mendekati kelajuan cahaya [6].

Berdasarkan arah getar dan arah rambat, gelombang dibedakan menjadi dua jenis yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus terhadap arah

(35)

15 getarnya, contohnya gelombang pada tali , gelombang permukaan air, gelombang cahaya. Sedangkan gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah merambatnya searah dengan arah getarnya, contohnya gelombang bunyi dan gelombang pada pegas. Gelombang ini terdiri dari rapatan dan regangan. Rapatan adalah daerah-daerah dimana kumparan-kumparan mendekat selama sesaat. Regangan adalah daerah-daerah dimana kumparan-kumparan menjauh selama sesaatl. Gelombang transversal dan gelombang longitudinal dapat digambarkan secara grafis pada gambar 2.13 dan gambar 2.14

Gambar 2.13 Gelombang Transversal [6]

Gambar 2.14 Gelombang Longitudinal [6]

Besaran-besaran yang digunakan untuk mendiskripsikan gelombang antara lain panjang gelombang (λ) adalah jarak antara dua puncak yang berurutan, frekuensi (ƒ) adalah banyaknya gelombang yang melewati suatu titik tiap satuan waktu, periode (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang melewati suatu titik, amplitudo (A) adalah simpangan maksimum dari titik setimbang, kecepatan gelombang (v) adalah kecepatan dimana puncak gelombang (atau bagian lain dari gelombang) bergerak. Pada waktu merambat gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lain. Saat gelombang merambat melalui medium maka energi dipindahkan sebagai energi getaran antar partikel dalam medium tersebut.

2.4 Teori Bunyi

Bunyi, secara harafiah dapat diartikan sebagai sesuatu yang kita dengar. Bunyi merupakan hasil getaran dari partikel-partikel yang berada di udara dan

(36)

16 energi yang terkandung dalam bunyi dapat meningkat secara cepat dan dapat menempuh jarak yang sangat jauh. Bunyi diidentikkan sebagai pergerakan gelombang di udara yang terjadi bila sumber bunyi mengubah partikel terdekat dari posisi diam menjadi partikel yang bergerak. [6]

Bunyi mempunyai dua defenisi, yaitu:

1. Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam medium elastik seperti udara. Definisi ini dikenal sebagai bunyi objektif.

2. Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis yang digambarkan pada bagian atas. Hal ini disebut sebagai bunyi subjektif [4].

Secara singkat, Bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran. Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan partikel-partikel udara yang bergerak ke luar, yaitu karena penyimpangan tekanan. Hal serupa juga terjadi pada penyebaran gelombang air pada permukaan suatu kolam dari titik dimana batu dijatuhkan. Gelombang bunyi adalah gelombang yang dirambatkan sebagai gelombang mekanik longitudinal yang dapat menjalar dalam medium padat, cair dan gas. Gelombang bunyi ini merupakan vibrasi/getaran molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun

demikian zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta

mentransmisikan energi bahkan tidak pernah terjadi perpindahan partikel.

Berbicara, tentang substansi yang menjalar apabila gelombang bunyi mencapai tapal batas maka gelombang bunyi tersebut akan terbagi dua yaitu sebagian energi diteruskan dan sebagian lagi direfleksikan/dipantulkan. Suatu penelitian mengenai terjadinya penjalaran bunyi, mendeteksi dan penggunaan bunyi sangat penting untuk mengetahui lebih lanjut akan pengalihan energi mekanik.

Pada udara, variasi-variasi tekanan ini berbentuk kompresi (compressions) dan regangan (rarefactions) yang periodik. Amplitudo gelombang dibawa serta oleh tekanan, yang mana semakin besar amplitudo maka semakin besar juga

(37)

17 kompresi dan regangan yang terjadi. Perubahan tekanan yang membawa informasi bunyi ini bergerak pada arah yang sama dengan muka gelombang, yaitu secara longitudinal, sehingga dapat dikatakan bunyi merupakan gerakan gelombang mekanis yang longitudinal.[6]

2.4.1 Frekuensi Bunyi

Frekuensi merupakan gejala fisis obyektif yang dapat diukur oleh instrumen-instrumen akustik. Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali.

Frekuensi adalah banyaknya getaran per banyaknya waktu pada waktu lampau satuan dari ukuran sebuah frekuensi didefinisikan sebagai banyaknya siklus perdetik (cps). Sekarang, frekuensi ditentukan dalam satuan yang disebut Hertz (Hz). Satu Hertz sama dengan satu siklus perdetik. Frekuensi yang dapat didengar oleh Manusia berkisar 20 sampai 20.000 Hz dan jangkauan frekuensi ini dapat mengalami penurunan pada batas atas rentang frekuensi sejalan dengan bertambahnya umur manusia. Jangkauan frekuensi audio manusia akan berbeda jika umur manusia juga berbeda. Frekuensi bunyi dapat didefinisikan sebagai jumlah periode siklus kompresi dan regangan yang muncul dalam satu satuan waktu.[6]

f = ... (2.20)[7] Keterangan :

f = Frekuensi (Hz) T = Waktu (detik)

Sedangkan periode adalah banyaknya waktu per banyaknya getaran, sehingga periode berbanding terbalik dengan frekuensi.

T = ... (2.21)[7] Keterangan :

f = Frekuensi (Hz) T = periode (detik)

(38)

18 Dalam tabel 2.1 berikut dapat dilihat perbedaan dari jarak rentang frekuensi yang dapat ditransmisikan dan diterima oleh beberapa sumber dan penerima bunyi.

Tabel 2.1 Rentang frekuensi dari beberapa sumber bunyi [6]

Sumber Bunyi Rentang Frekuensi (Hz) Manusia 85-5000

Anjing 450-1080

Kucing 780-1520

Piano 30-4100

Pitch Music Standart 440

2.4.2 Cepat Rambat Bunyi

Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda-beda pada tiap media yang dilaluinya. Pada media gas udara, cepat rambat bunyi tergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan. [6]

c = ... (2.22)[7] atau dalam bentuk yang sederhana dapat ditulis :

c = 20,05 ... (2.23)[7] Keterangan :

c = Cepat rambat bunyi (m/s)

γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1,41) Pa = Tekanan atmosfir (Pascal)

ρ = Kerapatan (Kg/m3) T = Suhu (K)

Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan.

c = ... (2.24)[7]

Keterangan :

E = Modulus young (N/m2) ρ = Kerapatan (Kg/m3)

(39)

19 Pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan.

c = ... (2.25)[7] Keterangan :

K = Modulus bulk (N/m2) = Kerapatan (Kg/m3)

Karena bunyi merupakan gelombang maka bunyi mempunyai cepat rambat yang dipengaruhi oleh 2 faktor yaitu :

1. Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi merambat paling cepat pada zat padat. Tabel 2.2 disajikan beberapa kecepatan bunyi dalam material tertentu.

Tabel 2.2 Cepat rambat bunyi pada berbagai [6]

Material Kecepatan bunyi (ft/s) Kecepatan bunyi (m/s)

Udara 1100 335

Timah 3700 1128

Air 4500 1385

Beton 10200 3109

Kayu 11100 3417

Kaca 15500 4771

Baja 16000 4925

2. Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat bunyi merambat. Hubungan ini dapat dirumuskan kedalam persamaan matematis (v = v0 + 0,6 t) dimana v0 adalah cepat rambat pada suhu nol derajat dan t adalah suhu medium.

(40)

20 Panjang suatu gelombang bunyi dapat didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh oleh perambatan bunyi selama tiap siklus. Hubungan antara panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat bunyi dapat ditulis sebagai berikut sesuai.

= ... (2.26)[8] Keterangan :

λ = Panjang gelombang bunyi (m) c = Cepat rambat bunyi (m/s) f = Frekuensi (Hz)

2.4.4 Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara dalam suatu daerah per satuan luas. Intensitas bunyi dalam arah tertentu di suatu titik adalah laju energi bunyi rata-rata yang ditransmisikan dalam arah tersebut melewati satu-satuan luasan yang tegak lurus arah tersebut di titik bersangkutan. Untuk tujuan praktis dalam pengendalian kebisingan lingkungan, tingkat tekanan bunyi sama dengan tingkat intensitas bunyi. Intesitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan dengan : [6]

I = ... (2.27)[8] Keterangan :

I = Intensitas bunyi (W/m2) W = Daya akustik (Watt)

A = Luas area yang ditembus tegak lurus oleh gelombang bunyi (m2)

Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum intensitas daya bunyi yang dapat dideteksi telinga manusia, adalah 10-6 W/cm2. Tingkat tekanan bunyi beberapa macam bising dan bunyi tertentu ditunjukkan dalam tabel 2.3.

Tabel 2.3 Skala intensitas Kebisingan [6]

Jenis Bising/Bunyi Desibel Kriteria Jet tinggal landas, meriam, uap,

halilintar, band rock 100-130 Menulikan Bising lalu lintas, peluit polisi,

knalpot truck 80-100 Sangat keras Kantor yang bising, radio pada 60-80 Keras

(41)

umumnya, perusahaan Percakapan pada umumnya,

radio perlahan, rumah bising 40-60 Sedang Kantor pribadi, ruang tenang,

percakapan yang tenang. 20-40 Lemah Gemerisik daun, bisikan, nafas

manusia s/d 20 Sangat lemah

2.4.5 Kecepatan Partikel

Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong patikel udara yang dekat dengan permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan menyebabkan bergeraknya partikel-partikel di sekitar radiasi bunyi yang disebut dengan kecepatan partikel-partikel pada persamaan. [6]

V = ... (2.28)[8] Keterangan :

v = Kecepatan partikel (m/s) p = Tekanan (Pa)

ρ = Massa jenis bahan (Kg/m3) c = cepat rambat bunyi (m/s)

Dengan menggunakan kesetimbangan momentum antara momentum linear dan impuls gaya pada gelombang longitudinal untuk permasalahan solid borne maka dapat dianologikan menjadi persamaannya adalah : [6]

= c v ... (2.29)[8] Keterangan :

= Tegangan pada solid (N/m2) = Massa jenis bahan (Kg/m3)

c = Kecepatan bunyi merambat pada batang (m/s) v = Kecepatan partikel (m/s)

(42)

22 1. Gelombang yang terjadi di solid adalah gelombang bidang

2. Persamaan di atas dapat diturunkan menjadi gerak di benda solid

3. Reaksi medium solid berupa tegangan, sedangkan pada udara berupa tekanan.

2.4.6 Tekanan Bunyi dan Tingkatan Tekanan Bunyi

Tekanan bunyi adalah variasi tekanan diatas dan dibawah tekanan atmosfer dalam satuan pascal. Tekanan bunyi dapat dirumuskan dari persamaan kecepatan partikel yaitu:

= 2 fx c ... (2.30)[8] Variasi tekanan ini sifatnya periodik, satu variasi tekanan komplit disebut juga sebagai satu siklus (frekuensi). Secara umum persamaan gelombang tekanan bunyi datang dapat dituliskan sebagai : [6]

= sin (2 ft – k1 x) ... (2.31)[6]

dan persamaan untuk gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah : = sin (2 ft – k2 x) ... (2.32)[6]

= sin (2 ft + k1 x) ... (2.33)[6]

Keterangan :

Pi = Tekanan bunyi (N/m2 atau Pa)

Pt = Tekanan bunyi ditransmisikan (N/m2 atau Pa)

Pr = Tekanan bunyi dipantulkan (N/m2 atau Pa)

Pa = Amplitudo tekanan bunyi (N/m2) f = Frekuensi (Hz)

t = Waktu (detik)

k1,k2 = Bilangan gelombang pada media 1 dan media 2 = x = jarak dari sumber gelombang (m)

Penyimpangan dalam tekanan atmosfir yang disebabkan getaran partikel udara karena adanya gelombang bunyi disebut tekanan bunyi. Tingkat tekanan bunyi diukur oleh sound level meter yang terdiri atas mikrofon, penguat, dan instrument output (keluaran) yang mengukur tingkat tekanan bunyi dalam decibel. Nilai tingkat tekanan bunyi ini sangat bervariasi, yaitu pada rentang 2 x 10-5 N/m2 hingga 600 N/m2. Bermacam-macam alat/ piranti tambahan dapat disambungkan atau digabungkan pada instrumen dasar ini, sesuai dengan kebutuhan, seperti

(43)

23 penganalisis frekuensi atau perekam grafis. Meter tingkat bunyi yang dibuat dalam berbagai ukuran oleh beberapa perusahaan, dapat digunakan untuk sejumlah tujuan dalam akustik lingkungan. Ini merupakan instrumen yang penting dalam menilai dan mengendalikan bunyi bising dan getaran. Tingkat tekanan bunyi di definisikan dalam persamaan berikut sesuai dengan: [6]

Lp = 10 log ... (2.34)[8]

Keterangan :

Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level (SPL)) (dB)

Pref = Tekanan bunyi referensi, 10-5 N/m2 untuk bunyi udara.

Pt = Tekanan bunyi ditranmisikan (Pa)

Pada umumnya, suatu instrumen sound level meter dilengkapi dengan fitur pembobotan frekuensi A, B, C, dan flat-weighting (pembobotan datar).

1. Frekuensi Pembobotan –A

A-weighted sound level (tingkat pembobotan bunyi –A) ini memberikan hubungan tingkat tekanan bunyi dengan respon manusia untuk berbagai jenis sumber bunyi (Hemond, 1983). Akibatnya, tingkat pembobotan jenis ini paling sering digunakan dalam keperluan pengendalian kebisingan. Satuan tingkat pembobotan bunyi –A adalah decibel dengan simbol dB(A).

2. Frekuensi Pembobotan –B

Pembobotan –B ini tidak digunakan lagi dalam instrument untuk pengukuran akustik.

3. Frekuensi Pembobotan –C

Respon pembobotan –C ini cukup uniform dari 50 hingga 5000 Hz. Oleh karenanya, pembobotan jenis ini sering digunakan bila pembobotan datar tidak terdapat dalam instrumen sound level meter. Ketika pembobotan –C digunakan, satuan yang digunakan adalah decibel dengan symbol dB(C).

4. Flat-weighting (Pembobotan datar –dB)

Pembobotan jenis ini memiliki jangkauan frekuensi yang sangat luas sehingga kadang disebut all pass respons. Pembobotan ini digunakan bila pemakaian sound level meter dilengkapi dengan band filter. [6]

(44)

24 Nilai tingkat tekanan bunyi yang didapat dari hasil pengukuran sound lever meter dalam skala decibel (dB), dapat dikonversikan ke dalam satuan dB(A) melaluisuatu skala koreksi pada tabel 2.4 berikut:

Tabel 2.4 Skala koreksi pembobotan –A [6]

Frekuensi Skala Koreksi 31,5 -39,2

63 -26,1

125 -16

250 -8,6

500 -3,3

1000 0

2000 +1,4

4000 +1,8

8000 +1,9

2.4.7 Tingkatan Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi sangat penting diperhatikan untuk mengetahui radiasi total yang menuju udara oleh sumber bunyi dan untuk mengetahui tekanan bunyi. Intensitas bunyi bergantung pada posisi dalam daerah persatuan luas dimana gelombangnya bergerak secara paralel. Intensitas bunyi akan bernilai maksimum jika arah gelombangnya tegak lurus dari sumber bunyi. Hubungan intensitas bunyi, tekanan bunyi, kecepatan bunyi dan kerapatan udara adalah sebagai berikut: [6]

Prms2 = Imax c ... (2.35)[8]

Keterangan :

Prms = Akar kuadrat tekanan bunyi rata-rata (Pa)

Imax = Intensitas maksimum (W/m2)

ρ = Kerapatan udara (Kg/m3)

c = Cepat rambat bunyi di udara (m/s)

Tingkatan Intensitas bunyi didefinisikan dalam rumus berikut:

(45)

25 Keterangan :

I = Intensitas bunyi (W/m2)

Iref = Intensitas referensi (10-12 W/m2)

2.4.8 Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi

Daya bunyi adalah radiasi sumber bunyi yang menuju ke sekitar udara, dalam satuan Watts. Intensitas merupakan besaran yang setara dengan daya gelombang yang merambat per satuan luas muka gelombang. Berbeda dengan gelombang bidang, gelombang speris yang berpropagasi ke segala arah dengan bidang berbentuk bola (speris) seperti yang disajikan pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Gelombang bunyi berbentuk bola (speris) [6]

Sebagaimana yang berlaku untuk gelombang bidang, maka intensitas gelombang speris dapat dihitung dengan prinsip yang sama. Hanya saja karena muka gelombang berbentuk sperik (bola) maka luasnya adalah 4 . Sehingga hubungan daya bunyi dengan intensitas bunyi dapat ditulis dalam persamaan : [6]

Ws = (4 r 2

) Is ... (2.37)[7]

Keterangan :

Ws = Total daya bunyi (Watt)

Is = Intensitas bunyi maksimum pada jarak radius (W/m2)

r = Jarak dari titik tengah akustik sumber bunyi ke permukaan imajiner sphere (m) Tingkat daya bunyi didefinisikan dalam persamaan :

Lw = 10 log ... (2.38)[7]

dimana :

Lw = Tingkatan daya bunyi (dB) W = Daya bunyi (Watts)

(46)

26 2.4.10 Hubungan Antara Tingkat Daya, Tingkat Intensitas dan Tingkat Tekanan

Bunyi

Intensitas pada suatu ketika berhubungan dengan tekanan bunyi pada titik dalam daerah bebas dengan mengkombinasikan persamaan pada [6, hal 15 dan 17], maka diperoleh tingkat intensitas bunyi sebagai berikut: [6]

= 10 log = 10 log = 10 log + 10 log ... (2.39) = + 10 log K ... (2.40)

Keterangan : K = Konstanta = =

Dengan cara yang sama terhadap tingkat tekanan bunyi, maka :

= + 10 log K ... (2.41)[7] Pada kondisi dimana intensitas adalah seragam dalam sebuah daerah S, daya bunyi dan intensitas berhubungan pada persamaan :

W = I . A ... (2.42)[7] Selanjutnya hubungan antara tingkat intensitas dan tingkat daya bunyi adalah : 10 log = 10 log + 10 log ... (2.43) Keterangan :

A = Luas permukaan daerah (m2) A0 = 1 m2

Maka diperoleh persamaan berikut:

= + 10 log A ... (2.44)[7]

2.5 Kebisingan Pompa

2.5.1 Sumber Kebisingan Pompa

Pada pompa sentrifugal, terdapat dua sumber kebisingan, yaitu : [11]

1. Sumber kebisingan mekanikal

Sumber mekanik umum yang dapat menghasilkan noise termasuk membuat komponen pompa bergetar dikarenakan oleh variasi tekanan yang dihasilkan oleh cairan atau udara. Impeller atau seal rusak, bantalan yang rusak, bergetarnya dinding pipa dan rotor tidak seimbang adalah contoh sumber mekanik.

(47)

27 Pada pompa sentrifugal, instalasi yang tidak tepat pada kopling sering menyebabkan kebisingan mesin pada 2 kali kecepatan pompa (misalignment). Jika kecepatan pompa dekat dengan kecepatan kritis lateral, kebisingan dapat dihasilkan oleh getaran yang tinggi yang dihasilkan dari ketidakseimbangan atau keausan bantalan, seal, atau impeller. Jika terjadi keausan,itu dapat ditandai dengan tingkat kebisingan yang tinggi. Suara bising dapat dihasilkan oleh motor dan pasak poros. Kerusakan elemen ball bearing menghasilkan suara kebisingan tinggi yang dipengaruhi oleh geometri bearing dan kecepatannya.

2. Sumber kebisingan fluida

Fluktuasi tekanan fluida dihasilkan oleh gerakan cairan. Kebisingan pada fluida dapat dihasilkan oleh turbulensi, kavitasi, tumbukan air, pemisahan aliran dan interaksi impeller pada saat memotong air. Jika frekuensi yang dihasilkan mempengaruhi setiap bagian dari struktur termasuk pipa atau pompa pada vibrasi mekanikal, maka suara bising akan terpancar ke lingkungan. Jenis sumber kebisingan yang terjadi umumnya pada pompa sentrifugal.

a.Frekuensi diskrit yang dihasilkan oleh impeller pompa sama dengan frekuensi kipas, dan kelipatan.

b.Gelombang induksi aliran disebabkan oleh turbulensi seperti restriksi aliran dan percabangan dalam sistem perpipaan.

c.Energi turbulen dihasilkan dari kecepatan aliran yang tinggi.

d.Aliran air yang terputus-putus disebabkan oleh kavitasi dan tumbukan air. Berbagai pola aliran sekunder yang menghasilkan fluktuasi tekanan yang mungkin terjadi dalam pompa sentrifugal, yaitu : [11]

1. resirkulasi (aliran sekunder) 2. sirkulasi

3. kebocoran 4. Fluktuasi aliran 5. vortisitas 6. turbulensi 7. kavitasi

(48)

28 Menurut Bernoully ada tiga macam energi (head) fluida yaitu energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial. Hal ini dinyatakan pada persamaan (2.45) sebagai berikut [] :

Etekan = Ek + Ep ... (2.45)

Energi tekanan dihasilkan oleh impeller yang berputar. Dengan demikian jika terjadi kerugian tekanan maka disebabkan oleh kondisi impeler yang kurang baik atau terjadi fenomena kavitasi. Hal ini dapat dirumuskan sebagai berikut: Etekan = Ek + Ep ... (2.46)

EPutaran Impeler - Ebunyi =Ek + Ep ... (2.47)

Ebunyi = EPutaran Impeler - Ek + Ep ... (2.48)

Pada pompa sentrifugal dengan skala rumah tangga menggunakan penggerak motor listrik tanpa kopling. Dengan demikian untuk menghitung energi pada impeller pompa dapat menggunakan persamaan berikut :

EPutaran Impeler = ... (2.49)[3]

Keterangan : = Daya motor = Efisiensi transmisi

= Faktor koreksi cadangan daya (0,1 – 0,2)

Untuk menghitung energi kinetik dan energi potensial dengan persamaan berikut: Ek = m ... (2.50)

Ep = mgh ... (2.51)

Keterangan :

m = Massa aliran fluida (Kg/s)

v = Kecepatan aliran fluida (m/s)

h = Tinggi head (m)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

dengan mensubstitusikan persamaan (2.49), (2.50) dan (2.51) ke persamaan (2.48), maka diperoleh persamaan berikut:

Ebunyi = - m + mgh ... (2.52)

Untuk menghitung daya bunyi yang dihasilkan oleh pompa dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

(49)

P = (2.53)

Untuk menghitung Intensitas bunyi dapat digunakan persamaan sebagai berikut: I = ... (2.54)[7] Keterangan :

I = Intensitas bunyi (W/m2) P = Daya bunyi (W)

A = Luas medium rambat bunyi (m2)

Tekanan bunyi dapat dirumuskan sebagai berikut :

p = ... (2.55)[7] Keterangan :

p = Tekanan bunyi (Pa)

= Massa jenis medium rambat bunyi (m3/kg) c = Cepat rambat bunyi pada medium (m/s) I = Intensitas bunyi (W/m2)

Sound pressure level dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

SPL = 20 Log ... (2.56)[7] Keterangan :

p = Tekanan bunyi (Pa)

po = Tekanan bunyi reference (Pa)

2.6 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan

Untuk menentukan perlakuan pengendalian kebisingan yang tepat untuk permasalahan kebisingan pada impeller terdapat beberapa langkah yang harus diikuti, yaitu: [4]

1. Pengukuran sumber kebisingan.

Pengukuran dilakukan secara akurat dan tepat untuk mengidentifikasi distribusi kebisingan yang terjadi. Setelah itu kontrol kebisingan yang tepat dapat diukur pada setiap sumber yang memungkinkan.

2. Penentuan sasaran penurunan kebisingan

Apabila terdapat beberapa sumber kebisingan maka total output kebisingan melebihin 1 sumber. Pada saat pengaturan sasaran desain kebisingan harus

(50)

30 dipertimbangkan tingkat pengurangan kebisingan dari masing-masing sumber sehingga sasaran desain dapat tercapai.

3. Penjelasan kebutuhan penurunan kebisingan

Kebutuhan penurunan kebisingan sangat diperlukan karena terdapat perbedaan kelebihan kebisinganterhadap sasaran desain penurunan kebisingan.

4. Aplikasi kontrol kebisingan.

Pemilihan perlakuan penurunan kebisingan untuk membatasi radiasi, transmisi, dan kebisingan yang dibangkitkan pada beberapa sumber yang diidentifikasi dan dihitung berdasarkan langkah 1. Semua perlakuan harus dipilih sehingga efek keseluruhan dapat dikembangkan menjadi tingkat sasaran desain penurunan kebisingan seperti yang dijelaskan pada langkah 2, dalam kondisi biaya yang sedikit, tanpa interferensi dari operator, perawatan, dan tingkat keamanan.

(51)

BAB 3

METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah metode penelitian eksperimen dan perhitungan analitis. Data diperoleh melalui pengujian kebisingan pada pompa baru dan pompa lama.

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan sejak pengesahan usulan oleh pengelola program studi pada tanggal 27 februari 2015 sampai dinyatakan selesai yang direncanakan berlangsung selama ± 4 bulan. Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Gedung unit II, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Sementara pengolahan data dan perhitungan analitis dilakukan di ruang Computational And Experimental System Mechanics (CESM).

3.2 Bahan dan Alat

3.2.1 Bahan Penelitian

Subjek penelitian ini adalah pompa sentrifugal baru dan lama dengan spesifikasi sebagai berikut :

Merk : DAP

Suction Head : 9 m

Discharged Head : 24 m

Kapasitas : 42 Ltr/det

Daya : 125 Watt

Voltage : 220 Volt

(52)

32 Gambar 3.1 Pompa Sentrifugal DAP (Dokumentasi)

Gambar 3.2 Gambar Komponen-Komponen Pompa DAP Model DB-125A (Dokumentasi)

Keterangan :

1: Pump Body 14 : Terminal Cover

4 : Impeller 15 : Splash Guard

7 : Shaft 16 : Mechanical Seal

10 : Motor Body 17 : Shaft Key

11 : Motor end Cover 19 : Ball Bearing

(53)

13 : Fan Cover 21 : Spring Washer

22 : Terminal Block 27 : “O” Ring

23 : Capasitor 32 : Locking Ring

24 : Tie Bolt 33 : End Cover

25 : Filling Plug 45. Screw

3.2.2 Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini sebanyak 3 alat yaitu sebagai berikut:

1. Sound Level Meter

Sound Level Meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur seberapa besar suara bising mempengaruhi pekerja dalam melaksanakan tugasnya. Fungsi alat ini untuk mengukur intensitas kebisingan antara 30–130 dB dan dari frekuensi 20–20.000 Hz seperti terlihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Sound Level Meter (Dokumentasi)

2. Taco Meter

Taco meter digunakan untuk mengukur putaran pada pompa. Tacometer yang digunakan yaitu taco dengan sensor magnet seperti pada gambar 3.4.

(54)

3. Kunci pas

Kunci pas digunakan untuk mengunci baut pada saat pemasangan benda kerja, seperti Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Kunci pas (google.com)

4. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur jarak sound level meter ke alat yang akan kita uji, seperti terlihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Meteran (google.com)

3.3 Titik Pengukuran Kebisingan

Metode pengujian rencananya dilakukan yaitu pengujian secara langsung, dimana pada pengujian ini, seluruh variabel nilainya didapat dari hasil pengukuran dan digunakan untuk bahan pengamatan atau analisis. Pada pengujian ini variabel yang digunakan yaitu sound pressure level.

Pengukuran dilakukan pada arah horizontal, vertikal, dan aksial. Seperti terlihat pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Titik pengukuran (Dokumentasi)

Y

X

Z

-Y

(55)

3.4 Set Up Peralatan

Secara eksperimental pengujian dan pengambilan data dilakukan untuk memperoleh karakteristik kebisingan yang terjadi pada pompa. Pengujian dilakukan dengan mengoperasikan pompa yang akan di uji. Pada saat pompa beroperasi akan diukur kebisingan yang dihasilkan oleh pompa dengan menggunakan alat ukur kebisingan (Sound Level Meter). Hasil dari pengukuran kemudian dicatat sebagai data eksperimental. Seperti terlihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Pengukuran kebisingan dengan sound level meter (Dok) Untuk lebih lengkapnya set up peralatan pengujian yaitu sebagai berikut: 1. Hubungkan pompa dengan power supplay.

2. Ukur jarak antara sound level meter ke propeller menggunakan meteran dengan jarak 5, 10, 15, 20 cm.

3. Arahkan microphone yang ada pada sound level meter ke arah impeller.

4. Hidupkan motor.

5. Lakukan pengambilan data pada arah vertikal, horizontal dan aksial.

6. Lihat hasil kebisingan yang tertera di sound level meter dan olah data dengan menggunakan Microsoft excel.

3.5 Variabel Yang Diamati

Sesuai dengan maksud eksperimen, variabel ini menjadi fokus perhatian yang perlu dikondisikan untuk pengolahan data guna mendapatkan hasil yang

(56)

36 mendekati sempurna. Adapun variabel yang diamati dalam studi eksperimental ini adalah sebagai berikut:

1. Jarak sound level meter Bruel & Kjaer type 2238 fulfils ke pompa. 2. Putaran aktual pada pompa baru dan lama.

3. Debit aktual pada pompa baru dan lama.

4. Noise pada pompa baru dengan arah horizontal, vertikal, aksial. 5. Noise pada pompa lama dengan arah horizontal, vertikal, aksial.

3.6 Spesifikasi Fluida

Spesifikasi fluida pada saat melakukan pengujian adalah air tanah yang diperoleh dari sumur bor. Gambar teknik sumur bor dapat dilihat pada lampiran 1. Berikut adalah gambar proses pengeboran untuk mendapatkan air tanah.

Gambar 3.9 Proses pengeboran sumur (Dokumentasi) Spesifikasi fluida dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Spesifikasi fluida

No Spesifikasi

1. Jenis fluida Air

2. Tekanan fluida 1 atm (10325 Pa)

3. Suhu 20 0 C

(57)

3.7 Design Of Experimental

Dalam mengidentifikasi gejala getaran pada konstruksi pompa perlu dibangun model eksperimental dari struktur yang melahirkan getaran. Adapun komponen-komponen yang mempengaruhi lahirnya getaran pompa adalah :

1. Instalasi Pipa

Instalasi pipa yang digunakan untuk penyediaan air bersih dalam skala rumah tangga digunakan pipa dengan ukuran 3/4 in, dan 1 in. Berikut ini gambar instalasi pipa yang di gunakan. Gambar instalasi pipa dapat dilihat pada lampiran 2.

DOE Instalasi pipa

Berdasarkan diagram DOE pipa diatas dapat dijelaskan bahwa saat pompa beroperasi menghisap air melalui pipa terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi noise pada instalasi pipa seperti : debit air, kecepatan aliran, viskositas zat cair, diameter pipa, panjang pipa hisap, roughness pipa dan jumlah elbow.

Debit Q= A . v

Reynold Re=

Kerugian gesek hf = λ

Masukan

Debit(Q) = m3/h Kecepatan(V) = m/s Head Losses(L) = m

Keluaran

Debit(Q) = m3/h Kecepatan(V) = m/s Head(H) = m

Parameter terkontrol

Diameter(D) = mm Panjang pipa(L) = m Jumlah elbow

Parameter tidak terkontrol

Roughness(ε) = mm Koefisien gesek(µ) Viskositas(v) = m2/s

(58)

38 Kekasaran pipa juga berpengaruh pada getaran instalasi pipa dimana semakin tinggi nilai kekasaran pipa maka semakin besar gesekan antara air dan pipa sehingga terjadi noise yang tinggi. Semakin tinggi viskositas zat cair yang melalui pipa maka semakin besar noise yang terjadi pada pipa karena kerja pompa yang semakin berat.

2. Konstruksi Pompa

Adapun uraian setiap komponen pompa yang mempengaruhi getaran pompa dan fungsinya adalah sebagai berikut:

Tabel 3.2. Design Of Experiment (DOE)

No Nama Komponen Fungsi

1 Impeller 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.

2 Shaft/poros untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

3 Bearing untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial

(59)

1. Impeller

Berikut gambar impeller pompa DAP.

Gambar 3.10 Impeller pompa DAP (Dokumentasi)

Berdasarkan diagram DOE impeller diatas dapat dijelaskan bahwa saat impeller berputar menghisap air terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi getaran yang terjadi seperti : debit air masuk, viskositas zat cair, material yang terkandung dalam air, kavitasi dan unbalance.

Semakin besar debit air yang menumbuk impeler maka noise impeller semakin tinggi. Semakin tinggi viskositas zat cair yang diputar impeller akan

Frek. dasar f = Stiffness k=

Masukan

Debit(Q) = m3/h

Kecepatan aliran(V) = m/s

Keluaran

Debit(Q) = m3/h Kecepatan(V) = m/s Head(H) = m

Parameter tidak terkontrol

Viskositas (m2/s)

Material yang terkandung Kavitasi

Parameter terkontrol

Debit (Q) = m3/h Unbalance

(60)

40 menimbulkan noise yang tinggi pada impeller. Material-material lain yang terkandung dalam air seperti logam, pasir, lumpur juga akan menimbulkan noise yang tinggi pada impeller karena akan terjadi tumbukan antara impeller dan material-material tersebut ketika impeller berputar. Gelembung-gelembung udara yang timbul akibat tekanan fluida pada sisi hisap turun mendekati teknan uap dari fluida akan menyebabkan terjadinya tumbukan antara impeller dan gelembung. Jika keadaan ini terjadi pada waktu yang lama impeller akan menjadi rusak (patah) sehingga impeller akan terjadi unbalance.

2. Poros

Berikut gambar poros pompa DAP.

Gambar 3.11 Poros pompa DAP (Dokumentasi)

Daya poros P = Stiffness k= Torsi τ = F r

Input

Putaran(n) = rpm Daya(P) =Watt

Output

Putaran Impeller

Controlable parameter

Unbalance

Parameter tidak terkontrol

(61)

41 Berdasarkan diagram DOE poros diatas dapat dijelaskan bahwa saat poros berputar ketika pompa beroperasi terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi noise yang terjadi seperti : unbalance dan poros bengkok.

Ketika poros pompa memiliki inersia yang tidak merata maka akan terjadi unbalance yang akan menimbulkan noise hal dapat terjadi karena beberapa sebab seperti material poros yang tidak homogen atau terjadi cacat pada permukaan poros. Hampir sama halnya dengan unbalance, kasus poros bengkok akan menimbulkan noise yang tinggi karena poros tidak berputar pada titik pusat putaran.

3. Bearing

Gambar 3.12 Bearing (google.com)

Gaya gesek Fs = N µ

Inner Race BPFI = ( 1+ cos ) x RPM

Outer Race BPFO = ( 1- cos ) x RPM

Masukan

Putaran(n) = rpm Beban(W) = N

Keluaran

Putaran bebas poros(n) = rpm Getaran casing = Hz

Parameter terkontrol

Geometri bearing

Parameter tidak terkontrol

Ball bearing Inner race bearing

(62)

42 Dari diagram DOE bearing diatas dapat dijelaskan bahwa saat poros berputar ketika pompa beroperasi terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi noise yang terjadi pada bearing seperti : inner race bearing, ball bearing, geometri bearing.

Pada saat bearing berputar ball bearing akan mengalami kontak langsung dengan inner race yang akan menimbulkan gesekan dan jika kondisi tersebut terjadi pada waktu yang lama, maka kedua komponen tersebut akan mengalami keausan pada permukaannya sehingga akan menimbulkan noise. Parameter geometri bearing yang menentukan frekuens noise yaitu diameter bola, jumlah bola, diameter pitch dan sudut kontak.

Berdasarkan DOE yang dirancang maka data eksperimental yang akan diukur adalah sebagai berikut:

Tabel 3.3 Data hasil pengukuran secara eksperimental

Masukan Sound Pressure Level (dB)

Frekuensi (Hz)

Keluaran Sumbu

Pengukuran

Jarak Ukur (cm) Putaran

(rpm) 5 10 15 20 Debit

- X - - - -

- Y - - - -

- -Y - - - -

(63)

3.8Kerangka Konsep Penelitian

Adapun kerangka konsep penelitian ini dapat dilihat seperti ditunjukan pada gambar 3.13.

Gambar 3.13 Kerangka konsep penelitian Permasalahan

1. Fenomena kebisingan pada pompa

Pengamatan

1. Kebisingan pada pompa yang lama

2. Kebisingan pada pompa yang baru

3. Overhaul pada pompa lama Parameter Kontrol

1.Jarak ukur 2. Putaran 3. Kebisingan

Alat Ukur/Bahan 1.Sound Level Meter

Hasil

1. Perbandingan kebisingan yang ditimbulkan dari kedua pompa

2. Menemukan komponen-komponen pompa yang mengalami kegagalan

(64)

3.9Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian dimulai dari studi literatur, persiapan, pengumpulan data, pengolahan data, analisa data dan kesimpulan, secara garis besar dapat dilihat Gambar 3.14 diagram alir proses pelaksanaan sebagai berikut:

Gambar 3.14 Diagram alir proses pelaksanaan Identifikasi masalah dan menetapkan tujuan

Pengolahan Data:

Pengolahan data dari uji kebisingan

Kesimpulan

Persiapan Alat dan Bahan:

- Menyiapkan instalasi pompa - Setting alat uji

Hasil Studi Awal: Studi literatur

Pengumpulan Data: Pengujian Kebisingan

Selesai Mulai

(65)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengukuran Sound Pressure Level (SPL) Secara Eksperimental

Berikut ini adalah data hasil pengukuran sound pressure level (SPL) pompa lama dan baru sentrifugal DAP dengan jarak pengukuran 5, 10, 15 dan 20 cm dengan menggunakan alat “Sound Level Meter” pada arah horizontal, vertikal dan axial. Hasil pengukuran SPL pompa baru ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa Baru

Masukan Sound Pressure Level (dB)

Frekuensi (Hz)

Keluaran Sumbu

Pengukuran

Jarak Ukur (cm) Putaran

(rpm) 5 10 15 20

Debit (liter/menit)

1956 X 78,9 76,2 68,0 66,9 125 23

1956 Y 77,8 72,3 69,0 66,7 110 23

1956 -Y 78,5 72,2 68,0 65,1 120 23

1956 Z 74,8 70,4 64,0 62,9 78 23

Rata-rata 77,5 72,28 67,25 65,4 - 23

(66)

46 Hasil pengukuran SPL pompa lama ditunjukkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa lama

Masukan Sound Pressure Level (dB)

Frekuensi (Hz)

Keluaran Sumbu

Pengukuran

Jarak Ukur (cm) Putaran

(rpm) 5 10 15 20 Debit

1428 X 82,4 79,9 75,2 74,7 188 20

1428 Y 78,6 75,5 72,4 69,7 121 20

1428 -Y 80,2 74,4 70,2 67,0 146 20

1428 Z 77,2 73,5 68,2 66,6 103 20

Rata-rata 79,6 75,82 71,5 69,5 - 20

Gambar 4.2 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental Pada Pompa Lama Grafik di atas menjelaskan 4 titik pengkuruan kebisingan (noise) pada pompa yaitu pada sumbu X, Y, -Y dan Z. Pada sumbu –X tidak dilakukan pengukuran dikarenakan pada titik tersebut bukan bagian dari pompa melainkan kipas motor. Sedangkan pada sumbu –Z dikarenakan instalasi pompa yang terlalu dekat dengan fondasi sehingga tidak dapat dilakukan pengukuran.

(67)

47 Gambar 4.3 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental

Pada Pompa Baru dan Lama

Berdasarkan grafik diatas dapat dilihat nilai SPL pada sumbu x untuk pompa lama jauh lebih tinggi dibandingkan dengan sumbu pengukuran lainnya.

4.2 Perhitungan Sumber Bunyi pada Pompa Baru

4.2.1 Analisa Bunyi pada Impeller Data impeller :

V = x

m = x

I = x

E = x

(68)

48 Gambar 4.4 Diagram benda bebas sudu impeller

Defleksi sudu impeller dapat dihitung dengan persamaan 2.11 :

RA - FA = 0

RA = FA

M =0 MR = FA . x

MR + RA . L – M = O

M = MR + RA L

= FA . x + FA L

Defleksi yang terjadi : M = E I Y "

E I Y " = FA . x + FA L

E I Y " = FA (x + L)

Y " = (x + L)

Y' = ( x2 + L x) + a

(69)

49 Kondisi batas

Y(0) = 0 ; b = 0

Y'(0) = 0 ; a = 0

Maka:

Y(x) = ( x3 + x2)

Y(L) = ( L 3

+ L2 )

= ( )

Y(L) =

Y(L) = 8,5 x 10 -16

Frekuensi dihitung dengan persamaan 2.14, sebagai berikut:

f =

f = 103,8 Hz

(70)

50 = 2 f x c

= 2 . 3,14 . . 8,5 x 10-16 m . 1,2041kg/m3 . 340 m/s = 2,27 x 10-5Pa

SPL = 20 log

SPL = 20 log SPL = 1,099 dB

SPLimp = 72 x 1,099 dB = 79,15 dB

4.2.2 Analisa bunyi pada poros

Gambar 4.5 Diagram benda bebas poros Data poros :

m = 0,2397 kg V= 3,5631 x 10-5 m3

I1 =3,0409x10-4 kg/m2

= 7850 kg/m3

E = 2x1011 Pa

Gaya-gaya yang bekerja pada poros: ƩF = 0

RA + RB– Wrot– ( Wimp + Fs ) = 0 RA = - RB + Wrot + ( Wimp + Fs )

(71)

51 ƩM = 0

RA x - Wrot + ( Wimp + Fs ) (L-x) = 0

RA x = Wrot + ( Wimp + Fs ) (L-x)

RA =

RA = = 1,45 N

RB = Wrot + Wimp + Fs - RA

RB = 1,5 + 0,6 + 0,24 - 1,45= 0,89 N

Kondisi batas dititik A

- MRA + Wrot . – RB . x + ( Wimp + Fs ) L = 0 MRA = Wrot . – RB . x + ( Wimp + Fs ) L Kondisi batas dititik B

-MRA + RA . L - Wrot . ( L - ) + RB ( L – x ) - M = 0 M = -

M = - M = EIY" EIY" = -

Y" = -

(72)

52 Defleksi yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan 2.11, sebagai berikut: Y = -

Y = -

= -

= = 1,69 x 10 -10 m

Frekuensi dihitung dengan persamaan 2.14, sebagai berikut: f =

f =

f = 43,33 Hz

Sound pressure level (SPL) dihitung dengan persamaan 2.34, sebagai berikut : = 2 f x c

= 2 . 3,14 . 43,33 . 8,11 x 10-11 m . 1,2041kg/m3 . 340 m/s = 1,88 x 10-2 Pa

SPL = 20 log

SPL = 20 log SPL = 59,48 Db

(1)

77 BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil eksperimen dan perhitungan analitis yang telah dilakukan dan ditunjukkan pada bab sebelumnya, maka kesimpulan dari hasil penelitian ini dapat diuraikan sebagai berikut:

5.1.1 Kesimpulan Umum

1. Identifikasi kerusakan pompa skala rumah tangga dapat dilakukan dengan pengukuran kebisingan pompa pada jarak ukur 5 cm menggunakan sound level meter. Hasil pengukuran kebisingan pompa dapat dibandingkan dengan nilai kebisingan pompa strandar (masih baru) sebagai nilai acuan. Jika terjadi peningkatan kebisingan pompa yang tinggi, maka dapat disimpulkan terjadi kerusakan pada pompa.

2. Pola pemeliharaan yang baik yaitu dengan mengetahui kondisi komponen pompa secara berkala dan segera melakukan penggantian komponen pompa yang rusak agar tidak menyebabkan kerusakan pada komponen pompa lainnya. Adapun komponen pompa yang sering terjadi kerusakan yaitu impeller, bearing dan poros.

5.1.2 Kesimpulan Khusus

1. Dari hasil pengukuran pada pompa baru dan lama nilai kebisingan tertinggi terjadi pada sumbu x dengan jarak ukur 5 cm yaitu 78,9 dB (lihat Tabel 4.1) dan 82,4 dB (lihat Tabel 4.2)

2. Dari hasil perhitungan analitis pada pompa baru dan lama nilai kebisingan tertinggi dari terjadi pada jarak 5 cm yaitu 77,98 dB (lihat Tabel 4.3) dan 80,50 dB (lihat Tabel 4.4)

3. Berdasarkan hasil pengukuran kebisingan pompa baru dan lama terjadi peningkatan bunyi pada sumbu x (dekat dengan impeller) yaitu 82,4dB – 78,9dB = 3,5 dB . Sehingga dapat disimpulkan terjadi kerusakan pada impeller pompa.

(2)

78 4. Berdasarkan perhitungan analitis sumber kebisingan pada komponen pompa baru dan lama diperoleh peningkatan bunyi pada komponen impeller yaitu 87,97dB – 79,15dB = 8,82dB.

5. Dari hasil overhoul pada pompa lama di peroleh impeller pompa mengalami kerusakan yaitu 4 buah sudu impeller patah.

6. Dari hasil pengukuran eksperimental dan perhitungan analitis pada pompa baru dan lama diperoleh ralat rata-rata yaitu 3,18% dan 1,57 %.

5.1 Saran

1. Untuk pengujian eksperimental kebisingan sebaiknya di ukur pada jarak 5 cm untuk mendapatkan hasil ukur yang lebih akurat.

2. Untuk peneliti selanjutnya, agar melakukan pengukuran eksperimental band frekuensi pada pompa.

(3)

ix DAFTAR PUSTAKA

[1] Bachus, L. dan Custodio, A. Know and Understands Centrifugal Pumps. New York, Elsevier. 2003.

[2] Beekman, W. dan Asdal, R. Improving Pumping System P erformance A Sourcebook for Industry, Second Edition. Colorado : National Renewable Energy Laboratory. 2006.

[3] Dimarogonas, Andrew. Vibration For Engineers. 2th Edition. Washington. Prentice-Hall. Inc. 1996.

[4] Dolle. Leslie L. dan Prasetio, “Akustik Lingkungan“, Penerbit Erlangga : Jakarta, 1993.

[5] Girdhar, P. dan Octo Moniz. Practical Centrifugal Pumps Design, Operation and Maintenance. Netherlands, IDC Technologies. 2005. [6] Harahap, Raja Naposo. Kajian Eksperimental Karakteristik Material

Akustik Dari Campuran Serat batang Kelapa Sawit dan Polyurethane dengan Metode Impedance Tube. Skripsi. Medan. 2010.

[7] Harris, Cyril. M . Handbook Of Noise Control, Fifth Edition. New York, McGraw-Hill Companies. 1957.

[8] Hemond Jr. Conrad J., Engineering Acoustic and Noise Control, Prentice Hall Inc., London, 1983.

[9] Jurgen, R. K. Automotive Electronics Handbook. Second Edition. New York, McGraw-Hill. 1999.

[10] Lahdelma S. On the Derivative of Complex Number Order and its Application to Condition Monitoring and Active Control. Kunnossapito Vol.13 No.1, pp.27-34. 1999.

(4)

x [11] Lobanoff, Val. S dan Ross, Robert. R. Centrifugal Pumps Design and

Application. 2th Edition. Texas. Gulf Publishing Company. 1992.

[12] Mobley, R. K; Lindley R. Higgins dan Darrin J. Wikoff. Maintenance Engineering Handbook., Seventh Edition, NewYork, McGraw-Hill Book Company. 2008

[13] Situmorang, Anggiat. M. Pompa Sumur Dalam Untuk Kebutuhan Berbintang Empat Dengan Jumlah Lantai Sebelas Tingkat. Skripsi. Medan. USU. 2004.

[14] Sularso dan Haruo Tahara. Pompa dan Kompresor Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan. Edisi Keenam, Jakarta, PT. Pradya Paramita. 2006.

[15] http://p3m.polbeng.ac.id/dataq/file_content/File/INOVTEK%202013/4.%2

(5)

(6)

ii Lampiran 2

Pengujian Eksperimental Kebisingan (noise) pada Pompa Sentrifugal DAP Skala Rumah Tangga Menggunakan Sound Level Meter