4.2.2 Pemeriksaan terhadap tegangan tumbuk
Gaya tangensial F
t
yang terjadi di sekeliling poros juga menyebabkan terjadinya tegangan tumbuk pada pasak. Tegangan tumbuk yang terjadi adalah [
Sularso, Kiyokatsu Suga, hal 27]: τ
p
= F
t
A
b
dimana: A
b
= Luas bidang tumbuk = l x t
1
= 40,5 x 4 = 162 mm
2
τ
p
= 579,31 162 = 3,576 kgmm
2
Menurut Sularso, besar tegangan tumbuk yang diijinkan untuk bahan pasak
dengan poros berdiameter kecil adalah 8 kgmm
2
[ Sularso, Kiyokatsu Suga, hal 27]. Dikarenakan
τ
p
, maka pasak aman terhadap tegangan tumbuk yang terjadi.
4.3 Perencanaan Impeler
Impeler adalah salah satu komponen pompa yang berfungsi memberikan kerja pada fluida, sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Dalam
perencanaan impeler hal terpenting yang harus diperhatikan adalah pemilihan bahan impeler yang sesuai untuk menanggulangi kondisi pelayanan terhadap
fluida kerja pompa. Beberapa sifat yang harus dipenuhi oleh bahan impeler adalah kuat, tahan
arus dan tahan terhadap korosi, memiliki bobot yang ringan serta ekonomis, berdasarkan pertimbangan di atas maka bahan impeler yang dipilih adalah
material yang dapat beroperasi pada suhi tinggi, yaitu Cooper Alloy yang dapat beroperasi pada suhu 700
C. Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi, permukaan impeler juga harus dibuat sehalus mungkin.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2 Ukuran – ukuran utama impeler Keterangan gambar :
D
o
= diameter mata impeler D
s
= diameter shaft diameter poros D
H
= diameter hub D
1
= diameter sisi masuk impeler D
2
= diameter sisi keluar impeler
4.3.1. Perencanaan Ukuran Impeler 4.3.1.1. Diameter Hub Impeler d
H
Diameter hub impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut [Fritz Dietzel, Dakso Sriyono hal 260]
d
h
= 1,2 + 1,4 x d
S
Dimana : d
s
= diameter poros = 27 mm Maka ;
d
h
= 1,2 + 1,4 x 27 direncanakan 1,2 d
h
= 1,2 x 27 = 32,4 mm
Universitas Sumatera Utara
4.3.1.2. Diameter Mata Impeler d
Diameter mata impeler dapat dihitung dengan persamaan kontinuitas dengan persamaan berikut [Khetagurov, hal 257]:
12
Dimana : Q
th
= Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraan adanya kerugian yang disebabkan fluida dari sisi tekan yang mengalir
kembali ke sisi isap melalui celah impeler, besarnya 1,02 + 1,05 dari kapasitas pompa, diambil 1,05[Fritz Dietzel, hal 261].
= 1,05 x 0,0211 m
3
s = 0.02215 m
3
s V
= kecepatan fluida sebelum masuk impeler, didapat dari hasil interpolasi grafik [Fritz Dietzel, hal 261] sebesar 3,36 ms
Gambar 4.3 Grafik penentuan kecepatan fluida masuk impeler V
o
Maka : d
={
2
}
12
=0,097 m = 97 mm
Universitas Sumatera Utara
4.3.1.3. Diameter Sisi Masuk Impeler d
1
Diameter sisi masuk impeler d
1
yang memiliki kelengkungan dapat dicari dengan mengambil diameter rata-rata dari diameter mata impeler d
dan diameter hubung d
h
yang ditulis sebagai berikut [John L. Dicmas, Hal 289]
d
1
= dimana :
d = diameter mata impeler = 97 mm
d
H
= diameter hub impeler = 32,4 mm maka :
d
1
= = 72,3 mm = 74 mm
4.3.1.4. Diameter Sisi Keluar Impeler d
2
Dapat diperoleh dari persamaan [Lobanoff, hal 29] d
2
=
dimana : = Koefisien tingi tekan overall, besarnya 0,9 + 1,2[Magdy Abou
Rayan,hal 102], direncanakan 1,0. H
p
= head pompa= 78 m = 255,918 ft N
p
= putaran pompa = 2950 rpm
Maka : d
2
=
Universitas Sumatera Utara
= 9,978 in = 25,34 cm = 253 mm
4.3.1.5. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk b
1
Lebar impeler pada sisi masuk dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut [Magdy Abou Rayan,hal 102]:
b
1
= dimana :
Q
th
= kapasitas teoritis pada sisi isap = 0,02215 m
3
s d
1
= diameter sisi masuk impeler = 0,074 m V
r1
= kecepatan fluida radial sisi masuk = V
+ 10 ÷ 15 x V
dipilih 12,5 = 3,36 + 0,125 x 3,36
= 3,780 ms
1
= faktor kontraksi pada sisi masuk 0,8 – 0,9 dan ditetapkan 0,85 Maka :
b
1
= = 0,0296 m
= 29,6 mm
4.3.1.6. Lebar Impeler Sisi Keluar b
2
Lebar impeler sisi keluar diperoleh dari persamaan[Magdy Abou Rayan,hal 102].
Universitas Sumatera Utara
b
2
= dimana :
Q
th
= kapasitas teoritis pada sisi isap = 0,02215 m
3
s D
2
= diameter sisi keluar impeler = 0,253 m V
r2
= kecepatan fluida radial sisi keluar , besarnya sama dengan V
r1
[Magdy Abou Rayan,hal 102], maka V
r2
= 3,78 ms. ε
2
= faktor kontraksi pada sisi keluar = 0,9 – 0,95 dan ditetapkan 0,9.
Maka : b
2
= = 0,00819 m
= 8,19 mm = 8 mm
4.3.2. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler 4.3.2.1. Kecepatan Aliran Absolute V
1
Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absulute
α
1
= 90
dan kecepatan aliran absolute V
1
adalah sama dengan kecepatan radial pada sisi masuk Vr
1
= 3,78 ms
4.3.2.2. Kecepatan Tangensial U
1
Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler ditentukan dengan persamaan [ Magdy Abou Rayan, hal 102] :
U
1
= 60
. .
1 p
n d
π
Universitas Sumatera Utara
=
60 2950
. 074
, .
14 ,
3
= 11,42 ms
4.3.2.3. Sudut Tangensial β
1
Untuk aliran fluida masuk secara radial α = 90, maka sudut sisi masuk
β
1
dapat dihitung dengan persamaan berikut [Magdy Abou Rayan, hal 102]:
1 1
1
arctan U
V
r
=
β
= arc tan
42
, 11
78 ,
3
\ = 18,3
Maka segitiga kecepatan diatas pada sisi masuk impeler dapat digambarkan sebagai berikut:
W
1
V
r1
U
1
12,04 ms 3,78 ms
11,42 ms
1
β
18,3
Gambar 4.4 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk Dari gambar 4.3 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk
impeler W
1
adalah : W
1
=
Universitas Sumatera Utara
= 3
, 18
sin 78
, 3
= 12,04 ms
4.3.3. Kecepatan dan Sudut Aliran Keluar Impeler 4.3.3.1. Kecepatan Radial Aliran V
r2
Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler V
r2
adalah sebesar 3,78 ms
4.3.3.2. Kecepatan Tangensial U
2
U
2
= 60
. .
2 p
n d
π
=
60 2950
. 253
, .
14 ,
3
= 39,05 ms
4.3.3.3. Sudut tangensial Keluar Impeler β
2
Besarnya sudut tangensial keluar impeler β
2
mempunyai harga berkisar 10
– 40 . Akibat sudut keluar ini, maka impeler ini dapat menghasilkan head
[Magdy Abou Rayan, hal 103]. Head yang dihasilkan impeler untuk sudut tidak terbatas disebut head teoritis H
thz
. Dalam menentukan sudut tangensial sisi keluar impeler
β
2
harus diperhatikan head teoritis yang direncanakan, sebab tidak bekerja dengan baik apabila head teoritis pompa lebih kecil dari head
pompa. Dimana head teoritis dihitung dengan persamaan berikut [Fritz Dietzel, hal 258]:
H =
h
η x H
thz
Universitas Sumatera Utara
Dimana : H
= Head pompa = 78 m
h
η = Efisiensi hidrolik dalam instalasi, besarnya efisiensi hidrolik ini
didapat dari hasil interpolasi, sebesar 91,6 . maka H
thz
=
h
H
η
= 916
, 78
= 85 m untuk menghitung sudut tangensial sisi keluar impeler dilakukan menurut
persamaan berikut : H
thz
=
2 2
2 2
tan .
β
r
V U
g U
[Stepanoff, hal 49] dimana :
H
thz
= Head teoritis impeler = 85 m U
2
= Kecepatan tangensial keluar impeler = 39,05 ms V
r2
= kecepatan radial keluar impeler = 3,78 ms
2
β = sudut tangensial impeler
maka : 85
=
2
tan 78
, 3
. 05
, 39
81 ,
9 05
, 39
β tan
2
β = 0,214
2
β = 12,07
Universitas Sumatera Utara
4.3.3.4 Kecepatan Absolut Tangensial V
u2
V
u2
= U
2
-
2 2
tan β
r
V [Stepanoff, hal 49]
= 39,05 - 07
, 12
tan 78
, 3
= 17,67 ms
4.3.3.5 Sudut Absolut Keluar Impeler
2
α
2
α =
arc tan
2 2
u r
V V
= arc tan 67
, 17
78 ,
3
= 12,07
4.3.3.6 Kecepatan Sudut Absolut keluar impeler W
2
W
2
=
2 2
sin β
r
V
= 07
, 12
sin 78
, 3
= 18,076 ms
4.3.3.7 Kecepatan Absolut aliran keluar V
2
V
2
=
2 2
sin α
r
V
= 07
, 12
sin 78
, 3
= 18,076 ms Setelah didapat harga-harga diatas maka polygon kecepatan keluar impeler
dapat digambarkan seperti gambar 4.4 berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
s m
V
r
78, 3
2
=
s m
U 05
, 39
2
= 07
, 12
2
= β
s m
07 ,
12
2
= α
s m
W 076
, 18
2
= s
m V
076 ,
18
2
=
Gambar 4.5 Segitiga kecepatan pada sisi keluar Keterangan gambar :
V
2
= komponen absolute keluar impeler V
u2
= komponen tangensial kecepatan absolute keluar impeler W
2
= kecepatan relative keluar impeler U
2
= kecepatan tangensial keluar impeler α
2
= sudut absolute keluar impeler β
2
= sudut tangensial keluar impeler.
4.3.4. Perencanaan Sudu Impeler
Perencanaan sudu impeler merupakan hal penting dalam perencanaan pompa, karena hal ini mempengaruhi performansi yang dihasilkan pompa yang
akan dirancang. Sudu tidak boleh dibuat terlalu panjang karena akan menambah atau memperbesar kerugian gesek. Faktor yang utama yang mempengaruhi
pemilihan sudu adalah sudut β
2
. Berdasarkan hasil perhitungan, sudut β
2
= 12,07 lebih kecil dari 90
. Tipe sudu yang direncanakan adalah sudu yang membengkok ke belakang [Fritz Dietzel, hal 258] . Sudu-sudu haruslah sedemikian rupa
sehingga dapat memberikan pengarahan yang baik pada fluida. Jumlah sudu yang
Universitas Sumatera Utara
terlalu banyak akan menyebabkan kerugian gesek yang besar, dan impeler ini tidak menggunakan sudu – sudu pengarah [Fritz Dietzel, hal 262].
4.3.4.1. Jumlah Sudu Z
Jumlah sudu yang dapat dihitung dengan rumus [Fritz Dietzel, hal 255] Z = 6,5
Dimana ; d
2
= diameter luar impeler = 253 mm
d
1
= diameter sisi masuk impeler = 74 mm
β
1
= sudut tangensial sisi masuk impeler = 18,3
β
2
= sudut tangensial sisi keluar impeler = 12,07
maka : Z = 6,5
− +
74 253
74 253
. sin
+ 2
07 ,
12 30
, 18
= 11,87 . 0,26 = 3 buah sudu
4.3.4.2. Jarak Antara Sudu Impeler
Jarak tiap sudu dapat ditentukan dengan rumus berikut : S =
Dimana : d
= diameter impeler = diameter sisi masukd
1
= 74 mm
Universitas Sumatera Utara
= diameter sisi keluar d
2
= 253 mm Z
= jumlah sudu Z = 3 Maka :
Untuk sisi masuk ; S
1
=
3 74
.
π = 77,45 mm
Untuk sisi keluar : S
2
=
3 253
.
π = 264,8 mm
4.3.4.3. Tebal Sudu t
Tebal sudu dapat ditentukan dengan persaman berikut [Magdy Abou Rayan, hal 103]:
t = dimana ; t
= tebal sudu d
= diameter impeler, untuk sisi masuk = 74 mm dan untuk sisi keluar = 253 mm.
ε = faktor kontsruksi, untuk sisi masuk ε
1
= 0,8 dan untuk sisi keluar
ε
2
= 0,90 β = sudut tangensial, untuk sisi masuk β
1
= 18,3 , untuk sisi keluar
β
2
= 12,07 Z = jumlah sudu = 3 buah
Maka : Tebal sudu masuk t
1
adalah : t
1
=
3 3
, 18
sin 8
, 1
74 .
−
π
= 4,86 mm
Universitas Sumatera Utara
Tebal sudu sisi keluar t
2
adalah : t
2
=
3 07
, 12
sin 9
, 1
253 .
−
π
= 5,54 mm Dan berdasarkan hasil dari perhitungan tebal dari sudu impeler ini, maka bahan
yang digunakan untuk impeler ini adalah perunggu [Fritz Dietzel, hal 253].
4.3.5. Melukis Bentuk Sudu
Ada dua metode yang digunakan dalam melukis bentuk sudu, yaitu : 1. Metode arcus tangent
2. Metode koodinat polar Dalam melukis bentuk sudu sering digunakan metode arcus tangent,
yaitu dengan membagi-bagi impeler beberapa ruang konsentris diantara jari- jari R
1
dan R
2.
Jarak masing-masing lingkaran adalah :
Dimana : R
1
= jari-jari lingkaran sudu sisi masuk impeler = d
1
2 = 742 = 37 mm R
2
= jari-jari lingkaran sudu sisi keluar = d
2
2 = 2532 = 126,5 mm i = jumlah bagian yang dibentuk oleh lingkaran konsentris direncanakan 4
bagian.
Universitas Sumatera Utara
Maka diperoleh : R =
4 37
5 ,
16 −
= 22,375 mm Perubahan besar sudut kelengkungan
terhadap perubahan R adalah : =
4 3
, 18
07 ,
12 −
= - 1,5575
Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan persamaan :
ρ
=
cos cos
2
2 2
i i
o o
i o
R R
R R
β β −
−
Dimana : i = menyatakan lingkaran bagian dalam
o = menyatakan lingkaran bagian luar Harga-harga setiap jari-jari busur dan sudut pada setiap bagian lingkaran
yang membentuk sudu impeler dihitung dan ditabelkan pada tabel 4.2. berikut : Tabel 4.2. Jari-jari busur sudu impeler
Link R
mm R
2
mm
2
R cos R
cos - R
i
cos R
2 –
R
i 2
mm 1
37 1369
18,3 35,12
- -
- B
59,375 3525,39
16,7425 56,86
21,74 2156,39
49,59 C
81,75 6683,06
15,185 78,89
22,03 3157,67
71,66 D
104,125 10868,06
13,6275 101,19
22,3 4185
93,83 2
126,5 16002,25
12,07 123,703
22,513 5134,19
114,02
Universitas Sumatera Utara
Adapun langkah-langkah melukis sudu impeler adalah sebagai berikut : 1. Gambaran lingkaran a,b dan c diantara R
1
dan R
2
dengan R = 22,375 mm 2. Tentukan sembarang titik A pada lingkaran d
1
lalu tarik garis sumbu OA kemudian lukis sudut OAA’ sebesar
= 18,3 .
3. Tentukan titik W sebagai pusat lingkaran 1 dan b pada garis AA’ dengan jari-jari 49,59 mm dari titik A, lukis busur lingkaran yang berpusat di W
dari titik A hingga berpotonan dengan lingkaran b, tandai dengan titik C. 4. Tentukan titik CX sebagai pusat lingkaran b dan c pada garis BC dengan
jari-jari 71,66 mm dari titik C, lukis busur lingkaran yang berpusat di titik X dari titik C hingga berpotongan dengan lingkaran c. titik potongan
tersebut ditandai dengan titik C. 5. Demikian seterusnya dilakukan dengan langkah 3 dan hingga dapat
ditentukan titik D dan E pada lingkaran d dan 2 sehingga diperoleh tiktik A, B, C, D dan E yang membentuk sudut impeler.
Maka gambar sudu tersebut dapat dilihat seperti terdapat pada gambar 4.5 berikut:
Universitas Sumatera Utara
1 B
C D
2
Z Y
X W
Gambar 4.6 Sudu impeler
4.3.6. Ukuran-Ukuran Utama Impeler
Dari hasil perhitungan diatas maka diperoleh ukuran impeler sebagai berikut :
- Diameter poros ds = 27 mm
- Panjang pasak l = 40,5 mm
- Lebar pasak b = 8 mm
- Tinggi pasak = 7 mm
- Diameter hub d
h
= 32,4 mm - Diameter mata impeler d
= 97 mm - Diameter sisi masuk d
1
= 74 mm - Diameter sisi keluar d
2
= 253 mm
Universitas Sumatera Utara
- Lebar impeler pada sisi masuk b
1
= 29,6 mm - Lebar impeler pada sisi keluar b
2
= 8 mm - Sudut tangensial pada sisi masuk
= 18,3 - Sudut tangensial pada sisi keluar
= 12,07 - Jumlah sudu Z
= 3 buah - Tebal sudu pada sisi masuk t
1
= 4,86 mm - Tebal sudu pada sisi keluar t
2
= 5,54 mm - Bahan impeler
= Perunggu
4.4. Rumah Pompa
Kategori