Mesin Fluida Perancangan Pompa Yang Digunakan Untuk Kebutuhan Air Bersih Di Rumah Sakit Umum Dr. Pirngadi Medan

(1)

MESIN FLUIDA

PERANCANGAN POMPA YANG DIGUNAKAN UNTUK KEBUTUHAN AIR BERSIH

DI RUMAH SAKIT UMUM DR. PIRNGADI MEDAN

OLEH:

FERRY I. A. TARIGAN NIM. 040421007

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena kasih dan karuniaNya penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Adapun maksud penulis menyusun Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Fakultas Teknik Mesin USU.

Sebagai bahan penulisan Tugas Akhir ini penulis memilih Judul “Perancangan pompa yang digunakan untuk kebutuhan air bersih di RSU Dr. Pirngadi Medan”. Penulis menyadari bahwa hasil penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan berhubung dengan keterbatasannya pengetahuan penulis miliki. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Dalam penyusunan ini, penulis banyak menerima bantuan dan bimbingan baik berupa dorongan semangat maupun sumbangan pikiran dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak DR. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin USU.

2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc., selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dan membimbing penulis dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

(3)

belajar di USU ini.

4. Seluruh keluarga besar saya, teristimewa kepada Ayahanda dan Ibunda yang telah membantu dan memberikan dukungan moril dan material.

5. Terima kasih kepada seluruh teman-teman yang selalu setia dalam memberikan semangat dan bantuannya selama menyusun Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih.

Medan, Desember 2008 Penulis,

Ferry I. A. Tarigan NIM. 040421007

(4)

KATA PENGANTAR ... i

LEMBAR SPESIFIKASI ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR LAMBANG ... xi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Sumber Air ... 2

1.3. Instalasi Pengolahan ... 7

1.4. Alasan Perencanaan ... 9

1.5. Tinjuan Perancangan ... 9

1.6. Batasan Masalah ... 9

BAB II. PEMBAHASAN MATERI ... 11

2.1. Pompa Sumur Dalam ... 11

2.1.1. Pompa Turbin Vertikal (Vertical Turbin Pump)... 13

2.1.2. Pompa Sumur Benam (Submersible Pump) ... 14

2.2. Penimbangan Pemilihan Pompa ... 15

BAB III. PENETAPAN SPESIFIKASI POMPA... 18

3.1. Kapasitas Aliran ... 18

3.1.1. Kebutuhan Air UntukPasien ... 21

3.1.2. Kebutuhan Air Untuk Tamu ... 22

3.1.3. Kebutuhan Air Untuk Karyawan ... 23

3.1.4. Kebutuhan Air Untuk Dapur ... 24

(5)

3.3.1. Kecepatan Aliran dan Diameter Pipa ... 24

3.3.2. Perbedaan Head Tekan ... 30

3.3.3. Perbedaan Head Kecepatan ... 30

3.3.4. Head Statis... 31

3.3.5. Kerugian Head Sepanjang Pipa Instalasi ... 31

3.3.5.1. Kerugian Head Mayor ... 31

3.3.5.2. Kerugian Head Minor... 33

3.4. Penentuan Daya dan Penggerak Pompa ... 35

3.4.1. Alat Penggerak Pompa ... 35

3.4.2. Penentuan Putaran Spesiftk dan Type Impeler ... 37

3.4.3. Efisiensi Pompa ... 40

3.4.4. Daya Poros Pompa ... 41

3.4.5. Daya Motor Penggerak ... 42

3.5. Spesifikasi Pompa ... 43

BAB IV. UKURAN - UKURAN UTAMA POMPA ... 44

4.1. Poros Pompa ... 44

4.2. Diameter Impeler... 48

4.3. Dimensi. Sisi Masuk... 50

4.3.1. Diameter Hubungan Impeler (Dh) ... 50

4.3.2. Diameter Mata Impeler ... 50

4.3.3. Diameter Sisi Masuk Impeler (D1 4.3.4. Lebar Sisi Masuk (b ) ... 51

1 4.3.5. Kecepatan Absolut AliranMasuk Impeler(V ) ... 52

1 4.3.6. Kecepatan Tangensial Aliran Masuk Impeler (U ) ... 53

1 4.3.7. Sudut Tangensial Aliran Masuk Impeler (β ) ... 53

1 4.3.8. Kecepatan relatif Aliran Masuk Impeler (W ) ... 53

1 4.4. Dimensi Impeler Sisi Keluar ... 54

) ... 53

4.4.1 Diameter Sisi Keluar Kolom Impeler (02 4.4.2 Lebar Impeler Sisi Keluar (b ) ... 54

(6)

4.4.4. Kecepatan Tangensial Aliran Keluar Impeler (U2

4.4.5. Sudut Tangensial Aliran Keluar Impeler (β

) ... 55

2 4.4.6. Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler (α ) ... 56

2 4.4.7. Kecepatan Relatif Aliran Keluar Impeler (W ) ... 58

2 4.4.8. Kecepatan Aliran Keluar Impeler (V ) ... 59

2 4.5. Kecepatan dan Sudut Keluar Akibat Aliran Sirkulasi ... 59

) ... 59

4.5.1. Kecepatan Radial Akibat Akibat Sirkulasi (Vr2 4.5.2. Kecepatan Tangensial (Vu ') ... 59

2 4.5.3. Kecepatan Absolut (V ') ... 59

2 4.5.4. Sudut Absolut (α ') ... 60

2 4.5.5. Sudut Tangensial (β ) ... 60

2 4.5.6. Kecepatan radial Keluar (W ) ... 60

2 4.6. Perencanaan Sudu Impeler... 61

') ... 60

4.6.1. Jumlah Sudu (z)... 61

4.6.2. Tebal Sudu(t) ... 62

4.6.3. Jarak Sudu(s) ... 63

4.7. Perencanaan Sudu Difuser ... 63

4.7.1. Diameter Sisi Masuk (D3 4.7.2. Lebar Laluan Sisi Masuk (b ) ... 64

3 4.7.3. Diameter Sisi Keluar (D ) ... 64

4 4.7.4. Lebar Sisi Keluar(b ) ... 64

4 4.7.5. Kecepatan Radial Masuk (Vr ) ... 64

3 4.7.6. Kecepatan Tangensial Masuk (Vu ) ... 65

3 4.7.7. Sudut Aliran Masuk Fluida (B ) ... 65

3 4.7 8. Kecepatan Aliran Masuk (V ) ... 66

3 4.7.9. Kecepatan Radial Keluar (Vr ) ... 66

4 4.7.10. Sudut Aliran Keluar (B ) ... 66

4 4.7.11. Kccepatan Fluida Keluar (V ) ... 66

4 4.7.12. Jumlah Sudu Difuser (Z ) ... 67

d 4.7.13. Tebal Sudu Difuser (t ) ... 67

3 4.8. Melukis Bentuk Sudu ... 67

(7)

BAB V. ANALISA GAYA DAN PUTARAN KRITIS ... 73

5. 1. Gaya Aksial ... 73

5.1.1. Gaya Aksial Akibat Berat Komponen Pompa... 73

5.1.1.1. Berat Impeler ... 74

5.1.1.2 . Berat Poros ... ... 76

5.1.2. Gaya Aksial Akibat Aliran Fluida ... 77

5.1.2.1 Gaya Aksial Akibat Perbedaan Tekanan ... 78

5.1.2.2 Gaya Aksial Akibat Perubahan Momentum ... 79

5.1.3 Mengatasi Gaya Aksial ... 80

5.2. Putaran Kritis ... 82

5.2.1. Perhitungan Putaran Kritis ... 83

5.3. Gaya Reaksi Pada Tumpuan ... 86

5.4. Pasak ... 88

5.4.1. Tegangan Geser Yang Terjadi ... 88

5.4.2. Pemeriksaan Terhadap Tegangan Tumbuk ... 90

5.5 Pemeriksaan Bantalan ... 91

5.5.1 Bantalan Bawah ... 91

5.5.1.1 Pemeriksaan Kekuatan Bantalan Bawah ... 91

5.5.2 Bantalan Atas ... 93

5.5.2.1 Pemeriksaan Kekuatan Bantalan Atas ... 94

BAB VII KESIMPULAN ... 96

DAFTAR PUSTAKA ... 99 LAMPIRAN

(8)

Tabel 2.1. Perbandingan sifat pompa sentrifugal dan pompa torak ... 16

Tabel 2.2. Karakteristik pompa sentrifugal berdasarkan letak pompanya ... 16

Tabel 3.1. Kondisi populasi orang di RS umum Tipe A ... 21

Tabel 3.2. Koefisien kelengkapan ... 33

Tabel 3.3. Harga putaran dan jumlah kutub ... 36

Tabel 3.4. Klasifikasi jenis impeler ... 38

Tabel 4.1. Faktor koreksi daya ... 46

Tabel 4.2. Jari-jari kelengkungan sudu ... 69

Tabel 4.3. Panjang sudu ... 72

Tabel 5.1. Hasil perhitungan tiap segmen impeler ... 75

(9)

Gambar 1.1. Daur Hidrologi ... 4

Gambar 1.2. Posisi aquifer terkekang dan tidak terkekang ... 5

Gambar 1.3. Pumping Test ... 7

Gambar 1.4. Sistem Distribusi ... 8

Gambar 2.1. Konstruksi sumur dalam secara sederhana... 11

Gambar 2.2. Pompa Turbin Vertikal... 14

Gambar 2.3. Pompa Motor Benam ... 15

Gambar 3.1. Instalasi Pompa Sumur Benam ... 25

Gambar 3.2. Grafik Efisiensi Pompa ... 40

Gambar 4.1. Diagram Kecepatan Fluida ... ... 48

Gambar 4.2. Penampang Impeler ... 49

Gambar 4.3. Harga kecepatan fluida masuk kemata impeler ... 51

Gambar 4.4. Segitiga kecepatan fluida pada sisi masuk ... 54

Gambar 4.5. Segitiga kecepatan fluida pada sisi keluar ... 61

Gambar 4.6. Bentuk sudu impeler ... 71

Gambar 5.1. Bentuk impeler ... 74

Gambar 5.2. Bentuk dan ukuran poros ... 76

Gambar 5.3. Torak pengimbang ... 80

Gambar 5.4. Pompa dengan impeler saling bertolak belakang ... 81

Gambar 5.5. Lubang pengimbang... 81

(10)

Gambar 5.8. Gaya geser pada pasak ... 89 Gambar 5.9. Bantalan bawah... 91 Gambar 5.10.Bantalan atas ... 94

(11)

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang pipa m

B Lebar bantalan mm

b Lebar pasak mm

Lebar impeler pada sisi masuk mm

Lebar impeler pada sisi keluar mm

Lebar laluan difuser sisi masuk mm

Lebar laluan difuser sisi keluar mm

Faktor koreksi terhadap beban lentur

Pembebanan nominal dinamis spesifik N

Pembebanan nominal statis spesifik N

Diameter dalam pipa mm

Diameter Hub mm

Diameter mata impeler mm

Diameter sisi masuk impeler mm

Diameter sisi keluar impeler mm

Diameter nominal pipa mm

Diameter dalam pipa mm

Diameter dalam segmen impeler mm

dp Diameter poros mm

Diameter luar segmen impeler mm

E Modulus elastisitas N/mm

Fm Gaya aksial akibat momentum fluida N

f Frekuensi listrik Hz

Faktor koreksi -

Faktor umur -

g Gravitasi m/s

Faktor kecepatan -

H Head statis m

(12)

Z Jumlah sudu -

Berat sudu N

α Sudut aliran masuk

Jumlah sudu difuser -

β Sudut tangensial

γ Berat jenis N/m

ε Kekasaran pipa; faktor kontraksi -

η Efisiensi %

ηt

D Viskositas kinematik air m

Efisiensi termis %

π Konstanta phi -

ρ Kerapatan kg/m

τ Tegangan geser N/m

σb Kekuatan tarik bahan N/m

Y Defleksi mm

(13)

Sejalan dengan perkembangan zaman dan kemajuan teknologi serta laju pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat maka harus diikuti oleh perkembangan fisik yang cukup memadai. Hal ini jelas dapat dilihat dari berbagai usaha yang dilakukan oleh pihak pemerintah dan swasta yang membangun sarana dan prasarana yang dapat menunjang pembangunan. Dalam perencanaan pembangunan perkotaan harus benar-benar dipertimbangkan sesuai dengan kebutuhan dan perkembangan, sehingga dapat menciptakan kota dan lokasi yang benar-benar bersih, aman, sehat dan rapi. Terutama dikota-kota besar yang berfungsi sebagai pusat kegiatan pemerintahan, industri, pendidikan, rumah sakit, perhotelan dan lain sebagainya.

Mengingat banyaknya sarana yang ada, maka pada kesempatan kali ini penulis mengambil suatu sarana dari berbagai sarana yang tersebut diatas, yaitu rumah sakit yang menggunakan sumur bor untuk memenuhi kebutuhan air bersih dalam kegiatan sehari-hari. Mengingat banyaknya air yang dibutuhkan dan semakin terbatasnya penggunaan air konvensional maka perlu adanya rancangan pompa sumur dalam yang dapat memompakan air dari dalam tanah kepermukaan untuk dapat diolah guna memenuhi kebutuhan air rumah sakit

(14)

Air merupakan salah satu kebutuhan utama bagi manusia. Kebutuhan akan air bersih semakin meningkat dan sumber-sumber air konvensional yang berupa air permukaan semakin tidak mencukupi untuk memenuhi kebutuhan air bersih. Oleh karena itu untuk mendapatkan air bersih dilakukan beberapa cara mengolah air permukaan (air sungai, danau) agar dapat digunakan sebagai air bersih sesuai standart kesehatan dan alternatif lain untuk mendapatkan air bersih dilakukan adalah dengan membuat sumur bor. Sejalan dengan perkembangan zaman dan kemajuan teknologi serta laju pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat maka harus diikuti oleh perkembangan fisik yang cukup memadai. Hal ini jelas dapat dilihat dari berbagai usaha yang dilakukan oleh pihak pemerintah dan swasta yang membangun sarana dan prasarana yang dapat menunjang pembangunan. Dalam perencanaan pembangunan perkotaan harus benar-benar dipertimbangkan sesuai dengan kebutuhan dan perkembangan, sehingga dapat menciptakan kota dan lokasi yang benar-benar bersih, aman, sehat dan rapi. Terutama dikota-kota besar yang berfungsi sebagai pusat kegiatan pemerintahan, industri, pendidikan, rumah sakit, perhotelan dan lain sebagainya.

dalam kegiatan sehari-hari. Mengingat banyaknya air yang dibutuhkan dan semakin terbatasnya penggunaan air konvensional maka perlu adanya rancangan pompa sumur dalam yang dapat memompakan air dari dalam tanah kepermukaan untuk dapat diolah guna memenuhi kebutuhan air rumah sakit

(15)

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

(16)

1.2. Sumber Air

Beberapa sumber air yang dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan air, baik unfuk dikonsumsi ataupun untuk keperluan lainnya diantaranya adalah :

1. Air Hujan

Air hujan dapat dijadikan sumber air dengan cara mengumpulkan pada wadah yang lalu dialirkan pada bak periyimpanan. Air yang diperoleh dengan cara ini umumnya tidaklah banyak, hanya cukup untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga. Untuk kebutuhan air dalam jumlah yang besar dan kontiniu tidaklah cukup hanya mengandalkan curah hujan yang tidak dapat dipastikan waktu dan jumlahnya

2. Air Permukaan

Air permukaan adalah air yang terdapat diatas permukaan tanah seperti air sungai, danau, kolam dan sebagainya. Volumenya tergantung terhadap tingkat curah hujan, keadaan topografi, struktur lapisan tanah. Konsumen air permukaan ini adalah masyarakat atau perusahaan yang berada disekitar lokasi. Untuk konsumen yang jauh dari lokasi tidaklah efektif dan efisien menggunakan air ini, karena biaya pengadaan instalasi pendistribusian air dari lokasi cukup tinggi dan

(17)

volume yang dihasilkan sedikit karena biaya pengadaan instalasi pendistribusian air dari lokasi cukup tinggi dan dihasilkan sedikit.

3. Air Tanah

Air tanah berasal dari perembesan air hujan melalui pori-pori tanah dan berkumpul pada lapisan tanah. Kondisi air yang diambil dari dalam tanah umumnya masih bercampur dengan senyawa zat besi yang cukup berbahaya bagi kesehatan, oleh karena itu air yang diambil dari dalam tanah hendaknya terlebih dahulu dilakukan penyaringan sehingga kandungan zat besi dibawah batas aman sesuai standart yang diberikan Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM). Air tanah ini dapat diambil sebagai sumber air dengan cara membuat sumur-sumur dimana dapat dibagi atas tiga jenis sumur yaitu :

a. Sumur dangkal

Yaitu air yang diambil dari lapisan tanah permukaan. Kapasitas air sumur dangkal ini sangat terbatas apalagi sewaktu musim kemarau. Air ini mudah tercemar karena lapisan tanah yang menjadi penyaring alami sangat sedikit.

b. Sumur dalam

Sumur dalam adalah air yang terdapat minimal dibawah satu lapisan kedap air, sehingga terjadi proses penyaringan alamiah walaupun pencemaran masih mungkin terjadi melalaui rekahan-rekahan pada lapisan kedap air. Debit air sumur dalam lebih besar dan konstan dibandingkan sumur dangkal.

(18)

c. Sumur Arthesis

Sumur ini sama halnya dengan sumur dalam, hanya saja untuk sumur ini air yang keluar dari dalam tanah bertekanan karena terdapat perbedaan tinggi antara permukaan air tanah dengan air sumur. Air sumur ini biasanya terdapat didaerah perbukitan.

Dalam hal pemanfaatan air tanah harus ditunjang oleh data dan pengujian potensi air tanah didaerah tersebut. Hal ini diperlukan untuk mendapatkan operasi pompa yang efisien, dan kesinambungan operasi pompa air dikemudian hari, Selain dari air bawaan yang tertahan dalam celah-celah batuan endapan pada saat pengendapan dan air yang berasal dari magma gunung merapi, air tanah merupakan suatu bagian yang utama dari daur ulang hidrologi. Suatu bentuk daur ulang hidrologi yang sederhana seperti diperkenalkan oleh Linsley dan Fanizini, seperti pada gambar 1.1 dibawah ini :

Gambar. 1.1. Daur Hidrologi

Pori-pori tanah dekat permukaan bumi dikenal sebagai daerah aerasi yang pada umumnya berisi udara dan air dalam berbagai jumlah, lebih jauh kedalam perut bumi adalah daerah yang jenuh (saturation zone) dimana seluruh

(19)

celah-celah dipenuhi air. Daerah ini dapat dibatasi dengan bagian atasnya dengan suatu permukaan terbatas yang jenuh serta suatu lapisan yang kedap air atau batuan.

Permukaan bebas air tanah dikatakan tidak terkekang (confided) jika dibatasi pada bagian atasnya oleh suatu lapisan yang kedap air. Formasi geologi yang mempunyai bangunan yang dapat menampung air cukup besar dan gerakannya melalui formasi tersebut disebut aquifer. Aquifer dapat terkekang dan tidak terkekang. Pada gambar 1.2 dibawah dapat dilihat posisi aquifer terkekang yang memiliki air resapan dari permukaan (resapan air hujan), sehingga kualitasnya lebih baik.

a. Aquifer terkekang b. Aquifer tidak terkekang

Gambar. 1.2. Posisi Aquifer Terkekang dan Tidak Terkekang

Untuk dapat menaikkan air tanah, maka dibuat sumur dalam untuk tempat peletakan pompa. Namun untuk efisiensi kerja, maka sebelumnya dilakukan pengkajian-pengkajian untuk mengetahui posisi air air tanah. Adapun tahap pengujian itu adalah :

(20)

1. Penentuan struktur tanah/batuan daerah yang akan di bor 2. Penentuan batuan yang mengandung air

3. Penentuan muka air tanah/kondisi air tanah, dari pengujian ini juga didapat informasi tebal dan letak aquifer

4. Penentuan peletakan pompa yang paling efektif dan menjamin kesinambungan operasi pompa, sehingga dapat ditentukan peletakan pipa saringan dan panjang pipa saringan.

Selanjutnya dilakukan uji pemompaan sumur (well pumping test) untuk mengetahui tinggi muka air, sehingga dapat diketahui peletakan pompa. Pada mctode ini dilakukan pemompaan air secara terus menerus pada sebuali sumur yang menembus sampai kedasar lapisan tanah (tanah keras). Pada daerah yang berdekatan dengan sumur tersebut dilakukan pengamatan terhadap tinggi muka air, dengan menggali beberapa lubang bor. Pemompaan ini dilakukan sampai tercapai kondisi rembesan yang stedi (steady seepage). Rembesan terjadi pada sumur-sumur dan lubang-lubang secara radial. Untuk menetukan suatu jalur radial dari pusat sumur diperlukan paling sedikit dua lubang. Selama pumping test dapat diketahui perubahan tinggi muka air, biasanya bila air cepat habis maka ada dua kemungkinan yang dilakukan yaitu :

• Memperdalam sumur bor

(21)

Gambar. 1.3. Pumping Test

Selama pumping test, dilakukan pengujian perubahan tinggi muka air dalam sumur. Alat yang digunakan adalah alat pencatat otomatis yaitu Modern Data Logger. Alat ini dapat mencatat penurunan muka air selama pumping test, sekaligus mencatat laju pengisian sumur kembali, setelah didapat tinggi muka air permanen untuk kapasitas pemompaan yang akan dipasang maka pumping test dapat dihentikan.

1.3. Instalasi Pengolahan

Sumur dalam (Suibmersibel Pump) digunakan untuk menaikkan air dari dalam sumur yang telah tersaring lapisan bumi ke penyaringan (filter). Setelah dilakukan penyaringan dan didapat air yang bersih kemudian air ditampung kolam air bersih. Dengan menggunakan pompa distribusi, air dari dalam kolam dipompakan ke tangki atas yang kemudian didistribusikan ke pemakai. Dari uraian diatas dapat digambarkan sistem distribusi air bersih sebagai berikut :

(22)

(23)

1.4. Alasan Perencanaan Pompa

Dalam kesempatan ini saya merancang sebuah pompa sumur dalam

(submersible pump) untuk memenuhi kebutuhan air bersih suatu Rumah Sakit

Umum di Kota Madya Medan. Pemilihan sumur dalam sebagai sumber air adalah berdasarkan pertimbangan-pertimbangan berikut :

• Sumber-sumber air permukaan tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan akan air bersih

• Jarak sumber air permukaan jauh dari lokasi rumah sakit

• Penggunaan air bersih tersebut meliputi keperluan dapur, pengunjung, kamar mandi, loundri dan sebagainya.

1.5. Tujuan Penelitian

Untuk mengetahui Spesifikasi dan Ukuran - Ukuran Pompa Sumur dalam yang dibutuhkan guna memenuhi kebutuhan air bersih pada rumah sakit

1.6. Batasan Masalah

Dalam hal ini perancangan direncanakan dari pompa sumur dalam sampai masuk kedalam penyaring. Untuk kelengkapan sistem distribusi air dan pompa termasuk dalam perancangan. Mengenai sumur bor dan kondisi air diambil berdasarkan data perbandingan dari hasil survey. Dari data dapat diketahui kedalaman pengeboran dan tinggi muka air tanah sumur dalam. Kapasitas pompa diambil berdasarkan hasil survey didaerah yang telah memiliki sumur dalam.

(24)

Berdasarkan hasil survey di daerah tersebut Tinggi Kenaikan Air (TKA) adalah 30 meter dari permukaan tanah dan setelah dilakukan uji pemompaan (pumping tesf) maka diperoleh Tinggi Permukaan Air (TPA) adalah 41 meter. Pada perencanaan ini pompa berada pada kedalaman 45 meter dibawah permukaan tanah yang terbenam bersama motornya dan kedalaman sumur adalah 160 meter dari permukaan tanah.

(25)

BAB II

PEMBAHASAN MATERI

Pompa adalah suatu jenis mesin yang digunakan untuk memindahkan fluida incompressible (fluida yang tidak mampu mampat) dari tempat yang rendah ke tempat lebih tinggi alau dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat ketekanan lebih tinggi.

2.1. Pompa Sumur Dalam

Pompa jenis ini digunakan untuk memompakan fluida dari sumur dalam yang penempatan ditempatkan didalam sumur (tenggelam dibawah permukaan air sumur), dimana penggeraknya biasanya berupa motor dihubungkan langsung dengan poros untuk memutar impeler.

Beberapa komponen penting dari sumur dalam adalah pipa jambang, pipa buta, pipa saringan, krikil pembalut, kerucut reducer dan sumbat, serta pompa.

(26)

Keterangan gambar :

• Pipa jambang ini terletak pada bagian atas dengan garis tengah lebih besar dari pipa buta, Biasanya pipa jambang (screen) lebih besar garis tengahnya 2 inchi dari garis tengah pompa selam. Pipa jambang ini tergantung kondisi hidrolopinya, biasanya dibuat sekitar 3-5 meter dibawah surutan maksimum.

• Pipa buta, dipasang dibawah pipa jambang dan letaknya pada lapisan kedap air afau pada aquifer yang kualitas airnya jelek. Panjang pipa buta tergantung ketebalan lapisan yang tidak diinginkan baik kuantitas maupun kualitasnya.

• Pipa saringan adalah pipa yang diberi lubang yang dimaksudkan sebagai jalan masuknya air tanah kedalam sumur. Lebar lubang, bentuk, panjang ditentukan bardasarkan tebal aquifer dan distribusi ukuran bulir aquifer. • Krikil pembalut adalah krikil yang bersih, berukuran seragam bulatnya,

digunakan sebagai penghalang agar material halus yang ada dalam lapisan batuan tidak masuk kedalam sumur. Adapun syarat krikil pembalut ini adalah harus mampu menahan keruntuhan dinding sumur akibat keadaan yang tidak diinginkan, dan mampu rnentransmisikan air yang bebas dari kotoran (tanah) kedalam screen selam pemompaan.

• Sumbat yang dipasang pada ujung bawah rangkaian pipa konstruksi sumur berfungsi untuk mencegah material yang tidak diinginkan masuk kedalam sumur, yang nantinya dapat mengganggu pompa dan mengurangi kualitas diinginkan.

(27)

Adapun jenis pompa sumur dalam ditinjau dan letak motor penggeraknya, yaitu : 1. Motor berada pada permukaan tanah dan dihubungkan dengan pompa oleh

poros vertikal atau pompa yang hanya pompanya saja yang berada dalam zat cair dan, motor berada dipermukaan tanah.

2. Pompa dengan motor dibenamkan kedalam zat cair (pompa bawah tanah/

submersibel pump

2.1.1. Pompa Turbin Vertikal (Vertical Turbine Pump)

Pada pompa benam jenis ini, motor terletak pada bagian diatas sumur. Pompa dihubungkan satu sama lain oleh pipa tegak yang sekaligus melindungi poros pompa dan sckaligus sebagai pipa tekan fluida keluar. Pompa turbin vertikal umumnya produksi untuk sumur bor dengan diameter 6 inchi. Untuk banyak wilayah, diameter yang paling ekonomis sumur bor adalah 12 inchi, tetapi ukuran menengah lebih disukai dalam instalasi suatu industri. Dewasa ini, pompa berdiameter 30 inchi telah dirakit dan tersedia dibeberapa produsen. Selain untuk pengaliran air, dapat juga mengalirkan minyak, cairan gas, cairan kimia dan lain-lain. Adapun gambar dari pompa turbin vertikal dapat dilihat pada halaman berikut.

(28)

Gambar 2.2. Pompa Turbin Vertikal

2.1.2. Sumur Benam (Submersible Pump)

Pompa ini adalah pompa yang merupakan suatu unit dengan motor pergerakannya, dimana keduanya dipasang terbenam dibawah permukaan air. Diameter pipa dibuat kecil agar dapat dipasang didalam sumur bor.

Motor berada dibawah pompa, karena air mengalir dari bawah maka diameter motor lebih kecil dari diameter pompa. Dengan demikian pompa terlihat panjang berbentuk batang. Air mengalir kedalam pompa melalui saringan yang terdapat diantara motor dan pompa. Selanjutnya air dialirkan keatas melalui pipa kolom yang juga berfungsi sebagai penggantung unit pompa.

Air yang mengalir dari bawah mengatur pendinginan motor. Oleh karena itu tidak diijinkan mempergunakan pompa bawah air dalam sebuah bak dengan

(29)

ukuran yang terlampau besar, sebab tidak akan cukup air mengalir sepanjang motor.

Pompa jenis ini sangat cocok untuk sumur-sumur dalam karena pompa tidak perlu menghisap air keatas dimana pompa dan motor dibenamkan bersama-sama di kedalaman. Pompa jenis ini dapat dilihat nada gambar 2.2. berikut.

Gambar 2.3. Pompa Motor Benam 2.2. Pertimbangan Pemilihan Pompa

Hal-hal yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan pompa antara lain : analisa fungsi pompa, sistem instalasi, kapasitas head, viskositas dan lokasi kerja pompa. Pertimbangan diatas ditujukan untuk mengetahui jenis pompa yang dipilih dalam setiap operasional kerja dilapangan. Untuk pemakaian pompa yang tepat dan sesuai dengan kondisi pengoperasian yang direncanakan, maka dalam menentukan pemilihan pompa, perlu diperhatikan sifat-sifat pompa dalam pengoperasiannya yang dapat dilihat pada table 2.1 berikut ini:

(30)

Tabel.2.1. Perbandingan sifat Pompa Sentrifugal dan Pompa Torak No. Masalah Pompa Sentrifugal Pompa Torak

1 2 3 4 5 6 7 8 Alirannva Putaran poros Kapasitas fiend Biaya Perawatan Pondasi Getaran Motor penggerak Kontiniu Lebih tinggi Lebih besar Kecil/medium Murah Biasa Kecil

Dapat dikopel langsung Berfluktuasi Lebih rendah Lebih kecil Tinggi Mahal Kokoh Cukup besar

Tidak dapat dikopel langsung

Sumber: Church, A. H., "Pompa dan Blower Sentrifugal", Erlangga, Jakarta, 1993

Makna dari sifat-sifat utama yang diinginkan diatas yang dapat memenuhi syarat adalah pompa sentrifugal. Sedangkan kendala utama bila pemakaian pompa ini adalah head kecil dan ukuran tidak boleh besar karena akan dimasukkann kedalam sumur dalam, kondisi ini mengharuskan menggunakan impeler yang kecil. Untuk mengatasi hal diatas maka pompa ini akan dibuat bertingkat (multi tingkat).

Berdasarkan letak poros pompa sentrifugal dapat dibandingkan karaterisfikmu pada table.2.2 berikut :

Tabel.2.2. Karateristik Pompa Sentrifugal Berdasarkan Letak Porosnya No. Masalah Jenis Poros Horizontal Jenis poros Vertikal

1 2 3 4 5 6

Pemancingan selama start NPSH yang tersedia Luas ruang instalasi Bangunan rumah pompa Bobot Biaya perawatan Diperlukan Kecil Besar Rendah Kecil Murah Tidak diperlukan Besar Kecil Tinggi Besar Lebih mahal

(31)

Pada perencanaan ini kondisi pengoperasian yang diinginkan adalah : • Fluida yang dialirkan adalah air bersih

• Aliran air bersifat kontiniu dan merata

• Ukuran pompa haruslah kecil dan ringan karena diletakkan didalam sumur

(32)

BAB III

PENETAPAN SPESIFIKASI

Pada perancangan suatu pompa perlu penetapan spesifikasi yang biasanya didahului oleh penetapan kapasitas dan head. Setelah kapasitas dan head ditentukan, maka langkah selanjutnya yang ditentukan adalah menentukan daya yang dibutuhkan, jenis penggerak dan putaran kerja untuk mengoperasikan pompa pada kondisi yang direncanakan sehingga akan diperoleh kerja pompa yang efektif. Dalam perencanaan ini, jenis pipa telah ditentukan pada bab sebelumnya jenis sentrifugal pompa sumur dalam (Depp Well Pump), sehingga langkah selanjutnya adalah penelitian kapasitas aliran.

3.1. Kapasitas Aliran

Pemakaian oleh suatu masyarakat bertambah besar dengan kemajuan masyarakat tersebut, sehingga pemakaian air seringkali dipakai salah satu tolak ukur tinggi rendahnya suatu kemajuan masyarakat. Dalam perancangan sistem penyediaan air untuk suatu bangunan, kapasitas peralatan dan ukuran-ukuran pipa didasarkan pada jumlah dari laju aliran air yang harus disediakan kepada bangunan tersebut. Jumlah dan laju aliran air tersebut seharusnya diperoleh dari penelitian keadaan sesungguhnya, dan kemudian dibuat angka-angka peramal yang sedapat mungkin mendekati keadaan sesungguhnya setelah bangunan digunakan. Untuk menentukan tepat dan akurasinya kapasitas aliran yang diperlukan sangatlah sulit, maka dalam hal ini metode yang digunakan adalah

(33)

metode penaksiran. Ada beberapa metode yang digunakan untuk menaksir besar laju aliran air (Lit 4 hal 64), antara lain :

a. Berdasarkan jumlah pemakai

b. Berdasarkan jenis dan jumlah alat plambing c. Berdasarkan unit beban alat plambing

a. Penaksiran Berdasarkan Jumlah Pemakai

Metode ini didasarkan pada pemakaian air rata-rata setiap sehari dari setiap penghuni, dan perkiraan jumlah penghuni. Dengan demikian jumlah pemakaian dalam sehari dapat diperkirakan, walaupun jenis maupun alat plambingnya belum ditentukan. Metode ini praktis digunakan untuk tahap "perencanaan atau juga perancangan". Apabila jumlah penghuni diketahui ataupun ditetapkan untuk suatu gedung maka angka tersebut dipakai untuk menghitung pemakaian air rata-rata sehari berdasarkan standart mengenai pemakaian air perorang perhari untuk sifat penggunaan gedung tersebut.

b. Penaksiran bcrdasarkan jenis dan jumlah alat plambing

Metode ini digunakan apabila kondisi pemakaian air alat plambing dapat diketahui misalnya untuk perumahan ataupun gedung kecil lainnya. Juga harus diketahui jumlah dari setiap jenis alat plambing dalam gedung tersebut.

c. Penaksiran berdasarkan unit beban alat plambing

Dalam metode ini setiap alat plambing ditetapkan suatu unit beban. Untuk setiap bagian pipa dijumlahkan besarnya unit beban dari semua alat plambing

(34)

yang dilayaninya, dan kemudian dicari besarnya laju aiiran air. Penaksiran ini digunakan kategori menengah seperti halnya perkantoran.

Maka dari uraian diatas metode yang digunakan untuk penaksiran laju aliran air adalah herdasarkan jumlah pemakai/penghuni yang dianggap lebih efektif karena berbagai alasan yaitu :

• Metode ini paling cocok untuk perencanaan dan perancangan

• Jumlah alat dan beban plambing disetiap kamar berbeda berdasarkan tingkat kemampuan pasien

Penentuan kapasitas aliran yang dibutuhkan untuk kompleks rumah sakit adalah berdasarkan jumlah tempat tidur pada rumah sakit yang akan/telah dirancang. Sclain untuk pasien juga direncanakan juga untuk pegawai, pengunjung dan sarana lain yang mendukung rumah snkit berdasarkan literatur yang ada. Untuk mempermudah perhitungan kebutuhan air bersih, maka kita dapat mengelompokkan jumlah populasi yang berada dilingkungan rumah sakit setiap harinya yang dapat dilihat pada tabel berikut :

(35)

No Keterangan Jumlah Populasi

Kebutuhan Rata-rata/

liter/hari

1 Pasien

Rawat inap (jumlah tempat tidur) ... X1 400 350

Poliklinik... ... …….. X2 300 8

2 Tamu

- Keluarga penjaga pasien……… X3 400 160

- Pengunjung ………... X4 700 8

3 Karyawan

- Administrasi umum………. X5 70 100

-Dokter dan Perawat/shiff…………. X6 290 120

- Laboratorium……….. X7 10 150

4 Dapur

- Restoran umum………. X8 700 15

3.1.1. Kebutuhan Air Untuk Pasien a. Rawat Inap (X1)

Jumlah kebutuhan air untuk pasien rawat inap adalah berdasarkan pada jumlah tempat tidur yang tersedia, dimana dalam rancangan ini rumah sakit yang memiliki tempat tidur. Kebutuhan air untuk pasien rumah sakit adalah 350 liter/hari) setiap orang. (lampiran 1). Berdasarkan ketentuan diatas bab 7 air pasien adalah :

(X1 ) = Jumlah tempat tidur x 350 liter

= 400 x 350

(36)

b. Poliklinik (X2)

Jumlah pasien luar yang memeriksakan kesehatan di Poliklinik Rumah Sakit rata-rata diperkirakan sebanyak 300 orang setiap hari dengan kebutuhan air 8 liter/hari (lampiran 1). Maka kebutuhan air untuk Pasien Poliklinik (X2)

(X2) = Jumlah pasien Poliklinik x 8 liter

= 300 x 8

= 2.400 liter/hari 2,4 m3/hari

3.1.2. Kebutuhan Air Untuk Tamu a. Keluarga Pasien (X3)

Jumlah keluarga yang menjaga/merawat pasien rawat inap diperhitungkan 1 orang setiap pasien dengan kebutuhan air 160 liter/hari (lampiran 1). Maka kebutuhan air untuk keluarga pasien adalah :

(X3) = Kebutuhan air untuk keluarga pasien

= Jumlah. keluarga x 160 liter = 400 x 160

(37)

b. Pegunjung (X4)

Jumlah pengunjung yang bertamu di Rumah Sakit rata-rata diperkirakan sebanyak 700 orang setiap hari dengan kebutuhan air 8 liter/hari (lampiran 1). Maka kebutuhan air untuk pengunjung (X4)

(X4) = Jumlah Pengunjung x 8 liter

=700 x 8

= 5.600 liter/hari = 5,6 m3/hari

3.1.3. Kebutuhan Air Untuk Karyawan

a. Kebutuhan air untuk karyawan Bagian Administrasi dan Bagian Umum (X5)

Jumlah karyawan Administrasi dan Umum yang bekerja di Rumah Sakit setiap hari rata-rata diperkirakan sebanyak 70 orang dengan kebutuhan air 100 liter/hari (lampiran 1). Maka kebutuhan air untuk Bagian Administrasi dan Umum

(X5) = Jumlah karyawan x 100 liter

= 70 x 100 = 7.000 liter/hari = 7 m3/hari

b. Kebutuhan air untuk Dokter dan Perawat (X6)

Jumlah Dokter dan Perawat yang bekerja di Rumah Sakit setiap hari rata-rata diperkirakan sebanyak 290 orang dengan kebutuhan air 120 liter/hari (lampiran 1). Maka kebutuhan air untuk Dokter dan Perawat (X6)

(X6) = Jumlah Dokter dan Perawat x 120 liter

(38)

c. kebutuhan air untuk Laboratorium (X7)

Jumlah pegawai yang bekerja di Laboratorium Rumah Sakit setiap hari rala-rata diperkirakan sebanyak 10 orang dengan kebutuhan air 150 liter/hari (lampiran 1).

(X7) = Jumlah pasien Polikliknik x 150 liter

= 10 x 150

= 1.500 liter/hari = 1,5 m3/hari

3.1.4. Kebutuhan Air Untuk Dapur (X8)

Direncanakan yang makan setiap hari di restoran umum Rumah Sakit rang. Sedangkan kebutuhan air dapur yang meliputi keperluan minum, masak dan cuci rata-rata 15 liter/orang (lampiran.l). Maka kebutuhan air untuk dapur adalah :

(X8) = Jumlah Pengunjung x 15 liter

= 700 x 15

= .500 liter/hari =10,5 nr/lmi

Berdasarkan perhitungan diatas maka diperoleh kebutuhan air untuk pasien, tamu, karyawan dan dapur rumah sakit adalah :

QRS = X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 + X7 + X8

= 140 + 2,4 + 64 + 5,6 + 7 + 34,8 +1,5 + 10,5 = 265,8m3

(39)

(40)

3.2. Kapasitas Pompa

Berdasarkan perhitungan diatas maka diketahui kebutuhan air rata-rata unluk rumah sakit yang direncanakan adalah 265,8 m3/hari. Dalam perencanaan ini perlu dipcrhitungkan kebocoran-kebocoran pipa, kebutuhan penyiraman tanaman, pemakaian di pusat penjernihan, cadangan pemadam kebakaran dan menurut (Lit 2, hal 15) kapasitas pompa yang direncanakan adalah (1,1 sampai 1,2) kapasitas total, sehingga kapasitas pompa perharinya adalah:

Q = 265,8 x 1,2

= 318,98m3/hari = 320 m3/hari

Operasional kerja pompa direncanakan setiap harinya adalah 15 jam , yaitu : • Start pada pukul : 08.00

• Stop pada pukul : 23.00

Maka kapasitas Pompa (direncanakan)

jam hari x jam jam x

hari Q

24 1 15

24 1

3202 =

= 21,3 = 22 m3/hari

3.3. Perhitungan Head Pompa

Head pompa adalah besarnya energi yang harus disediakan pompa untuk mengatasi energi tekanan, kecepatan, ketinggian, gesekan dan kerugian pada perlengkapan pipa. Untuk menentukan-besamya head yang harus disediakan oleh pompa, rancangan harus berdasarkan kondisi instalasi. Kondisi instalasi dapat dilihat pada gambar 3.1.

(41)

Dalam hal ini pompa yang dirancang adalah pompa yang digunakan untuk memindahkan air dari sumur dalam kepenyaringan.

Rumus untuk menentukan head pompa adalah menurut persamaan Bemaulli berikut ini :

Hp g

Z

V

P

₊ ₊ ₊

1 2 1 1

γ =

P

V

Z

H

g + +

+ 1 2 1 1 2 γ

Hp = + +

V

P

2 2 1 1 γ g

V

2 2 1 2 2 +

γ + (Z2 – Z1) + HL

Dimana : γ γ P g

V

P

₊ ₌ ∆

2 2 1 1

= Perbedaan Head Tekanan

V

2 2 1 2 2 +

γ = g

∆ _{= Perbedaan Head Kecepatan}

Z2 – Z1 = Head Satis

Ht = Kerugian head sepanjang pipa

3.3.1. Kecepatan Aliran dan Diameter Pipa

Air yang masuk kedalam pompa lebih dahulu melalui saringan sumur yang berukuran maksimal 0,5 milimeter untuk aquifer yang tersusun oleh pasir halus.

(42)

(0,10 -- 0,25 milimeter) dan minimal 1 milimeter untuk aquifer yang tersusun dari pasir sedang (0,25 - 0,5 milimeter). Artinya untuk partikel-partikel yang ukurannya lebih besar dari pasir tersebut tidak masuk ke pompa. Pada sisi isap/sisi masuk air pompa/impeler, terdapat saringan dengan diameter lubang yaitu 5 milimeter daimana saringan ini berfungsi untuk menyaring partikel-partkel yang lebih besar lagi apabila saringan pada sumur rusak (runtuh). Dengan diameter yang sedemikian maka air masuk melewati sisi isap tidak terhambat.

Dalam merencanakan suatu instalasi perpipaan perlu diperhitungkan diameter pipa hisap dan diameter pipa tekan yang sesuai, hal ini disebabkan bila terjadi gesekan pada pipa akan menyebabkan kerugian pada head.

Kecepatan aliran dalam pipa telah dibatasi (Lit 2, hal 63) yaitu 1,5 sampai 3,0 m/s. Hal ini untuk menghindari terjadinya pengendapan akibat aliran yang rendah (aliran laminar) atau pengikisan akibat aliran yang terlalu tinggi (aliran turbulen), dalam hal ini kecepatan direncanakan 2 m/s. Diameter pipa dapat dihitung dengan persamaan kontinuitas sebagai berikut :

Q = A . V

Dimana Q = Kapasitas Pompa = 22 m3/jam

= 0,00611 nrVs A = Luas Penampang

(43)

Maka diameter pipa dapat dihitung : ) ).( ( . 4 2 V d Q=π

V Q d . . 4 2 π = . 45 , 2 00623 , 0 ) 2 ( 14 , 3 ) 00611 , 0 ( 4 in m x x

d = = =

Pemilihan pipa disesuaikan dengan ukuran pipa standart yang tersedia dipasaran. Untuk itu direncanakan pipa standart dengan pipa yang digunakan yaitu komersial steel schedul 40. Berdasarkan tabel standart pipa (lampiran 3) diperoleh:

• Diameter nominal (Dn) = 2,5 in = 0,0635 m

• Diameter luar (D0) = 2,875 in = 0,0730 m

• Diameter dalam (D1) = 2,469 in = 0,0627 m

• Ketebalan pipa(t) = 0,203 in = 0,0051 m

Dengan menggunakan persamaan kontinuitas seperti cara sebelumnya maka diperoleh kecepatan aliran dalam pipa yang sebenarnya. Yaitu :

2 1) .( . 4

D

Q V π = 2 ) 627 , 0 ( 14 , 3 ) 00611 , 0 ( . 4 x x V =

(44)

3.3.2. Perbedaan Head Tekanan

Tekanan pada permukaan air sumur dalam adalah sebesar tekanan atmosfir, karena permukaan air terbuka ke udara demikian juga tangki penyaringan head akibat perbedaan tekanan adalah nol.

∆HP = 0

3.3.3. Perbedaan Head Kecepatan

Kecepatan aliran dalam pipa 1,979 m/s, sedangkan kecepatan isap dari sumur bor sangat kecil dan dapat dianggap nol atau V1 = 0 karena secara kontiniu

air pada sumur bor terus menerus diisi oleh air dalam tanah, maka perbedaan head kecepatan adalah :

g V

H

v 2

∆ = ∆

g V

H

v 2

∆ = ∆

( )

81 , 9 2

0 ) 979 , 1

( 2 2

H

− =

∆

(45)

3.3.4. Head Statis

Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air sumur dengan ketinggian air maksimal pada tangki penyaringan seperti pada gambar 3.1. Tinggi Kenaikan Air (TKA) adalah 30 meter artinya pada ketinggian ini muka air alamiah terjadi apabila tidak ada pemompaan, sedangkan Tinggi Permukaan Air (TPA) atau yang sering disebut tinggi muka air mengalir adalah permukaan air didalam sumur yang tidak akan turan lagi (konstan) bila terjadi pemompaan adalah 41 meter. Dalam perencanaan ini head statis dapat dilihat pada Gambar 3.1 yaitu :

H2 = 43 m

3.3.5. Kerugian Head Sepanjang Pipa Instalasi

Kerugian head sepanjang pipa ini terbagi atas kerugian akibat gesekan sepanjang pipa (kerugian mayor) dan kerugian kelengkapan pipa (kerugian minor).

3.3.5.1. Kerugian Head Mayor (hf)

Besarnya kerugian head mayor menurut hukum Darcy - Weisbach :

g V L f

D

h

i f

2 . .

2 =

Dimana : f = Faktor gesekan

L = Panjangpipa = (4 + 43 + 14) = 61 m Di = Diameter dalam pipa = 0,0627 m

(46)

Koefisien gesek (f) diperoleh bila diketahui kekasaran relatif (ε/Di) dan

bilangan Reynold (Re) =

v V.

_D

₁

Dimana : v = Viskositas kinematik fluida (m/s) pada suhu (T) = 25 °C = 0,897 xlO"6 m/s (Lampiran 4)

Sehingga : Re = ₆

10 . 897 , 0

) 0627 , 0 ( ) 979 , 1 (

−

Re = 1,38 x 105

Jenis bahan pipa yang digunakan adalah Baja Komersial dengan harga kekasaran 0,046 mm = 0,000046 m (lampiran 5), sehingga kekasaran relatif pipa :

D

ε =

0627 , 0

000046 ,

D

ε = 0,00073

Dari diagram moody (Lampiran 5) dengan memplot harga Re = 1,38 x 105 dan

D

ε = 0,00073 diperoleh harga f = 0,021 sehingga kerugian head mayor pada pipa instalasi pompa (hf) adalah :

hf = 0,021 .

981 . 2 1979 . 0627 , 0

61 2

(47)

3.3.5.2. Kerugian Head Minor

Kerugian head minor dihitung dengan persamaan :

hm =

∑

g V k x n

2 ) (

Dimana : n = Jumlah kelengkapan pipa

K = Koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa (Lampiran 4) Jenis kelengkapan pipa dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 3.2. Koefisien Kelengkapan Jenis Kelengkapan Pipa Jumlah

(n)

Harga k n x k

Saringan 1 1,2 1,2

Elbow 4 0,3 1,4

Check Valve 1 2 2

Gate Valve 1 0,15 0,15

Sambungan 8 0,04 0,32

Percabangan "T" 1 0,15 0,15

Total 5,245

Sehingga besar kerugian head minor adalah :

hm =

81 , 9 2

) 979 , 1 ( 245 , 5

hm = 1,047

Maka dari hasil perhitungan kerugian head mayor dan kerugian head minor pada instalasi pompa, maka diperoleh head sepanjang instalasi pompa :

HL = hf + hm

HL = 4,078 + 1,047

(48)

Sesuai dengan perhitungan sebelumnya, maka head total pompa adalah : Hptot = Hv + Hs + HL

Hptot = 0,199 + 43 + 5,125

Hptot = 48,324 m

Untuk head pompa rancangan maka ditambahkan head sebesar 10% - 25% (Lit 3, hal 52). Untuk mengetahui kemungkinan yang tidak diinginkan dalam pengoperasian pompa seperti :

1. Perubahan besar koefisien gesek pipa akibat pertambahan umur pipa 2. Ketidak akuratan pembulatan perhitungan dan ketelitian pembacaan

grafik

3. Adanya penyumbatan pada sisi masuk pompa atau strainer. Dalam rancangan ini dipilih 13 % sehingga head pompa yang direncanakan adalah:

Hp = 1,13 x 48,324 Hp = 54,6 = 55 m

(49)

3.4. Penentuan Daya Pompa 3.4.1. Alat Penggerak Pompa

Jenis penggerak mula yang umumnya digunakan sebagai penggerak pompa adalah:

• Motor Listrik • Motor Bakar

Pompa yang dirancang adalah pompa sumur dalam (submersible pump) dimana dalam konstruksinya penggerak mula dan unit pompa merupakan suatu kesatuan yang digantung didalam sumur sejauh 45 meter dari permukaan air maksimum didalam reservoar yaitu berada di kedalaman air dalam sumur. Hal utama yang diinginkan untuk kondisi diatas dari konstruksi pompa ini adaiah :

1. Pertimbangan keterbatasan ruang tempat pompa

2. Motor dan pompa tidak membutuhkan pemcliharaan yang rutinitas 3. Dapat bekerja secara efisien

Maka dari pertimbangan diatas sehingga dipilih penggerak mula "motor listrik yang kcdap air", dimana keunggulan yang diperoleh dari motor listrik ini adalah:

• Motor listrik dapat dikopel langsung dengan pompa sehingga kerugian transmisi hampir tidak ada dan konstruksi menjadi sederhana

• Putaran yang dihasilkan konstan • Biaya perawatan rendah

(50)

Putaran motor listrik yang akan dipakai dapat dianalisa dari persamaan :

p f

n

m . 120 =

Dimana:

nm = put aran motor listrik

f = frekwensi listrik = 50 Hz (untuk Indonesia) p = jumlah kutub motor listrik = 2

Jumlah kutub ini yang menentukan putaran motor yang ada dipasaran. Putaran dipasaran dapat ditabelkan sebagai berikut:

Tabel. 3.3. Harga Putaran dan Jumlah Kutub Jumlah Kutub Putaran (rpm)

2 4 6 8 10 12

3000 1500 1000 750 600 500

Sumber ; Pompa dan kompresor, sularso

Pada perencanaan ini dipilih jumlah kutub 2 buah untuk mendapatkan putaran yang tertinggi yaitu 3000 rpm seperti dibuktikan dalam rumus :

pm x

nm 3000 2

50 120

= =

(51)

Adapun alasan pemilihan putaran ini karena:

• Putaran motor tertinggi akan menghasilkan putaran pompa yang tinggi, sehingga dapat menaikkan putaran spesifik pompa. Dengan putaran spesifik yang tinggi dimensi impeler pompa akan semakin kecil

• Untuk motor listrik yang jumlah kutub lebih sedikit maka ukuran motornya semakin kecil.

Motor yang digunakan adalah motor induksi dimana putaran motor yang akan ditransmisikan ke pompa akan berkurang 1 % sampai 2 % karena adanya faktor slip (Lit 2, hal 50), maka dalam perencanaan ini diambil 1 % sehingga putaran motor adalah :

nm = 3000 - (3000 x 0,01)

nm = 2970 rpm

Pompa dikopel langsung dengan motor listrik sehingga putaran out put motor listrik tersebut jadi putaran pompa (np) = 2970 rpm.

3.4.2. Penentuan Putaran Spesifik dan Type Impeler

Dalam menentukan type impeler dan jumlah tingkat yang digunakan pada pompa, terlebih dahulu harus diketahui putaran spesifik (ns) pompa itu. Putaran spesifik

adalah putaran dimana pompa pada putaran tersebut akan menghasilkan head sebesar 1 m dengan kapasitas 1 m3/s. Men unit literatur (Lit 1, hal 49), putaran

spesifik dapat ditentukan :

4 / 3 H

n

(52)

Dimana :

np = putaran pompa = 2970 rpm

Q = kapasitas pompa = 0,00611 m3/s

H = head pompa = 55 m Sehingga :

ns = ₃_/₄

00611 , 0 2970 64 , 51

ns = 637,58

Dari tabel jenis impeler, maka jenis impeler yang digunakan adalah type radial. Harga kecepatan spesifik berpengaruh terhadap dimensi impeler. Dari harga diatas kecepatan spesifiknya kecil sehingga mengakibatkan dimensi impeler yang besar dan tidak dapat dimasukkan kedalam sumur bor.

Tabel 3.4 Klasifikasi Jenis Impeler No Jenis Impeler Putaran

1 2 3 4

Radial Francis

Mixed Axial

500-1500 1500-4500 4500 - 8000 8000 - 20000

Sumber;: Igor J, Krasik "Pump Hand Book"

Untuk mengatasi hal ini pompa yang digunakan adalah pompa jenis bertingkat (multi stage). Untuk memperoleh ukuran impeler yang sesuai dengan ukuran sumur, maka direncanakan putaran spesiflk sementara 1500, sehingga diperoleh head pertingkat sementara adalah :

(53)

1500 =

4 / 3

85 , 96 2970

H3/4 = 19,48 ft

Hi = 3/419,48

Hi = 52,43 ft = 16,16 m

Sehingga jumlah pompa adalah :

H

i= p

tingkat

i 3,4 4

16 , 16

= = =

Dengan jumlah tingkat = 4 tingkat, maka head pertingkat (Hi) menjadi :

Hi = Hp / i

Hi = 55/4 =13,75m = 44,58 ft

Maka putaran spesifik yang sebenarnya adalah :

nsi =

H

n

i p Q

4 / 3

nsi = ₃_/₄

58 , 44

85 , 96 2970

nsi = 1694

Berdasarkan tabel Klasifikasi Jenis Impeler diatas, untuk nsi = 1694, maka impeler

(54)

3.4.3 Efisiensi Pompa

Dari segi prestasi, efisiensi pompa tergantung kapasitas, head, putaran spesifik pompa. Efisiensi pompa dapat ditentukan dengan mempergunakan grafik putaran spesifik vs kapasitas pompa

• kapasitas pompa = 0.00611 m3/s = 96,85 GPM • putaran spesifik = 1694

Dari grafik dibawah maka efisiensi pompa untuk putaran spesifik 1694 dan kapasitas 96,85 GPM adalah sebesar (r|p) - 0,7 = 70 %

(55)

3.4.4. Daya Poros Pompa

Daya poros pompa merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeler agar didapat hasil kerja berupa head dan kapasitas yang diinginkan. Besarnya daya yang dibutuhkan :

Np =

η

γ p

p p

H

Q

. .

... (Lit. 2, hal53)

Dimana :

γ = berat jenis air = 9,778 KN/m3 Qp = kapasitas pompa = 0,00611 m3/s

Hp = head pompa = 55m

ηp = 0,7

Sehingga:

Np =

7 , 0

55 00611 , 0 778 ,

9 x x

Np = 4,69 Kw

(56)

3.4.5. Daya Motor Penggerak

Besarnya daya motor penggerak dapat dihitung dengan persamaan

Nm = Np

N

t ) 1 ( +α

... Lit 2, hat 58

Dimana :

Np = daya pompa = 4,7 kW

α = faktor koreksi cadangan daya (0,1 •*- 0,2)

ηt = efisiensi transmisi = 1 (untuk yang dikopel langsung)

Sehingga daya motor penggerak adalah :

Nm =

1 ) 15 , 0 1 ( 7 , 4 +

(57)

3.5. Spesifikasi Pompa

Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan yang telah dilakukan sebelumnya, maka spesifikasi pompa yang akan direncanakan adalah sebagai berikut :

• Kapasitas Pompa (Qp) = 22 m3/jam

• Head Pompa (Hp) = 55 m

• Putaran Pompa (ηp) = 2970 rpm

• Jenis Pompa = Sentrifugal dengan multi tingkat

• Putaran Spesifik Pompa (ηs) = 1694

• Efisiensi Pompa (ηp) = 70%

• Type Impeler = Francis

• Daya Pompa (Np) = 4,7 kW

• Penggerak Pompa = Motor Listrik Kedap Air • Putaran Motor/Frekwensi = 3000 rpm/50 Hz

(58)

BAB IV

UKURAN - UKURAN UTAMA POMPA

4.1. Poros Pompa

Poros merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dan putaran. Dalam hal ini fungsi poros adalah untuk memindahkan daya dan putaran motor penggerak ke impeler pompa. Hal - hal yang perlu

diperhatikan dalam perencanaan poros adalah :

• Kekuatan poros untuk menahan beban puntir, beban lentur ataupun gabungan keduanya

• Kekuatan poros untuk mengatasi getaran akibat lenturan serta defleksi putaran yang kasar

• Putaran kritis, dimana apabila poros dalam keadaan putaran kritis, maka poros akan mengalami getaran yang keras.

Dalam uraian diatas, maka perhitungan poros tergantung pada beban puntir, faktor-faktor kondisi kerja, tegangan geser dan jenis material.

Daya yang ditransmisikan adalah daya motor listrik sebesar 5,4 kW pada putaran 2970 rpm. Untuk dapat menahan beban tersebut direncanakan beban poros adalah baja krom nikel molibden (JIS G 4103) SNCM 25 yang digunakan sebagai material poros. Baja ini mempunyai kekuatan tarik (cr) sebesar 120 kg/mm2, (lampiran 7)

(59)

Dalam pemilihan bahan poros, yang perlu dipertimbangkan adalah tegangan geser yang diizinkan (tg) yang dapat diterima oleh bahan tersebut. Tegangan izin dari bahan poros adalah :

τg =

2 1xSf Sf

σ _{... (Lit.6, hal 8)}

Dimana :

τg = tegangan geser izin

Sfl = faktor keamanan bagi batas kelelahan puntir = 6 (untuk baja) Sf2 = faktor keamanan terhadap alur pasak dan perubahan daimeter poros (1,3 sampai 3,0) diambil 2,0

σ = Kekuatan tarik bahan = 120 kg/mm3

Maka diperoleh :

T =

2 6

120 3

x mm kg

= 10 kg/mm3

Momen puntir (T) yang bekerja pada poros dapat dihitung dengan persamaan :

T = 9,74.105

η

p s

P

Dimana:

Ps = daya yang ditransmisikan poros, kW

= Np (daya pompa) x fc (faktor koreksi)

(60)

Faktor koreksi (fc) diperlukan untuk mengatasi kemungkinan terjadinya daya yang besar pada saat start atau pada saat pembebanan maksimum yang terus menerus. Faktor koreksi yang diberikan poros dapat dilihat pada label berikut :

Tabel 4.1. Faktor koreksi daya

Daya yang ditransmisi Faktor koreksi (fc) Daya rata - rata yangdiperlukan

Daya maksimum yang diperlukan Daya nominal

1,2 : 2,0 0,8 : 1,2 1,0 :1,5

Sumber : Dasar Pcrcncanaan Elcmcn Mcsin, Sularso

Dari tabel diatas, dipilih harga fc sebesar 2,0 Sehingga diperoleh :

T = 9,74.105

η

p p

N

fc.

... (Lit.6, hal 7)

T = 9,74.105

2970 4 , 5 . 2

T = 3541,82 kg.mm

Diameter poros yang mengalami beban puntir, dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Ds =

3 / 1 . . 1 , 5

  

 _Kt_Cb_T

(61)

Dimana :

Kt = Faktor koreksi terhadap pembebanan yang terjadi

= 1 ,0 sampai 1 ,5 (beban dikenakan secara halus) diambil 1 ,4 Cb = Faktor koreksi untuk beban lentur (1 ,2 sampai 2,3) diambil 2,2 T = Momen puntir yang terjadi pada poros = 3541 ,82 kg.mm

τg = Tegangan geser yang diizinkan 10 kg/mm2

Dari harga - harga diatas diperoleh :

Ds =

3 / 1 82 , 3541 . 2 , 2 . 4 , 1 . 10 1 , 5    

Ds = 17,72 mm

Harga ini merupakan diameter nominal poros. Dari sumber standart poros dipilih diameter poros adalah 1 8 mm.(lampiran 9)

Untuk menguji keamanan poros terhadap tegangan geser yang terjadi dapat dihitung dari persamaan berikut :

τg = ₃

. 16

Ds T

τg = ₃

) 18 .( ) 82 , 3541 ).( 16 ( π

τg = 3,09 kg/mm2

Dari hasil perhitungan diatas, maka dapat dikatakan bahwa perencanaan poros dengan diameter 18 mm aman dalam pengoperasian, karena tegangan geser yang terjadi pada poros (tg = 3,09 kg/mm2) jauh lebih kecil dari tegangan geser

(62)

4.2. Diameter Impeler

Impeler berfungsi sebagai pengubah energi mekanis yang memberikan kerja kepada fluida melalui sudu-sudunya, sehingga energi yang dikandung fluida menjadi lebih besar. Dalam perencanaan, hal terpenting yang haras diperhatikan adalah pemilihan bahan impeler yang sesuai menanggulangi kondisi kerja pompa. Beberapa sifat yng harus dipenuhi oleh bahan impeler adalah kuat, tahan terhadap keausan tahan terhadap korosi, memiliki bobot yang ringan dan ekonomis. Berdasarkan kebutuhan jenis submersibel pump, yang mempunyai kelebihan yaitu tidak memerlukan pemeliharaan rutin dan jenis fluida kerjanya adalah air yang bersifat korosi maka bahan impeler yang dipilih adalah material Bronze.

Penetuan dimensi impeler tidak terlepas dari aliran yang terjadi diimpeler tersebut. Analisa perhitungan impeler berhubungan erat dengan kecepatan aliran pada impeler. Diagram aliran kecepatan aliran fluida dapata dilihat pada gambar 4.1. dibawah ini :

(63)

Keterangan gambar :

- U = Kecepatan tangensial impeler relatif terhadap tanah

- V = Kecepatan absolut fluida mclalui impeler relatif terhadap tanah - W = Kecepatan fluida relatif terhadap impeler

- α = Sudut yang dibentuk oleh V dan U

- β = Sudut yang dibentuk oleh W dengan perpanjangan U - Vr = Kompenen radial V

- Vu = Komponen tangensial V

Sedangkan penampang impeler dapat dilihal pada gambar 4.2 dibawah ini :

Gambar 4.2. Penampang Impeler Keterangan gambar :

Ds = Diameter poros impeler Dh = Diameter hub impeler D0 = Diameter mata impeler D1 = Diameter sisi masuk impeler D2 = Diameter sisi keluar impeler B1 = Lebar sisi masuk impeler

(64)

4.3 Dimensi Impeler Sisi Masuk

4.3.1 Diameter Hubungan Impeler (Dh)

Diameter hubungan impeler berdasarkan literarur dihitung dengan persamaan :

Dh = (l,2 ÷ l,4)Ds ... Lit 1. hal 93

Dimana : Ds = diameter poros = 18 mm Sehingga: Dh = (l,2 + 1,4) 18

= (21,6÷ 25,2)

= 25 mm (Direncanakan)

4.3.2 Diameter Mata Impeler

Diameter mata impeler dapat dihitung berdasarkan hukum kontinuitas dengan persamaan :

D0 =

2 / 1 2 0

. 4

    

  

+Dh Q

V

π ... (Lit. 8, hal 261)

Dimana:

Q = Kapasitas aliran melalui impeler, dibuat lebih besar (2% - 5%) dari kapasitas pompa, untuk mengatasi kerugian arus balik yang disebabkan fluida dari sisi tekan mengalir kembali masuk kebagian sisi isap melalui celah impeler yang berada diatas sisi masuk.

= (1,02-1,05) xQp

(65)

= (0,00623 - 0,00641) m3/s

= 0,0064 m/s(ditetapkan)

V0 = Kecepatan fluida sebelum masuk impeler

Harga ini harus tertentu, karena apabila melewati batas yang ditentukan akan menimbulkan kavitasi. Dari Gambar 4.3. untuk Q = 0,0064 m3/s dan putaran

2970 rpm, diperoleh V0 - 2,16 m/s.

Gambar 4.3 Harga Kecepatan Fluida Masuk Kemata Impeler Sehingga :

D0 =

2 / 1 2 025 , 0 ( 16 , 2 .

0064 , 0 ( 4

  

 ₊

D0 = 0,0663 m = 66,3 mm

Ditetapkan D0 = 67 mm

4.3.3. Diameter Sisi Masuk Impeler (D1)

Diameter sisi masuk impeler (D1) yang memiliki lengkung dapat dicari

dengan mengambil diameter rata-rata dari diameter mata impeler (D0) dan

(66)

D1 = 2 / 1 2 2 0

2   



 +D Dh

……… (Lit. 1, hal 94)

D1 =

2 / 1 2 2 2 ) 25 ( 67         +

D1 = 51 mm

4.3.4. Lebar Sisi Masuk (b1)

Lebar impeler pada sisi masuk dapat dihitung dengan persamaan :

b1 =

1 1 1. .

. '

ε π D Vr

……… (Lit. 1, hal 94)

Di mana :

Q’ = kapasitas aliran melalui impeler = kapasitas pompa = 0,0064 m3/s

D1 = diameter sisi masuk impeler = 49 mm

Vr1 = kecepatan radial sisi masuk

= (1,1 : 1,3) V0 ……… (Lit. 5, hal 94)

= (1,1 : 1,3) 2,16

= (2,376 : 2,808) diambil 2,8 m/s

ε1 = faktor kontraksi sisi masuk akibat pengurangan laluan fluida oleh tebal sisi

sudut impeler (0,8 sampai 0,9) direncanakan 0,85 ….. lit. 1, hal. 94 Maka :

b1 =

85 , 0 . 8 , 2 . 051 , 0 . 0064 , 0 π

(67)

4.3.5. Kecepatan Absolut Aliran Masuk Impeler (V1)

Pada perencanaan pompa ini impeler yang digunakan adalah jenis radial sehingga sudut α = 900 dan kecepatan aliran masuk absolut V1 = Vr1 = 2,8 m/s.

4.3.6. Kecepatan Tangensial Aliran Masuk Impeler (U1)

U1 =

60 . .D₁n_p π

……… (Lit. 1, hal 108)

U1 =

60 2970 . 051 , 0 . π

U1 = 7,9 m/s

4.3.7. Sudut Tangensial Aliran Masuk Impeler (U1) β1 = arc tan

U Vrl

……… (Lit. 1, hal 94)

β1 = arc tan

9 , 7 8 , 2

β1 = 19,50

4.3.8. Kecepatan Relatif Aliran Masuk Impeler (W1)

Dari segitiga kecepatan besarnya kecepatan sisi masuk impeler yaitu :

W1 = 1

sinβ rl

W1 = ₀

5 , 19 sin 8 , 2

(68)

Berdasarkan perhitungan di atas dapat digambarkan segitiga kecepatan pada sisi masuk impeler sebagai berikut :

Gambar 4.4. Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk

4.4. Dimensi Impeler Sisi Keluar

4.4.1. Diameter Sisi Keluar Impeler (D2)

Diameter sisi keluar impeler diperoleh dari persamaan :

D2 =

n H g

. . . 2 60

……… (Lit. 1. hal. 109)

Di mana :

Φ = koefisien tinggi overall (0,9 sampai 1,15) direncanakan 1,1 H = head pertingkat

= Hp : jumlah tingkat

= 55 : 4 = 13,75 m

np = putaran pompa = 2970 rpm

maka :

D2 =

2970 ..

75 , 13 . 81 , 9 . 2 1 , 1 . 60

(69)

4.4.2. Lebar Impeler Sisi Keluar (b2)

Lebar impeler pada sisi keluar dapat dihitung dengan persamaan :

b2 =

2 2.

. .

' ε π DpVr

……… (Lit. 1. hal. 98)

di mana :

Q’ = kapasitas aliran melalui impeler = kapasitas pompa = 0,0064 m3/s

D2 = diameter sisi keluar impeler = 116 mm ≈ 0,116 m

Vr2 = kecepatan radial sisi keluar

= (0,85 : 1,0) Vrl

= (0,85 : 1,0) 2,8

= (2,38 : 2,8) diambil 2,6

ε2 = faktor kontraksi untuk mengimbangi pengurangan luas

ε2 = (0,9 sampai 0,95) direncanakan 0,9

b2 =

9 , 0 . 6 , 2 . 116 , 0 .

0064 , 0

b2 = 0,0075 m ≈ 7,5 mm

4.4.3. Kecepatan Radial Keluar Impeler (Vr2)

Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler (Vr2) adalah : 2,6 m/s

4.4.4. Kecapatan Tangensial Aliran Keluar Impeler (U2)

U2 =

60 . .D₂ n_p π

(70)

U2 = 60 2970 . 116 , 0 . π

U2 = 18 m/s

4.4.5. Sudut Tangensial Aliran Keluar Impeler (β2)

Untuk menjaga head pompa yang dihasilkan sesuai dengan yang dibutuhkan, maka besar sudut tangensial harus didasarkan pada head virtual, (Hvir). Head virtual merupakan head semu yang dihasilkan pompa dengan

asumsi-asumsi ideal. Besarnya head virtual adalah :

Hvir = 

     ₋ =       ₋ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 tan tan . 1 β β Vr U g U Vr U U

g …… (Lit. 1, hal 96)

Ada tiga kemungkinan bentuk sudu berdasarkan sudut tangensial yaitu : - Sudut sudu tangensial < 900

Bentuk sudu bengkok ke belakang sehingga diperoleh head kecepatan yang kecil. Head kecepatan sangat sulit dikonversikan menjadi head tekanan secara efisien.

- Sudut sudu tangensial = 900

Bentuk sudu tegak lurus sehingga tinggi tekan harus konstan untuk semua kapasitas. Hal ini dapat tercapai dengan putaran yang bervariasi

- Sudut sudu > 900

Bentuk sudu bengkok ke depan, diperoleh head kecepatan yng besar. Head kecepatan yang besar menimbulkan gaya gesek yang besar dan membutuhkan pengarahan fluida yang sempurna sehingga kurang efisien.

(71)

Berdasarkan pertimbangan di atas bentuk sudu direncanakan bengkok ke belakang (sudut tangensial < 900)

Hubungan head virtual dengan head aktual pompa adalah :

H = k

g Vu

U₂. ₂

= k . Hvir ……….. (lit. 1 hal. 96)

Di mana :

k = merupakan konstanta untuk memperhitungkan aliran sirkulasi dan efisiensi hidrolik yang meliputi rugi-rugi gesekan dn turbulensi. Harga k bervariasi antar 0,6 sampai 0,7.

Dalam perencanaan ini harga k dipilih 0,6 sehingga head virtual menjadi : H = k . Hvir

Hvir =

K H

Hvir =

6 , 0

75 , 13

= 23 m

Untuk menghitung sudut tangensial sisi keluar adalah sebagai berikut :

Hvir = 

  



 ₋

2 2 2 2 2

tan . 1

βr

V U U g

Di mana :

Hvir = head virtual impeler = 23 m

U2 = kecepatan tangensial keluar impeler = 18 m/s

Vr2 = kecepatan radial keluar impeler = 2,6 m/s

(72)

Sehingga

β2 = arc tan 

  

 

−H g U V U vir r . . 2 2 2 2

β2 = arc tan

       

−23.9,81 18 6 , 2 . 18 2

β2 = 25,40

4.4.6. Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler (α2) Dari segitiga kecepatan :

α2 = arc tan 2 2

Vu Vr

Di mana ; Vu2 dapat diperoleh dari persamaan :

Vu2 = U2 - 2 2

tanβ r

Vu2 = 18 -

0 4 , 25 tan 6 , 2

Vu2 = 12,5 m/s

Sehingga : α2 = arc tan

5 , 12 6 , 2

(73)

4.4.7. Kecepatan Relatif Aliran Keluar Impeler (W2)

W₂ =

2 2

sin ' β r

W₂ =

4 , 25 sin

6 , 2

W₂ = 6 m/s

4.4.8 Kecepatan Aliran Keluar Impeler (V2)

V₂ =

2 2

sin ' β r

V₂ =

7 , 11 sin

6 , 2

V₂ = 12,8 m/s

4.5 Kecepatan dan Sudut Keluar Akibat Aliran Sirkulasi 4.5.1 Kecepatan Radial Keluar Akibat Sirkulasi (Vr2’)

Karena kapasitas aliran tetap sama, maka aliran sirkulasi (circulation flow) tidak mempengaruhi kecepatan radialnya, sehingga Vr2' = Vr2 = 2,6 m/s

4.5.2 Kecepatan Tangcnsial (Vu2’)

Kecepatan tangensial akibat aliran sirkulasi adalah : Vu2’ = η∞ x

V

_u₂ ... (Lit. I,hal33)

Dimana : = η∞ = koefisien sirkulasi (0,65 -=- 0,75) diambil 0,7 Maka:

Vu2’ = 0,7 x 12,5

(74)

4.5.3. Kecepatan absolut (V2’) Dari segitiga kecepatan : V'

2 = [(Vu2’) 2

+ (Vr2’)2 ]1/2

2 = [(8,75) 2

+ (2,6)2 ]1/2

V'₂ = 9,1 m/s

4.5.4. Sudut Absolut (α2’) α'

2 = arc tan

' ' 2 2 u r V v α'

2 = arc tan

1 , 9 6 , 2 α'

2 = 15,9 0

4.5.5. Sudut Tangensial (β2’) β'

2 = arc tan

' ' 2 2 2 Vu U vr − β'

2 = arc tan

75 , 8 18 6 , 2 − β'

2 = 15,7 0

4.5.6. Kecepatan Relatif Keluar (W2’) Dari segitiga kecepatan :

2 = _' 2 2 sin ' β r v

(75)

2 = ₀

7 , 15 sin 6 , 2 W'

2 = 9,6 m/s

Dari perhitungan kecepatan aliran dan sudut pada sisi keluar impeler, maka dapat digambarkan segitiga kecepatan seperti gambar 4.5 di bawah ini :

Gambar 4.5. Segitiga Kecepatan Fluida Pada Sisi Keluar 4.6. Perencanaan Sudu Impeler

4.6.1. Jumlah Sudu (Z)

Jumlah sudu impeler yang umum digunakan adalah (5 sampai 12) buah. Jumlah sudu dapat ditentukan dengan persamaan :

Z = 6,5

    +       − + 2 sin 1 2 1

2 1

2 β β D

D D D

……… (Lit. 1. hal 115)

Dimana :

D2 = diameter luar impeler = 116 mm

D1 = diameter sisi masuk impeler = 51 mm

β1 = sudut tangensial sisi masuk impeler = 19,50

β2 = sudut tangensial sisi keluar impeler = 25,40

Sehingga :

Z =6,5 _

     +     − + 2 4 , 25 5 , 19 sin 51 116 51

(76)

Z = 6,4 ≈ 7 buah sudu (direncanakan)

4.6.2. Tebal Sudu (t)

Tebal sudu pada sisi masuk dihitung dengan persamaan yaitu :

t =

Z D(1 ) . ε

π − _sin_β_{……… (Lit. 1. hal 106)}

Dimana :

D1 = diameter sisi masuk impeler = 51 mm

D2 = diameter sisi luar impeler = 116 mm

ε1 = faktor kontraksi sisi masuk = 0,85

ε2 = faktor kontraksi sisi keluar = 0,9

Z = jumlah sudu = 7 buah

β1 = sudut tangensial sisi masuk = 19,50

β2 = sudut tangensial sisi keluar = 25,40

Sehingga :

- Tebal sudu sisi masuk (t1)

t1 =

7 ) 85 , 0 1 ( 51 . −

π _{sin 19,5}0

(77)

- Tebal sudu sisi keluar (t2)

t2 =

7 ) 9 , 0 1 ( 116 . −

π _{sin 25,4}0

t2 = 2,3 mm (direncanakan)

4.6.3. Jarak Antara Sudu (s)

Jarak sudu pada sisi masuk (s1) dan sisi keluar (s2) impeler ditentukan

dengan persamaan :

s1 = Z

D₁ .

s1 = 7

51 .

s1 = 22,9 mm

s2 = Z

D₂ .

s2 =

6 116 . π s2 = 52 mm

4.7. Perencanaan sudu Difuser

Sudu difuser digunakan untuk menghasilkan tinggi tekan yang besar dan untuk pompa-pompa yang bertingkat banyak. Fungsi difuser adalah untuk mengubah energi kinetis (head dinamis) menjadi energi tekan (head tekan) selain itu juga sebagai saluran penghubung dari tingkat pertama ke tingkat selanjutnya.

(78)

4.7.1. Diameter sisi masuk (D3)

Dapat dihitung dengan persamaan :

D3 = D2 + (2 : 4) mm …….. (lit. 5. hal. 269)

D3 = 116 + (2 : 4) mmm

D3 = 120 mm (direncanakan)

4.7.2. Lebar Laluan Sisi Masuk (b3) Dapat dihitung dengan persamaan : b3 = b2 + (1 : 2) mm

b3 = 7,5 + 1

b3 = 8,5 mm

4.7.3. Diameter sisi keluar (D4) D4 = D3 x (1,2 : 1,4)

D4 = 120 x 1,3

D4 = 156 mm

4.7.4. Lebar sisi Keluar D4) D4 = b3 x (1,2 : 2,0)

D4 = 8,5 x 1,76

(79)

4.7.5. Kecepatan Radial Masuk (Vr3)

Vr3 =

3 3. .

b D

πτ Di mana :

τ = faktor penyempitan (1,07 : 1,15), diambil 1,12 Q’ = kapasitas aliran melalui impeler = 0,0064 m3/s

Sehingga :

Vr3 =

0085 , 0 . . 12 , 0 12 , 1 . 0064 , 0 π

Vr3 = 2,4 m/s

4.7.6. Kecepatan Tangensial Masuk (Vu3)

Vu3 = 

     3 2 r r

. Vu2

Di mana :

r2 = jari-jari sisi keluar

= 2 2 D = 2 116

= 58 mm

r3 = jari-jari sisi masuk

= 2 2 D = 2 120

= 60 mm

Sehingga :

Vu3 =  

60 58

. 12,5

(80)

4.7.7. Sudut Aliran Masuk Fluida (β3) β3 = arc tan

3 3

Vu V_r

β3 = arc tan 12

4 , 2

β3 = 11,30

4.7.8. Kecepatan Absolut Masuk (V3) V3 = [(Vr3)2 + (Vu3)2] ½

V3 = [(2,4)2 + (12)2] ½

V3 = 12,2 m/s

4.7.9. Kecepatan Radial Keluar (Vr4)

Vr4 =

4 4

. . '.

b D

πτ

Di mana : τ = faktor penyempitan (1,05 : 1,1) diambil 1

Vr4 =

015 , 0 . . 156 , 0

1 . 0064 , 0

Vr4 = 0,87 m/s

4.7.10. Sudut Aliran Keluar (β4)

Berdasarkan literatur, besarnya sudut keluar fluida berkisar 250 : 400 dan

dalam perencanaan ini diambil besar sudut aliran keluar sama dengan 250. (lit. 5,

(81)

4.7.11. Kecepatan Fluida Keluar (V4)

Dari segitiga kecepatan V4 dapat ditentukan :

V4 = 4 4

sinβ r

V4 = ₀

25 sin

87 , 0

V4 = 2,1 m/s

4.7.12. Jumlah Sudu Difuser (Zd)

Berdasar literatur jumlah sudu difuser dihitung dengan persamaan : Zd = Z + 1 ……….. (lit. 5. hal. 269)

Zd = 7 + 1

Zd = 8 buah

4.7.13. Tebal Sudu Difuser (t3)

Berdasarkan literatur t3 = t2 = 2 mm ……….. (lit. 5, hal. 269)

4.8. Melukis Bentuk Sudu

Untuk melukis bentuk sudu ada dua cara yaitu : - Metode Arkus Tangan

- Metode Kordinat Polar

Dalam perencanaan ini dipilih metode arkus tangan yakni impeler dimisalkan terbagi atas jumlah ring yang konsentris, di antaranya D1 dan D2 dengan jari-jari

(82)

masing-masing lingkaran R1, Ra, Rb, Rc dan R2. Jarak masing-masing lingkaran

konsentrasi diambil sama yaitu : ∆R =

i R R2 − 1

Di mana : R1 = jari-jari sudu lingkaran yang melalui tepi sudu bagian dalam

2 51 2

1 = D

= 25,5 mm

R2 = jari-jari sudu lingkaran yang melalui tepi sudu bagian luar

2 116 2

1 = D

= 58 mm

i = jumlah bagian yang dibentuk lingkaran konsentris, direncanakan 4 buah

Maka : ∆R =

4 5 , 25 58−

= 8,125 mm

Untuk mencari perubahan R di setiap lingkaran adalah : Ry = Rx + ∆R

Di mana : R3 = jari-jari lingkaran yang diukur

Rx = jari-jari lingkaran sebelumnya

Perubahan besar sudut kelengkungan sudu (∆β) linear terhadap perubahan ∆R : ∆β =

4 1 2 −B

∆β =

4 5 , 19 2 ,

25 0 − 0

(83)

Untuk mencari perubahan sudut kelengkungan P disetiap lingkaran adalah : βy = βx + ∆β

Dimana : βy = Sudut kelengkungan sudu yang diukur

βx = Sudut kelengkungan sudu yang sebelumnya.

Jari-jari kelengkungan sudu, Rk berdasarkan literatur dapat dihitung dengan persamaan :

Rk =

) . . ( 2 2 2

β

y x x

y x y Cos Cos

_R

R

− −

……….. (lit. 5, hal. 98)

Dimana :

x = lingkaran terdekat dengan pusat poros pada bagian lingkaran tertentu y = lingkaran terjauh dari pusat poros pada bagian lingkaran tertentu. Selanjutnya dari rumus-rumus diatas dibuat suatu tabel untuk mendapatkan jari-jari kelengkungan sudu.

Tabel 4.2 Jari-jari kelengkungan sudu

Ling- karan R β Cos

R

β

x x y

yCos

R

Cos

R

. − .

Rk = _

      − − ) . . ( 2 2 2

β

y x x

y x y Cos Cos

_R

R

1 25,5 19,5 24,03 - -

a 33,625 20,975 3 1 ,39 7,359 32,64

b 41,75 22,45 38,58 7,189 42,6

c 49,875 23,925 45,58 7 53,17

2 58 25,4 52,39 6,8 64,45

Cara melukis sudu :

1. Lukis lingkaran dengan jari-jari R1 dan R2 dengan pusat di titik 0

2. Lukis lingkaran a, b, c, diantar R1 dan R2 dengan ∆R = 8,125 mm

(84)

4. Buat busur lingkaran dititik A, sehingga memotong lingka ran a dititik B, jari-jari Rk = 32,64 mm dan berpusat di F pada kaki yang membentuk sudut β1

dengan OA

5. Buat busur lingkaran di titik B sehingga memotong lingkaran c dititk D dengan jari-jari Rk = 42,6 mm dan berpusat dititik G pada garis yang melalui

6. Buat busur lingkaran dititik C sehingga memotong lingkaran c dititk D dengan jari-jari Rk = 53,17 mm dan berpusat dititik H pada garis yang melalui CG 7. Buat busur lingkaran dititik D sehingga memotong lingkaran 2 dititk E dengan

jari-jari Rk = 64,45 mm dan berpusat dititik I pada garis yang melalui DH

8. Hubungkan A, B, C, D dan E yang merupakan garis lengkung sudu impeler seperti terlihat pada gambar berikut :

(85)

(1)

(lampiran 13):

- d = diameter dalam bantalan = 10 mm - D = diameter luar bantalan = 22 mm - C = Kapasitas nominal dinamir = 8.300 N - Co = Kapasitas nominal statis = 6.300 N

Gambar 5.10 Bantalan Atas

5.5.2.1 Pemeriksaaa Kekuatan Bantalan Atas

Beban ekivalen adalah beban yang memberikan umur yang sebenarnya untuk kondisi operasi bantalan. Besarnya beban ekivalen untuk bantalan dihitung dengan persamaan : (Lit 6, hal 135)

P = X.Fr + Y.Fa

Karena pada bantalan atas tidak ditanggung beban aksial, maka Fa = 0, sehingga: P = X . Fr + 0

= (0,4) (524,06) = 209,6 N

Dari faktor umur bantalan dapat ditentukan besarnya kapasitas nominal spesifik beban ekivalen, yaitu:

C = P fn fh

(2)

Dimana : fh = 3 , 0 500    Lh

... Lit 6 hal 136

fh = 3 , 0 500 000 . 25     fh = 3,23

fn = Faktor kecepatan (fh)

fn = 3 , 0 3 , 33     n fn = 3 , 0 2970 3 , 33     = 0,259

Maka : C = P fn fh

C = .209,06 259 , 0 23 , 3

(3)

BAB VI KESIMPULAN

Dari hasil perencanaan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Jenis pompa yang digunakan untuk menaikkan air dari sumur dalam tanah ke tangki penampungan adalah pompa benam (submersible pump) dengan multi tingkat.

2. Data spesifikasi pompa rancangan

• Kapasitas Pompa (Qp) = 22 m3/jam

• Head Pompa (Hp) = 55 m

• Putaran Pompa (np) = 2970 rpm

• Jenis Pompa = Sentrifugal dengan multi tingkat

• Putaran Spesifik Pompa (ns) = 1694

• Efisiensi Pompa (np) = 70%

• Type Impeler = Francis

• Daya Pompa (Np) = 4,7 kW

• Penggerak Pompa = Motor Listrik Kedap Air

• Putaran Motor/Frekwensi = 3000 rpm/50/Hz

• Daya Motor (Nm) = 5,4 Kw

3. Komponen Utama Pompa : 3.1 Poros

(4)

• Diameter poros tempat impeler = 18 mm

• Diameter poros tempat bantalan = 17 mm

3.2 Impeler

• Bahan = Bronze

• Diameter hubungan (Dh) = 25 mm

• Diameter mata impeler (Do) = 67 mm

• Diameter sisi masuk impeler (Dl) = 51 mm

• Diameter sisi keluar impeler (D2) = 116 mm

• Lebar impeler sisi masuk (b1) = 17 mm

• Lebar impeler sisi keluar (b2) = 7,5 mm

• Jumlah sudu (Z) = 7 buah

• Tebal sudu sisi masuk (tl) = 1,2 mm

• Tebal sudu sisi keluar (t2) = 2,3 mm

• Panjang sudu impeler = 79 mm

3.3 Difuser

• Bahan = Baja tuang

• Diameter sisi masuk difuser (D3) =120 mm

• Diameter sisi keluar difuser (D4) =156 mm

• Lebar laluan difuser sisi masuk (b3) = 8,5 nun

• Lebar laluan difuser sisi keluar (b4) =15 mm

• Jumlah sudu difuser = 8 buah

• Tebal difuser sisi masuk (t3) =2 mm 96

(5)

• Tebal difuser sisi keluar (t4) = 2 mm 3.4 Pasak

• Bahan = Baja krom SNCM 1 (JIS G 4103)

• Panjang pasak (1) = 25 mm

• Lebar pasak (b) = 5 mm

• Tinggi pasak (h) = 5 mm

• Kedalam alur pasak = 3 mm

3.5 Bantalan

3.5.1 Bantalan Atas

• Jenis bantalan = Needle Roller Bearing

• Diameter dalam bantalan (d) = 10 mm

• Diameter luar bantalan (D) = 22 mm

• Lebar bantalan (B) = 13 mm

3.5.2 Bantalan Bawah

• Jenis bantalan = Taper Roller Bearing

• Diameter dalam bantalan (d) = 17 mm

• Diameter luar bantalan (D) = 40 mm

(6)

DAFTAR PUSTAKA

1. Austin H. Church, Zulkifli Harahap, "Pompa dan Blower Sentrifugal",

Penerbit Erlangga. Jakarta, Cetakan kedua 1990.

2. Sularso, Haruo Tahara, "Pompa dan Kompresor, Pemakaian dan Pemeliharaan", Penerbit PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1991.

3. Igor J, Krasik, Wiliam C, Krutzsc, Waren H. Frase, Josep Messina, "Pump Hand Book", Me Graw Hill Book Company, New York, 1985.

4. Noerbambang Soufyan. Moh. Takeo Morimura, "Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing", Cetakan ke lima, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1993.

5. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono, "Turbin Pompa dan Kompresor", Penerbit Erlangga. Cetakan keempat, Jakarta, 1993.

6. Sularso, Koykatsu Suga, "Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin", Penerbit PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1985.

7. Stefanoft A. J., "Centrifugal and axial Flows Pump", Jhon Willey and Sons, New York, 1979.

8. M F Spotts, "Design of Machine Element 6th Edition", Simson and Schuster pte Singapore, 1991.

9. Streeter Victor. L, Wylei Benyamin, E, "Mekanika Fluida", Penerbit Erlangga, Jakarta, 1990.

10.Raghunath H, M., "Ground Water", revised Edition, Wiley Eastern Limited, New Delhi, 1983.

11.Hollowenko A.R, Cendy Prapto, "Dinamika Permesinan", Cetakan ke tiga, Erlangga, Jakarta, 1992.

Mesin Fluida Perancangan Pompa Yang Digunakan Untuk Kebutuhan Air Bersih Di Rumah Sakit Umum Dr. Pirngadi Medan

MESIN FLUIDA

Z

V

P

P

V

Z

H

V

P

V

V

V

P

V

V

D

H

H

( )

H

D

h

D

D

D

D

∑

n

n

n

H

H

H

n

η

H

Q

N

η

P

η

N

V

V

β

β

R

R

R

R

R

β

β

R

R

β

β

R

R

R

R

Parts

Dokumen yang terkait

Perancangan Sistem Pembayaran (Billing System) Pasien di Rumah Sakit Umum Inanta Padangsidempuan

Penilaian Kinerja RSUD Dr. Pirngadi Medan dengan Menggunakan Pendekatan Balanced Scorecard

Usulan Perbaikan Pelayanan RSUD Dr. Pirngadi Medan dengan Integrasi Fuzzy Servqual dan Quality Function Deployment (QFD)

Karakteristik Ibu Seksio Sesarea di Rumah Sakit Umum Sundari Medan Tahun 2012

Analisis Implementasi Keselamatan Pasien di Rumah Sakit Umum Deli Medan

Evaluasi Efektifitas Pemasaran Di Rumah Sakit Umum Monginsidi Medan

Gambaran Pengelolaan Rekam Medis Di Rumah Sakit Umum Rantauprapat Tahun 2003

Karakteristik Penderita Glaukoma Di RSU. Dr. Pirngadi Medan Tahun 2007

Peranan Public Relations pada Rumah Sakit Pirngadi Medan

Kecemasan Pasien Preoperasi di RSUD Dr. Pirngadi Medan

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan

_D

_R

_R