Perencanaan Pompa Sentrifugal untuk Memompakan Cairan Lateks dari Tangki Mobil ke Tangki Penampungan dengan Kapasitas 56 Ton/hari pada PT. Industi Karet Nusantara

PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL

UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE

TANGKI PENAMPUNGAN DENGAN KAPASITAS

56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik

OLEH :

ERICK EXAPERIUS SIHITE NIM : 090421067

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

SIKRIPSI

PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN

DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA

NAMA : ERICK EXAPERIUS S. NIM : 090421067

Telah disetujui Dosen Pembimbing Periode ke-170 tanggal 22 pebruari 2012

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001.

DOSEN PEMBANDING I, DOSEN PEMBANDING II,

Ir.Mulfi Hazwi,M.Sc Ir.Tekad Sitepu

NIP. 194910121981031002. NIP.195212221978031000.

Diketahui,

Ketua P.S. Teknik Mesin FT. USU

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001.

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 291/TS/2011

PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSI DITERIMA : 29-09-2011

FAKULTAS TEKNIK USU PARAF :

MEDAN

TUGAS SKRIPSI

NAMA : ERICK EXAPERIUS S.

NIM. : 090421067

MATA PELAJARAN : MESIN FLUIDA

SPESIFIKASI : -PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK

MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI

MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN DENGAN

KAPASITAS 56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA

-PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK -DIMENSI UTAMA POMPA

-GAMBAR TEKNIK

DIBERIKAN TANGGAL : 29 SEPTEMBER 2011

SELESAI TGL. : 19 JANUARI 2012

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN, 19 JANUARI 2012

FT. USU DOSEN PEMBIMBING,

DR.ING.IR.IKHWANSYAH ISRANURI DR.ING.IR.IKHWANSYAH ISRANURI

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSI MEDAN

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA

NO. 291 / TS/ 2011

Sub Program : Teknik Mesin Bidang tugas : Mesin Fluida

Judul Tugas : PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN

CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI

PENAMPUNGAN DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA

Diberikan tanggal : 29 september 2011 Selesai Tgl. : 19 januari 2012 Dosen pembimbing : Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Nama Mhs. : Erick Exaperius S.

NIP. 196412241992111001. NIM. : 090421067.

No. Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan

Dosen pemb.

1 29-09-2011 Spesifikasi Tugas

2 24-10-2011 Acc Bab I dan Bab II

3 29-10-2011 Perbaiki Bab III

4 01-11-2011 Perbaiki Bab III

5 04-11-2011 Acc Bab III

6 07-11-2011 Perbaiki Bab IV

7 10-11-2011 Perbaiki Bab IV

8 16-11-2011 Acc Bab IV

9 21-11-2011 Perbaiki Bab V

10 26-11-2011 Perbaiki Bab V

11 01-12-2011 Perbaiki Bab V

12 20-12-2011 Acc Bab V

13 12-01-2012 Gambar Teknik

14 18-01-2012 Acc Gambar Teknik

15 19-01-2012 Persiapan Seminar

Catatan :

1. Kartu harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing Diketahui,

setiap asistensi Ketua P.S. Teknik Mesin

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi FT. USU

3. Kartu ini dikembalikan kejurusan, bila kegiatan asistensi telah selesai

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001.

ABSTRAK

Untuk peningkatan produktifitas lateks, khususnya produksi benang karet (Rubber Thread), tidak terlepas dari mesin-mesin dan peralatan produksi yang memadai. Agar lebih efektif dan efisien pada proses produksi, maka dirancang mesin-mesin fluida yaitu pompa sentrifugal untuk memompakan cairan lateks dari tangki mobil ke tangki penampungan dengan kapasitas 56 ton/hari pada PT. Industri Karet Nusantara. Jenis pompa yang dirancang adalah pompa sentrifugal satu tingkat, dengan tipe impeler radial terbuka, head pompa 20 m, daya pompa 647,46 w. Pompa digerakkan oleh motor listrik, dengan daya motor 776,9 w, putaran/frekuensi motor yaitu 3000 rpm/50 Hz. Dengan demikian proses produksi akan berlangsung secara kontiniu, dimana lateks yang ada pada tangki mobil dapat di alirkan ke tangki penampungan sesuai dengan spesifikasi pompa tersebut.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas karunia dan izin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa untuk menyelesaikan Pendidikan Sarjana Ekstension pada Fakultas Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

Adapun tugas sarjana yang diberikan adalah “υerencanaan υompa Sentrifugal

untuk Memompakan Cairan Lateks dari Tangki Mobil ke Tangki Penampungan dengan Kapasitas 56 Ton/hari pada PT. Industi Karet σusantara”. υenulis menyadari bahwa tugas ini tidak luput dari kekurangan dan kesilapan, untuk ini penulis mengharapkan adanya saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus Dosen pembimbing tugas sarjana ini yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan sepenuhnya dari awal hingga akhir selesainya tugas sarjana ini;

2. Dosen Pembanding I Ir.Mulfi Hazwi,M.Sc 3. Dosen Pembanding II Ir.Tekad Sitepu

4. Para dosen dan staf pengajar pada Departemen Teknik Mesin FT-USU yang telah memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan;

5. Bapak pimpinan beserta staf dan karyawan General PT. Industri Karet Nusantara yang telah memberikan waktu dan tempat bagi penulis untuk melaksanakan survey dan memberikan pengarahan bagi penulis;

6. Yang penulis kasihi dan sayangi kepada kedua orangtua penulis, yang telah banyak memberikan bantuan materi dan moril kepada penulis selama ini.

7. Teman-temanku di Teknik Mesin Ekstension, terimakasih atas bantuannya semua. Akhir kata semoga tugas sarjana ini bermanfaat bagi kita semua dan semoga kita tetap dilindungi oleh Tuhan yang Maha Esa.

Medan, Januari 2012 Penulis,

Erick Exaperius Sihite NIM 090421067

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

LEMBARAN SPESIFIKASI. ... iii

LEMBARAN ASISTENSI ... iv

ABSTRAK ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR NOTASI ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penulisan ... 2

1.3 Manfaat Penulisan ... 2

1.4 Metodologi Penulisan ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Mesin Fluida ... 4

2.2 Pompa ... 4

2.3 Klasifikasi Pompa ... 5

2.3.2 Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump) ... 7

2.3.3 Pompa-pompa jenis Khusus ... 16

2.4 Dasar Perencanaan Pompa ... 16

2.5 Dasar Pertimbangan Pemilihan Pompa ... 18

2.6 Putaran Spesifik Pompa ... 19

2.7 Daya Pompa ... 20

BAB III PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK ... 21

3.1 Penentuan Kapasitas Pompa ... 21

3.2 Pemilihan Jumlah Pompa ... 23

3.3 Penentuan Head Pompa ... 24

3.3.1 Perbedaaan Head Tekanan ... 25

3.3.2 Head Statis ... 25

3.3.3 Perbedaan Head Kecepatan ... 29

3.3.4 Kerugian Head Pada Pipa Isap ... 30

3.3.4.1 Kerugian Head Pada Pipa Isap ... 30

3.3.4.2 Kerugian Head Pada Pipa Tekanan ... 33

3.4 Alat Penggerak Pompa ... 35

3.5 Pemilihan Jenis Impeler ... 36

3.6 Putaran Spesifik Pompa ... 37

3.7 Efisiensi Pompa ... 39

3.8 Daya Pompa ... 40

3.9 Daya Motor Penggerak ... 40

3.10 Kavitasi ... 41

3.11 Net Positive Section Head (NPSH) ... 41

3.11.1 NPSH Yang Tersedia ... 42

3.12 spesifikasi Pompa ... 43

BAB IV UKURAN UTAMA POMPA ... 44

4.1 Putaran Pompa ... 44

4.2 Dimensi Impeler ... 46

4.2.1 Diameter hub Impeler ... 48

4.2.2 Diameter Mata Impeler ... 48

4.2.3 Diameter Sisi Masuk Impeler ... 49

4.2.4 Diameter Sisi Keluar Impeler ... 49

4.2.5 lebar Impeler Sisi Masuk ... 50

4.2.6 Lebar Impeler Pada Sisi Keluar ... 51

4.2.7 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler... 51

4.2.7.1 Kecepatan Absolut Aliran Masuk Impeler ... 51

4.2.7.2 Kecepatan Tangensial Aliran ... 51

4.2.7.3 Sudut Tangensial Aliran ... 52

4.2.7.4 Kecepatan Relatif Aliran ... 52

4.2.8 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler ... 52

4.2.8.1 Kecepatan Radial aliran ... 52

4.2.8.2 Kecepatan Tangensial ... 52

4.2.8.3 Sudut Tangensial ... 53

4.2.8.4 Sudut Absolut Keluar Impeler ... 54

4.2.8.5 Kecepatan Absolut Aliran ... 54

4.2.8.6 Kecepatan Relatif Keluar ... 54

4.2.9 Kecepatan Sudut Keluar Akibat Adanya aliran Sirkulasi ... 55

4.2.9.1 Kecepatan Radial... 55

4.2.9.2 Kecepatan Absolut ... 55

4.2.9.4 Sudut Absolut ... 55

4.2.9.5 Kecepatan Relatif ... 56

4.3 Perencanaan Sudu Impeler ... 57

4.3.1 Jumlah Sudu ... 57

4.3.2 Tebal Sudu ... 57

4.3.2.1 Tebal Sudu Pada Sisi Masuk ... 58

4.3.2.2 Tebal Sudu Pada Sisi Keluar ... 58

4.3.3 Jarak Antar Sudu Impeler ... 58

4.3.4 Melukis Bentuk Sudu Impeler ... 59

4.3.5 Panjang Sudu ... 62

4.4 Rumah Pompa ... 63

4.4.1 Luas Penampang Leher Volute ... 65

4.4.1.1 Jari-Jari Volute ... 66

4.4.1.2 Sudut lidah Volute ... 68

4.4.2 Tebal Dinding Rumah Pompa ... 69

BAB V ANALISA GAYA PADA POROS ... 71

5.1 Berat Impeler ... 71

5.1.1 Berat Roda Impeler ... 71

5.1.2 Berat Sudu Impeler ... 72

5.2 Berat Poros ... 73

5.3 Gaya Radial ... 75

5.4 Gaya Aksial ... 75

5.4.1 Gaya Akibat Perbedaan Tekanan... 76

5.4.2 Gaya Aksial Akibat Momen Fluida ... 76

5.5 Perhitungan defleksi Pada Poros ... 78

5.6.1 Defleksi Akibat Beban Terbagi Rata q1... 80

5.6.2 Defleksi Akibat Beban Terbagi rata q2 ... 81

5.6.3 Defleksi Akibat Beban Terbagi rata q3 ... 82

5.7 Putaran Kritis ... 83

5.8 Perhitungan Bantalan ... 84

5.8.1 Bantalan Pada Tumpuan A dan B ... 84

5.9 Perencanaan Pasak ... 86

5.9.1 Pemeriksaan Terhadap Tegangan Geser ... 87

5.9.2 Pemeriksaan Terhadap Tegangan Tumbuk ... 89

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 90

6.1 Kesimpulan 6.1.1 Spesifikasi Pompa ... 90

6.1.2 Spesifikasi Penggerak Pompa ... 90

6.1.3 Ukuran-Ukuran Impeler... 90

6.2 Saran ... 91

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar Nama Gambar Halaman

2.1 Screw pump ... 5

2.2 Gear Pump ... 6

2.3 Vane Pump ... 6

2.4 Pompa Torak ... 7

2.5 Impeler Jenis Radial ... 8

2.6 Impeler Jenis Francis ... 9

2.7 Impeler Jenis Aliran aksial ... 9

2.8 Impeler Jenis Aksial ... 10

2.9 Pompa Volut ... 10

2.10 Pompa Difuser ... 11

2.11 Pompa Vorteks ... 11

2.12 Pompa Bertingkat Banyak ... 12

2.13 Pompa Sentrifugal ... 13

2.14 Pompa Aliran Campur ... 13

2.15 Pompa Aliran Aksial ... 14

2.16 Pompa Aliran Campur Poros Tegak dan pompa isapan ganda ... 14

3.1 Instalasi Pemipaan ... 27

3.2 Diagram Isometris ... 28

3.3 Jenis (model) Impeler... 37

3.4 Grafik Hubungan Bentuk Impeler Dengan ... Putaran Spesifik Pompa ... 38

3.5 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran Spesifik ... 39

4.1 Diagram Kecepatan Fluida Masuk dan Keluar Impeler... 46

4.3 Segitiga Kecepatan Fluida Masuk Pada Sisi Masuk ... 52

4.4 Diagram Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar impeler ... 56

4.5 Bentuk Sudu Impeler ... 62

4.6 Rumah pompa Keong ... 64

4.7 Grafik Harga Cthr/u2Sebagai Fungsi ns ... 65

5.1 Bentuk dan Ukuran Impeler ... 72

5.2 Bentuk dan Ukuran Poros ... 74

5.3 Pembebanan Pada poros ... 75

5.4 Beban pada poros ... 78

5.5 Beban Poros Terbagi Rata... 78

5.6 Defleksi Akibat Beban Impeler... 80

5.7 Defleksi Akibat Beban Terbagi Rata q1 ... 80

5.8 Defleksi Akibat Beban Terbagi Rata q2 ... 81

5.9 Defleksi Akibat Beban Terbagi rata q3 ... 82

5.10 Bantalan Bola ... 84

DAFTAR TABEL

Tabel Nama tabel Halaman

2.1 Perbandingan sifat pompa sentrifugal dan torak ... 19

3.1 Pemilihan jumlah pompa ... 23

3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pipa isap... 32

3.3 Koefisien kerugian head pada kelengkapan pipa ... 33

4.1 Jari-jari busur sudu impeler... 60

4.2 Panjang busur ... 63

4.3 Penampang dan jari-jari volute ... 68

5.1 Berat bagian tiap impeler ... 72

5.2 Berat poros ... 74

DAFTAR NOTASI

Simbol Latin Arti Satuan

A Luas penampang [m2]

B Lebar bantalan [m]

B Lebar pasak [m]

b1 Lebar sisi masuk impeler [m]

b2 Lebar sisi keluar impeler [m]

Q Kapasitas nominal dinamis spesifik [N]

C0 Kapasitas nominal statis spesifik [N]

D Diameter luar bantalan [m]

D Diameter dalam bantalan [m]

Di Diameter dalam pipa [m]

Ds Diameter poros pompa [m]

Co Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler [m/det]

D0 Diameter mata impeler [m]

D1 Diameter sisi masuk impeler [m]

D2 Diameter sisi keluar impeler [m]

Dh Diameter hub impeler [m]

F Koefisien gesek

Fc Faktor koreksi daya

Fs Faktor slip transmisi

Fn Faktor kecepatan

g Percepatan gravitasi [m/det2]

Ha Head aktual [m]

Hp Head pompa [m]

ΔHp Perbedaan tekanan [m]

ΔHv Perbedaan head tekanan [m]

hr Head loses akibat kekarasan permukaan pipa [m]

hm Head loses sepanjang instalasi pemipaan pompa [m]

hL Head loses sepanjang insdtalasi pemipaan pompa [m]

hk Tinggi pasak [m]

I Momen inersia [m4]

k Koefisien kerugian head [m]

L Panjang pipa [m]

Ld Panjang pipa tekan [m]

Ls Panjang pipa isap [m]

Ln Panjang sudu [m]

M Massa [kg]

Mt Momen torsi [Nm]

Nd Daya rencana yang ditransmisikan poros [Hp]

Nm Daya motor listrik [Hp]

Np Daya poros pompa [Hp]

np Putaran poros [rpm]

ns Putaran spesifik pompa [rpm]

Pi Tekanan dibelakang impeler [Pa]

P Tekanan didepan impeler [Pa]

Pv Jarak antar sudu [m]

Qp Kapasitas pompa [m3/s]

Qts Kapasitas teoritis pompa [m3/s]

Re Bilangan reynold

R1 Jari-jari lingkaran sudu masuk keluar impeler [m]

R2 Jari-jari lingkaran sudu keluar keluar impeler [m]

R3 Jari-jari dalam volute [m]

u1 Kecepatan tangensial masuk impeler [m/det]

u2 Kecepatan tangensial keluar impeler [m/det]

vd Kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan [m/det]

vs Kecepatan aliran fluida dalam Pipa Isap [m/det]

Vo Kecepatan absolut fluida saat akan memasuki impeler [m/det]

vr1 Kecepatan radial pada sisi masuk [m/det]

vr2 Kecepatan radial pada sisi keluar [m/det]

vu Komponen tangensial kecepatan absolut fluida [m/det]

v1 Kecepatan absolut fluida pada sisi masuk impeler [m/det]

v2 Kecepatan absolut fluida pada sisi keluar impeler [m/det]

V Viskositas kinematik [m/det]

w1 Kecepatan relative pada sisi masuk impeler [m/det]

w2 Kecepatan relative pada sisi keluar impeler [m/det]

Zi Jumlah sudu

Z1 Head hisap pompa [m]

Z2 Head statis pompa [m]

Symbol Yunani

α Sudut antara v dan u [◦]

β Sudut antara w dan u [◦]

Δβ Perubahan sudut impeler [◦]

Berat jenis material [N/m3]

Koefisien tinggi tekan

σB Kekuatan tarik bahan [N/m2]

Tegangan geser yang timbul [N/m2]

gi Tegangan geser izin [N/m2]

ρ Tegangan tumbuk yang timbul [N/m2]

ϖ Kecepatan sudut kritis [rad/s]

Rk Jari-jari besar sudu [m]

p Efisiensi pompa [o/o]

ABSTRAK

Untuk peningkatan produktifitas lateks, khususnya produksi benang karet (Rubber Thread), tidak terlepas dari mesin-mesin dan peralatan produksi yang memadai. Agar lebih efektif dan efisien pada proses produksi, maka dirancang mesin-mesin fluida yaitu pompa sentrifugal untuk memompakan cairan lateks dari tangki mobil ke tangki penampungan dengan kapasitas 56 ton/hari pada PT. Industri Karet Nusantara. Jenis pompa yang dirancang adalah pompa sentrifugal satu tingkat, dengan tipe impeler radial terbuka, head pompa 20 m, daya pompa 647,46 w. Pompa digerakkan oleh motor listrik, dengan daya motor 776,9 w, putaran/frekuensi motor yaitu 3000 rpm/50 Hz. Dengan demikian proses produksi akan berlangsung secara kontiniu, dimana lateks yang ada pada tangki mobil dapat di alirkan ke tangki penampungan sesuai dengan spesifikasi pompa tersebut.

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Untuk mempercepat dan meningkatkan produksi dalam hal kuantitas maupun kualitas, disamping sumber daya manusia (SDM) yang harus ditingkatkan, mesin-mesin dan peralatan produksi juga harus ditingkatkan. Mesin-mesin merupakan parameter yang sangat penting pada suatu pabrik industri. Salah satu mesin yang banyak digunakan pada suatu pabrik adalah pompa. Dengan adanya pompa maka akan mempercepat proses produksi.

Pada pabrik industri benang karet (Rubber Thread), pompa digunakan untuk memompakan lateks dari tangki truk ke tangki penampungan. Disamping itu juga pompa digunakan untuk memompakan bahan-bahan (zat-zat) seperti anti oksidan dan bahan-bahan pulkanisasi seperti zat warna, belerang, seng oksida yang sudah dicampur dengan air (dalam bentuk dispersi) ke tangki pencampur lateks. Lateks yang telah dipompakan ke tangki penampungan dan tangki pencampur akan mengalir secara gravitasi ke tangki-tangki produksi untuk diolah.

Industri benang karet (Rubber Thread) adalah salah satu industri yang semakin berkembang saat ini. Hasil industri benang karet banyak diekspor keluar negeri baik negara-negara Eropa, Asia dan Amerika. Benang karet yang dihasilkan adalah jenis Talcum Round Section dengan berbagai jenis ukuran (count) dan warna.

Begitu banyak kegunaan benang karet dan begitu diperlukan, maka semakin banyak pabrik industri benang karet berdiri. Persainganpun semakin tinggi dan benang karet dengan kualitas terbaik yang dipilih dan dipakai konsumen. Untuk itu pabrik industri benang karet berupaya menghasilkan produk dengan kualitas standard. Adanya pompa pada pabrik benang karet sangat penting dan sangat besar peranannya dalam hal mempercepat produksi.

1.2 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari perencanaan ini adalah :

1. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh dibangku kuliah terutama mata kuliah Mesin Fluida.

2. Untuk mengetahui Dimensi Utama Pompa Sentrifugal yang dapat membantu kelancaran produksi pada pabrik karet PT.Industri Karet Nusantara.

1.3 Manfaat Penulisan

Adapun manfaat dari penulisan skripsi ini adalah untuk memberikan informasi bagi kalangan dunia pendidikan supaya lebih memahami dan mengetahui aplikasi pelajaran yang didapat di bangku kuliah terutama dalam mata kuliah Mesin Fluida.

1.4 Metodologi Penulisan

Metodologi yang digunakan dalam penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Survey lapangan, berupa peninjauan ke lokasi pabrik dengan pihak-pihak yang terkait. 2. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, studi internet, serta kajian-kajian dari

buku-buku tulisan yang berhubungan dengan perencanaan ini. 3. Perencanaan Dimensi Utama Pompa Sentrifugal.

1.5 Batasan Masalah

Pompa yang direncanakan adalah pompa untuk memompakan lateks dari tangki truk ke tangki penampungan.

Adapun alasan penggunaan pompa ini adalah:

1. Tekanan pada tangki truk jauh lebih kecil dari tangki penampungan lateks.

2. Dibutuhkan waktu yang singkat agar tidak terjadi penggumpalan (coagulant) lateks pada tangki truk.

3. Tangki penampungan lateks yang cukup tinggi.

Ruang lingkup perencanaan berdasarkan spesifikasi yang diberikan meliputi: 1. Penentuan jenis/type pompa yang digunakan.

2. Penentuan kapasitas dan head pompa. 3. Ukuran-ukuran utama pompa.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Fluida

Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis poros menjadi energi potensial fluida, atau sebaliknya mengubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Dalam hal ini fluida yang dimaksud adalah berupa cair, gas dan uap.

Sesuai dengan pengertian diatas, maka berdasarkan fungsinya mesin fluida dapat dibedakan atas dua golongan, yaitu:

1. Mesin tenaga, yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi (energi potensial atau energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Mesin yang termasuk golongan ini adalah: turbin, kincir air dan kincir angin.

2. Mesin kerja, yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis poros menjadi energi fluida (energi potensial atau energi kinetik). Mesin yang termasuk golongan ini adalah: pompa, kompresor dan blower.

2.2 Pompa

Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan mesin kerja. Pompa berfungsi untuk mengalirkan fluida dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi. Disamping itu juga pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah, misalnya pada sistem pemipaan yang panjang dan berkelok-kelok.

2.3 Klasifikasi Pompa

Pompa dapat diklasifikasikan secara umum berdasarkan pemberian energi pada fluida kerjanya, yaitu:

1. Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump)

2. Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump)

2.3.1 Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump)

Pompa jenis ini bekerja dengan prinsip memberikan tekanan secara periodik pada fluida yang terkurung dalam rumah pompa sehingga tekanan statisnya naik. Pompa jenis ini umumnya digunakan untuk kapasitas kecil dan head yang tinggi. Pompa yang termasuk jenis ini adalah:

• υompa υutar (Rotary Pump)

Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung antara ruangan rotor dan rumah pompa, selanjutnya didorong keruang tekan dengan gerak putar dari rotor sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akan dikeluarkan melalui sisi tekan. Contoh pompa jenis ini adalah: gear pump, srew pump dan vane pump.

Gambar 2.2 Gear Pump

Gambar 2.3 Vane Pump

• υompa Torak (Reciprocating Pump)

Pompa torak mempunyai bagian utama berupa torak yang bergerak bolak- balik didalam silinder. Fluida masuk melalui katup isap (suction valve) ke dalam silinder dan kemudian ditekan oleh torak, sehingga tekanan statis fluida naik dan sanggup mengalirkan fluida keluar melalui katup tekan (discharge valve). Contoh pompa tipe ini adalah: pompa diafragma dan pompa plunyer.

Gambar 2.4 Torak Pump

2.3.2 Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump)

Pompa tekanan dinamis disebut juga rotodynamic pump, turbo pump atau interpeler pump. Pompa ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

• Mempunyai bagian utama merupa sudu dengan kurungan sudu disekeliling poros putar. • Melalui sudu-sudu, fluida mengalir secara kontinue, dimana fluida berada diantara

sudu-sudu tersebut.

Energi mekanis dari luar diberikan pada poros untuk memutar impeler. Akibatnya fluida yang berada dalam impeler oleh dorongan sudu-sudu akan terlempar menuju saluran keluar,

Pada proses ini fluida akan mendapat percepatan sehingga fluida tersebut memiliki energi kinetik. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan energi kinetik akan berubah menjadi energi tekanan di sudu-sudu pengarah atau di dalam rumah pompa.

Berdasarkan arah aliran fluida, maka impeler dapat dibedakan atas:

Arah aliran fluida masuk impeler sejajar dengan poros pompa dan keluar dari impeler dengan arah radial. Head yang dihasilkan dapat mencapai di atas 50 meter kolom air dengan putaran 500 - 1500 rpm. Perbandingan diameter buang (discharge) dengan diameter mata sisi masuk (inlet eye diameter) adalah sekitar 2 dan secara praktis dipakai pada mesin-mesin yang bertingkat banyak.

Gambar 2.5 Impeler Jenis Radial

• Impeler Jenis Francis

Pada impeler ini, arah aliran fluida sama dengan aliran pada jenis radial hanya head yang dihasilkan lebih kecil tetapi kapasitas lebih besar. Kecepatan putar spesifiknya berkisar 1500 - 4500 rpm. Sudut sisi masuk harus berkurang sesuai dengan jari-jarinya (kecepatan keluar impeler) untuk menjamin masuknya fluida dengan mulus, sehingga bentuknya seperti turbin francis. Jenis impeler ini dapat juga dipakai untuk impeler isapan ganda.

● Impeler Jenis Aliran Campuran

Arah aliran fluida impeler sejajar dengan poros pompa dan keluar dari impeler dengan arah radial dan aksial. Bila dibandingkan dengan jenis impeler francis, head yang dihasilkan lebih rendah dengan putaran spesifik yang lebih besar sekitar 4500 - 8000 rpm. Diameter buang rata-rata besarnya sama dengan diameter sisi masuk, walaupun dapat juga lebih kecil. Impeler dibuat berbentuk sekrup.

Gambar 2.7 Impeler Jenis Aliran Campuran

● Impeler Jenis Aksial

Jenis impeler ini memiliki aliran fluida masuk dan keluar dengan arah aksial. Gaya sentrifugal yang bekerja tidak ada sehingga semua head yang ditimbulkan adalah akibat dari tekanan sudu-sudu. Impeler jenis ini digunakan untuk head yang rendah (3 - 40) ft dengan kapasitas aliran yang besar. Impeler jenis aksial ini mempunyai putaran spesifik yang tinggi yaitu diatas 8000 rpm.

Pompa tekanan dinamis dapat dibedakan berdasarkan berbagai kategori, yaitu: A. Berdasarkan bentuk rumah.

1. Pompa Volut

Pompa ini khusus untuk pompa sentrifugal. Aliran fluida yang meninggalkan impeler secara langsung memasuki rumah pompa yang berbentuk volut (rumah siput), sebab diameternya bertambah besar.

Gambar 2.9 Pompa Volut

2. Pompa Difuser

Konstruksi pompa ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) disekeliling saluran keluar impeler. Pemakaian diffuser ini akan memperbaiki efisiensi pompa. Diffuser ini sering digunakan pada pompa bertingkat banyak dengan head yang tinggi.

Gambar 2.10 Pompa Difuser

3. Pompa Vorteks

Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut. Pompa ini tidak menggunakan diffuser, namun memakai saluran yang lebar. Dengan demikian pompa ini tidak mudah tersumbat dan cocok untuk pemakaian pada pengolahan cairan limbah.

Gambar 2.11 Pompa Vorteks

B. Berdasarkan jumlah tingkat. 1. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai sebuah impeler. Pada umumnya head yang dihasilkan pompa ini impeller rendah, namun konstruksinya sederhana.

2. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasang secara berderet pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeller tingkat pertama akan diteruskan ke

impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga tingkat terakhir. Head total pompa merupakan penjumlahan head yang dihasilkan oleh masing-masing impeler.

Gambar 2.12 Pompa Bertingkat Banyak

C. Berdasarkan jenis impeler. 1. Pompa Sentrifugal

Pompa ini menggunakan impeler jenis radial atau francis. Aliran zat cair yang keluar dari impeler akan melalui bidang tegak lurus poros pompa. Impeler dipasang pada satu ujung poros dan pada ujung lainnya dipasang kopling sebagai penggerak poros pompa.

2. Pompa aliran campur.

Pompa ini menggunakan jenis aliran campur (mix flow). Aliran akan keluar dari impeler sesuai dengan arah bentuk permukaan kerucut rumah pompa.

Gambar 2.14 Pompa Aliran Campuran

3. Pompa aliran aksial.

Pompa ini menggunakan impeler jenis aksial dan zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder rumah pompa ke arah luar. Konstruksinya mirip dengan pompa aliran campur, kecuali bentuk impeler dan difusernya.

Gambar 2.15 Pompa Aliran Aksial

D. Berdasarkan letak poros 1. Pompa poros mendatar.

Pompa ini mempunyai poros dengan posisi horizontal (Gambar 2.9 s/d 2.15). Pompa jenis ini memerlukan tempat yang relatif lebih luas.

Poros pompa ini berada pada posisi vertikal. Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa kolom utama bantalan. Pompa ini memerlukan tempat yang relatife kecil dibandingkan dengan poros mendatar. Penggerak pompa umumnya diletakkan diatas pompa.

Gambar 2.16 Pompa Aliran Campur Poros Tegak dan pompa isapan ganda E. Berdasarkan belahan rumah

1. Pompa belahan mendatar.

Pompa ini mempunyai belahan rumah yang dapat dibelah dua menjadi bagian atas dan bagian bawah oleh bidang mendatar yang melalui sumbu poros. Jenis pompa ini sering digunakan untuk pompa berukuran menengah dan besar dengan poros mendatar.

2. Pompa belahan radial.

Rumah pompa ini terbelah oleh sebuah bidang tegak lurus poros. Belahan rumah pompa seperti ini sering digunakan pada pompa kecil dan umumnya untuk pompa – pompa dengan poros tegak.

F. Berdasarkan sisi masuk impeler 1. Pompa isapan tunggal

Pada pompa ini fluida masuk dari sisi impeler. Konstruksinya sangat sederhana, sehingga sangat sering dipakai untuk kapasitas yang relatif kecil. Adapun bentuk konstruksinya terlihat pada gambar 2.9 s/d 2.16.

2. Pompa Isapan ganda

Pompa ini memasukkan fluida melalui dua sisi isap impeler. Pada dasarnya pompa ini sama dengan dua buah impeler pompa isapan tunggal yang dipasang bertolak-belakang dan dipasang beroperasi secara paralel. Dengan demikian gaya aksial yang terjadi pada kedua impeler akan saling mengimbangi dan laju aliran total adalah dua kali laju aliran tiap impeler. Oleh sebab itu pompa itu banyak dipakai untuk kebutuhan dengan kapasitas yang besar.

2.3.3 Pompa-pompa Jenis Khusus

• υompa dengan Motor Benam (Submersible Motor)

Pompa biasanya digunakan untuk memompa fluida dari sumur yang sangat dalam. Pompa dan motor penggeraknya merupakan satu kesatuan dan keduanya dipasang terbenam dibawah permukaan fluida.

• υompa Kriogenik

Pompa jenis ini mempunyai konstruksi dimana penggeraknya merupakan satu unit dengan pompa. Pompa jenis ini digunakan untuk melayani pemompaan yang mengharuskan tidak terjadinya kebocoran yaitu pada fluida-fluida hasil proses pendinginan kriogenik.

• υompa memancing sendiri (Self Priming Pump)

Tidak seperti pompa yang lainnya, pompa ini beroperasi tanpa perlu dipancing terlebih dahulu. Pompa ini biasanya berukuran kecil dan digunakan untuk keperluan darurat atau tidak terus menerus.

• υompa υasir

Pompa ini digunakan untuk memindahkan zat cair yang mengandung pasir atau butiran zat padat dalam ukuran besar. Pompa ini mempunyai impeler terbuka dengan jumlah sudu sedikit untuk mencegah terjadinya sumbatan pasir pada celahnya.

2.4 Dasar Perencanaan Pompa

Dalam merencanakan sebuah pompa sebagai peralatan untuk memindahkan fluida dari satu tempat ke tempat yang lain dengan head (tinggi tekan) tertentu, diperlukan beberapa syarat utama, antara lain:

1. Kapasitas

Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa tersebut persatuan waktu. Kapasitas pompa tergantung kepada kebutuhan yang harus dipenuhi dengan fungsi pompa yang direncanakan.

2. Head Pompa

Head Pompa adalah besarnya energi yang dibutuhkan oleh pompa untuk dapat menaikkan/memindahkan fluida dari keadaan awal ke keadaan baru. Head pompa dinyatakan dalam satuan tinggi kolom air (dalam meter).

3. Sifat Zat Cair

Pengertian sifat zat cair disini adalah sifat dari zat cair yang meliputi tekanan, temperatur, viskositas, massa jenis dan kandungan zat padat.

4. Kondisi Kerja

Pada perencanaan pompa harus dipertimbangkan jumlah operasi pompa (dalam jam) yang dihitung pertahun, kondisi pemakaian pompa apakah bekerja terus menerus atau terputus-putus, dan pengaruh kondisi kerja terhadap pemilihan pompa.

5. Motor Penggerak

6. Tempat instalasi

Dalam hal ini perlu diketahui pembatasan – pembatasan pada ruang instalasi, ketinggian di atas permukaan laut, kondisi tempat pompa di luar atau di dalam gedung, fluktuasi temperatur lingkungan.

2.5 Dasar Pertimbangan Pemilihan Pompa

Dalam hal pemilihan jenis pompa ini, sebagai dasar pertimbangan adalah keuntungan dan kerugian dari jenis-jenis pompa tersebut. Untuk memenuhi kebutuhan pemindahan zat cair, pompa yang digunakan pada umumnya adalah jenis pompa torak dan pompa sentrifugal. Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa yang akan digunakan tersebut adalah fungsi pompa dan instalasi, kapasitas, head atau tekanan, viskositas fluida, lokasi kerja pompa dan jenis penggerak. Sebagai dasar pertimbangan lain adalah keuntungan dan kerugian dalam hal teknis dan ekonomisnya.

Dalam perencanaan ini, pompa digunakan untuk memindahkan lateks dari truk tangki ke tangki penampungan . Kondisi yang diinginkan pada perencanaan ini adalah:

• Kapasitas dan head pompa harus dapat dipenuhi pada kondisi operasi maksimum sehingga mampu mengalirkan lateks.

• Aliran harus bersifat kontinue dan merata • Fluida yang dialirkan adalah lateks.

• Tidak adanya kebocoran untuk menghindari penurunan kapasitas produksi.

Untuk memilih pompa yang tepat dan sesuai dengan kondisi pengoperasian, maka perlu dipertimbangkan sifat-sifat pompa dalam pengoperasiannya, seperti pada tabel berikut:

Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Pompa Sentrifugal dan Pompa Torak

No. Masalah Pompa Sentrifugal Pompa Torak

1 2 3 4 5 6 7 8 Alirannya Putaran poros Kapasitas Head Biaya pemeliharaan Pondasi Getaran Motor penggerak Kontinue 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

Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini, maka dengan membandingkan sifat pompa dan cara kerjanya, dipilih pompa sentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni:

1. Aliran fluida lebih merata 2. Putaran poros dapat lebih tinggi

3. Rugi – rugi transmisinya lebih kecil karena dapat dikopel langsung dengan motor penggerak

4.. Konstruksinya yang lebih aman dan lebih kecil.

2.6 Putaran Spesifik Pompa

Putaran spesifik pompa adalah besarnya putaran impeler untuk menghasilkan kapasitas 1 m3/det dan head 1 meter pada efisiensi maksimum. Putaran spesifik ini diperlukan untuk menentukan jenis impeler dan jumlah tingkat suatu pompa. Putaran spesifik dapat dihitung dengan persamaan :

n

s

=

_3/4 ...[lit.14 hal.177]

dimana:

Q = kapasitas pompa (gpm) H = head pompa (ft)

Persamaan diatas berlaku untuk pompa satu tingkat. Untuk hal-hal yang khusus dimana tinggi kenaikan pompa-pompa yang besar atau pada kapasitas pompa yang kecil, akan didapatkan kecepatan spesifik yang sangat kecil, sehingga dengan demikian pompa dibuat bertingkat banyak.

2.7 Daya Pompa

Daya yang diberikan kepada pompa harus lebih besar dari daya akibat fluida dan akibat dari kerugian-kerugian yang terjadi. Daya pompa dapat dihitung dengan persamaan:

P

p=

.Q.H.g

ηp

...[lit.14 hal.177]

dimana:

H = head pompa (m) Pp = daya pompa (watt)

ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Q = kapasitas pompa (m3/det)

p = efisiensi pompa (%)

BAB III

PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK

Dalam perencanaan sebuah pompa, beberapa tahapan yang harus dilakukan adalah pertama jenis pompa yang didasarkan pada tujuan kondisi kerja pompa yang direncanakan, baik karakteristik fluidanya maupun instalasi yang direncanakan. Kemudian setelah jenis pompa ditentukan, langkah selanjutnya menentukan kapasitas dan head pompa yang direncanakan. Selanjutnya adalah menentukan jenis penggerak pompa, putaran pompa dan kondisi yang direncanakan sehingga akan diperoleh kerja yang efektif dan kemudian dapat ditentukan daya yang dibutuhkan.

3.1 Penentuan Kapasitas Pompa

Dalam perencanaan ini kapasitas yang direncanakan adalah jumlah lateks yang dialirkan dari tangki truk ke tangki penampungan (storage tank) persatuan waktu dan dari kapasitas aliran ini ditentukan kapasitas pompa yang direncanakan.

Dari hasil survey yang dilakukan pada PT.Industri Karet nusantara didapat bahwa pabrik beroperasi dalam 24 jam per hari untuk memproduksi benang karet dengan 4 unit mesin produksi. Waktu untuk mempompakan lateks dari 1 tangki truk dengan kapasitas 14 ton lateks adalah ± 1,5 jam. Jumlah lateks yang dipompakan dalam 1 hari untuk kebutuhan produksi benang karet adalah 56 ton lateks(4 truk 1 hari). Adapun lapisan dalam tangki truk dilapisi dengan aspal atau paraffin dan lateks yang dibeli sudah dicampur dengan zat pengawet seperti amoniak yang menyebabkan lateks:

- tahan terhadap pengaruh suhu (perubahan temperatur dapat diminimalkan) - tahan terhadap perubahan bentuk seperti penggumpalan lateks

Lateks yang dibeli dari supplier dengan massa jenis lateks 1100 kg/m3 dan viskositas kinematik 0,84 . 10-4 m2/det

Maka kapasitas aliran (Q) aliran:

Q =

...

[Lit 14 hal. 170].

dimana = massa aliran lateks

ρ = massa jenis lateks

Maka kapasitas aliran (Q) diperoleh :

Q = 56.10

3 _{kg /hari} 1100kg /m3 = 51m3/hari

Dimana lamanya pompa beroperasi 6 jam per hari; maka kapasitas aliran perjam adalah :

Q = 51 m 3_/hari 6jam /hari = 8,5 m3 /jam

≈ 9 m3/jam

Untuk kesempurnaan pompa perlu diantisipasi kemungkinan kerugian kapasitas akibat kebocoran sepanjang pipa serta penurunan efisiensi pompa setelah pemakaian yang cukup lama. Menurut [lit. 10 hal. 15] besarnya harga faktor keamanan berkisar (10-15)%. Pada perancangan ini kapasitas pompa direncanakan ditambah sebesar 15%.

Maka kapasitas pompa adalah:

Qp = (15% x 9 m3 / jam) + 9 m3 /jam = 10,35 m3 /jam

3.2 Pemilihan Jumlah Pompa

Dalam penentuan jumlah pompa, ada beberapa hal yang harus diperhatikan, antara lain:

1. Pertimbangan Ekonomi

Pertimbangan ekonomi menyangkut biaya investasi untuk pembangunan instansi maupun biaya operasi dan pemeliharaannya. Agar biaya dapat ditekan maka jumlah pompa harus sesuai dengan kebutuhan.

2. Batas Kapasitas Pompa

Kapasitas suatu pompa tergantung pada: a. Berat dan ukuran pompa

b. Lokasi dan cara pemasangan pompa

c. Jenis penggerak dan cara mentransmisikan daya dari penggerak ke pompa 3. Pembagian Resiko

Menggunakan hanya satu pompa untuk keseluruhan dalam instalasi mempunyai resiko yang tinggi untuk keperluan pabrik. Instalasi tidak akan berfungsi sama sekali jika pompa satu-satunya itu rusak.

Tabel 3.1 Pemilihan Jumlah Pompa

Debit yang direncanakan (m3/jam)

Jumlah Pompa Jumlah Pompa Cadangan Jumlah Pompa Keseluruhan Sampai 2800 2.500-10.000 lebih 9.000 1 2 3 1 1 1 2 3 4

Untuk memperkecil resiko dan sesuai dengan pertimbangan-pertimbangan di atas, untuk kapasitas pompa 10,35 m3/jam (248,4 m3/hari), maka direncanakan pompa sebanyak dua buah, yaitu satu buah pompa yang beroperasi dan satu buah lagi sebagai cadangan.

3.3. Penentuan Head Pompa

Head pompa adalah kemampuan suatu pompa untuk memindahkan fluida dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi. Head pompa dinyatakan dalam satuan tinggi kolom air (dalam meter) yang harus dialirkan untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung fluida oleh satuan berat fluida.

Dari gambar 3.1 dengan menentukan titik Z1 pada permukaan fluida pada tangki truk

dan titik Z2 pada permukaan fluida pada tangki penampungan, maka head pompa (Hp)

menurut [lit. 9 hal. 202] dinyatakan dengan :

1₊ 12

2 + 1+ =

2₊ 22

2 + 2+ −2

= 2− 1₊ 22− 12

2 + 2− 1+ −2

=Δ +Δ 2

2 +Δ + −2

Dimana :

Δ =Perbedaan head tekanan Δ

2

2 = Perbedaan head kecepatan

Δ = Perbedaan head potensial pada kedua permukaan fluida

₋₂ = Kerugian head

Untuk menentukan besarnya head yang harus disediakan oleh pompa rancangan haruslah didasarkan pada kondisi instalasi, sifat fluida yang dipompakan dan rencana operasi pompa.

3.3.1. Perbedaan Head Tekanan

Perbedaan head tekanan yang dimaksud adalah perbedaan tekanan pada tangki truk dengan tekanan pada tangki penampungan. Dari survey didapat bahwa tekanan pada tangki truk (P1) adalah sebesar 1 bar (1 x 105 N/m2) dan tekanan dalam tangki penampungan (P2)

= (1 x 105 N/m2) - (0,25 x 105 N/m2) = 0,75 x 105 N/m2

Dengan demikian head akibat perbedaan tekanan (ΔHP) adalah :

Δ = 1− 2 dimana :

= berat jenis fluida = ρ.g

ρ = massa jenis lateks = 1100 kg/m3 maka :

� = 1−0,75 105 2

1100 / 3 _{9,81 /} 2 Δ = 2,3 m

3.3.2. Head Statis

Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan lateks pada tangki truk dengan ketinggian permukaan lateks yang dipompakan pada tangki penampungan.

Pada gambar 3.1 dapat dilihat bahwa tinggi permukaan fluida (Z1) pada tangki truk

adalah Z1 = 2 m

Sedangkan tinggi permukaan fluida (Z2) pada tangki penampungan adalah :

Z2 = 16 m Maka besarnya head statis (Hs) adalah :

Hs = Z2– Z1

= 16 m – 2 m = 14 m

Gambar instalasi pemipaan dan gambar diagram isometris dapat dilihat pada gambar 3.1 dan 3.2

3.3.3 Perbedaan Head Kecepatan

Head ini timbul sebagai akibat adanya perbedaan kecepatan aliran lateks antara titik Z1

dan titik Z2 dalam menentukan perbedaan kecepatan aliran, terlebih dahulu diketahui besarnya

kecepatan aliran dalam pipa. Umumnya kecepatan aliran di dalam pipa yang diizinkan menurut [lit. 10 hal. 63] adalah sebesar (1 - 2) m/det untuk pipa diameter kecil dan (1,5 - 3) m/det untuk pipa berdiameter besar. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata-rata 1,4 m/det.

Dari persamaan kontinuitas diperoleh : Qp = Vs . As………….(lit. 3 hal. 94)

dimana:

Qp = kapasitas pompa = 10,35 m3/jam = 3.10-3 m3/det

As = luas penampang pompa isap (m2)

Vs = kecepatan aliran dalam pipa isap (m/det)

Sehingga diameter pipa isap adalah:

Qp = Vs₄ 2

ds =

4.

. =

4 3 10−3 1,4.

ds = 0,0539 m = 2,12 in

ds = 2 in (direncanakan)

Menurut [lit. 5 hal.23] berdasarkan ukuran pipa standar ANSI B36.19 Shedule 40, maka dipilih pipa nominal 2 in dengan dimensi pipa :

• diameter pipa dalam (di) = 2,067 in = 0,0525 m

• diameter pipa luar (do) = 2,375 in = 0,0603 m

Dengan menggunakan pipa tersebut di atas, maka kecepatan aliran yang sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah :

Vs = =

4. 2

= 4 3 10−3 3 .(0,0525)2

Vs = 1,47 m/det

Bila kecepatan aliran pada sisi masuk (v1) adalah kecepatan pada saat fluida dari

tangki truk memasuki ujung pipa isap dan kecepatan pada sisi keluar (v2) adalah kecepatan

fluida pada ujung pipa tekan saat memasuki tangki penampungan, akibat kapasitas aliran lateks dari tangki truk ke tangki penampungan sama dan ukuran pipa yang digunakan sama maka v1 = v2 = 1,47 m/det. Maka besarnya head kecepatan aliran adalah :

= Δ 2

2 =

22− 12 2

= (1,47)2−(1,47)2 2.9,81 = 0

3.3.4 Kerugian Head sepanjang Pipa 3.3.4.1 Kerugian Head pada pipa isap

Kerugian head pada sisi isap terdiri dari kerugian head karena gesekan dan kerugian head karena kelengkapan pipa.

a. Kerugian head karena gesekan sepanjang pipa isap

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada sisi isap diperoleh menurut rumus “darcy

-Weisbach” yaitu :

Hfl = . .

2

2 ……….(lit. 9 hal. β0β) Dimana :

f = faktor gesekan

L = panjang pipa isap = 1,4 m di = diameter pipa dalam = 0,0525 m

Vs = kecepatan aliran fluida = 1,47 m/det

Faktor gesekan (f) didapat dari diagram Moody dengan terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold (Re) menurut [lit. 9 hal. 208] dicari dengan rumus :

Re = . �

Dimana :

Re = bilangan reynold

� = viskositas kinematik fluida

= 0,84x10-4 m2/det [Lit 1 hal. 46]. maka :

Re = 1,47 / ⁡(0,0525 ) 0,84 10−4 2_/

= 0,091875.104

Berdasarkan lit 9 hal 43(Re < β000 → aliran laminar) dengan bilangan Reynold sebesar 0,091875.104 maka alirannya laminar.

Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Stainless Steel dengan standart ANSI B36.19 Shedule 40 dengan kekasaran 0,046 mm.

Maka kekasaran relatif pipa yang digunakan (ε/di) adalah : � = 0,046

52,5 = 8,76.10-4

Dari diagram Moody untuk Re = 9,187.104dan (ε/di) = 8,76.10-4 diperoleh faktor gesekan (f) = 0,022. Besarnya kerugian head gesekan sepanjang pipa isap menurut rumus Darcy Weisbach :

Hfl =0,022.

1,4 0,0525.

(1,47)2 2.9,81 = 0,0646 m

b. Kerugian Head karena kelengkapan pipa isap

Besarnya kerugian head karena kelengkapan pipaisap dihitung dengan persamaan:

Hm =

2

Dimana : n = jumlah kelengkapan pipa

k = koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa

Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat adanya kelengkapan pipa, maka perlu diketahui terlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap. Jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah :

Tabel 3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pipa isap

Jenis Jumlah (n) k n.k

Mulut lonceng Elbow 90o Katub pintu (gate

valve) 1 3 1 0,05 0,36 0,15 0,05 1,08 0,15

_{Σnk = 1,28}

(Howard frase, ”proses perencanaan pemipaan,” John Willey and Sons Inc, New York 1963)

Maka besarnya kerugian akibat kelengkapan pada pipa isap adalah :

hms = 1,28

(1,47)� 2.9,81 = 0,141 m

Dengan demikian besar kerugian head sepanjang pipa isap pompa adalah sebesar : H1-s = hfs+ hms

= 0,0646 + 0,141 = 0,2056 m

3.3.4.2 Kerugian Head pipa Tekan

a. Kerugian head akibat gesekan pipa

Dengan ukuran yang sama dengan pipa isap untuk fluida pada temperatur yang sama (35 oC) dapat diperoleh dengan persamaan :

hf-s = . .

2 2

hf-s = 0,022.

16,9 0,0525.

(1,47)2 2.9,81 = 0,78 m

b. Kerugian head akibat kelengkapan pipa

Adapun kelengkapan pada instalasi pipa tekan dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 3.3 Koefisien kerugian head pada kelengkapan pipa

Jenis Jumlah (n) k n.k

Elbow 90o

Katub cegah (check valve) Katub pintu (gate valve)

3 1 4 0,36 2,4 0,15 1,08 2,4 0,6

Σn.k = _4,08

(Howard frase, ”proses perencanaan pemipaan,” John Willey and Sons Inc, New York 1963)

Besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa tekan adalah :

Hm-d = 4,08.

(1,47)2 2.9,81 = 0,4493

Kerugian head sepanjang pipa tekan adalah : h1-d = hf-s + hm-d

= 0,78 + 0,449 = 1,229 m

Maka kerugian head yang terjadi pada instalasi pemipaan adalah : h1 = hl-s + hl-d

= 0,2056 + 1,229 = 1,435 m

Besarnya head yang harus dihasilkan pompa untuk mengalirkan lateks dari tangki truk ke tangki penampungan adalah :

Hp = ΔHp+ΔHv + hl + Hs

= 17,735 m

Untuk mengkoreksi perubahan gesekan pipa yang bergantung pada umur pipa, pembulatan angka-angka perhitungan dan ketelitian membaca grafik, maka dalam perancangan head pompa haruslah ditambah sebesar (10 - 25) %. Dalam hal ini head rancangan pompa ditambah 13 % sehingga besar head yang diperoleh:

Hp = (13 % x 17,735) + 17,735

= 20,04 m

Jadi besar head pompa yang dirancang adalah 20 m.

3.4 Alat Penggerak Pompa

Ada beberapa jenis penggerak mula yang digunakan untuk menggerakkan pompa, antara lain : turbin uap, motor bakar, motor listrik. Dalam perencanaan ini motor listrik yang digunakan untuk menggerakkan pompa dengan pertimbangan :

1. Energi listrik untuk menggerakkan motor listrik dengan mudah dapat diperoleh dari pembangkit tenaga listrik yang ada baik dari PLN maupun pembangkit tenaga uap.

2. Keuntungan menggunakan motor listrik adalah : dapat dikopel langsung dengan pompa, pengoperasiannya mudah, putaran yang dihasilkan konstan, getaran yang ditimbulkan kecil, biaya peralatan murah serta tidak menimbulkan polusi udara dan suara.

Besarnya putaran motor listrik dapat ditentukan dengan mengetahui frekwensi dan jumlah katup pada motor listrik. Pada umumnya frekwensi listrik di Indonesia adalah 50 hz. Putaran motor listrik dapat diperoleh dengan persamaan :

n = 120 (rpm)………(lit. 10 hal. 40) dimana :

f = frekwensi listrik (50 hz)

Maka :

n = 50 120 2

= 3000 rpm

Putaran motor akan menentukan putaran spesifik pompa yang selanjutnya akan menentukan efisiensi pompa. Oleh sebab itu dalam pemilihan putaran motor dilakukan pertimbangan yang menyangkut ukuran pompa untuk dapat memberikan putaran spesifik yang sesuai dan menghasilkan efisiensi pompa yang optimum.

Putaran motor akan menjadi sama dengan putaran pompa karena pompa dikopel langsung dengan motor listrik sehingga putaran pompa adalah 3000 rpm.

3.5 Pemilihan Jenis Impeler

Jenis impeler pompa ditentukan dari putaran spesifik pompa dimana putaran spesifik ini dipengaruhi oleh putaran pompa tersebut. Putaran spesifik pompa adalah putaran pompa yang menghasilkan head sebesar 1 m dengan kapasitas 1 m3/det.

Berdasarkan bentuk atau modelnya, impeler dibedakan atas : impeler terbuka (completely open impeler)

impeler semi terbuka (semiopen impeler) impeler tertutup (close impeler)

Gambar 3.3 Jenis(model) Impeler

Impeler yang direncanakan adalah impeler radial jenis open impeler. Adapun alasan pemilihan open impeler adalah :

1. Open impeler umumnya digunakan untuk pompa berkapasitas kecil. 2. Harganya tidak mahal dibanding jenis semiopen atau close impeler. 3. Digunakan untuk menangani fluida yang bersifat coagulant.

3.6 Putaran Spesifik Pompa

Putaran spesifik untuk pompa yang memiliki impeler satu tinggkat dapat dihitung dengan persamaan berikut :

ns =

( )34…….(lit.θ hal. β7)

dimana :

np = putaran pompa = 3000 rpm

Qp = kapasitas pompa

Qp = 3.10-3m3/det = 47,54 gpm (dimana 1 m3/det = 15849,226 gpm)

Maka :

ns = 2964

47,54 (65,62)34

= 887 rpm

Tipe impeler menurut [lit. 2 hal. 62] adalah : 1. Tipe Radial ns = 500-1500 rpm

2. Tipe Francis ns = 1500-3000 rpm

3. Tipe Aliran campur ns = 3000-7000 rpm

4. Tipe Axial ns = 7000-15000 rpm

Adapun gambar grafik hubungan bentuk impeler dengan putaran spesifik adalah :

Gambar 3.4 Grafik Hubungan Bentuk Impeler Dengan Putaran Spesifik Pompa

Dari grafik pada gambar 3.4 dapat ditentukan jenis impeler yang akan digunakan dan juga efisiensi pompa. Untuk putaran spesifik pompa ns = 887 rpm dengan jenis impeler yang digunakan tipe radial.

3.7 Efisiensi Pompa

Pada pemakaian pompa yang terus – menerus, masalah efisiensi pompa ( p) menjadi

perhatian khusus. Efisiensi pompa tergantung kepada kapasitas tinggi tekan (head) dan kecepatan aliran yang kesemuanya sudah termasuk dalam putaran spesifik. Hubungan antara putaran spesifik dengan efisiensi pompa dapat dilihat pada gambar 3.5 berikut ini :

Gambar 3.5 Grafik Hubungan Efisiensi Dengan Putaran Spesifik Pompa

Efisiensi pompa adalah :

= ...(lit. 14 hal. 171)

= 0,64747

0,7769 = 85 %

3.8 Daya pompa

Daya pompa (Np) merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeler. Besarnya daya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan :

Np =

. . .

1000 ...(lit. 10 hal. 56) Dimana :

Hp = head pompa =20m

Qp = kapasitas pompa = 3.10-3 m3/det

ρ = kerapatan fluida = 1100 kg / m3

maka :

Np =

950 ₃ . 9,81 ₂ .20 .(3.10−3 3) 0,85

= 647,46 W

= 0,64746 kW

3.9 Daya motor penggerak

Besarnya daya motor pengerak dapat dihitung dengan persamaan :

Nm =

(1+ )

……….(lit. 10 hal. θ0) dimana :

N = daya pompa = 0,64746 kW

α = faktor koreksi cadangan (0,1 -0,2), diambil 0,2 t = efisiensi transmisi = 1 ( dikopel langsung)

maka :

Nm =

0,64746 (1+0,2)

1

Nm = 0,7769 kW

Berdasarkan standard motor yang ada dipasarkan maka dipilih motor listrik dengan daya 1 Hp.

3.10 Kavitasi

Bila tekanan pada sembarang titik didalam pompa turun menjadi lebih rendah dari tekanan uap pada temperature cairnya, cairan itu akan menguap dan membentuk gelembung uap. Gelembung- gelembung akan mengalir bersama- sama dengan aliran sampai daerah yang tekanannya lebih tinggi. Saat tekanan yang lebih tinggi dicapai, gelembung akan mengecil secara tiba-tiba atau pecah yang mengakibatkan tumbukan yang besar pada dinding yang didekatnya yang disebut dengan kavitasi.

Selain menyebabkan menurunnya efesiensi pompa, kavitasi dapat menyebabkan kerusakan mekanis seperti erosi pada sudutdan dinding sisi masuk impeller juga menimbulkan suara berisik serta getaran pada pompa.

3.11 Net Positive Section Head (NPSH)

Kavitasi dipengaruhi oleh head isap (suction head) pompa. Head ini disebut dengan head isap positif netto. Untuk mencegah kavitasi, make head isap yang tersedia pada instalasi haruslah lebih besar dari NPSH yang dibutuhkan oleh pompa.

3.11.1 Net Positive Suction Head (NPSH) yang tersedia

NPSH yang tersedia dapat dihitung dengan persamaan :

NPSHA = 1− − −1− 1− ……….(lit.β hal .θγ)

dimana :

P1 = tekanan didalam tangki truk = 1 bar

= kerapatan fluida kerja = 10791 N/m3 h s-1 = head statis isap pompa = 0,65 m

h1-s = kerugian head sepanjang pipa isap = 0,2056 m

maka :

NSPHA =

25000−83000

10791 − −0,65 −0,2056 = 2,268 m

3.11.2 NPSH yang diperlukan

Besarnya NPSH yang diperlukan untuk setiap pompa berbeda harganya tergantung dari pabrik. Namun untuk penafsiran secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dari

konstanta Thoma ( ) yaitu :

NPSHR = Hp

dimana :

= koefisien kavitasi thoma

Hp = head pompa = 20m

Menurut [lit. 2 hal. 65], untuk pompa tunggal dengan putaran spesifik pompa

(S) ≤ (6500 – 9000), diambil S = 7000, sehingga diperoleh harga = 0,10.

Maka :

NPSHR = 0,10 x 20 m

= 1,4 m

Hasil yang didapat terlihat bahwa NPSHA > NPSHR (2,268 m > 1,4 m), sehingga

3.12 Spesifikasi Pompa

Berdasarkan perhitungan-perhitungan yang telah didapat, maka spesifikasi pompa yang akan direncanakan adalah sebagai berikut :

• Kapasitas pompa : Qp = 3L/det

• Head pompa : Hp = 20 m

• υutaran pompa : np = 3000 rpm

• Jenis pompa : Sentrifugal tingkat satu

• υutaran spesifik : ns = 897 rpm

• Efisiensi pompa : p= 85 %

• Tipe impeler : Radial

• Daya pompa : Np = 647,46 W

• υenggerak pompa : Motor listrik

• Daya motor : Nm = 776,9 43W

BAB IV

UKURAN UTAMA POMPA 4.1 Putaran Pompa

Poros merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari motor penggerak ke impeler serta mendukung pembebanan impeler. Daya yang akan ditransmisikan adalah daya motor listrik 1,6584 kw dengan putaran 2964 rpm. Untuk dapat menahan beban tersebut direncanakan bahan poros adalah stainless stell AISI SAE 1020 yang

biasa digunakan sebagai material pompa. Baja ini mempunyai kekuatan tarik ( b) sebesar

517,24 x 106 N/m2. Untuk merencanakan diameter poros pompa dari daya yang ditransmisikan dan putaran yang diketahui dapat ditentukan besarnya daya rencana, yaitu : Nd = fc .Nm

dimana :

Nm = daya motor penggerak = 0,7769 kW

Fc = faktor koreksi daya (0,8 – 1,2) direncanakan 1,2

Sehingga :

Nd = 1,2 x 0,7769

= 0,93228 kW

Momen puntir yang terjadi pada poros (T) adalah :

T =

� (N.m)

dimana :

ϖ = kecepatan sudut

= 2

60

= 2 .2964 60

maka :

T = 932,28 310,3 N.m = 3,0 N.m

Tegangan geser yang diizinkan (a ) untuk poros, adalah :

a =

1 ₂

dimana :

Sf1 = faktor keamanan batas kelelahan puntir

= 6,0 (bahan baja paduan)

Sf2 = faktor keamanan alur pasak dan perubahan diameter poros (1,3 – 3,0),

diambil 2,8

b = kekuatan tarik bahan = 517,24 x 106 N/m2

maka :

a =

517,24 106 6,0 2,8

= 30,78.106 N/m2

Besarnya diameter poros menurut [lit. 10 hal. 7], dapat dihitung dengan persamaan :

ds ≥ 5,1

τ

.

.

1 3

dimana :

Kt = faktor koreksi pada pembebanan yang terjadi (1,0-1,5) = 1,4 (direncanakan)

Cb = faktor koreksi untuk beban lentur (1,2 - 2,3) diambil 2,2

T = Momen puntir yang terjadi pada poros

= 3 N.m sehingga :

ds ≥ 5,1

30,78 106

1,4 2,2 3

1

3

≥ 0,0147 m ≥ 14,7 mm

Harga ini merupakan harga minimal diameter poros. Dari standard diameter poros pada lampiran (1), maka dipilih diameter poros 16 mm.

4.2 DIMENSI IMPELER

Penentuan ukuran impeler tidak terlepas dari aliran yang terjadi di dalam impeler tersebut. Analisa perhitungan impeler berhubungan dengan kecepatan aliran pada impeler. Diagram kecepatan aliran fluida pada impeler dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut :

Gambar 4.1 Kecepatan Fluida Masuk Dan Keluar Impeler

Keterangan gambar :

u = kecepatan tangensial impeler relative terhadap tanah

v = kecepatan absolute fluida melalui impeler relative terhadap tanah w = kecepatan fluida relative terhadap impeler

α = sudut yang dibentuk oleh v dan u

vr = komponen radial v

vu = komponen tangensial v

Bentuk penampang impeler dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut:

Gambar 4.2 Bentuk Penampang Impeler Keterangan gambar :

Ds = diameter poros impeler

DH = diameter hub impeler

Do = diameter mata impeler

D1 = diameter sisi masuk impeler

D2 = diameter sisi keluar impeler

b1 = lebar sisi masuk impeler

b2 = lebar sisi keluar

4.2.1 Diameter Hub Impeler (DH)

Diameter hub impeler menurut [lit.3 hal 260] dihitung dengan persamaan : DH = (1,2 – 1,4) x Ds

dimana :

Ds = diameter poros = 16 mm

maka :

= (19,2 – 22,4) mm, diambil 22 mm.

4.2.2 Diameter mata impeler

Diameter mata impeler menurut [lit. 3 hal.261], dihitung berdasarkan hukum kontinitas dengan persamaan sebagai berikut :

Do = 4

+

2

dimana :

Qts= kapasitas aliran melalui impeler dibuat lebih besar (1,02 – 1,05) dari harga

kapasitas.

= (1,02 – 1,05) Qp

= (1,02 – 1,05) x 3,194.10-3 m3/det

= (0,00325 – 0,00335) m3/det, diambil 0,00335 m3/det

Vo = kecepatan fluida sebelum memasuki impeler (2- 5) m/det, diambil 2,0 m/det.

maka :

Do = 4 0,00335

2,0

+ (0,022)

2

= 0,047 m = 47 mm

4.2.3 Diameter Sisi Masuk Impeler

Menurut [lit. 3 hal 94], besarnya diameter sisi masuk impeler yang memiliki kelengkungan dapat dicari dari mengambil diameter rata-rata diantara mata impeler (Do) dan diameter hub (DH) yaitu:

D1 =

2₊ 2 2 dimana :

DH = diameter hub impeler = 22 mm

maka :

D1 =

472+222 2 = 36.7 mm 37 mm

4.2.4 Diameter sisi keluar impeler

Diameter sisi keluar impeler menurut [lit. 3 hal.96] diperoleh dari persamaan:

D2

=

60� 2 . . dimana :

Φ = koefisien tinggi tekan overall yang besarnya 0,96

Hp = head pompa = 20 m

np = putaran pompa = 3000 rpm

maka :

D2 =

60(0,96) 2.(9,81).20 .3000 = 0,138 m

= 138 mm

4.2.5 Lebar Impeler Sisi Masuk

Dari hukum kontinitas, lebar impeler sisi masuk dapat dihitung dengan persamaan :

b1 =

1. 1 dimana :

D1 = diameter sisi masuk impeler = 37 mm

Vr1 = kecepatan fluida radial pada sisi masuk

= Vo + (5% ÷ 10%)Vo

= 2,0 + (0,1 ÷ 0,2)2,0 m/det

= (2,1 – 2,2) m/det, diambil 2,1 m/det. sehingga :

b1 =

0,00335 (0,037).2,1 = 0,0137 m = 13,7 mm

≈ 14 mm

4.2.6 Lebar Impeler Pada Sisi Keluar

Menurut [lit.10 hal. 98], lebar impeler sisi keluar diperoleh dari rumus :

b2 =

2. 2 dimana :

Qts = kapasitas aliran melalui impeler = 0,00335 m3/det

D2 = diameter luar impeler = 0,138 m

vr2 = kecepatan radial pada sisi keluar

= (0,85 – 1,0) vr1

= (0,85 – 1,0) x 2,1 m/det

vr2 = (1,785 – 2,1) m/det, diambil 1,8 m/det

maka :

b2 =

0,00335 (0,138).1,9 = 4,06.10-3 m

= 0,00406 m

≈ η mm

4.2.7 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler

4.2.7.1 Kecepatan absolut aliran masuk impeler (v1)

Pada pompa dengan radial, besar sudut masuk absolut (α1) = 90o dan kecepatan aliran absolute (v1) adalah sama dengan kecepatan radial aliran pada sisi masuk (vr1) = 2,1 m/det.

4.2.7.2 Kecepatan tangensial aliran (u1)

u

1

=

. 1

60

=

3,14 0,037 3000 60

= 5,74 m/det

4.2.7.3 Sudut tangensial aliran ( 1)

β1 =

arc

tan

1 1

= arctan2,1 5,74= 20

o

Besar sudutβ1 berkisar antara 10o sampai 25o.

4.2.7.4 Kecepatan relatif aliran (w1)

w1 =

1 1

= 2,1 200 = 6,14 m/det

Dari hasil perhitungan kecepatan aliran fluida masuk impeler, dapat digambar segitiga kecepatan sebagai berikut :

Gambar 4.3 Segitiga Kecepatan Fluida Pada sisi masuk Impeler

4.2.8 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler

4.2.8.1 Kecepatan radial aliran (vr2)

Dari perhitungan sebelumnya telah didapat vr2= 1,8 m/det.

4.2.8.2 Kecepatan tangensial (u2)

u2 =

2. 60

= .0,138.2964

60

u2 = 21,4 m/det

4.2.8.3 Sudut tangensial ( 2)

Dalam merencanakan besar sudut ( 2), harus didasarkan pada head teoritis pompa.

Hal ini diperlukan untuk menjaga agar head pompa yang dihasilkan (aktual) sesuai dengan yang dibutuhkan. Besar sudut ini antara 15o– 40o. Head teoritis pompa dapat dihitung dengan persamaan :

Htr =

2

2

−

2 tan 2

Hubungan head teoritis (Htr) dengan head pompa (Hp) menurut [lit. 10 hal. 96]

adalah :

Htr =

Hp = head pompa = 20 m

k = faktor kerja (0,6 – 0,7), diambil 0,65

sehingga :

Htr =

20

0,65

=

40 m maka :

40 = 21,4

9,81

21,4

−

1,8

tan 2

Arctanβ2 =

−18

−3,064

=

0,587

β2 = 30,4o

4.2.8.4 Sudut absolut keluar impeler (α2)

α2 = arctan 2 2

dimana :

vu2= kecepatan tangensial keluar impeler

maka :

vu2 = ₂

−

2 tan 2

=

21,4

−

1,8 tan 30,40 = 17,04 m/det sehingga :

α2 = arc tan 1,8 17,04 = 5,6o

= 6o

v2 =

2 2

= 1,8

6 = 18,3 m/det

4.2.8.6 Kecepatan relative keluar (w2)

w2 =

2 sin ₂ =

1,8

3 ,4

=

3,55 m/det

4.2.9 Kecepatan Sudut Keluar Akibat adanya Aliran Sirkulasi

4.2.9.1 Kecepatan radial ( _u2′ )

Menurut [lit. 10 hal 33], komponen kecepatan tangensial pada sisi keluar impeler dapat dicari dengan persamaan :

_u2′ = s

.

v

u2

dimana :

s = koefisien sirkulasi (0,65 – 0,75), diambil 0,7

maka :

v'u2 = 0,7x18,3

= 12,8 m/det

4.2.9.2 Kecepatan Absolut ( ₂′)

v'2 =

(

_u2′

)

2

+ (

_r2′

)

2

=

(12,8)

2

_{+ (1,8)}

2

= 12,92 m/det

4.2.9.3 Sudut tangensial sisi keluar ( ₂′)

₂′ = arctan r2′ 2− u2′

2′ = arctan 1,8 21,4−12,8 = 11,8o

= 12o

4.2.9.4 Sudut absolut ( ₂′)

2′ = arctan r2 ′

u2 ′

₂′ = arctan1,8 12,8 = 8o

4.2.9.5 Kecepatan relatif ( ₂′)

₂′ =

(

_r2′

)

2

_{+ (}

2

−

u2′

)

2

₂′ =

(1,8)

2

+ (21,4

−

12,8)

2 = 8,78 m/det

Dari perhitungan kecepatan aliran dan sudut pada impeler sisi keluar, maka dapat digambarkan diagram segitiga kecepatan seperti pada gambar 4.4 berikut :

Gambar 4.4 Diagram Segitiga Pada Sisi Keluar Impeler Keterangan gambar :

v2 = kecepatan absolut keluar impeler

vr2 = komponen radial kecepatan absolut keluar impeler

vu2 = komponen tangensial kecepatan absolut keluar impeler

u2 = kecepatan tangensial keluar impeler

α2 = sudut absolut keluar impeler

β2 = sudut tangensial keluar impeler

4.3 Perencanaan Sudu Impeler 4.3.1 Jumlah sudu

Jumlah sudu-sudu haruslah sedemikian sehingga dapat memberikan pengarahan yang baik pada fluida. Jumlah sudu yang terlalu banyak akan menyebabkan kerugian gesek yang besar. Menurut [lit. 10 hal 115], jumlah sudu dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :

Zi =6,5

2+ 1 2− 1

1+ 2 2 dimana :

D1 = diameter luar impeler = 138 mm

D1 = diameter sisi masuk impeler = 37 mm

β1 = sudut tangensial sisi masuk impeler = 20o

β2 = sudut tangensial sisi keluar impeler = 30,4o

sehingga :

Zi =6,5

138+37 138−37

20+30,4 2 = 4,8

4.3.2 Tebal Sudu

Menurut [lit. 10 hal. 106], tebal sudu diperoleh dari persamaan sebagai berikut :

tsi = (1−�)

dimana :

D = diameter impeler Zi = jumlah sudu

ε = faktor kontraksi β = sudut tangensial 4.3.2.1 Tebal sudu pada sisi masuk

Dari perhitungan sebelumnya pada sisi masuk impeler diperoleh :

D1 = 37 mm β1=20o

Zi = 5 buah ε= 0,8 – 0,9 (diambil 0,9)

sehingga :

tsi-1 =

40(1−0,9)

5 20

= 0,8 mm

4.3.2.2 Tebal sudu pada sisi keluar

Dari perhitungan sebelumnya pada sisi keluar impeler diperoleh :

D2 = diameter sisi keluar impeler = 138 mm

ε2 = faktor kontraksi pada sisi keluar (0,9 – 0,95), diambil 0,925

Zi = jumlah sudu = 5 buah

β2 = sudu tangensial sisi keluar = 30,4o

sehingga :

tsi-2 =

138(1−0,92)

5 30,4

4.3.3 Jarak Antar Sudu Impeler

Jarak antar sudu dapat dihitung dengan persamaan :

Pv

=

D1

a. Jarak antar sudu pada sisi masuk (Pv-1)

PV-1=

x37

5 = 23,25 mm

b. Jarak antar sudu pada sisi keluar (Pv-2)

PV-2 =

x138

5 = 86,7 mm

4.3.4 Melukis Bentuk Sudu Impeler

Menurut [lit.10 hal.106] ada dua metode yang digunakan dalam melukis bentuk sudu, yaitu :

1. Metode arkus tangen 2. Metode koordinat polar

Dalam perencanaan ini digunakan metode arkus tangen. Pada metode ini impeler dibagi atas beberapa lingkaran konsentris antara jari-jari R1 dan R2.

Jarak antar masing-masing lingkaran (ΔR) adalah :

ΔR = 2− 1 dimana :

R1 = jari-jari lingkaran susu sisi masuk impeler

= D1/2 = 37/2

= 18,5 mm

R2 = jari-jari lingkaran sudu sisi keluar

= D2/2 = 138/2 = 69 mm

= 4 bagian maka :

ΔR = 69−18,5 4

= 12,625 mm

υerubahan besar sudut kelengkungan (Δ si) linier terhadap perubahan ΔR dihitung

menurut persamaan :

Δ si =

2− 1

Δ si =

30,4−20 4 = 2,6o

Jari-jari kelengkungan yang berada pada setiap lingkaran dapat dihitung menurut [lit.9 hal 111],dengan persamaan :

Rk = 0

2₋ 2

2( − )

dimana :

i = menyatakan lingkaran bagian dalam

o = menyatakan lingkaran luar

Harga-harga dari setiap busur dan sudut pada setiap bagian lingkaran yang membentuk sudut impeler dapat dihitung dan tabel 4.1 berikut :

Tabel 4.1 Jari-jari busur sudu impeler

Lingkaran R(mm) R2 β _Cosβ R

cosβ

Rcosβo−Rcosβi Rk(mm) 1 b c d 2 18,5 31,125 43,75 56,375 69 342,25 968,765 1914,062 3178,14 4761 20 22,6 25,2 27,8 30,4 0,939 0,923 0,904 0,884 0,862 17,37 28,728 39,55 49,835 59,478 11,358 10,822 10,285 9,643 27,58 43,67 61,45 82,07

Adapun langkah-langkah melukis sudu impeler adalah sebagai berikut: 1. Gambar lingkaran 1 dan 2,jari-jari R1= 18,5 mm dan R2= 69 mm,

pusat titik O.

2. Gambarkan lingkaran a,b,c diantara R1dan R2dengan ΔR = 12,625 mm.

3. Garis OA dibuat dengan menarik garis dari titik pusat lingkaran O hingga memotong lingkaran I.

4. Buat garis yang membentuk sudut β1 = 20oterhadap garis OA. Titik pusat busur yang

pertama adalah B terletak pada garis AB yang jaraknya sebesar kR = 27,58 mm dari titik A. 5. Gambar busur lingkaran dari titik A dengan jari-jari busur Rk = 27,58 mm sehingga

memotong lingkaran a di titik C.

6. Tarik garis dari titik C ke B dan buat titik D sejauh Rk = 43,67 mm dari titik C. Titik ini

merupakan titik pusat busur kedua.

7. Gambar busur lingkaran dari titik C dengan Rk = 43,67 mm sehingga memotong lingkaran

b di titik E.

8. Perpanjangan garis ED dan buat titik F sejauh Rk = 61,45 mm dari titik E. Titik ini menjadi

pusat busur ketiga.

9. Gambar busur lingkaran dari titik E dengan jari-jari busur Rk = 61,45 mm sehingga

memotong lingkaran c di titik G

10.Perpanjang garis GF dan buat titik H pada garis Hini sejauh Rk = 82,07 mm dari titik G.

Titik ini menjadi pusat busur keempat.

11.Gambar busur lingkaran dari titik G dengan jari-jari Rk = 82,07 mm sehingga memotong

Gambar 4.6 Bentuk Sudu Impeler

4.3.5 Panjang Sudu

Panjang sudu dapat dihitung dengan menjumlahkan panjang busur yang membentuk sudut pada lingkaran konsentris.

Panjang setiap busur dapat dihitung dengan rumus:

L = . .

180 dimana:

= sudut yang dibentuk antara jari-jari yang terdekat.

Maka:

L1 =

. 1. 1 180

L1 =

.60 .27,58

180 = 28,88 mm

Hasil selanjutnya dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut: Tabel 4.2 Panjang Busur

Busur θ(º) _Rk(mm) L(mm)

1 2 3 4 60 43 23 20 27,58 43,67 61,45 82,07 27,58 32,77 24,66 28,64

Ln 114,95

4.4 Rumah Pompa

Rumah pompa adalah bagian yang sangat penting dari sebuah pompa, yang berfungsi mengalirkan fluida dan mengubah energi kinetik fluida menjadi energi tekanan.

Rumah pompa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu: 1. Rumah pompa diffuser

Pada jenis ini terdapat pengarah disekeliling impeller dengan tujuan untuk mengubah kecepatan fluida menjadi head tekanan. Rumah pompa jenis ini biasanya digunakan untuk pompa-pompa dengan head yang relatif tingi atau biasanya untuk pompa-pompa bertingkat banyak.

2. Rumah pompa volute

Jenis ini berbentuk spiral, biasanya disebut sebagai rumah keong. Rumah pompa ini dibentuk sedemikian rupa sehingga luas penampang rumah pompa semakin luas dalam arah radial. Jenis ini sering digunakan untuk pompa satu tinggkat dan konstruksinya sangat sederhana.

3. Rumah vorteks

Jenis ini sama dengan jenis rumah volute, hanya berbeda pada ruangan antar impeler dengan rumah pompa yang disebut vorteks chamber.

Dalam perencanaan ini rumah pompa yang digunakan adalah rumah keong (volute casing). Rumah pompa ini berbentuk spiral, luas penampang casing perlahan-lahan semakin luas kearah sisi luar rumah pompa. Konstruksi rumah keong ini sederhana dan biaya pembuatannya relative murah.

Bentuk rumah pompa keong (volute casing) dapat dilihat seperti gambar berikut :

4.4.1 Luas Penampang Leher Volute

A

thr

=

dimana :

Qp = kapasitas pompa = 3,194.10-3m3/det

Cthr = kecepatan aliran fluida pada leher.

Diperoleh dari grafik hubungan Cthrdengan kecepatan spesifik (ns) = 897 rpm

Gambar 4.7 grafik harga Cthr/u2 sebagai fungsi ns

Dari grafik diperoleh :

Cthr/u2 = 0,6

Dimana harga u2 = 21,4 m/det (dari perhitungan sebelumnya)

Cthr = 0,6 x 21,4 = 12,84 m/det

maka :

A

thr

=

3.10−3 12,84

Jari-jari leher volute adalah :

Rthr =

= 2,4 10− 4

= 8,89 x 10-3 m = 8,9 mm

4.4.1.1 Jari-jari Volute

Jari-jari volute menurut [lit.3 hal 18] dapat dihitung dengan rumus :

Rvol = Rt + 2ρ

Jari-jari dalam volute terkecil dapat dicari dengan rumus :

Rt = (1,02-1,05)x R2

Dimana :

R2 = jari-jari sisi keluar impeler

= D2/2 = 138/2

= 69 mm = 6,9 cm maka :

Rt = (1,02 – 1,05) x 69 mm

= (70,38 – 72,45) mm = 7,2 cm

Harga ρ dapat dicari dengan rumus :

Sedangkan harga x diperoleh dari :

x = 720πR2

3

dimana :

u3 = u2.k

k = faktor koreksi (0,6 – 0,9), diambil 0,65

u2 = 21,4 m/det

maka :

u3 = 0,65 x 21,4

= 13,91 m/det = 1391 cm/det sehingga :

x = 720π.6,91391

3194 = 6797o/cm

Untuk harga Φ1 = 45o didapat :

ρ1 =

45 6797

+

2.45 6797 = 0,315 cm maka :

Rvol = 7,2 + 2(0,315)

= 7,83 cm

Harga dari jari-jari volute untuk setiap penampang dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 4.3 Penampang dan jari-jari volute Φ (o

) Φ/x

���

�

�

Ρ(cm) Rvol(cm)

45 90 135 180 225 270 315 360

7,023x10-3 0,01324 0,0198 0,0264 0,0331 0,0397 0,0463 0,0529 0,308 0,4366 0,534 0,617 0,69 0,756 0,816 0,873 0,315 0,449 0,553 0,643 0,723 0,795 0,862 0,925 7,83 8,098 8,306 8,486 8,646 8,79 8,924 9,05

4.4.1.2 Sudut Lidah Volute

Sudut lidah volute adalah sudut dimana dimulainya rumah keong dimana dapat ditentukan dengan persamaan :

1v =

132.log⁡( 2 2

dimana :

α2 = sudut absolut keluar impeler = 6o sehingga :

1v =

132log⁡(72/69)

6

4.4.2 Tebal Dinding Rumah Pompa

Tebal dinding rumah pompa sangat berhubungan dengan tekanan yang bekerja pada rumah pompa dimana besarnya tekanan tersebut :

P =ρgHp

dimana :

ρ = 1100 kg/m3

Hp = head pompa = 20 m

sehingga :

P = 1100 x 9,81 x 20 = 215,820 N/m2 = 0,21582 N/mm2

Pemilihan bahan pompa dilakukan berdasarkan pertimbangan-pertimbangan lain yaitu :

- tahan terhadap korosi

- tahan terhadap gesekan / keausan

Berdasarkan pertimbangan diatas maka untuk bahan rumah pompa dipilih besi cor

kelabu JIS G ηη01 FC β0 dengan tegangan tarik ( t) = 20 kg/mm2 = 196,2 N/mm2. Dengan

mengambil faktor keamanan 10 maka didapat tegangan tarik ijin ( i) = 19,6 N/mm2.

Tebal dinding rumah pompa menurut [lit 9 hal. 112] dihitung dengan persamaan :

td = x.y.

. 2.

+

dimana :

x = faktor keamanan konstruksi 4,25

y = koefisien profil bentuk penampang = 1,6 (bentuk lingkaran)

= (Rvol 180o + Rvol 360o)

= 8,486 + 9,05 = 17,5 cm

t = tegangan tarik ijin = 19,6 N/mm2

S = toleransi untuk ketelitian penuangan (2 – 3), dipilih 3 Sehingga :

td = 4,25x1,6

0,215 17,5 2 19,6

+ 3

= 3,7 mm

Density of Steel

Materials Sorted By Category Then Density

Catego

ry Material

Density (x1000kg/

m3) Metal Steel, tool 7.715 Metal Wrought Iron 7.75 Metal Carbon Tool

Steel 7.82

Metal Steel,

cold-drawn 7.83

Metal Carbon Steel 7.84 Metal Steel, C1020,

HR 7.85

Metal Pure Iron 7.86 Metal Soft Steel

(0.06% C) 7.87 Metal Stainless Steel,

304 8.03

Metal Stainless

18Cr-8Ni 8.03

Common Name Density

(x1000kg/m3) Stainless steel AISI-SAE

1020 7.86

Stainless steel type 304 7.9

Faktor Konversi

Panjang

Luas

Volume

Massa

Kecepatan

Gaya

Tekanan

Power