94 ,
97 ,
97 ,
60 100
35 ,
72 100
− −
= −
−
v
η
v
η = 0,94926
3. Efisiensi Mekanis
Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan
gesekan pada paking. Besarnya efisiensi mekanis menurut M. Khetagurov berkisar antara 0.9 – 0.97. Dalam perancangan ini diambil harga efisiensi mekanis
0.935. Dari perhitungan diatas didapat nilai efisiensi total pompa pada instalasi
adalah:
total
η =
h
η
v
η
m
η =
935 ,
94926 ,
9389 ,
× ×
= 0,833
3.7 Daya Pompa Pada Instalasi yang Dirancang
Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller yang dicari dengan persamaan [ Fritz Dietzel, hal
243 ]:
P p
gHQ N
η ρ
=
Dimana : H = Head pompa = 9,87 m
Q = Kapasitas pompa = 0,0015 m
3
s g = Massa jenis air pada temperatur 20
C = 1000 kgm
3 P
η = efisiensi motor pompa = 83,3 Sehingga:
Universitas Sumatera Utara
N
P
= = 173,99 W
Sehingga daya pompa yang diperlukan untuk mengalirkan air atau daya yang untuk menggerakkan impeller pada instalasi yang dirancang ini adalah
173,99 W
3.8 Spesifikasi Pompa Yang Digunakan Pada Instalasi.
Untuk menentukan jenis pompa yang sesuai dengan instalasi perlu diperhatikan data-data spesifikasi pompa perencanaan, sebagai berikut:
Kapasitas Pompa Q :
90 ltr mnt Head Pompa H
: 9,87 m
Jenis Pompa :
Pompa Radial Putaran Spesifik n
s
: 1024 rpm
Tipe impeller :
Radial Flow Efisiensi Pompa
P
η :
83,3 Daya Pompa N
p
: 173,99 W
Dengan memperhatikan data-data pada pompa perencanaan maka dapat ditetapkan pompa yang akan digunakan dalam instalasi adalah :
Merk : DMY water pump
Tipe : AQUA - 175
Tinggi Tekan : 18 meter Kapasitas
: 90 Ltrmnt Daya
: 175 Watt Putaran
: 2850 rpm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5 Pompa Sentrifugal
3.9 Ukuran Impeller dan Rumah Pompa 3.9.1 Bentuk dan Ukuran Impeller
Untuk dapat memperoleh ukuran poros dan impeller pada pompa maka dilakukan pengukuran pada impeller. Adapun bentuk impeller yang akan diukur
adalah seperti yang tertera pada gambar dibawah ini :
Gambar 3.6 Bentuk impeler yang digunakan dalam pompa
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 Ukuran – ukuran utama pada impeler
Keterangan: a.Diameter Poros pompa d
S
= 10 mm b. Diameter Hub Impeller d
H
=27 mm c. Diameter Mata Impeller d
O
=35 mm d. Diameter Sisi Masuk d
1
= 44,2 mm e. Diameter Sisi Keluar d
2
= 129 mm f. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk b
1
= 2,5 mm g. Lebar Impeler Pada Sisi Keluar b
2
= 2,5 mm h. Tebal Sudu Pada Sisi Masuk t
1
= 4 mm i. Tebal Sudu Pada Sisi Keluar t
2
= 1 mm j. Jumlah Sudu Z = 6 Buah
3.9.1.1 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Impeler A. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler
1. Kecepatan Aliran Absolute V
1
Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absulute
α
1
=
Universitas Sumatera Utara
90 dan kecepatan aliran absolute V
1
adalah sama dengan kecepatan radial pada sisi masuk Vr
1
Sebelum menghitung berapa kecepatan aliran absolute terlebih dahulu ditentukan besar diameter mata impeller dengan persamaan [Khetagoruv, hal
257]:
Qth = Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraan adanya kerugian yang disebabkan fluida dari sisi tekan yang mengalir
kembali ke sisi isap melalui celah impeler, besarnya 1,02 ÷ 1,05 dari kapasitas pompa, diambil 1,05 [ Fritz Dietzel, hal 261 ].
= 1,05 x 0,0015 m3s = 0.001575 m3s do ={
2
027 ,
. 001575
. 4
+ ×
O
V
π }
12
1,156.10
-3
=
4 3
10 .
29 ,
7 10
. 00535
, 2
− −
+
O
V
O
V
3
10 .
00535 ,
2
−
= 4,27.10
-4
O
V =
4 3
10 .
27 ,
4 10
. 00535
, 2
− −
O
V = 4,043 ms Jadi dapat diperoleh nilai kecepatan fluida radial sisi masuk V
r1
dengan persamaan :
V
r1
= V + 10 ÷ 15 x V
dipilih 12,5 = 4,043 + 0,125 x 4,043 = 4,5 ms
2. Kecepatan Tangensial U
1
Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler ditentukan dengan persamaan [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ] :2
Universitas Sumatera Utara
U
1
= 60
. .
1 p
n d
π
= 60
2850 10
. 43
3
x x
−
π
= 6,6 ms
3. Sudut Tangensial β
1
Untuk aliran fluida masuk secara radial α = 90 , maka sudut sisi masuk
β dapat dihitung dengan persamaan berikut [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ]:
1 1
1
arctan V
V
r
= β
= arc tan
6
, 6
5 ,
4 = 34,28
Maka segitiga kecepatan diatas pada sisi masuk impeler dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 3.8 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk
Ket. W
1
: Kecepatan relatif pada sisi masuk impeler
:
Kecepatan fluida radial sisi masuk U
1 :
Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler β
1 :
Sudut sisi masuk
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 3.8 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk impeler W
1
adalah : W
1
=
= 28
, 34
sin 5
, 4
= 7,988ms
B. Kecepatan dan Sudut Aliran Keluar Impeler 1. Kecepatan Radial Aliran V
r2
Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler V
r2
adalah sebesar 4,5 ms
2. Kecepatan Tangensial U
2
U
2
= 60
. .
2 p
n d
π
= 60
2850 10
. 129
14 ,
3
3
× ×
−
= 19,25 ms
3. Sudut tangensial Keluar Impeler β
2
Z = 6,5 [ Fritz Dietzel, hal 255 ]
Dimana Z Jumlah Sudu = 6 Z = 6,5
− +
2 ,
44 129
2 ,
44 129
. sin
+ 2
2 1
β β
sin
+ 2
2 1
β β
= 26,9
Universitas Sumatera Utara
1
β +
2
β =53,8
2
β = 53,8 - 34,28
2
β = 19,52
4. Kecepatan Absolut Tangensial V
u2
V
u2
= U
2
-
2 2
tan β
r
V [Stepanoff, hal 49]
= 19,25 - 25
, 19
5 ,
4 Tan
= 7,94 ms
5. Sudut Absolut Keluar Impeler
2
α
2
α = arc tan
2 2
u r
V V
= arc tan 55
, 6
5 ,
4 = 34,48
6. Kecepatan Sudut Absolut keluar impeler W
2
W
2
=
2 2
sin β
r
V
= 52
, 19
sin 5
, 4
= 13,46 ms 7. Kecepatan Absolut aliran keluar V
2
V
2
=
2 2
sin α
r
V
= 48
, 34
sin 5
, 4
Universitas Sumatera Utara
= 7,95 ms Setelah didapat harga-harga diatas maka polygon kecepatan keluar impeler
dapat digambarkan seperti gambar 3.9 berikut ini:
Gambar 3.9 Segitiga kecepatan pada sisi keluar
Keterangan gambar : V
2
= komponen absolute keluar impeler V
u2
= komponen tangensial kecepatan absolute keluar impeler W
2
= kecepatan relative keluar impeler U
2
= kecepatan tangensial keluar impeler α
2
= sudut absolute keluar impeler β
2
= sudut tangensial keluar impeler.
3.9.1.2 Melukis Bentuk Sudu
Ada dua metode yang digunakan dalam melukis bentuk sudu, yaitu : 1.
Metode arcus tangent 2.
Metode koodinat polar Dalam melukis bentuk sudu sering digunakan metode arcus tangent, yaitu
dengan membagi-bagi impeler beberapa ruang konsentris diantara jari-jari R
1
dan R
2.
Jarak masing-masing lingkaran adalah :
Universitas Sumatera Utara
Dimana : R
1
= jari-jari lingkaran sudu sisi masuk impeler = d
1
2 = 44,22 = 22,1 mm R
2
= jari-jari lingkaran sudu sisi keluar = d
2
2 = 1292 = 64,5 mm i = jumlah bagian yang dibentuk oleh lingkaran konsentris direncanakan
4 bagian. Maka diperoleh :
R =
4 1
, 22
5 ,
64 −
= 10,6mm Perubahan besar sudut kelengkungan
terhadap perubahan R adalah : =
4 28
, 34
52 ,
19 −
= - 3,74 Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan
persamaan: =
Dimana : i = menyatakan lingkaran bagian dalam
o = menyatakan lingkaran bagian luar Harga-harga setiap jari-jari busur dan sudut pada setiap bagian lingkaran yang
membentuk sudu impeler dihitung dan ditabelkan pada tabel berikut ini: Link
R mm
R
2
mm
2
R cos R
cos - R
i
cos R
2 –
R
i 2
mm 1
22,1 488,41
34,48 -
- -
B 32,7
1069,29 30,74
28,11 9,88
580,88 29,37
C 43,3
1874,89 27
38,58 10,47
805,6 38,45
D 53,9
2905,21 23,26
49,52 10,94
1030,32 47,09
Universitas Sumatera Utara
2 64,5
4160,25 19,52
60,79 11,27
1255,04 55,65
Adapun langkah-langkah melukis sudu impeler adalah sebagai berikut : 1.
Gambaran lingkaran a,b dan c diantara R
1
dan R
2
dengan R = 10,6 mm 2.
Tentukan sembarang titik A pada lingkaran d
1
lalu tarik garis sumbu OA kemudian lukis sudut OAA’ sebesar
= 34,8 3.
Tentukan titik W sebagai pusat lingkaran 1 dan b pada garis AA’ dengan jari- jari 29,37 mm dari titik A, lukis busur lingkaran yang berpusat di W dari titik
A hingga berpotonan dengan lingkaran b, tandai dengan titik C. 4.
Tentukan titik CX sebagai pusat lingkaran b dan c pada garis BC dengan jari- jari 38,45 mm dari titik C, lukis busur lingkaran yang berpusat di titik X dari
titik C hingga berpotongan dengan lingkaran c. titik potongan tersebut ditandai dengan titik C.
5. Demikian seterusnya dilakukan dengan langkah 3 dan hingga dapat ditentukan
titik D dan E pada lingkaran d dan 2 sehingga diperoleh tiktik A, B, C, D dan E yang membentuk sudut impeler.
6. Maka gambar sudu tersebut dapat dilihat seperti terdapat pada gambar 3.8
berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.10 Bentuk sudu impeler
3.9.2 Bentuk dan Ukuran Rumah Pompa
Rumah pompa adalah bagian yang sangat penting dari sebuah pompa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dan mengubah energi kinetic fluida menjadi
energi tekanan. Rumah pompa yang digunakan pada perencanaan ini adalah jenis rumah
volut, jenis ini berbentuk spiral biasanya disebut rumah keong. Rumah pompa ini dibentuk sedemikian rupa sehingga luas penampang rumah pompa perlahan-lahan
bertambah luas dalam arah radial. Jenis ini biasanya digunakan untuk pompa satu tingkat dan konstruksinya sangat sederhana
Universitas Sumatera Utara
3.9.2.1 Bentuk Rumah Pompa
Untuk menggambarkan rumah pompa volute, rumah pompa dibagi atas 8 bagian penampang masing- masing 45, 90, 135, 180, 225, 315, dan 360.
Berdasarkan perbandingan kecepatan pada kerongkongan rumah keong V
thr
U
2
dengan kecepatan keliling fluida keluar impeler adalah fungsi dari kecepatan spesifik seperti pada gambar dibawah ini [ Lobanoff, hal 31 ]:
Gambar 3.11 Perbandingan Kecepatan pada kerongkongan rumah keong
Pada perhitungan sebelumnya diperoleh Q = 0,0015 m
3
S dan H
p
= 9,87 m dengan harga ns, = 1024 rpm, sehingga dari grafik di atas diperoleh bahwa
harga C
3
U
2
= 0,45 sehingga dari persamaan diperoleh :
V
thr
= C
3
U
2
x U
2
= 0,45 x 19,25 = 8,6625 ms
3.9.2.2 Luas Saluran Keluar throat Volute A
thr
Besar luas penampang kerongkongan rumah keong throat volute A
thr
adalah [ Stepanoff, hal 115 ]:
Universitas Sumatera Utara
A
thr
= b
3
D
3
π sin
v
α Dimana :
A
thr
= Luas Saluran keluar kerongkongan b
3
= lebar saluran keluar kerongkongan = b
2
+ 0,025 r
2
[ Khetagurov, hal 248 ] = 8 mm + 0,025 64,5 mm
= 4,1125 mm D
3
= 2r
3
, dimana nilai r
3
= 1,02
÷
1,05 r
2
, dalam perencanaan ini diambil nilai r
3
= 1,035 r
2
[ Khetagurov, hal 248 ]. = 2 x 1,035 x 64,5
= 133,515 mm sin
v
α = Sudut volute, nilai sin
v
α didapat dari hasil interpolasi grafik penentuan sudut volut [ Stepanoff, hal 113 ], sebesar 7,1
.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.12 Grafik penentuan sudut volut
maka : A
thr
= b
3
. D
3
. π . sin
v
α = 4,1125 x 133,515 x π x sin 7,1
= 213,211 mm
2
3.9.2.4 Penampang dan Jari-Jari Volute
Bentuk rumah pompa adalah rumah volute sehingga luas daerah diantara rumah pompa dan impeler merupakan fungsi sudut volute v dalam sistem
radial lingkaran, dapat dihitung dengan persamaan [ Stepanoff, hal 115 ] A
v
= A
thr
Dimana: r
vi
= jari-jari lintasan antara casing dengan impeler r
vi
= Untuk v = 90
, maka diperoleh : A
v
= A
thr
= 213,211 = 53,30 mm
2
Besarnya harga r
v
diperoleh dari r
v
= r
vi
+ r
2
+ t Dimana :
r
2
= Jari – jari keluar impeler = 64,5 mm t
= Jarak impeler dengan lidah volut, biasanya 8 dari jari – jari keluar impeler [Khetagurov, hal 246].
Universitas Sumatera Utara
= 0,08.r
2
= 0,08 x 64,5 = 5,16 mm
maka : r
v
= r
vi
+ r
2
+ t = 4,12 + 64,5 + 5,16
= 73,78 mm Dengan cara yang sama harga dari A
v
, r
v
, r
vi
, dapat ditabelkan untuk harga tiap-tiap sudut volute
yang telah ditentukan. Tabel berikut memberikan jari- jari saluran dan luas volute untuk setiap penampang tiap-tiap sudut volute.
Tabel 3.7 Jari – jari dan luas volut untuk setiap penampang
A
v
mm
2
R
vi
mm r
v
mm 69,66
90 53,30
4,12 73,78
135 79,95
5,04 74,7
180 106,61
5,83 75,49
225 133,26
6,51 76,17
270 159,91
7,13 76,79
315 186,56
7,71 77,37
360 213,86
8,74 77,9
405 239,86
8,74 78,9
430 254,67
9,01 78,67
Adapun cara untuk melukis rumah keong ialah sebagai berikut: 1.
Dengan pusat titik A, dilukis lingkaran-lingkaran dengan jarak yang telah ditentukan
2. Dimana besar jari-jari tiap lingkaran tersebut sudah ditentukan dan dilukis
pada sudut tertentu, dimana diwakili pada sudut 0, 90, 180, 270 dan 360
Universitas Sumatera Utara
3. Kemudian dilukis lingkaran yang menyinggung semua lingkaran dengan
titik pusat A lingkaran terputus-putus 4.
Demikian juga dilukis lingkaran luar yang sama dengan titik pusat A 5.
Maka dari titik M ditarik garis ke titik N dan dari titik N ke titik O dan seterusnya.
6. Maka terbentuklah sebuah rumah keong volute.
Gambar 3.13 Rumah pompa
3.10 Pelaksanaan Perancangan
