Gaya Aksial ANALISA GAYA DAN PUTARAN KRIT1S

73

BAB V ANALISA GAYA DAN PUTARAN KRIT1S

Dalam pengoperasiannya, komponen-komponen pompa akan mengalami regangan ataupun tekanan akibat gaya-gaya yang timbul ketika pompa beroperasi ataupun pompa tidak dalam keadaan beroperasi. Adapun gaya-gaya yang timbul tersebut antara lain disebabkan oleh berat poros, berat difuser ataupun gaya akibat aliran fuida yang arahnya menuju sisi masuk pompa.

5.1 Gaya Aksial

Gaya asial yaitu gaya yang bekerja pada arah sejajar terhadap sumbu poros. Pada Impeler hisapan tunggal akan terjadi gaya aksial yang diakibatkan gaya-gaya yang berlawanan arahnya. Gaya-gaya aksial ini terdiri dari : • Gaya aksial akibat berat komponen utama • Gaya aksial akibat aliran fluida

5.1.1 Gaya Aksial Akibat Berat Komponen Pompa

Kompenen-komponen utama pompa yang dapat bergerak adalah impeler dan poros. Karena pompa dirancang adalah pompa poros vertikal maka berat impeler dan poros pompa dapat diklasifikasikan sebagai beban aksial. Oleh karena itu diperlukan perhitungan berat komponen-komponen tersebut : Universitas Sumatera Utara 74

5.1.1.1 Berat Impeler

Dari hasil perhitungan di bab IV sebelumnya telah. diperoleh ukuran- ukuran impeler yang direncanakan. Ukuran-ukuran impeler dapat dilihat seperti pada gambar 5.1 dibawah ini. Gambar 5.1 Bentuk Impeler Bila kita perhatikan bentuk impeler yang rumit, maka sulit untuk, menghitung berat impeler secara akurat dan tepat untuk itu dihitung secara pendekatan. Impeler dibagi atas beberapa bagian untuk mempermudah perhitungan. Dengan menganggap distribusi unsur penyusun bahan impeler merata, maka berat impeler dapat dicari dengan persamaan : Wi = π4dbi 2 -dai 2 .t i .y dimana : d ai = diameter dalam segmen impeler m d bi = diameter luar segmen impeler m t i = tebal tiap segmen impeler m γ = berat jenis bahan impeler Nm 3 = Untuk impeler yang digunakan adalah bronze dengan rapat jenis γ = 8153 kgm 3 , sehingga berat jenisnya adalah γ = 79991 Nm 3 Lampiran 9. Universitas Sumatera Utara 75 Hasil perhitungan tiap segmen dapat dilihat pada tabel 5.1 Bagian dbi m daim tim Wim 1 0,067 0,051 0,004 0,474 2 0,116 0,051 0,002 1,363 3 0,116 0,067 0,002 1,126 4 0,067 0,051 0,002 0,237 5 0,051 0,025 0,006 0,744 6 0,025 0,018 0,0035 0,066 Berat impeler Wi 4,01 Setelah berat impeler diketahui maka selanjutnya dihitung berat sudu impeler. Berat sudu impeler dihitung dengan persamaan : Ws = 1 2 2 2 1 2 1 γ         +         + t t b b Z dimana: Z = Jumlah sudu impeler = 7 buah b 1 = Lebar sudu pada sisi masuk = 0,017 m b 2 = Lebar sudu pada sisi keluar = 0,0075 m t l = Tebal sudu pada sisi masuk = 0,0012 m t 2 = Tebal sudu pada sisi keluar = 0,0023 m 1 = Panjang sudu = 0,079 m γ = Berat jenis sudu = 79991 Nm 2 Ws = 79991 079 , 2 0023 , 0012 , 2 0075 , 017 , 7     +     + Ws = 0,948 N Universitas Sumatera Utara 76 Sehingga berat impeler adalah : Wis = Wi + Wsi = 4,01+0,948 = 4,958 N Pompa yang digunakan pada perencanaan ini adalah empat tingkat sehingga pompa tersebut memiliki empat impeler, maka berat total impeler adalah : Wis = 4.4,958 = 19,832 N

5.1.1.2 Berat Poros

Poros direncanakan memiliki konstruksi bertingkat dimana terdapat beberapa perbedaan diameter sepanjang poros. Maka perhitungan berat poros dilakukan perhitungan untuk tiap tingkat diameter. Adapun dimensi poros yang direncanakan seperti gambar 5.2 Gambar 5.2 Bentuk dan Ukuran Poros Berat poros tiap tingkat bagian dapat dihitung dengan persamaan : Wp = 4 2 γ π L D s     Universitas Sumatera Utara 77 Dimana: Ds = Diameter Poros L = Panjang Segmen poros γ = Berat jenis poros = Untuk poros yang terbuat dari baja standart JIS G 4103 baja khrom diperoleh rapat jenis p = 7800 kgm 3 sehingga berat jenis poros Y - 76518 Nm3 Lampiran 7. Dengan menggunakan rumus diatas maka dapat dibuat tabel dari berat setiap segmen poros. Tabel 5.2 Berat setiap bagian poros Bagian Diameter m Panjang m Berat N 1 2 3 4 0,01 0,018 0,024 0,017 0,018 0,148 0,132 0,052 0,108 5,527 4,566 0,902 Total Wp 11,103 Maka besar gaya aksial total yang ditimbulkan oleh berat komponen yang dapat bergerak impeler, poros, dan difuser adalah : Wip = 19,832 +11,103 Wip = 30,935 N

5.1.2 Gaya Aksial Akibat Aliran Fluida

Gaya aksial pada pompa disebabkan oleh adanya perubahan tekanan fluida antara sisi isap dan sisi tekan. Tekanan pada sisi tekan lebih besar dari tekanan pada sisi isap. Oleh sebab itu gaya ini selalu mengarah ke sisi isap impeler, Universitas Sumatera Utara 78 sehingga impeler tertekan kearah sisi isap. Sedangkan gaya akibat perubahan momentum berlawanan arah dengan gaya yang disebabkan perbedaan tekanan.

5.1.2.1 gaya Aksial Akibat Perbedaan Tekanan

Besarnya gaya aksial yang terjadi akibat perbedaan tekanan dapat ditentukan dengan persamaan : F at = P 1 – P 2 2 4 Dh D −    π Dimana: P 1 = Tekanan fluida dibelakang impeler P O = Tekanan fluida dimuka impeler D O = Diameter mata impeler = 0,067 m Dh = Diameter hubungan impeler = 0,025 m Untuk perbedaan tekanan antara muka dan belakang impeler dapat dihitung dengan persamaan : P 1 – P = 2 4 3 2 1 2 2 γ         −     g U U Dimana: U 1 = Kecepatan tangensial sisi masuk impeler = 7,9 ms U 2 = Kecepatan tangensial sisi keluar impeler =18 ms γ = Berat jenis fluida kerja = 9778 Nm 3 maka : P 1 – P = 9778 81 , 9 . 2 9 , 7 18 4 3 2 2       −     P 1 – P = 97776,26 Nm 2 Universitas Sumatera Utara 79 Sehingga : F at = 97776,26     4 π 0,067 2 – 0,025 5 F at = 0,296 N

5.1.2.2. Gaya Aksial Akibat Perubahan Momentum

Gaya aksial disebabkan perubahan momentum dapat dihitung dengan persamaan : F am = g Q V . . γ Dimana : Q ’ = Kapasitas aliran melalui impeler = 0,0064 m 3 s γ = Berat jenis fluida = 9778 Nm 3 V = 2,16 ms Sehingga : F am = 81 , 9 16 , 2 . 9778 . 0064 , F am = 13,7 N Maka gaya aksial yang bekerja kearah sisi isap untuk satu impeler adalah : F a tot = F at - F am F a tot = 296,5 – 13,7 F a tot = 282,8 N Untuk pompa dengan jumlah impeler 4 tingkat, maka besarnya gaya aksial yang terjadi adalah : F a tot = 4.282,8 F a tot = 1131,12 N Universitas Sumatera Utara 80 Maka besarnya gaya aksial yang terjadi pada poros adalah : F ∆T = Wip + F at = 30,935 + 1131.12 = 1162,055 N

5.1.3 Mengatasi Gaya Aksial

Untuk mengatasi gaya aksial yang terjadi, dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu :

a. Torak Pengimbang