Pompa limbah industri dengan kapasitas 20 m3/jam dan head 12 m - USD Repository

POMPA LIMBAH INDUSTRI

3 Dengan Kapasitas 20 m /jam dan Head 12 m

No: 698/ TA / FT-USD / TM / Agustus /2006

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin Diajukan Oleh:

Bagus Setiawan 025214035

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

INDUSTRIAL WASTE PUMP WITH

CAPACITY OF 20 M

3 /HOUR AND HEAD OF 12 METER

No: 698/ TA / FT-USD / TM / Agustus /2006

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering By :

Bagus Setiawan Student Number : 025214035

MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM STUDY

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat suatu karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta,

15 Maret 2007 Bagus Setiawan

HALAMAN PERSEMBAHAN

Tugas akhir ini saya persembahkan untuk: 1. Kedua orang tuaku yang selalu mendukungku.

2. Seluruh keluargaku di Jogjakarta yang mendukungku dengan seluruh yang mereka punyai.

3. Teman temanku yang mendukungku dengan berbagai cara.

4. Kekasihku yang mengajarkanku untuk hidup optimis 5. Tuhan Yesus yang selalu menopang aku.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatnya, sehingga tugas akhir saya yang berjudul Pompa Limbah Industri dengan kapasitas 20 m

/jam dan head 12 m dapat terselesaikan . Penulis mengharapkan karya tulis ini dapat berguna bagi industri pengolahan limbah di Indonesia.

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih banyak atas bantuan dan bimbingan selama mengerjakan tugas akhir ini , kepada :

1. Ir. Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

2. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T selaku pembimbing tugas Akhir

3. Segenap staf serta karyawan Universitas Sanata Dharma yang sangat membantu dalam penulisan Tugas akhir ini.

Demikian pula bagi rekan-rekan dan pihak tertentu yang telah banyak membantu penulis, baik secara moril maupun materil yang tidak tercantum namanya disini penulis ucapkan terima kasih.

Penulis

INTISARI

Pompa adalah alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi. prinsip kerja pompa adalah dengan membuat perbedaan tekanan antara bagian hisap dan bagian tekan dari impeler pompa.

Pompa yang didesain adalah pompa radial yang terdiri dari satu tingkat

dengan kapasitas 20 m /jam dan head 12 meter, dan putaran 1500 rpm. Impeler yang digunakan adalah impeller setengah terbuka menggunakan baja karbon cor dengan jumlah sudu 5 buah.

Sebuah pompa radial terdiri dari sebuah impeler atau lebih yang dihubungkan dengan poros dan ditutupi dengan casing. Fluida memasuki impeler searah sumbu dekat dengan poros membawa energi potensial dan kinetik. Energi ini akan mempengaruhi sudu. Ketika fluida meninggalkan implere dengan kecepatan ringgi fluida melalui volut, yang akan mengubah energi kinetik menjadi tekanan. Tentu saja proses ini akan diikuti penurunan kecepatan setelah proses pengubahan selesai, lalu fluida keluar dari pompa

ABSTRACT

Pump is a machine that can be used to run fluid from a place that has low pressure to higher pressure. The working principle of pump is to make different pressure between suction side and discharge side of pump impeller.

The designing pump is a radial pump that consisted of single stage with

3 capacity (Q) = 20 m /hour, pumping head (H) = 12 m, and rotation (n) =1500 rpm.

The impeller that used is half opened using carbonized steel cast and the amount of impeller blade is 5 PCs.

A radial pump commonly consists of one impeller or more that put on run shaft and covers with casing. Fluids enter the impeller in axial way near shaft and have energy, both kinetic energy and potential energy. This energy will impact the blade. When fluids leave impeller in relative high velocity, and then fluids are collected in volute or passing diffuser, which will transfer the kinetic energy, become pressure energy. Of course, this action will be followed by velocity reduce after conversion is finish, then fluid is flew out from this machine.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL........................................................................................ i HALAMAN JUDUL (INGGRIS) ................................................................... ii HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................ iii HALAMAN SOAL ......................................................................................... iv HALAMAN PENGESAHAN ......................................................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN ....................................................................... vi KATA PENGANTAR ...................................................................................... vii

INTISARI.......................................................................................................... viii DAFTAR ISI ..................................................................................................... x DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv DAFTAR GRAFIK ............................................................................................ xv DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvi

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Tinjauan umum .......................................................................................

1.2 Klasifikasi Pompa....................................................................................

1 1.2.1 Klasifikasi menurut jenis pompa.....................................................

1 1.2.2 Klasifikasi menurut jumlah tingkat.................................................

3 1.2.3 Klasifikasi Menurut jenis Impeler..................................................

4 1.2.4 Klasifikasi menurut letak poros.....................................................

1.2.5 Klasifikasi menurut belahan rumah...............................................

5 1.2.6 Klasifikasi menurut bentuk rumah................................................

5 1.2.7 Klasifikasi menurut head (tinggi- tekan).......................................

6 1.2.8 Pompa jenis tumpuan sumbu........................................................

6 1.2.9 Pompa jenis khusus......................................................................

6 1.2.10 Klasifikasi menurut sisi masuk impeler......................................

8 1.3 Pembatasan Masalah..............................................................................

9 BAB II. PEMILIHAN JENIS POMPA DAN PERHITUNGAN DAYA 2.1 Dasar Perancangan....................................................................................

10 2.2 Pemilihan jenis pompa.............................................................................

10 2.3 Putaran spesifik........................................................................................

11 2.4 Daya Pemompaan....................................................................................

15 BAB III. RANCANGAN IMPELER 3.1 Tinjauan Umum.......................................................................................

17 3.2 Perhitungan Ukuran Utama Impeler........................................................

20 3.2.1 Perhitungan Diameter Poros. ..................................................

21 3.2.2 Diameter Hub...........................................................................

25 3.2.3 Diameter Mata Impeler............................................................

25 3.2.4 Diameter Sisi Masuk Impeler.................................................

28 3.2.5 Lebar Impeler Sisi Masuk........................................................

29 3.2.6 Diameter Sisi Luar Impeler......................................................

3.2.7 Lebar Sisi Keluar Impeler........................................................

47 4.6 Pemilihan Bahan Impeler......................................................................

60 6.3 Perancangan Poros akibat Beban Lentur dan Puntir..............................

59 6.2 Perhitungan Beban.................................................................................

58 BAB VI. PERANCANGAN POROS DAN PASAK 6.1 Macam –macam Poros...........................................................................

56 5.4 Pemilihan bahan Rumah Pompa.............................................................

52 5.3 Nosel Buang............................................................................................

49 5.2 Perancangan Rumah Pompa....................................................................

48 BAB V. PERANCANGAN RUMAH POMPA 5.1 Dasar Perancangan ..................................................................................

45 4.5 Lebar Laluan..........................................................................................

31 3.3 Penentuan Jumlah Sudu .........................................................................

42 4.4 Tebal Sudu.............................................................................................

42 4.3 Pelukisan Sudu.......................................................................................

41 4.2 Pemilihan Bentuk Sudu..........................................................................

36 BAB IV. PERANCANGAN SUDU 4.1. Bentuk Sudu..........................................................................................

34 3.4.2 Segitiga Kecepatan Sisi keluar Impeler...................................

34 3.4.1 Segitiga Kecepatan pada Sisi Masuk Impeler.........................

32 3.4 Segitiga kecepatan (Triangle Velocity)..................................................

6.4 Diameter poros......................................................................................

65 6.5 Tinjauan Konsentrasi Tegangan Poros Pada Alur Pasak........................

66 6.6 Tinjauan Poros Terhadap Defleksi Puntiran ( θ )..................................

70 6.7 Putaran Kritis..........................................................................................

71 6.8 Macam- macam Pasak.............................................................................

73 6.9 Tata cara perencanaan Pasak...................................................................

74 BAB VII. PERANCANGAN ELEMEN PENDUKUNG 7.1. Pendahuluan...........................................................................................

78 7.2. Kotak Packing(Stuffing Box)................................................................

78 7.3 Bantalan.................................................................................................

81 7.4 Kopling..................................................................................................

89 BAB VIII. KARAKTERISTIK POMPA 8.1 Karakteristik Pompa Hubungan kapasitas dangan Head.......................

8.2 Karakteristik pompa Hubungan Kapasitas dengan Daya efisiensi........ 102

BAB IX. KESIMPULAN BAB X. DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Jari - jari kelengkungan sudu....................................................... 44Tabel 4.2 Tebal kelengkungan Sudu........................................................... 46Tabel 4.3 Lebar laluan ............................................................................... 48Tabel 5.1 Hasil perhitungan rumah volut................................................... 56Tabel 7.1 Faktor -faktor dalam bantalan.................................................... 83Tabel 7.2 Harga faktor keandalan bantalan.............................................. 86Tabel 7.3 Ukuran kopling flens................................................................ 90Tabel 7.4 Bahan kopling flens.................................................................. 91Tabel 8.1 Hubungan antara kapasitas dan head ....................................... 102Tabel 8.2 Hubungan antara kapasitas dengan daya dan efisiensi............ 107

DAFTAR GRAFIK Grafik 2.1 Penentuan jenis pompa.............................................................. 11 Grafik 2.2 Rendemen effektif..................................................................... 14 Grafik 3.1 Titik - titik koefisien tinggi tekan untuk berbagai kapasitas.... 30 Grafik 6.1 Koefisien Kr.............................................................................. 62 Grafik 6.2 Faktor konsentrasi tegangan untuk poros bertingkat................. 68 Grafik 6.3 faktor konsentrasi tegangan untuk poros yang diberi alur pasak. 69 Grafik 8.1 karakteristik pompa hubungan antara head dan kapasitas ........ 102 Grafik 8.2 karakteristik hubungan antara kapasitas dan daya dan efisiensi. 108

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pompa Sentrifugal........................................................................ 2Gambar 1.2 Pompa aliran campur mendatar................................................. 2Gambar 1.3 Pompa aliran aksial medatar…………………………………… 3Gambar 3.1 Macam - macam bentuk impeler.................................................. 19Gambar 3.2 Dimensi Impeler.......................................................................... 20Gambar 3.3 Segitiga kecepatan impeler........................................................... 35Gambar 3.4 Segitiga kecepatan masuk impeler ............................................... 37Gambar 3.5 Segitiga kecepatan sisi keluar impeler......................................... 40Gambar 4.1 Bentuk sudu................................................................................... 42Gambar 4.2 Jari jari kelengkungan sudu ......................................................... 44Gambar 4.3 Pelukisan sudu............................................................................... 47Gambar 4.4 Bentuk lebar laluan……………………………………………… 48Gambar 5.1 Rumah spiral…………………………………………………….. 49Gambar 5.2 Tiga desain rumah pompa……………………………………….. 51Gambar 5.3 Posisi konvensional flens buang ………………………………… 52Gambar 5.4 Disain rumah keong …………………………………………….. 53Gambar 5.5 Rumah volut……………………………………………………... 56Gambar 7.1 Kotak packing…………………………………………………… 78Gambar 7.2 Bentuk kopling flens…………………………………………….. 89 .

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Tinjauan Umum

Dari sifat zat cair secara alami tidak dapat mengalir dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi. Maka dari itu, untuk dapat memindahkan atau mengalirkan zat cair diperlukan mesin yaitu pompa.

Pompa merupakan suatu mesin yang berfungsi untuk memindahkan, mengalirkan, menaikkan dan menekan zat cair. Karena adanya perbedaan tekanan antara diluar pompa dengan tekanan di dalam pompa, zat cair akan mengalir masuk ke dalam pompa melalui saluran masuk dan dikeluarkan melalui saluran tekan.

Di dalam pompa akan terjadi perubahan energi kinetic menjadi energi tekanan.

1.2 Klasifikasi Pompa

Pompa dapat diklasifikasikan menjadi berbagai macam jenis pompa menurut berbagai dasar pengelompokkannya. Menurut konstruksi pompa, pompa dapat dibedakan menjadi berbagai jenis antara lain:

1.2.1 Klasifikasi menurut jenis pompa

a. Pompa Sentrifugal Dalam Gambar 1.1 pompa sentrifugal mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga zat cair yang keluar dari impeler akan melalui bidang yang tegak lurus dengan pompa.

Gambar 1.1 Pompa Sentrifugal (Sumber : Sularso dan Tahara,1996,hal 8)

b. Pompa Aliran Campur Seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1.2, aliran yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan kerucut.

Gambar 1.2 Pompa Aliran Campur (Sumber : Sularso dan Tahara,1996,hal 8) c. Pompa Aliran Aksial Seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1.3., aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder keluar.

Gambar 1.3 Pompa Aliran Aksial (Sumber : Sularso dan Tahara,1996,hal 8)

1.2.2 Klasifikasi menurut jumlah tingkat

a. Pompa Satu Tingkat (single stage pump) Pompa jenis ini mempunyai satu impeler dan head total yang dihasilkan dari satu impeler relative rendah. b. Pompa Bertingkat Banyak (multi stage pumps) Pompa ini menggunakan beberapa impeler dalam satu poros yang dipasang berderet. Zat cair yang dialirkan keluar dari impeler yang satu masuk ke impeler terakhir dan keluar melalui saluran buang.

1.2.3 Klasifikasi Menurut jenis Impeler

a. Impeler Terbuka Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang. Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudut. Jenis sudu yang demikian digunakan untuk pemompaan zat cair yang sangat banyak mengandung kotoran.

b. Impeler Setengah Terbuka Impeler jenis ini di sebelah sisi masuk (depan) dan tertutup sebelah belakangnya. Impeler jenis ini cocok untuk pemompaan zat cair yang sedikit mengandung kotoran.

c. Impeler Tertutup Sudu – sudu ditutup oleh kedua dinding yang merupakan suatu kesatuan. Jenis ini dipakai untuk pemompaan zat cair bersih (air bersih)

1.2.4 Klasifikasi menurut letak poros

a. Pompa dengan Poros Mendatar Pompa jenis ini memiliki poros dengan posisi mendatar (horizontal)

b. Pompa dengan Poros Tegak (vertikal) Pompa jenis ini mempunyai poros dengan posisi tegak (vertikal)

1.2.5 Klasifikasi menurut belahan rumah

a. Pompa dengan Belahan Mendatar Pompa ini memiliki belahan rumah yang dapat dibelah menjadi dua bagian dengan pembelahan mendatar yakni bagian bawah dan bagian atas. bagian yang berputar dapat diangkat setelah bagian yang atas dilepas terlebih dahulu.

b. Pompa dengan Belahan Radial Rumah pompa ini dapat dibelah secara vertikal. Bagian rumah dapat dipisahkan secara menyamping.

c. Pompa Jenis Berderet Pompa jenis ini terbagi oleh bidang- bidang tegak lurus poros sesuai dengan jumlah tingkat yang ada.

1.2.6 Klasifikasi menurut bentuk rumah.

a. Pompa Volut Bentuk pompa dari jenis ini diantara zat cair dari impeller secara langsung dibawa ke rumah volut.

b. Pompa Diffuser Pompa ini merupakan pompa sentrifugal yang dilengkapi dengan sudu diffuser di sekeliling impeler. Sudu diffuser berfungsi untuk memperbaiki efisiensi pompa dan memperkokoh rumah. Konstruksi ini sering dipakai pada pompa besar dengan head tinggi, juga dipakai pompa bertingkat banyak karena aliran dari satu tingkat berikutnya dapat dilakukan dengan tanpa menggunakan rumah volut. c. Pompa Aliran Campur Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah volut.

Untuk mengalirkan zat cair dipergunakan saluran yang lebar sehingga pompa tidak mudah tersumbat apabila ada benda asing yang ikut masuk ke dalam pompa.

1.2.7 Klasifikasi menurut head (tinggi- tekan)

a. Pompa dengan Head Rendah Jika headnya maksimal 15 meter, biasanya pompa jenis volut dan tidak menggunakan ring diffuser.

b. Pompa dengan Head Menengah.

Head yang ada biasanya mencapai 40 meter, biasanya menggunakan ring diffuser.

c. Pompa dengan head tinggi.

Head pompa dapat mencapai lebih dari 40 meter, biasanya menggunakan multistage.

1.2.8 Pompa jenis tumpuan sumbu.

Pompa jenis ini mempunyai kaki yang diperpanjang sampai setinggi sumbu poros untuk menumpu rumah. Dengan maksud apabila terjadi pemuaian pada rumah karena kenaikan temperature, tinggi sumbu poros tidak berubah. Maka sumbu poros pompa akan tetap segaris dengan sumbu poros mendatar.

1.2.9 Pompa jenis khusus

a. Pompa dengan Motor Terbenam Pompa jenis ini digunakan untuk memompa air dari sumur yang sangat dalam, sering dipakai pompa yang merupakan satu unit dengan motor penggeraknya, dimana keduanya dipasang terbenam di bawah permukaan air. Motor jenis ini ada beberapa macam seperti jenis berisi air, jenis berisi minyak dan jenis berisi gas.

b. Pompa motor terselubung.

Pompa motor terselubung merupakan satu unit dengan motornya. Padacelah antara rotor dan stator motor terdapat selubung dari logam anti magnit. Ruangan di dalam selubung ini dihubungkan dengan ruang dalam dari pompa. Dengan konstruksi semacam ini tidak diperlukan perapat poros. Sebagian zat cair yang dipompa, disirkulasikan melalui motor untuk pendinginan dan pelumasan bantalan.

c. Pompa Sesumbu Nozel isap dan nozel keluar terletak pada satu sumbu dengan pipa penyalur maka dari itu disebut pompa sesumbu. Rumah pompa dipasang langsung pada flens pipa tanpa menggunakan kaki, sehingga tidak memerlukan banyak ruangan.

d. Pompa Memancing Sendiri Pompa ini mempunyai ruangan yang dapat menyimpan sedikit air, jika pompa dijalankan maka air yang terdapat di ruang impeler akan naik ke ruang atas dari rumah sehingga udara dari pipa isap akan masuk ke dalam impeler. Maka dari itu udara akan tercampur air dan ikut naik ke ruang atas rumah. Dari ruang atas udara akan dikeluarkan ke pipa sedang airnya akan terpisah dan kembali ke impeler. e. Pompa Proses Pompa proses digunakan untuk mengangkut bahan baku dalam proses produksi.

Pompa proses yang khas yaitu yang mempunyai jenis tarik mundur isapan tunggal dengan rumah volut.

f. Pompa Pasir Pompa ini digunakan untuk mengangkut zat cair yang mengandung pasir atau butiran padat dalam jumlah besar. Pompa ini mempunyai dinding berlapis yang berasal dari bahan aus di sebelah dalam rumahnya.

g. Pompa bebas sumbatan.

Pompa ini mempunyai impeler dengan bentuk khusus untuk menghindari sumbatan benda padat pada impelernya. Dengan maksud lebar jalan keluar impeler diperbesar dan jumlah sudu dikurangai satu sampai tiga buah

1.2.10 Klasifikasi menurut sisi masuk impeler

a. Pompa hisapan tunggal (single suction pump) Pompa ini memiliki satu sisi masuk (suction) untuk mengalirkan zat cair.

Konstruksi macam ini bentuknya sederhana dan paling banyak dipergunakan.

b. Pompa hisapan ganda (double suction pump) Pompa ini memiliki dua sisi masuk untuk mengalirkan zat cair. Impeler pada pompa ini pada dasarnya sama dengan dua buah impeler pompa hisapan tunggal yang dipasang bertolak belakang, serta dipandang sebagai pompa yang memiliki dua buah impeler secara sejajar (paralel).

1.3 Pembatasan Masalah

Mengingat kompleksnya permasalahan dalam suatu perencanaan maka pembahasan dalam perancangan ditekankan khususnya pada hal berikut ; segi kekuatan bahan , ukuran-ukuran dasar dari masing - masing elemen mesin serta jenis dan standar bahan yang dipakai atau digunakan . Sedangkan segi -segi lain yang tidak penting seperti pengaruh getaran mesin (motor), umur ekonomis pompa, harga bahan yang digunakan , proses perakitan, istalasi pompa dan pembuatan dari tiap elemen mesin dan masih banyak hal -hal yang sebenarnya memiliki keterkaitan langsung dengan perancangan tidak dibahas oleh penulis di dalam perancangan ini. Di dalam penulisan tugas akhir ini penulis mencoba untuk melakukan perancangan salah satu jenis pompa yang digunakan pada bak pengolahan limbah industri. pompa yang akan

direncanakan adalah pompa dengan kapasitas 20 m /jam dengan head 12 m yang diperoleh dari PT Sari Husada

BAB II PEMILIHAN JENIS POMPA DAN PERHITUNGAN DAYA

2.1 Dasar Perancangan

Dasar perancangan pompa air limbah di pengolahan air limbah. Sesuai dengan data yang ada di lapangan membutuhkan pompa dengan:

Head (Tinggi tekan) = 12 m = 39,37 Ft Kapasitas = 20 m ³ /jam = 0,333 m ³ /menit = 0,0056 m ³ /detik = 0,196 ft ³ /detik

= 88,1 Gpm

Temperatur fluida (air) : 40 C 2.2 Pemilihan jenis pompa.

Pemilihan kapasitas dan head yang sudah ditentukan pda dasar perancangan maka masih perlu adanya pengecekan. Pengecekan dilakukan untuk mendapatkan jenis pompa yang sesuai dengan pompa yang memiliki head

12 m

dan kapasitas 20 m

3 /jam.

hal ini dilihat pada grafik penentuan jenis pompa pada Gambar 2.1

Grafik 2.1. Penentuan jenis Pompa

(Sumber: Austin, 1990, hal 56)

Dari grafik di atas dengan kapasitas dan head yang ditentukan ternyata pompa yang sesuai adalah pompa radial.

2.3 Putaran spesifik

Kecepatan spesifik adalah kecepatan dalam putaran permenit. Suatu pompa yang akan beroperasi bila secara proporsional ukurannya diperkecil , dapat memberikan kapasitas teruji (rating) sebesar 1 gpm pada tinggi total 1 ft

Kecepatan spesifik akan memberikan klasifikasi impeler yang berdasarkan prestasi dan proporsi (tanpa memperhatikan ukuran aktual dan kecepatan impeler beroperasi). Selain itu dengan kecepatan spesifik dapat menentukan jumlah tingkat pompa yang dipergunakan sehingga dapat dicapai effisiensi pompa yang optimal. Dalam literatur, ada yang menggunakan satuan dan ada juga yang tidak menggunakan satuan.

Harga kecepatan spesifik pompa dapat ditentukan dengan rumus:

rpm i H Q n n _s ₄ ₃

= (2.1) dengan : n : putaran poros penggerak (rpm) Q: kapasitas pompa (m

/detik)

H: tinggi tekan pompa (meter) i: jumlah tingkat Untuk perancangan pompa ini diambil motor listrik sebagai penggerak pompa. Dalam perancangan ini digunakan motor listrik:

Putaran motor (n) = 1500 rpm Tegangan (v) = 200 volt Frekwensi (f) = 50 Hz Daya (P) = 2 kW Jumlah kutub = 4 kutub Sehingga kecepatan spesifik pompa adalah:

n Q n = _s ₃ ₄ H

1500 0,0056

n = _s ₃ ₄

1 = 17,34 rpm (SI)

Harga kecepatan spesifik di atas berlaku untuk pompa satu tingkat. Dimana

harga tersebut telah memenuhi syarat yaitu lebih dari 10 menit maka untuk selanjutnya adalah perhitungan efisiensi pompa dengan satu tingkat impeler, yaitu dengan menggunakan grafik rendemen efektif (n c ) pada Gambar 2.2 ,dengan data-

data kapasitas pompa (Q) = 0,0056 m /detik dan kecepatan spesifik (n ) = 17,34 rpm,

maka diperoleh efisiensi pompa satu tingkat sebesar 64 % Efisiensi pompa yang rendah berakibat performasi pompa menurun dan kerja pompa tidak sampai pada titik maksimal. Maka hal yang harus dilakukan adalah dengan merancang pompa dengan jumlah impeler lebih dari satu atau banyak.

Dengan cara yang sama dengan perhitungan jumlah tingkat pada pompa di atas maka dapat diperoleh harga-harga kecepatan spesifik dan efisiensi pompa dari berbagai tingkat pompa sebagai berikut:

Jumlah Tingkat Ns Effisiensi

1 17,3408 64% 2 34,6816 70% 3 52,0224 80% dari hasil perhitungan penentuan jumlah pompa di atas maka dipilih pompa dengan efisiensi sebesar 64 % yaitu pompa dengan jumlah tingkat satu. Karena pada efisiensi tersebut sudah cukup tinggi dan untuk meminimalisir biaya pembuatan pompa.

Grafik 2.2. Randemen efektif ( η)

(Sumber : Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal 243)

2.4 Daya Pemompaan.

Daya pemompaan merupakan daya yang berasal dari pompa yang dapat dipindahkan dan digunakan ke fluida.

Besarnya daya pemompaan dapat dihitung dengan rumus: Pv = ρ .g.H.Q kW (2.2) dengan:

) ρ : masssa jenis fluida yang dipompa (kg/m

g : gravitasi (9,81 m/dt ) H : tinggi tekan pompa (m)

3 Q : kapasitas pompa (m /dt)

3 Untuk air memiliki masa jenis (

ρ )=1000 kg/m Maka daya pemompaan adalah : Pv = 1000 x 9,81 x 20 x 12 = 1021,88 W = 1,02 kW = 1,37 Hp

Guna menggerakkan pompa dengan daya pemompaan Pv, maka dibutuhkan daya motor penggerak yang lebih besar dari daya pemompaan tersebut. Besarnya daya motor penggerak ditentukan dengan rumus :

P _v P =

(2.3)

η dengan:

η = efisiensi pompa Dari gambar 2.2 telah diperoleh efisiensi pompa e

η = 64 %, maka dapat diperoleh daya motor penggerak yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa, yaitu : 1,37

P = ,

64 = 2,14 Hp = 1,59 kW Jadi daya motor yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa adalah 1,59 kW.

Berdasar data maka daya yang dipilih adalah 2 kW

BAB III PERANCANGAN IMPELER

3.1 Tinjauan Umum

Impeler merupakan bagian pompa yang berputar dengan sambungan pada poros. Didalam impeler fluida mendapat percepatan sedemikian rupa sehingga fluida tersebut mempunnyai kecepatan mengalir keluar melalui sudu- sudu impeler. Dan hal itu akan mengakibatkan zat cair mengalir dari saluran hisap (suction) kemudian keluar melalui saluran tekan (discharge).

Salah satu pemakaian kecepatan spesifik adalah untuk menentukan klasifikasi berbagai jenis impeler pompa. Masing – masing jenis impeler memiliki daerah kecepatan spesifik sehingga impeler dapat beroperasi dengan baik.

Jenis- jenis impeler yang diklasifikasikan menurut kecepatan spesifik pada impeler adalah sebagai berikut :

a. Impeler radial.

Impeler jenis ini merupakan impeler jenis yang konvensional dan secera praktis dipakai pada semua pompa bertingkat banyak. Daerah kecepatan spesifik antara 500 rpm sampai 3000 rpm. Perbandingan diameter buang (discharge) dengan diameter mata sisi masuk (inlet eye diameter ) adalah 2. Impeler ini dapat dipakai untuk tinggi tekan menengah (medium) dan tinggi tekan besar di atas 150 ft.

b. Impeler jenis francis

Impeler ini digunakan untuk tinggi tekan yang lebih rendah, serta dengan pembuangan radial dan hisapan aksial perbandingan diameter buang dengan diameter mata sisi masuk lebih kecil dari pada jenis radial. Daerah kecepatan spesifik antara 1500 rpm sampai dengan 4500 rpm. Sudut sudu sisi masuk berkurang (mengecil) sesuai dengan jari- jari untuk menjamin agar fluida dapat masuk secara mulus.

c. Impeler jenis aliran campur

Tinggi tekan yang dihasilkan impeler jenis ini sebagian disebabkan oleh gaya sentrifugal dan sebagian disebabkan oleh takan impeler. Aliran buang arahnya sebagian radial dan sebagian aksial. Diameter buang rata- rata kira-kira sama dengan diameter mata sisi masuk (meskipun dapat lebih kecil). Daerah kecepatan spesifik antara 4500 rpm sampai 8000 rpm.

d. Impeler jenis propeler

Tinggi tekan yang dihasilkan oleh impeler jenis ini sebagian disebabkan oleh tekanan sudu-sudu dan aliran keseluruhan arahnya aksial. Daerah kecepatan spesifik pada impeler jenis ini paling tinggi yakni di atas 8000 rpm. Impeler ini dipergunakan untuk tinggi tekan rendah (3 sampai 40 ft) putaran rendah (200 sampai dengan 1800 rpm), dan kapasitas besar.

Disamping desain yang diklasifikasikan menurut kecepatan spesifiknya, impeler juga dibedakan lagi jenisnya menurut cara cairan memasukinya, detail baling- balingnya dan tujuan penggunaan impeler tersebut.

Pada Gambar 3.1 dapat dilihat berbagai jenis impeler, impeler terbuka (Gambar 3.1 A) mempunyai baling- baling yang dipasang pada pusat sumbu poros dengan dinding yang relative kecil. Impeler semi terbuka B mempunyai selubung atau dinding, hanya pada satu sisi saja. Impeler tertutup C dan D mempunyai selubung pada kedua sisinya untuk menutup aliran cairannya. Unit hisapan tunggal atau hisapan ujung C mempunyai sisi masuk cairan pada satu sisi, jenis hisapan D, cairan masuk dari kedua sisi. yang ditunjukkan pada E, F dan G adalah desain untuk bahan kertas, jenis propeler dan aliran campur.

Gambar 3.1 Macam-macam bentuk impeler

(Sumber : Hicks,1996,hal 9) Dalam perancangan ini, fluida yang dipompakan berupa campuran air maka jenis impeler yang cocok dipergunakan adalah jenis setengah terbuka.

3.2 Perhitungan Ukuran Utama Impeler

Pada perancangan impeler, ada bagian-bagian impeler pompa yang harus dihitung agar ukuran impeler proporsional. Bentuk ukuran impeler dapat dilihat seperti dalam Gambar 3.2

Gambar 3.2 Dimensi Impeler (Sumber : Lazarkiewick, hal. 132)

Keterangan : ds : Diameter poros do : diameter mata impeler d : diameter sisi masuk impeler

2 : Diameter sisi keluar impeler

dh : Diameter hub bagian depan dh’ : Diameter hub bagian belakang b 1 : Lebar sisi masuk b

2 : Lebar sisi keluar 3.2.1 Perhitungan Diameter Poros .

Diameter poros impeler dapat dihitung dengan menggunakan rumus ₁ ₃ ⎛ 5 , 1 ⎞

Ds = xKtxCbxT (3.1) ⎜⎜ ⎟⎟

σ _a ⎝ ⎠ dengan :

) σ : tegangan geser bahan yang diijinkan (kg/mm _a

Kt : factor koreksi untuk momen puntir : 1,0-1,5 Cb : factor koreksi untuk beban lentur : 1,2 -2,3 T : momen puntir yang diterima oleh poros (kg.mm).

Faktor koreksi untuk momen punter Kt 6 , yang dianjurkan oleh ASME dipilih sebesar 1,0 jika beban dikenakan secara halus, 1,0-1,5 jika sedikit kejutan atau tumbukan ,dan 1,5 -3,0 jika beban dikenajan kejutan atau tumbukan yang besar.

Faktor koreksi beban lentur Cb harganya antara 1,2 sampai 2,3. Apabila diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil = 1,0.

Momen puntir yang diterima oleh poros dapat dihitung dengan rumus

5 Pd

T = 9,74 x 10 x kg.mm (3.2)

Dengan :

Pd : daya motor penggerak (kW) N : Putaran motor penggerak pompa (rpm)

Dalam bab II telah dihitung bahwa Daya motor (Pd) = 2 Kw Putaran motor penggerak (n) = 1500 rpm Sehingga momen puntir yang diterima oleh poros adalah : ₅

3 T = 9 , 47 x 10 x 1500

= 1298,67 kg.mm Diambil bahan poros adalah S35C.

2 Kekuatan tarik bahan yang diijinkan ( σ ) = 52 kg/mm _B

Untuk menghindari beban lebih yang diterima pada poros maka diperlukan faktor keamanan. Sehingga tegangan geser bahan dapat ditentukan: σ _B

τ a = kg/mm (3.3)

Sf xSf ₁ ₂ Dengan :

1 : faktor keamanan 1

2 : faktor keamanan 2

2 Tegangan geser yang diijinkan a ( kg/mm ) untuk pemakaian umum pada τ

poros dapat diperoleh dengan berbagai cara. Dalam perancangan ini dapat dihitung

a τ

atas dasar batas kelelahan puntir yang besarnya diambil 40 % dari batas kelelahan

tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik B (kg/mm ). Jadi batas

σ kelelahan puntir adalah 18 % dari kekuatan tarik B , sesuai dengan standar

ASME. Untuk harga 18 % ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6. harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan dijamin, dan 6,0 untuk bahan dengan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sf 1 .

Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan . Untuk memasukkan pengaruh – pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan sebagai Sf

2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0 .

Diambil factor keamanan Sf

1 = 6

factor keamanan Sf

2 = 2

maka tegangan lentur bahan yang diijinkan adalah :

52 τ = _a 6 x

2 ₂ = 4,33 kg/mm

τ _a Untuk menentukan diameter poros impeler, diambil faktor koreksi untuk momen puntir Kt = 1,5 dan factor koreksi untuk tumbukan Cb = 2,0. Maka diameter poros impeler ₁ ₃

⎛ 5 , 1 ⎞

Ds = ⎜ x

1 , 5 x 2 , x 1298,67 ⎟ 4 ,

33 ⎝ ⎠

= 16,15 mm

Untuk menyambung poros dengan impeler dipergunakan pasak, kedalaman alur pasak poros ditambahkan diameter poros hasil perhitungan di atas.

Diambil pasak dengan ukuran penampang 5 x 5 (dari tabel ukuran pasak). Kedalaman alur pasak pada poros (t

1 ) = 3 mm

Maka diameter poros menjadi : Ds = Ds hitungan + (t

1 x 2)

= 16,15+ (3 x 2) = 22,15 mm Diameter poros impeler harus disesuaikan dengan diameter poros standar, pada tempat dimana akan dipasang bantalan gelinding, dipilih salah satu diameter poros yang lebih besar dari harga yang cocok di dalam tabel untuk menyesuaikan dengan diameter dalam bantalan gelinding dan agar poros dapat memenuhi persyaratan perancangan poros yang diminta maka besarnya diameter poros impeler Ds = 25 mm.

3.2.2 Diameter Hub

Diameter hub adalah setelah diameter poros impeler sudah ditentukan maka diameter leher atau diameter hub dihitung berdasarkan perbandingannya dengan diameter poros yaitu sebesar 1,3 sampai dengan 1,4 kali lebih besar dari diameter poros impeler (Lazarkiwies,1965. Hal 135). Sedangkan untuk diameter hub bagian belakang , 1,35-1,5 kali diameter poros (Lazarkiwies,1965. Hal 135),sehinggga perhitungan diameter hub bagian depan dan belakang : Diameter hub bagian depan Dh = 1,3 x Ds

= 1,3 x 25 = 32,50 mm = 1,28 in Diameter hub bagian belakang :

Dh = 1,4 x 25 = 35 mm = 1,38 in

3.2.3 Diameter Mata Impeler

Diameter mata impeler dapat dihitung dengan persamaan 3.4 Do = ²

4 Dh

144

Vo xQtz x +

π in (3.4)

Dengan : Qtz = Kapasitas total pompa (ft

/detik) Vo = Kecepatan masuk ke mata impeler (ft/detik) Dh = diameter hub (inc)

Kecepatan masuk ke mata impeler Vo biasanya dibuat lebih besar dari pada kecepatan masuk flens sisi hisap. Besarnya kecepatan masik ke mata impeler antara 10-15 ft/detik. Karena kerugian turbulen den kerugian gesekan yang sebanding dengan kuadrat kecepatan, maka kecepatan masuk dipertahankan sekecil mungkin. Kecepatan Vo yang kecil akan menyebabkan ukuran mata impeler besar sehingga ukuran impeler tidak proporsional.

Kebocoran pompa besarnya kira- kira 2-10 % kapasitas pompa.Sehingga kapasitas pompa harus lebih besar daripada kapasitas yang telah ditentukan (Austin,1990,hal 93)

Untuk menentukan kecepatan masuk flens sisi hisap maka diambil diameter pipa flens yang sudah standard, yaitu :1,25;2;2,5;3;4;6;8;10;12;14;16;18;20;24;30;36.

Ukuran ukuran tersebut digunakan untuk menghindarkan biaya-biaya tambahan dan penundaaan karena pemilihan ukuran yang langka Diambil : Diameter pipa flens = 3 in

= 0,0762 meter Luas penampang pipa hisap adalah

π x d A = x

π x 0,0762 = x

= 4,6 x 10 m Kecepatan aliran pada flens dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan kontinuitas 3.5 yaitu : Q = A x V

(3.5) dengan

3 Q = kapasitas pompa (m /detik)

2 A = luas penampang pipa (m )

V = kecepatan aliran dalam pipa (m/detik) Dengan persamaan di atas dapat ditentukan kecepatan aliran dalam pipa masuk sisi hisap.

Vs =

, 0056 _- = ₃

4,6 x

10 = 1,22 m/detik = 4 ft/detik

Di dalam saluran sisi hisap (suction), kecepatan aliran yang masuk besarnya kira- kira 4 -18 ft/detik (Austin, hal 90). Kecepatan aliran sisi masuk hasil perhitungan diatas telah sesuai dengan persyaratan. Kecepatan melalui mata impeler harus lebih besar daripada kecepatan aliran sisi hisap (Austin, hal 93 ).

Maka diambil : Kecepatan Vo = 5 ft/detik Kerugian kebocoran = 10 % Maka kapasitas total : Qtz = Q x (100+ kebocoran )% = 0,196 x 1,1 = 0,216 ft/detik

Kemudian dapat dihitung diameter mata impeler , yaitu :

4 144 × , 216 ²

Do = × 1,28

= 3,09 in = 78,51 mm = 79 mm

3.2.4 Diameter Sisi Masuk Impeler

Diameter sisi masuk impeler (D

1 ) harus dibuat sama dengan diameter mata

impeler (Do), agar terjadi aliran yang mulus tanpa terjadi turbulensi yang berlebihan (Austin,hal 94)

Maka besarnya diameter sisi masuk impeler D = Do

1 D 1 = 79 mm

= 3,09 in

3.2.5 Lebar Impeler Sisi Masuk

Lebar sisi masuk diperoleh dengan

144 Q × _tot b in

( 3.6 ) ₁ = π ε

× D × Vr × ₁ ₁ ₁

dengan Qtot = kapasitas total pompa (ft/detik) D = diameter sisi masuk impeler (in)

1 Vr 1 = kecepatan sisi masuk impeler arah radial (ft/detik)

1 = faktor kontraksi

ε faktor kontraksi

1 = 0,8 - 0,9 (Austin,hal 94 ). Diambil harga faktor kontraksi

ε = 0,80

ε Kecepatan radial sisi masuk biasanya lebih besar dari kecepatan Vo, kira- kira 5 - 10 % dari harga Vo, (Austin,1990, hal 94).

Diambil Vr

1 = 7,5 %. Maka kecepatan radial sisi masuk adalah

1 = 1,75 x 5

= 5,38 ft/detik = 1,64 m/detik 144 × , 216 b =

π × 3 , 14 × 5 , 38 × ,

8 = 0,74 in = 18,8 = 19 mm

3.2.6 Diameter Sisi Luar Impeler

Diameter sisi keluar impeler dapat dicari dengan persamaan 3.7 1840 × Φ × H D

2 = in

(3.7)

dengan H = tinggi tekan pompa ( ft) = Koefisien tekan overal

Ф n = putaran pompa (rpm) Harga koefisien tekan overal

Ф antara 0,9- 1,2 dengan harga rata- rata mendekati satu. Harga ini dapat dilihat dalam Gambar 3.4,3.5, dan 3.6.

Grafik 3.1 . Titik-titik koefisien tinggi tekan untuk berbagai kapasitas

(Sumber: Austin,1990,hal. 97)

Dari grafik di atas dapat diambil harga koefisien tinggi tekan overal rata-rata adalah 1,0.

Pompa limbah industri dengan kapasitas 20 m3/jam dan head 12 m - USD Repository