POMPA LIMBAH INDUSTRI

POMPA LIMBAH INDUSTRI

Dengan Kapasitas 20 m3/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 M3/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

ii

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

iii

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.

vi

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

m3/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

vii

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 m3/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

viii

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

capacity (Q) = 20 m3/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.

ix

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

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..................................................... 4

x

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...................................................... 30

xi

3.2.7 Lebar Sisi Keluar Impeler........................................................ 31

3.3 Penentuan Jumlah Sudu ......................................................................... 32

3.4 Segitiga kecepatan (Triangle Velocity).................................................. 34

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

3.4.2 Segitiga Kecepatan Sisi keluar Impeler................................... 36

BAB IV. PERANCANGAN SUDU

4.1. Bentuk Sudu.......................................................................................... 41

4.2 Pemilihan Bentuk Sudu.......................................................................... 42

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

4.4 Tebal Sudu............................................................................................. 45

4.5 Lebar Laluan.......................................................................................... 47

4.6 Pemilihan Bahan Impeler...................................................................... 48

BAB V. PERANCANGAN RUMAH POMPA

5.1 Dasar Perancangan .................................................................................. 49

5.2 Perancangan Rumah Pompa.................................................................... 52

5.3 Nosel Buang............................................................................................ 56

5.4 Pemilihan bahan Rumah Pompa............................................................. 58

BAB VI. PERANCANGAN POROS DAN PASAK

6.1 Macam –macam Poros........................................................................... 59

6.2 Perhitungan Beban................................................................................. 60

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

xii

6.4 Diameter poros...................................................................................... 65

6.5 Tinjauan Konsentrasi Tegangan Poros Pada Alur Pasak........................ 66

6.6 Tinjauan Poros Terhadap Defleksi Puntiran (θ 0).................................. 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....................... 95

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

BAB IX. KESIMPULAN

BAB X. DAFTAR PUSTAKA

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Jari - jari kelengkungan sudu....................................................... 44

Tabel 4.2 Tebal kelengkungan Sudu........................................................... 46

Tabel 4.3 Lebar laluan ............................................................................... 48

Tabel 5.1 Hasil perhitungan rumah volut................................................... 56

Tabel 7.1 Faktor -faktor dalam bantalan.................................................... 83

Tabel 7.2 Harga faktor keandalan bantalan.............................................. 86

Tabel 7.3 Ukuran kopling flens................................................................ 90

Tabel 7.4 Bahan kopling flens.................................................................. 91

Tabel 8.1 Hubungan antara kapasitas dan head ....................................... 102

Tabel 8.2 Hubungan antara kapasitas dengan daya dan efisiensi............ 107

xiv

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

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pompa Sentrifugal........................................................................ 2

Gambar 1.2 Pompa aliran campur mendatar................................................. 2

Gambar 1.3 Pompa aliran aksial medatar…………………………………… 3

Gambar 3.1 Macam - macam bentuk impeler.................................................. 19

Gambar 3.2 Dimensi Impeler.......................................................................... 20

Gambar 3.3 Segitiga kecepatan impeler........................................................... 35

Gambar 3.4 Segitiga kecepatan masuk impeler ............................................... 37

Gambar 3.5 Segitiga kecepatan sisi keluar impeler......................................... 40

Gambar 4.1 Bentuk sudu................................................................................... 42

Gambar 4.2 Jari jari kelengkungan sudu ......................................................... 44

Gambar 4.3 Pelukisan sudu............................................................................... 47

Gambar 4.4 Bentuk lebar laluan……………………………………………… 48

Gambar 5.1 Rumah spiral…………………………………………………….. 49

Gambar 5.2 Tiga desain rumah pompa……………………………………….. 51

Gambar 5.3 Posisi konvensional flens buang ………………………………… 52

Gambar 5.4 Disain rumah keong …………………………………………….. 53

Gambar 5.5 Rumah volut……………………………………………………... 56

Gambar 7.1 Kotak packing…………………………………………………… 78

Gambar 7.2 Bentuk kopling flens…………………………………………….. 89

.

xvi

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.

1

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


2

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


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.

3

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)

4

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.

5

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.

6

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.

7

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).

8

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 m3/jam dengan head 12 m yang

diperoleh dari PT Sari Husada

9

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 m3/jam

= 0,333 m3/menit

= 0,0056 m3/detik

= 0,196 ft3/detik

= 88,1 Gpm

Temperatur fluida (air) : 40 0 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 m3/jam.

hal ini dilihat pada grafik penentuan jenis pompa pada Gambar 2.1

10

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

11

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

iH

Qnns

43= (2.1)

dengan :

n : putaran poros penggerak (rpm)

Q: kapasitas pompa (m3/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

12

Sehingga kecepatan spesifik pompa adalah:

43

H

Qnns =

121

0,005615004

3=sn

= 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 -1 maka untuk

selanjutnya adalah perhitungan efisiensi pompa dengan satu tingkat impeler, yaitu

dengan menggunakan grafik rendemen efektif (nc) pada Gambar 2.2 ,dengan data-

data kapasitas pompa (Q) = 0,0056 m3/detik dan kecepatan spesifik (ns) = 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

13

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)

14

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/m3)

g : gravitasi (9,81 m/dt2)

H : tinggi tekan pompa (m)

Q : kapasitas pompa (m3/dt)

Untuk air memiliki masa jenis ( ρ )=1000 kg/m3

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 :

e

PP v

η= (2.3)

dengan:

15

eη = efisiensi pompa

Dari gambar 2.2 telah diperoleh efisiensi pompa eη = 64 %, maka dapat diperoleh

daya motor penggerak yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa, yaitu :

P = 64,0

1,37

= 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

16

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.

17

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.

18

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

19

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

d1 : diameter sisi masuk impeler

d2 : Diameter sisi keluar impeler

dh : Diameter hub bagian depan

dh’ : Diameter hub bagian belakang

b1 : Lebar sisi masuk

20

b2 : Lebar sisi keluar

3.2.1 Perhitungan Diameter Poros.

Diameter poros impeler dapat dihitung dengan menggunakan rumus

Ds = 3

11,5

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛xKtxCbxT

aσ (3.1)

dengan :

aσ : tegangan geser bahan yang diijinkan (kg/mm2)

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

T = 9,74 x 105 x n

Pd kg.mm (3.2)

Dengan :

21

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 :

T = 1500

31047,9 5 xx

= 1298,67 kg.mm

Diambil bahan poros adalah S35C.

Kekuatan tarik bahan yang diijinkan ( Bσ ) = 52 kg/mm2

Untuk menghindari beban lebih yang diterima pada poros maka diperlukan faktor

keamanan. Sehingga tegangan geser bahan dapat ditentukan:

21xSfSfa Bσ

τ = kg/mm2 (3.3)

Dengan :

Sf1 : faktor keamanan 1

Sf2 : faktor keamanan 2

Tegangan geser yang diijinkan τa ( kg/mm2 ) untuk pemakaian umum pada

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

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

tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik σB (kg/mm2 ). Jadi batas

22

kelelahan puntir adalah 18 % dari kekuatan tarik σB , 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 Sf1.

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 Sf2

dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0 .

Diambil factor keamanan Sf1 = 6

factor keamanan Sf2= 2

maka tegangan lentur bahan yang diijinkan adalah :

2652xa =τ

kg/mm 4,33 2=aτ

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

31

1298,670,25,133,41,5

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛= xxxDs

= 16,15 mm

23

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 (t1) = 3 mm

Maka diameter poros menjadi :

Ds = Dshitungan + (t1 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 :

24

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 = 21444 DhVoxQtzx +

πin (3.4)

Dengan :

Qtz = Kapasitas total pompa (ft3/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.

25

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

A = 41 x π x d2

= 41 x π x 0,07622

= 4,6 x 10 -3 m2

Kecepatan aliran pada flens dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan

kontinuitas 3.5 yaitu :

Q = A x V (3.5)

dengan

26

Q = kapasitas pompa (m3/detik)

A = luas penampang pipa (m2 )

V = kecepatan aliran dalam pipa (m/detik)

Dengan persamaan di atas dapat ditentukan kecepatan aliran dalam pipa

masuk sisi hisap.

Vs = AQ

= 3-10 x 4,60056,0

= 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

27

Kemudian dapat dihitung diameter mata impeler , yaitu :

Do = 21,285

216,01444+

××

π

= 3,09 in

= 78,51 mm

= 79 mm

3.2.4 Diameter Sisi Masuk Impeler

Diameter sisi masuk impeler (D1) 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

D1 = Do

D1 = 79 mm

= 3,09 in

3.2.5 Lebar Impeler Sisi Masuk

Lebar sisi masuk diperoleh dengan

1111

144επ ×××

×=

VrDQ

b tot in ( 3.6 )

dengan

Qtot = kapasitas total pompa (ft/detik)

D1 = diameter sisi masuk impeler (in)

Vr1 = kecepatan sisi masuk impeler arah radial (ft/detik)

28

ε1 = faktor kontraksi

faktor kontraksi ε1 = 0,8 - 0,9 (Austin,hal 94 ). Diambil harga faktor kontraksi

ε1 = 0,80

Kecepatan radial sisi masuk biasanya lebih besar dari kecepatan Vo, kira- kira

5 - 10 % dari harga Vo, (Austin,1990, hal 94).

Diambil Vr1 = 7,5 %. Maka kecepatan radial sisi masuk adalah

Vr1 = 1,75 x 5

= 5,38 ft/detik

= 1,64 m/detik

b1 = 8,038,514,3

216,0144×××

×π

= 0,74 in

= 18,8 = 19 mm

3.2.6 Diameter Sisi Luar Impeler

Diameter sisi keluar impeler dapat dicari dengan persamaan 3.7

D2 = n

H×Φ×1840 in (3.7)

dengan H = tinggi tekan pompa ( ft)

Ф = Koefisien tekan overal

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.

29

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.

Sehingga diameter sisi keluar impeler adalah

D2 = 1500

37,390,11840 ××

= 7,7 in

= 195,5 mm = 196 mm

3.2.7 Lebar Sisi Keluar Impeler .

Lebar sisi keluar impeler dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 3.8

30

b2 = 222

144επ ×××

×DVr

Q in (3.8)

dengan :

Q = kapasitas total pompa (ft3/detik)

Vr1 = kecepatan aliran keluar arah radial(ft/detik)

D2 = diameter sisi keluar impeler (in)

ε2 = factor kontraksi impeler sisi keluar

Harga kecepatan keluar radial Vr2 dibuat sama dengan kecepatan masuk radial

Vr1 atau lebih kecil 15 % . Untuk menghindari perubahan kecepatan yang mendadak.

sedangkan factor kontraksi sisi luar impeler ε2 harganya antara 0,9 sampai dengan

0,95 (Austin .1990, hal 98).

Dalam perancangan ini diambil

Faktor kontraksi ε2 = 0,90

Kecepatan radial Vr2 = Vr1 - (15 % x Vr1 )

= 5,38- (15 % x 5,38)

= 4,57 ft/ detik

=1,39 m/detik

Sehingga lebar sisi keluar impeler adalah :

b2 = 90,07,7057,4

0,216144×××

×π

in

= 0,31 in

= 7,94 mm = 8 mm

31

3.3 Penentuan Jumlah Sudu

Sebelum dihitung terlebih dahulu kecepatan keliling pada sisi masuk impeler

yang dapat ditentukan dengan persamaan 3.9 (Austin , hal 94 )

U1 = 6012

1

××× nDπ

ft/ detik (3.9)

D1 = Diameter sisi masuk impeler (in)

n = Putaran poros impeler (rpm)

Telah diketahui bahwa :

Diameter sisi masuk impeler (D1) = 3,11 in

Putaran poros impeler (n) = 1500 rpm

U1 = 6012150011,3

×××π ft/ detik

= 20,35ft/ detik

= 6,20 m/detik

Kecepatan aliran radial pada sisi masuk impeler

Vr1 = 5,38 ft/detik

= 1,64 m/detik

Antara kecepatan keliling masuk impeler U1 dengan kecepatan radial sisi

masuk (Vr1) impeler membentuk suatu sudut. Besarnya sudut tersebut adalah

tan 1β = 1

1

UVr

= 6,20

64,1

32

= 0,26

1β = 14,8 0

Untuk mengimbangi kontraksi pada aliran ujung-ujung sudu, sudut 1β

diperbesar kira- kira 10 0-25 0 (Austin, 1990 hal 94)

Maka diambil harga 1β = 15 0

Pada sisi keluar impeler, sudut sudu sisi keluar impeler dapat ditentukan

dengan batasan cukup besar dan dibuat lebih besar daripada sudut sudu sisi masuk

impeler. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan laluan mulus dan continue. Harga

sudut sudu sisi keluar impeler biasanya antara 15 0 – 40 0 (Austin,1990 hal 98) maka

harga sudut sudu sisi keluar impeler 2β diambil sebesar 20 0.

Untuk menentukan jumlah sudu pada impeler tersebut dapat ditentukan

dengan persamaan 3.10 (Austin, 1990,hal 105).

z mDDDD

βsin5,612

12 ×−+

×= (3.10)

dengan :

D1 = Diameter sisi masuk impeler (mm)

D2 = Diameter sisi keluar impeler (mm)

mβ = sudut rata- rata ( 0 )

Besarnnya sudut rata-rata adalah

221 ββ

β+

=m

33

=2

2015 +

= 17,5 0

Jumlah sudu pada impeler tersebut adalah

z 05,17sin79196791965,6 ×

−+

×= 0

= 4,59 = 5

Jumlah sudu pada impeler memiliki batasan yaitu 5-12 buah (Austin,1990

hal,106). Jadi jumlah sudu hasil perhitungan telah memenuhi syarat.

3.4 Segitiga kecepatan (Triangle Velocity)

Kecepatan aliran fluida yang mengalir pada impeler dapat digambarkan dalam

bentuk segitiga kecepatan. Gambaran mengenai segitiga kecepatan dapat dilihat pada

Gambar 3.3. Untuk menggambarkan segitiga kecepatan pada impeler dibagi menjadi

dua bagian yaitu :

1. Segitiga kecepatan sisi masuk impeler

2. Segitiga kecepatan sisi keluar impeler.

34

Gambar 3.3 Segitiga Kecepatan Pada Impeler

(Sumber :Karasik,1976, hal 214)

Keterangan :

C = Kecepatan absolute fluida (m/detik)

U = Kecepatan keliling absolute (m/detik)

W = Kecepatan relative fluida (m/detik)

β = Sudut antara kecepatan relative W dengan kecepatan keliling U ( 0 )

α = Sudut antara kecepatan absolute C dengan kecepatan keliling U ( 0 )

3.4.1 Segitiga Kecepatan pada Sisi Masuk Impeler

Dalam menggambarkan segitiga kecepatan sisi masuk impeler, fluida yang

masuk ke sudu- sudu impeler secara radial sehingga sudut masuk absolut 1α = 90 0 (

Austin , 1990,hal 94 ). Dalam menggambarkan segitiga kecepatan sisi masuk impeler,

35

fluida yang masuk ke susu- sudu impeler secara radial sehingga sudut masuk

absolut absolute 1α = 90 0 (Austin ,hal 94 )


Kecepatan keliling absolut (U1) = 6,20 m/detik

= 20,35 ft/detik

sudut sisi masuk (β1) = 15 0

Kecepatan radial sisi keluar impeler (Vr1) = 1,64 m/detik

= 5,38 ft/detik

Dari data tersebut dapat dilukiskan segitiga kecepatan pada sisi masuk impeler

(Gambar 3.6).

W1

Vr = 1,64 m/dt

β1

U1 = 6,20 m/dt

Gambar 3.4 Segitiga Kecepatan Sisi Masuk Impeler

36

Dengan menggunakan rumus trigonametri maka dapat dicari harga kecepatan

relatif pada sisi masuk impeler, yaitu :

W1 = 1

1

cosU

β

= 015 cos6,12

= 6,42 m/detik

3.4.2 Segitiga Kecepatan Sisi keluar Impeler.


Kecepatan radial sisi keluar impeler (Vr2) = 1,39 m/detik

= 4,57 ft/detik

Sudut sudu keluar impeler (β2 ) = 20 0

Maka kecepatan keliling sisi keluar impeler adalah

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ ××+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

KHgVVU rr 4

2tantan21

22

2

22 ββ

(3.11)

dengan :

g = gravitasi (9,81 m/dt2 )

H = tinggi tekan pompa (m)

K = pengaruh dari berbagai faktor pada U2 (0,6-0,7)

Sehingga :

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ ××+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛+=

6,01281,94

20tan1,39

20tan1,39

21 2

002U

37

= 16,05 m/detik

U2 = 52,66 ft/detik

Komponen kecepatan Vu2 sesungguhnya dari kecepatan absolut sisi keluar V2

adalah

Vu2 = U2 –2

2

tan βrV

= 52,66 - 020tan39,1

Vu2 = 48,83 ft/detik

= 14,88 m/detik

Komponen aktual V’u2dari kecepatan sisi keluar absolut V2’ adalah sebagai berikut:

∞×= η22' uu VV (3.12)

Dengan ∞η untuk impeler jenis radial (0,65-0,75). (Austin , 1990, hal 96)

Diambil ∞η = 0,7

2'uV = 48,83 x 0.7

= 34,18 ft/detik

2'uV = 10,42 m/detik

Tangen sudut sisi keluar adalah

2

12 ''tan

u

r

VV

=α

38

= 34,185,38

= 0,16

2'α = 8,94 0

Kecepatan absolut sisi luar adalah

( ) ( )22

222 '' uVVrV += (3.13)

= ( ) ( )22 34,184,57 +

= 34,49 ft/detik

V’2 = 10,51m/detik

V’2 = 10,51 m/detik

2'α = 8,94 0 β2 = 20 0

= 10,42 m/detik 2'uV

Vu2 = 14,88 m/detik

U2 =16,05 m/detik

Gambar 3.5 Segitiga Kecepatan Sisi Keluar Impeler

39

Kecepatan relatif fluida teoritis

( ) ( )222

222 VuUVrW −+=

W2 = ( ) ( )222

22 VuUVr −+

= ( ) ( )22 88,1416,051,39 −+

= 1,82 m/detik

40

BAB IV

PERANCANGAN SUDU

4.1. Bentuk Sudu

Sudu pada impeler mempunyai bentuk yang dapat diklasifikasikan atas dasar

sudut keluar β2 meliputi :

a. Backward Curves Vanes

Bentuk Sudu seperti ini besar sudut keluar β2 lebih kecil daripada 90 O. Sudu

ini mempunyai kecepatan absolut paling kecil, namun dapat memberikan

distribusi aliran yang merata ke impeler. Hal ini dapat mengurangi kerugian

hidrolis. Bentuk sudu ini memiliki hubungan yang stabil antara tinggi tekan

(head) dengan kapasitas yang dihasilkan.

b. Radial Vanes

Bentuk sudu ini memiliki sudut keluar β2 sama dengan 90 0. Sudu ini dapat

menimbulkan keceepatan absolut yang cukup besar, serta efisiensinya lebih

tinggi daripada forward curves vanes. Head total teoritis yang dihasilkan

terdiri dari 50 % energi kinetikdan 50 % energi potensial.

c. Forward Curves vanes

Bentuk sudu ini melengkung ke depan dengan besar sudut keluar 2β lebih

besar daripada 900. Kecepatan absolut pada sudu tipe ini paling tinggi, energi

41

kecepatan diubah menjadi energi potensial, jalan aliran pendek, kelengkungan

sudu terlalu besar, sehingga tidak cocok untuk pompa centrifugal.

Gambar 4.1 Pemilihan bentuk sudu

(Sumber Lazarkiewickz, hal 98)

4.2 Pemilihan Bentuk Sudu

Faktor yang mempengaruhi pemilihan bentuk sudu adalah harga sudut

keluar 2β . Di dalam perancangan ini , harga sudut keluar 2β telah ditentukan

dalam perhitungan sebelumnya yaitu 2β = 20 0. Maka dapat dipilih bentuk

sudu yang sesuai yaitu bentuk sudu tipe Backward Curve Vanes.

42

)

4.3 Pelukisan Sudu

Antara ujung sudu isi masuk dengan ujung sudu sisi keluar memiliki

kecepatan relatif cairan, kecepatan radial, dan kecepatan absolute. Bila kedua

ujung sudu tersebut dapat dilukiskan menjadi sebuah kurva terhadap jari – jari

impeler dengan harga diantara kedua ujung- ujung sudu tersebut telah

diketahui.

Dalam pelukisan sudu terdapat dua metode pelukisan yaitu metode

busur tangent (arkus tangen) dan metode koordinat polar (Austin, 1990,hal

98).

Dalam pelukisan impeler dengan metode arkus tangent,impeler dibagi

menjadi beberapa lingkaran yang konsentrik dantara jari- jari masuk impeler

dengan jari –jari keluar impeler.

Untuk perancangan sudu ini dipergunakan metode busur tangent atau

metade arkus tangent seperti yang digambarkan dalam Gambar 4.2

Sedangkan jari- jari kelengkungan busur sudu yang berada pada setiap

lingkaran dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 4.1

( aabb

ab

RRRR

ββρ

coscos2

22

−×−

= (4.1)

dengan

Ra = jari jari lingkaran impeler sisi dalam (mm)

Rb = Jari- jari lingkaran impeler sisi luar (mm)

βa = Sudut pada lingkaran sisi dalam (0)

43

βb = Sudut pada lingkaran sisi luar (0)

Antara jari –jari lingkaran sisi masuk impeler dengan jari- jari

lingkaran sisi keluar impeler dibagi menjadi lima lingkaran konsentris untuk

melukiskan sudu.


Jari- jari masuk impeler = 39,5 mm

Jari –jari sisi keluar impeler = 98 mm

Sudut sudu isi masuk impeler = 15 0

Sudut sudu sisi keluar impeler = 20 0

Dengan menggunakan persamaan 4.1 di atas dapat dihitung harga jari-

jari kelengkungan busur sudu pada setiap lingkaran. Hasil perhitungan dapat

dilihat dalam tabel 4.1.

44

Tabel 4.1 .Jari-jari kelengkungan sudu

Lingk R(mm)

R2

(mm) β cos β

R cos β

(mm)

Rb

cosβ−Ra

cosβ

(mm)

Rb2-Ra2

(mm)

ρ (mm)

1.00 39.50 1560.25 16 0,96 37,97

11,045 1061,2 48,04

B 51,20 2621,44 16,80 0,96 49,01

10,941 1335 61,01

C 62,90 3956,41 17,60 0,95 59,96

10,83 1608,8 74,27

D 74,60 5565,16 18,40 0,95 70,79

10,714 1882,5 87,86

E 86,30 7447,69 19,20 0,94 81,50

10,59 2156,3 101,8

2 98 9604,00 20 0,94 92,09

45

Gambar 4.2 Jari-jari kelengkungan sudu

Untuk mengecek ketelitian dalam pelukisan sudu dapat dilihat sudut

busur , sudu yang terakhir harus sama dengan sudu β2 yaitu 20 0

4.4 Tebal Sudu

Untuk menentukan tebal impeler menggunakan persamaan 4.2 (Austin,

1990,hal 106)

D

tzD

×

××

=π

βπ

ε sin (4.2)

dengan

D = Diameter lingkaran impeler (mm)

ε = faktor kontraksi

z = jumlah sudu

t = tebal sudu

β = sudut sudu ( 0 )

46

Pada sisi masuk impeler telah diketahui bahwa :

Diameter sisi masuk (D1) = 79mm

Faktor kontraksi (ε) = 0,9

Jumlah sudu (z) = 5 buah

Sudut isi masuk impeler (β1) = 15 0

Maka tebal sudu pada sisi masuk impeler adalah

t = z

D 111 sin)1( βπε ×××−

=5

15sin7914.3)8,01( 0×××−

= 2,57 mm

=0,1 in

Pada sisi keluar impeler telah diketahui bahwa :

Diameter sisi keluar (D1) = 196 mm

Faktor kontraksi (ε) = 0,9

Jumlah sudu (z) = 5 buah

Sudut sisi keluar impeler (β2) = 20 0

Maka tebal sudu pada sisi keluar impeler adalah

t = z

D 111 sin)1( βπε ×××−

=5

20sin19614.3)9,01( 0×××−

= 4,21 mm

47

= 0,17 in

Tabel 4.2 Tebal kelengkungan Sudu

Lingk D(mm) ε πd(mm) β(0) sin β z t(mm)

1 79 0,80 248,06 16 0,2756 5 2,73

B 102,4 0,82 321,54 16,8 0,289 5 3,34

C 125,8 0,84 395,01 17,6 0,3024 5 3,82

D 149,2 0,86 468,49 18,4 0,3156 5 4,14

E 172,6 0,88 541,96 19,2 0,3289 5 4,27

2 196, 0,90 615,44 20 0,342 5 4,21

Gambar 4.3 Pelukisan Sudu

4.5 Lebar Laluan

Untuk menentukan lebar laluan dapat dipergunakan persamaan 4.3

48

rvDQ×××

×ε

144 b =π

(4.3)

dengan

Q = Kapasitas pompa

D = diameter laluan

Vr = kecepatan aliran radial

ε = faktor kontraksi

Hasil perhitungan harga lebar laluan dapat dilihat dari tabel 4.3

Tabel 4.3 harga lebar laluan

Lingk D(in) ε πδ() Vr(ft/dtk) Q(ft3/dt) b(in) b(mm)

1 3,11 0,80 9,77 5,38 0,196 0,67 17,07

B 4,03 0,82 12,66 5,00 0,196 0,54 13,82

C 4,95 0,84 15,55 4,62 0,196 0,47 11,87

D 5,87 0,86 18,44 4,25 0,196 0,42 10,64

E 6,80 0,88 21,34 3,87 0,196 0,39 9,866

2 7,72 0,90 24,3 3,49 0,196 0,37 9,41

49

Gambar 4.4 bentuk lebar laluan

4.6 Pemilihan Bahan Impeler

Untuk menentukan bahan impeler yang digunakan harus

memperhatikan sifat – sifat fluida yang akan dipompa dan juga keadaan di

sekitar daerah memompaan. Dalam pemilihan bahan impeler dan pompa telah

ditentukan seperti dalam tabel bahan pompa (lampiran). Dengan melihat tabel

bahan pompa , maka bahan impeler yang diambil adalah SCS2

50

BAB V

PERANCANGAN RUMAH POMPA

5.1 Dasar Perancangan

Rumah keong mengumpulkan fluida secara berlahan- lahan mengurangi

kecepatan fluida, energi kinetik fluida dirubah menjadi energi tekanan. Karena fluida

yang keluar dari impeler bertambah besar, maka laluan fluida pada sisi tekan dibuat

semakin membesar.

Gambar 5.1 Rumah Spiral

Sumber :Dietzel,1992,hal 274)

51

Gambar 5.1 penampang melintang rumah spiral searah dengan putaran

roda jalan yang dibuat makin membesar, karena arus volume fluida yang melampaui

dari sudu jalan akan bertambah banyak sampai dengan volume terakhir. Dalam

perancangan pompa sentrifugal yang dipergunakan adalah rumah spiral yang besar.

Kebanyakan dibuat hingga membentuk sudut 370 0 yang selanjutnya dihubungkan

dengan saluran tekan ( Fritz, 1996. hal 275)

Gambar 5.2 rumah pompa sentrifugal dapat berupa rumah yang terbelah

mendatar (A), vertikal, atau menurut diagonalnya ( pada sudut yang tidak sama

dengan 90 0). Rumah pompa yang terbelah secara mendatar disebut juga yang

terbelah secara aksial. Baik nozel hisap maupun nosel buang umumnya berada pada

belahan bawah ruam pompa. Dan belahan aras diangkat untuk memudahkan

pemeriksaan rumah pompa yang terbelah secara vertikal disebut juga yang terbelah

secara radial. Rumah jenis ini dipakai pada disain – disain yang dikopel berdekatan

atau hisapan ujung yang dipasang pda rangka. Rumah pompa yang terbentuk tabung

C dan D yang dipakai untuk pompa diffuser dan rumah keong yang bertekanan tinggi.

Rumah bagian dalam dibuat sesuai dengan rumah bagian luar.Tekan buang yang

bekerja pada rumah bagian dalam akan memberikan gaya percepatan guna menjaga

paruhan rumah pompa tetap rapat. (Hicks, 1996.hal 18).

52

Gambar 5.2 Tiga Disain Rumah Pompa

Sumber: Hicks, 1996, hal 20

53

Dalam perancangan ini rumah pompa yang digunakan adalah pompa yang

terbelah secara mendatar.

Gambar 5.3 Posisi konvensional flens buang

Sumber: Austin, 1996, hal 153

5.2 Perancangan Rumah Pompa

Untuk merancang rumah keong seperti pada Gambar 5.4, rumah pompa dibagi

menjadi beberapa bagian dan penampang volut diasumsikan berbentuk lingkaran.

Antara sisi keluar impeler dengan lidah (tongue) casing perlu diberi jarak antara

(clearance).

54

Gambar 5.4 Disain Rumah Keong

(Sumber : Khetagurov, hal 246)

Jari – jari lidah dibuat lebih besar daripada jari –jari luar impeler. Besarnya

jari- jari lidah dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 5.1 (Khetagurrov, hal

248)

r3 = (1,01 -1,05) r2 (5.1)

dengan

r2 = jari –jari sisi luar impeler (mm)

Telah diketahui bahwa r2- 97,5 mm, maka besarnya jari –jari lidah adalah

r3 = 1,05 x 98

55

= 102,9 mm

Sedangkan lebar celah saluran volut b3 dapat diperoleh dengan persamaan 5.2

b3 =b3 + 0,025 . r2 mm (5.2)

dengan b2 = lebar sisi keluar impeler (mm)

Telah dikeatahui bahwa b2 = 8 mm, maka lebar celah volut b3 adalah

b3 = 8 + (0,025 x 98)

= 10,45 mm

Penampang volut berupa lingkaran, jari- jari volut dapat diperoleh dengan

persamaan 5.3 (Khetagurrov, hal 248).

3

00

2 rχ

ϑχ

ϕρ += mm (5.3)

Dengan

ϕ 0 = sudut perbagian (0)

r3 = jari- jari lidah volut (mm)

χ = konstanta

Untuk memperoleh konstanta χ dipergunakan persamaan 5.4 (Khetagurrov.hal

247 ).

πχ ××= ukQ

720 (5.4)

Dengan


ku = kontanta

56

Nilai konstanta ku merupakan hasil perkalian antara kecepatan keliling

absolut dengan jari – jari impeler.

Vu3 x r3 = Vu x r = konstanta

Dalam perhitungan sebelumnya , pada sisi impeler diperoleh

Kecepatan absolut aliran fluida (Vu) = 14,88 m/detik

Jari- jari sisi keluar impler (r2) = 98 mm

= 0,098 m

Maka harga konstanta ku adalah

ku = Vu2 x r2

= 14,09 x 0,098

= 1,46 m2/detik

Dengan kapasitas pompa Q = 0,0056 m3/detik, maka harga konstanta χ dapat

diperoleh yaitu :

14,3 1,460056,0720

××=χ

= 593581,85/m

= 593,58/mm

Setelah semua harga konstanta diketahui , maka dengan menggunakan rumus 5.3

dapat dicari harga jari – jari volut. Hasil selengkapnya dapat dilihat dalam tabel 5.1.

57

Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Rumah Volut

Bagian ϕ0 χϑ o

χ

ϑ o

×2 32 ro

××χ

ϑ

3

2 ro

××χ

ϑ

ρ r3+ρ rvolut I 10 0,02 0,03 3,47 1,86 1,88 104,78 106,67II 45 0,08 0,15 15,60 3,95 4,03 106,93 111,03III 90 0,15 0,30 31,20 5,59 5,74 108,64 114,53IV 135 0,23 0,45 46,81 6,84 7,07 109,97 117,27V 180 0,30 0,61 62,41 7,90 8,20 111,1 119,62VI 225 0,38 0,76 78,01 8,83 9,21 112,11 121,71VII 270 0,45 0,91 93,61 9,68 10,13 113,03 123,63VIII 315 0,53 1,06 109,21 10,45 10,98 113,88 125,41IX 360 0,61 1,21 124,82 11,17 11,78 114,68 127,08X 370 0,62 1,25 128,28 11,33 11,95 114,85 127,44

Gambar 5.5 Rumah volut

5.3 Nosel Buang

Nosel Buang (Discharge Nozzel) merupakan bagian keong yang dihubungkan

dengan saluran pipa tekan. Oleh karena itu penampang ujung nosel buang dengan

penampang pipa tekan adalah sama. Pada saluran pipa tekan , diameter pipa biasanya

58

dibuat lebih kecil daripada diameter pipa hisapnya. Hal ini berfungsi untuk

menghindari kesukaran – kesukaran akibat terjadinya kavitasi.

Untuk menentukan diameter pipa dapat dipergunakan ukuran diameter pipa

standard yang ada di pasaran. Pemilihan diameter pipa tekan harus sesuai dengan

kecepatan aliran fluida dalam pipa tersebut . Kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan

memiliki batas kecepatan, yaitu 12 – 40 ft /detik (Austin, 1990,hal 90). Bila kecepatn

aliranfluid dalam pipa tesebut telah sesuai dengan batasan tersebut, maka pemilihan

pipa telah sesuai dan aman dipergunakan.

Dalam peancangan ini , ukuran diameter pipa tekan dipilih:

Diameter = 3 in

Kapasitas Pompa Q = 0,0056 m3/detik

Maka kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan dapat dicari dengan rumus :

AQVd = (5.5)

24/1 dQ

××=

π

20,07624/10056,0××

=π

= 1,22 m/dt

= 4,00 ft/dt

Dari hasil perhitungan kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan di atas, harga

kecepatan aliran fluida telah memenuhi persyaratan yang ditentukan,sehingga

pemilihan diameter pipa telah sesuai. Pipa tekan dengan nosel buang akan

59

disambungkan menjadi satu, maka diameter nosel buang sama dengan diameter

pipa tekan yaitu 3 in.

5.4 Pemilihan bahan Rumah Pompa

Dalam pemilihan rumah pompa harus memperhatikan faktor- faktor yang

mempengaruhi pemilihan bahan. Faktor – faktor tesebut misalkan sifat dan kondisi

fluida yang dipompa, lingkungan sektar daerah pemompaan, dan lain- lain.

Namun masih ada faktor lain yang harus diperhatikan dalam pemilihan bahan,

yaitu :

- Memiliki ketahanan korosi

- Memiliki ketahanan terhadap gesekan dengan benda lain

- Bahan mudah dibentuk

- Harga bahan yang murah

- Untuk mengetahui mengenai bahan pompa yang lebih rinci dapat dilihat dari

tabel pemilihan bahan rumah pompa dan impeler (lampiran).

- Setelah bahan rumah pompa dalam tabel pemilihan bahan pompa dan impeler

dan mempertimbangkan beberapa faktor di atas , maka bahan rumah pompa

adalah baja karbon cor.

60

BAB VI

PERANCANGAN POROS DAN PASAK

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir

semua mesin meneruskan tenaga bersama- sama putaran. Poros mentransmisikan

daya dari motor penggerak ke impeler untuk mengalirkan fluida.

6.1 Macam –macam Poros

Poros untuk meneruskan daya diklasifikasi menurut pembebananya sebagai

berikut.

1. Poros Transmisi

Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya

ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau

sprocket rantai dan lain- lain.

2. Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas,

dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus

dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya

harus teliti.

3. Gandar

Poros yang dipasang diantara roda- roda kereta barang , dimana tidak

mendapat beban puntir, bahkan kadang- kadang tidak boleh berputar, disebut

gender. Gander ini hanya mendapat beben lentur, kecuali jika digerakkan oleh

61

penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga. Menurut bentuknya

, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagai poros

utama dari mesin tatak, poros lower untuk transmisi daya kecil agar terdapat

kebebasan bagi perubahan arah, dan lain- lain.

6.2 Perhitungan Beban

Jenis Poros yang digunakan dalam perancangan ini termasuk jenis poros

transmisi. Pada poros pompa , poros mendapatkan beban berupa beban puntir dan

beban lentur. Beban puntir disebabkan oleh momen puntir yang berasal dari

motor penggerak, dan beban lentur berasal dari bobot impeler yang ditumpu poros

dn gaya radial pada impeler tersebut.

6.3 Perancangan poros akibat Beban Lentur dan Beban Puntir

Poros yang menerima beban gabungan yaitu beban lentur dan beban puntir,

diameter porosnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

( ) ( )3/1

221,5⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡×+×= tm

a

CTCMDsτ

(6.1)

Dengan :

D = Diameter luar impeler

Ds = Diameter poros impeler

b = Lebar impeler sisi keluar

γ = Berat jenis bahan impeler dari baja karbon (7,833 x 10 -6 kg/mm3)

Hingga berat impeler (W total ) :

62

W1 = ( ) 622 10.883,7192578 −××− 4π

=0,66 kg

W2 = ( ) 622 10.883,73791964

−××−π

= 0,25 kg

W3 = V xγ

Dimana V = p x l x t

= 350,2 x 18,26 x 3,46

= 16940,06 mm 3

W3 = V x γ x z

= 16022,41 x x 5 610.883,7 −

= 0,63kg

Jadi berat impeler ( Wtotal) :

W total = W1 +W2 + W3

= 1,54 kg

6.3.1 Gaya Radial Oleh Impeler

gaya radial oleh impeler dapat dicari dengan persamaan 6.2 :

fr = 0,433 x Kr x Sg x H x D2 x b2 (6.2)

dengan :

Kr : koefisien eksperimental

Sg: berat jenis fluida (lb/in3)

63

H : tinggi tekan pompa (in)

D2 : diameter sisi luar impeler (in)

b2 : lebar impeler (in)

harga Kr dapat dicari dengan menggunakan grafik dalam gambar 6.1.

Gambar 5.1 Harga koefisien Kr

(Sumber : Karassik 1976, hal 175)

Pada efisiensi kapasitas yang tinggi maka 1=nQ

Q

Dari perhitungan sebelumnya telah ditentukan:

Berat jenis air (Sg) = 3,613 x 10 -2 lb/in3

Tinggi tekan pompa (Htotal) = 39,36 in

Diameter sisi luar impeler (D2) = 7,72 in

lebar impeler sisi luar impeler (b2) = 0,31 in

64

Fr = 0,433 x 0,02 x 3,613 x 10-2 x 39,36 x 7,7 x 0,31

= 0,82 lb

= 0,37 kg

Sehingga jumlah beban menjadi ;

F = Fr + w

= 0,37 kg +1,54 kg

= 1,91 kg

F =1,91 kg

100 mm 140 mm

RA RB

Gaya lentur akibat berat impeler dan reaksi tumpuan dapat digambarkan

sebagai berikut :

Dengan menggunakan perhitungan mekanika teknik dan menggunakan

struktur statis tertentu, yaitu struktur yang tidak memiliki kendala penahan yang

lebih dari yang diperlukan untuk mempertahankan kesetimbangan.

Dengan persamaan kesetimbangan

Σ F = 0 dan Σ M = 0

65

Reaksi tumpuan di titik B (Σ MA = 0)

abaWRB

)( +×= (6.3)

=100

)140100(91,1 +×

= 4,58 kg ( )

Reaksi tumpuan di titik A (Σ MB = 0)

abWRA

×=

=100

14091,1 ×

= 2,67 kg ( )

Dengan mengetahui reaksi tumpuan pada masing – masing tumpuan maka

dapat ditentukan besarnya momen lentur maksimum yang terjadi pada poros.

Momen di A

MA = (4,73 x 100) – (2,76 x 240)

= 0 kg.mm

Momen di B

MB = (2,67 x 100)

= 267 kg.mm

Momen di C

MC = (2,67 x 240) –( 4,58 x 140)

= 0 kg.mm

66

Diagram Gaya Geser (SFD) dan Diagram Momen Lengkung (BMD) dapat

digambarkan di bawah ini

A B C

267 kg.mm 2,76 kg 267 kg.mm

267 kg.mm

2,67 kg 267 kg mm

2,67 kg x 100 267 kg mm SFD (-) (+)

(-) 267kg mm

Gambar 6.3 Diagram gaya geser dan momen lentur

Dari perhitungan di atas maka momen lengkung maksimum dapat terjadi pada

poros, terjadi pada titik B, yaitu sebesar MB = 267 kg.mm

67

6.4 . Diameter poros

Bahan S35C

Kekuatan tarik (tb) =52 kg/mm2

Sf1 = 6, Sf2 = 2 ,Km = 2, Kt = 1,5

Tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2) sudah dihitung pada bab III dan

besarnya 4,33 kg/mm2

Selanjutnya dimeter poros pompa dapat ditentukan dengan persamaan :

( ) ( )3/1

221,5⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡×+×= tm

a

KTKMDsτ

(6.4)

( ) ( )3/1

22 5,11298,67226733,41,5

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡×+×=Ds

= 8,54 mm

Dari perhitungan bab III, yaitu perhitungan untuk menentukan diameter poros

tanpa memperhatikan beban lentur, maka diameter poros yang dipilih adalah 25

mm

Sedangkan pada perhitungan diameter poros dengan memperhitungkan beban

lengkung dan puntir , diameter poros yang telah dihitung 8,54 mm, sehingga

diameter poros yang digunakan (25 mm) aman terhadap beban lengkung dan

beban lentur dan beban puntir.

68

6.5 Tinjauan Konsentrasi Tegangan Poros Pada Alur Pasak

Poros pada perancangan pompa dibuat bertingkat dan diberi alur pasak, untuk

itu perlu diperhitungkan konsentrasi tegangan yang terjadi.

Diamater poros dimana impeler akan dipasang adalah 25 mm, dan diameter

bertingkat selanjutnya yang lebih besar direncanakan sebesar 30 mm

Jari- jari fillet (r) : 0,4

r = 2

dD − (6.5)

= 2

2530 −

= 2,5 mm

Sehingga perbandingan antara- jari- jari filet dan diameter poros (r/d)

255,2

=dr (6.6)

= 0,1

Sedangkan perbandingan diameter D/d adalah:

2530

=dD

= 1,2

69

Grafik 6.1 Konsentrasi tegangan untuk poros bertingkat.

(Sumber : Sularso hal 10)

70

Grafik 6.2 Faktor konsentrasi tegangan untuk poros yang diberi alur pasak

(Sumber : Sularso hal 10)

Maka dari gambar 6.1 faktor konsentrasi untuk poros bertingkat (β) dengan

D/d = 1,2 dan r/d = 1,1 adalah sebesar β = 1,28 dan dari gambar 6.2 faktor

konsentrasi tegangan untuk poros yang diberi alur pasak (α) adalah 2,0

Untuk selanjutnya perlu diperhatikan juga besarnya tegangan geser yang

terjadi pada poros akibat adanya momen lentur dan momen puntir.

71

Besarnya tegangan geser pada poros akibat adanya momen lentur dan

momen puntir adalah :

( ) ( )223

16 KtTKMd m ×+×

×=

πτ (6.7)

Dengan :

d = Diameter poros

M = 267 kg mm

T = 1948 kg mm

Sehingga besarnya tegangan gesar pada poros:

( ) ( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ×+×

×= 22

3 5,11298,67226725

16π

τ

0,66=τ kg/mm2

Syarat yang harus dipenuhi pada poros untuk tegangan geser yang terjadi

adalah:

αττ ×>× 2Sfa

1,328,67 >

6.6 Tinjauan Poros Terhadap Defleksi Puntiran (θ 0)

Defleksi puntiran pada poros terjadi akibat momen puntir yang terjadi pada

poros. Defleksi puntiran dapat dihitung dengan persamaan:

4584dGLT

××

×=θ (6.8)

Dengan :

72

T = Momen puntir poros

L = panjang poros

G = Modulus geser (8,3.103 kg/mm2)

D = Diameter poros rata- rata

Sehingga besarnya defleksi puntiran :

4584dGLT

××

×=θ

43 25 8,3.102401298,67584

××

×=θ

00,056=θ untuk panjang poros 240 mm, θ 0 untuk 1000 mm adalah 0,23 0

Syarat yang harus dipenuhi adalah θ lebih kecil dari 0,25 0 untuk panjang poros

makasimal 1000 mm

Jadi hasil perhitungan defleksi puntiran pada poros telah memenuhi syarat

batas sehingga dinyatakan baik, 0,23 0 lebih kecil daripada 0,25 0 untuk panjang

poros 1000 mm.

6.7 Putaran Kritis.

Untuk poros putaran tinggi, putaran kritis sangat pentuing untuk

diperhitungkan. Pada mesin – mesin yang dibuat secara baik, putaran poros

berada dibawah atau diatas putaran kritis (Sularso, Elemen mesin,1997, hal 19).

Bila terdapat beberapa benda yang berputar pada satu poros, maka dihitung

lebih dahulu putaran- putaran kritis Nc1,Nc2, Nc3,..... dari masing- masing benda

73

tersebut yang seolah –olah berada sendiri pada poros. Maka putaran kritsi secara

keseluruhan dari sistem NC0 adalah (Sularso, elemen Mesin, 1997 , hal 19).

3210

1111

CCCC NNNN++= +....... (6.9)

Berat benda yang berputar (W) :

Dari perhitungan sebelumnya telah diketahui berat impeler (Wt)= 1,54kg

Berat Poros (WP) :

γπ×××= LdW sP 4

(6.10)

Dengan :

Ds = diameter poros (mm)

L = panjang poros (mm)

γ = Berat jenis poros (7,833.10-6 kg/mm3)

Pada poros ini terdiri dari tiga tingkat dengan ukuran :

Panjang poros pertama = 30 mm

Diameter poros tingkat pertama = 25 mm

Panjang poros tingkat kedua =110 mm

Diameter poros tingkat kedua = 30 mm

Panjang poros tingkat ketiga =100 mm

Diameter poros tingkat ketiga = 35 mm

74

62 10833,7240354

−××××=π

PW

1,81=PW kg

Puataran kritis masing- masing benda yang bergerak :

Impeler

nC W

LLL

dN21

2

1 52700×

×=

81,1100

2401403552700

2

1 ××=CN

rpm 14290,091 =CN

Poros

nC W

LLL

dN21

2

2 52700×

×= (6.11)

75,0100

120203052700

2

2 ××=CN

200061,222 =CN rpm

Putaran Kritis Sistem :

23

22

21

20

1111

CCCC NNNN++=

2220 200061,22

114290,09

11+=

CN

Nco = 13337,41 rpm

75

Dengan Syarat batas : 0

1

CN harus lebih kecil daripada (0,6-0,7)

0

1

CN =

13337,411 = 0,11

6.8 Macam- macam Pasak

Pasak merupakan lemen mesin yang berfungsi untuk meneruskan momen dari

poros ke naf atau dari naf ke poros. Pasak pada umumnya dapat digolongkan dalam

beberapa mascam. Menurut letaknya pada poros dapat dibedakan antara pasak pelana,

pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung, yang umumnya berpenampang segi

empat. Dalam arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus. Pasak

benam prismatis ada yang secara khusus dipakai sebagi pasak luncur. Disamping

macam- macam pasak diatas ada pula pasak temberang dan pasak jarum.

6.9 Tata cara perencanaan Pasak

Pasak yang dipilih dalam perancangan ini adalah pasak jenis pasak benam.

Pasak benam mempunyai bentuk penampang segi empat dimana terdapat bentuk

prismatis dan tirus. Untuk menghitung kekuatan pasak dapat dilakukan dengan cara.

6.91 Gaya Tangensial

Jika torsi pada poros adalah T (kg.mm) dan diameter poros adalah D (mm)

maka gaya tangensial F (kg) pada permukaan poros adalah :

2DTF = (6.12)

76

225

1298,67= F

103,89=F kg

6.92 Gaya geser

Dengan diameter poros 25 mm maka penampang pasak yangdipilih

berdasarkan tabel adalah : 8 x 7 mm

Kedalaman alur pasak dalam poros t1 = 4 mm

Kedalaman alur pasak dalam impeler t2 = 3 mm

Dari tegangan yang diijinkan τka (kg/mm2) , panjang pasak L1 (mm) yang

diperlukan dapat diperoleh (Sularso, Elemen mesin,1997,hal25):

sehingga dapat diketahui :

1LbF

ka ×=τ (6.13)

harga τka adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik σB dengan

faktor keamanan Sf1 x Sf2 umumnya diambil 6 dan Sf2 dipilih 1-1,5 jika beban

dikenakan secara berlahan- lahan , antara 1,5-3 jika dikenakan yumbukan ringan

dan antara 2-5 jika dikenakan secara tiba- tiba dengan tumbukan berat (Sularso ,

Elemen Mesin, 1997, hal 25)

bahan Pasak yang digunakan = S30 C

Kekuatan Tarik σB = 48 kg/mm2 B

Diambil harga Sf1 = 6 dan Sf2 = 2

Sehingga tegangan geser ijin τka :

77

21 SfSfB

+=

σkaτ (6.14)

2648+

=kaτ

6=kaτ kg/mm2

Dari hasil diatas maka dapat diperoleh panjang pasak yang diperlukan adalah :

L1 ≥ kab

Fτ×

L1 ≥ 68

103,89×

L1 ≥ 2,47 mm

6.9.3 Tekanan Permukaan

Untuk menghindari kerusakan permukaan samping pasak yang disebabkan

oleh tekanan bidang juga diperhitungkan. Dari tekanan permukaan yang diijinkan

Pa (kg/mm2 ) dapat dicari panjang pasak yang diperlukan. Harga Pa adalah

sebesar 8 (kg/mm2 ) untuk poros dengan diameter kecil dan 10 (kg/mm2) untuk

diameter poros yang besar, dan setengah dari harga- harga di atas untuk poros

putaran tinggi (Sularso, Elemen Mesin, 1997, hal 27 ).

L2 ≥ 2tPa

F×

(6.15)

L2 ≥ 38

103,89×

L2 ≥ 4,33 mm

78

Lebar pasak yang baik antara 25%- 35% dari diameter poros, dan panjang pasak

tidak boleh terlalu panjang dibandingkan dengan diameter poros antara 0,75

samapai 1,5 diameter poros (Sularso, Elemen Mesin, hal 27)

0,25≤Db ≤0,35

0,75≤DL ≤1,5

Telah diketahui lebar pasak yang digunakan adalah 8 mm maka :

Db =

258 = 0,28

Berdasarkan perhitungan diatas maka perancangan pasak memenuhi persyaratan

yang diminta

79

BAB VII

PERANCANGAN ELEMEN PENDUKUNG

7.1. Pendahuluan

Pada perancangan sebuah pompa diperlukan elemen – elemen lain selain

elemen utamanya yaitu impeller dan rumah pompa yang berfungsi sebagai elemen

pendukung agar pompa dapat dioperasikan dengan baik. Elemen lain yang turut

mendukung diantaranya kotak paking, bantalan dan kopling.

7.2. Kotak Packing(Stuffing Box)

Gambar 7.1 Kotak Paking

(Sumber: Stolk, J & Kros, C, Elemen Mesin, Hal 523)

Dimana poros masuk kedalam rumah pompa, kotak paking haruslah dipasang

untuk mencegah kebocoran. Kotak paking diisi dengan bahan paking yang lunak

yang biasanya dibuat dari rami kain kapas, asbes, dan sebagainya yang dikompres

terhadap poos oleh gland. Di pasaran, isi dari paking dapat dibeli dalam bentuk

tali yang dianyam dengan inti karet dan berpenampang segiempat.

Ukuran kotak paking dapat diperoleh dengan persamaan – persamaan (stolk,J

& Kros,C, hal 523) berikut:

Tebal paking (s)

s = d sampai d2 (7.1)

Dengan :

d = diameter poros (mm)

dalam perancangan ini, tebal paking diambil sebesar :

s = 1,4 d

= 1,4 x 30

= 8,28 mm

Panjang paking(h)

h = (4 sampai 8) x s (7.2)

Maka:

h = 5 x s

= 5 x 8,28

= 41,41 mm

Jarak antara penekan paking dengan kotak paking dapat diperoleh dengan persamaan

(stolk,J & Kros,C, hal 523):

h1 = 3 x s (7.3)

= 3 x 8,28

= 24,85 mm

penekan paking dapat dibuat dari bahan besi cor, perunggu atau besi cor

dengan pelapis perunggu.

Untuk menekan paking dibutuhkan gaya yang besarnya dapat diperoleh

dengan persamaan(stolk,J & Kros,C, hal 526):

F = ( ) apdD ××−× 22

4π (7.4)

Dengan:

D = diameter kotak paking (mm)

d = diameter poros (mm)

p = tekanan dalam lebih(kg/mm2)

a = faktor jenis cincin paking

Dalam perancangan ini diameter poros paking adalah 35 mm sehingga

diameter kotak paking adalah:

D = d + (2 x s)

= 35 + (2 x 8,28)

= 46,57 mm

Tekanan dalam lebih (p) adalah = 0,06 kg/

Faktor jenis paking (a) tergantung pada jenis paking, a = 1 untuk manset yang

tidak perlu ditekan dan a =3 untuk cincin paking yang perlu dipres (stolk,J & Kros,C,

hal 527). Pada perancangan dipilih a = 3.

Maka:

F = ( ) 306,035 46,574

22 ××−×π

= 179,21 kg

Jumlah baut yang digunakan untuk menekan paking sebanyak 2 buah, maka

besarnya gaya yang dibutuhkan untuk menekan paking tiap bautnya adalah:

Fb = 2F (7.5)

Fb = 2

179,21

= 89,61 kg

Baut yang dipakai untuk menekan paking adalah baut dengan ukuran M8

yang memiliki diameter luar

Sehingga tebal flens penekan paking adalah:

tf = 1,25 x db

= 1,25 x 8

= 10 mm

7.3 Bantalan

Bantalan merupakan bagian dari pompa yang tidak dapat dipisahkan kerena

fungsinya sebagai penahan/penumpu pompa berbeban sehingga putaran atau gerakan

bolak – baliknya dapat berlangsung secara halus,aman, dan panjang umur. Bantalan

harus cukup kokoh dalam menahan gaya – gaya yang terjadi pada pompa saat

beroperasi seperti gaya aksial dan gaya radial sehingga poros serta elemen

pompa lainnya bekerja dengan baik.

Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros

a. Bantalan luncur

Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena

permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan

lapisan pelumas

b. Bantalan gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar

dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola, rol jarum atau

rol bulat

2. Atas dasar arah beban terhadap poros

a. Bantalan radial

Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros

b. Bantalan aksial

Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros

c. Bantalan gelinding khusus

Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus

sumbu poros

Dalam perancangan ini poros ditumpu oleh dua bantalan, kedua bantalan

tersebut dipilin bantalan bola dengan jenis terbuka karena bantalan ini dapat menahan

gaya tangensial yang membebani poros.

Dari tabel pemilihan bantalan, dipilih bantalan yang memiliki diameter

d = 30 mm, diperoleh:

Bantalan dengan jenis bantalan bola, bantalan ini yang dipasang pada poros

bagian sisi A:

Nomor bantalan = 6006 (terbuka)

Kapasitas nominal dinamis spesifik( C ) = 1030 kg

Kapasitas nominal statis spesifik (Co) = 740 kg

Diameter luar bantalan ( D) = 55 mm

Lebar bantalan (B) = 13 mm

Jari – jari filet ( r ) = 1,5 mm

Dari perhitungan perencanaan poros telah diketahui besarnya gaya – gaya

yang bekerja yaitu ;

Gaya radial resultan yang bekerja akibat impeler = 0,37 kg

Gaya aksial resultan yang bekerja akibat impeler= 0 kg

Tabel 7.1 Faktor-faktor dalam bantalan

(Sumber : Sularso & Kiyokatsu Suga,Elemen Mesin, Pradnya Paramita hal 136)

Karena besar0C

Fa =7400 = 0 dan harga

r

a

FVF×

=0,371×

aF= 0 0,19 maka ≤

dari tabel 7.1 diambil

Faktor rotasi (V) = 1

Faktor radial (X) = 1

Faktor aksial (Y) = 0

Beban ekivalen dinamis yang bekerja dapat diperoleh dengan persamaan (Sularso &

Kiyokatsu Suga, hal 135):

P = X x V x Fr + Y x Fa (7.6)

P = (1 x 1 x 1 x 1,93) +(0 x 0)

= 0,37

Besar faktor kecepatan (fn) dapat diperoleh dengan persamaan (Sularso &


fn =

31

3,33⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

n (7.7)

dengan n = putaran poros = 1500 rpm

maka :

fn = 31

15003,33

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

fn = 0,31

Faktor umum (fh ) dapat diperolah dengan persamaan (Sularso & Kiyokatsu Suga, hal

136):

fh = fn x PC (7.8)

Dengan:

fh = besar faktor kecepatan = 0,31

C = Kapasitas nominal dinamis spesifik = 1030 kg

P = Beban ekivalen dinamis = 0,37 kg

Maka:

fh = 0,31 x 37,0

1030

fh = 857,79

Umur nominal bantalan diperoleh dari persamaan (Sularso & Kiyokatsu Suga,

hal 136):

Lh = 500 x fh3

Lh = 500 x 857,79 3

Lh = 315584824560,54 jam

Sedangkan umur bantalan dengan keandalan tertentu diperoleh dengan

persamaan(Sularso & Kiyokatsu Suga, hal 136):

Ln = a1 x a2 x a3 x Lh (7.9)

Dengan:

a1 = faktor keandalan dari tabel 8.5 dengan keandalan 97 % = 0,44

a2 = faktor bahan = 1

a3 = faktor kerja, untuk kondisi kerja normal =1

Maka:

Ln = 0,44 x 1 x 1 x 315584824560,54

Ln =138857322806,64 jam

Tabel 7.2 harga faktor keandalan bantalan

(Sumber : Sularso & Kiyokatsu Suga,Elemen Mesin,PradnyaParamita hal 136

)

Bantalan dengan jenis bantalan bola, bantalan B yang dipasang pada

poros bagian sisi B:

Nomor bantalan = 6006 (terbuka)

Kapasitas nominal dinamis spesifik( C ) = 1030 kg

Kapasitas nominal statis spesifik (Co) = 740 kg

Diameter luar bantalan ( D) = 55 mm

Lebar bantalan (B) = 13 mm

Jari – jari filet ( r ) = 1,5 mm

Dari perhitungan perencanaan poros telah diketahui besarnya gaya – gaya

yang bekerja yaitu ;

Gaya radial resultan yang bekerja akibat impeler = 4,58 kg

Gaya aksial resultan yang bekerja akibat impeler = 0 kg

Karena besar0C

Fa =7400 = 0 dan harga

r

a

FVF×

=4,581×

aF= 0 0,19 maka ≤

dari tabel 7.1 diambil

Faktor rotasi (V) = 1

Faktor radial (X) = 1

Faktor aksial (Y) = 0

Beban ekivalen dinamis yang bekerja dapat diperoleh dengan persamaan (Sularso &


P = X x V x Fr + Y x Fa (7.10)

P = (1 x 1 x 1 x 4,58) +(0 x 0)

= 4,58

Besar faktor kecepatan (fn) dapat diperoleh dengan persamaan (Sularso &


fn = 31

3,33⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

n (7.11)

dengan n = putaran poros = 1500 rpm

maka :

fn = 31

15003,33

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

fn = 0,31

Faktor umum (fh ) dapat diperolah dengan persamaan (Sularso & Kiyokatsu Suga, hal

136):

fh = fn x PC

Dengan:

fh = besar faktor kecepatan = 0,31

C = Kapasitas nominal dinamis spesifik = 1030 kg

P = Beban ekivalen dinamis = 4,58 kg

Maka:

fh = 0,31 x 58,4

1030

fh = 69,71

Umur nominal bantalan diperoleh dari persamaan (Sularso & Kiyokatsu Suga,

hal 136):

Lh = 500 x fh3

Lh = 500 x 69,713

Lh = 169409143,10jam

Sedangkan umur bantalan dengan keandalan tertentu diperoleh dengan

persamaan(Sularso & Kiyokatsu Suga, hal 136):

Ln = a1 x a2 x a3 x Lh

Dengan:

a1 = faktor keandalan dari tabel 8.5 dengan keandalan 97 % = 0,44

a2 = faktor bahan = 1

a3 = faktor kerja, untuk kondisi kerja normal =1

Maka:

Ln = 0,44 x 1 x 1 x 169409143,10

Ln = 74540022,96 jam

7.4 Kopling

Kopling merupakan salah satu bagian dari elemen pompa yang berfungsi

untuk meneruskan putaran dan daya dari poros penggerak atau motor ke poros yang

digerakkan yaitu pompa. Dalam perancangan ini, kopling yang dipakai adalah

kopling tetap dengan jenis kopling flens kaku.

Kopling kaku terdiri dari naf dengan flens yang terbuat dari besi cor atau

baja cor dan dipasang pada ujung poros dengan diberi pasak serta diikat dengan baut

pada flensnya. Kopling ini tidak mengijinkan sedikitpun ketidaklurusan sumbu pada

kedua poros untuk menghindarkan terjadinya kerusakan pada elemen pompa lainya.

Gambar 7.2 Bentuk kopling flens

(Sumber : Sularso & Kiyokatsu Suga,Elemen Mesin,PradnyaParamita hal 136)

Pada perencanaan , besarnya diameter poros yang dipasang di kopling adalah

30 mm sehingga dari tabel 7.3 diperoleh ukuran ukuran kopling yang digunakan

dalam perencanaan antara lain:

Tabel 7.3 Ukuran Kopling Flens


Dipilih diameter poros sebesar D = 25 mm

Diameter luar kopling (A) = 125 mm

Diameter pusat baut (B) = 85 mm

Diameter naf (C) = 50 mm

Diameter baut (d) = 10 mm

Jumlah baut (n ) = 4 buah

Tebal flens (F) = 18 mm

Panjang naf (L) = 45 mm

Nilai effektif baut (ε) = 0,5

Bahan yang digunakan untuk flens kopling adalah baja karbon cor SC46

dengan kekuatan tarik 46 kg/mm2 dan bahan yang dipakai untuk baut dan mur adalah

baja karbon untuk konstruksi mesin S40C dengan kekuatan tarik 60 kg/mm2

Tabel 7.4 Bahan Kopling Flens


Dari perencanaan telah diketahui besarnya daya rencana yang akan

ditransmisikan motor sebesar 2 kW dengan putaran 1500 kg.mm.Dan besarnya daya

puntir yang distransmisikan adalah 1298,67 kg.mm

Jumlah baut efektif :

ne = ε x n

= 0,5 x 4

= 2

Tegangan geser baut dapat diperoleh dengan persamaan (Sularso &

Kiyokatsu Suga, hal 34) :

τb =Bna

T

e ××××

2

8π

(7.11)

dengan :

τb = tegangan geser baut (kg/mm2)

T = momen puntir = 1298,67 kg,mm

a = diameter baut = 10 mm

ne = jumlah baut efektif = 2 buah

B = diameter pusat baut = 85 mm

maka

τb =85210 1298,678

2 ××××

π

τb = 0,19 kg/mm2

Tegangan geser baut yang diijinkan dapat diperoleh dengan persamaan :

τba =fff

B

KS ×σ (7.12)

dengan :

Bσ = kekuatan tarik flens = 60 kg/mm2

Sff = faktor keamanan = 6

Kf = faktor keamanan karena adanya bagian keropok = 3

maka

τba =

fff

B

KS ×σ

τba = 3660×

τba = 3,33

Dalam perhitungan besarnya tegangan geser baut (τb), masih lebih kecil dari

tegangan geser baut ijin (τba) maka tegangan geser baut masih memenuhi syarat

keamanan untuk digunakan.

Tegangan geser flens yang diijinkan dapat diperoleh dengan persamaan

Sularso & Kiyokatsu Suga, hal 34:

τfa =fff

B

KS ×σ (7.13)

dengan :

Bσ = kekuatan tarik flens = 46 kg/mm2

Sff = faktor keamanan = 6

Kf = faktor keamanan karena adanya bagian keropok =3

maka :

τfa =36

46×

= 2,56 kg/mm 2

Tegangan geser flens dapat diperoleh dengan persamaan (Sularso & Kiyokatsu

Suga,hal 34):

τf = fKFC

T×

×××

2

2π

(7.14)

τf = tegangan geser flens (kg/mm2)

T = momen puntir = 1298,67

C = diameter naf = 50

F = tebal flens = 18 mm

Kf = faktor kemanan karena adanya bagian keropok =3

Maka :

τf = 31850

1298,6722 ×

×××

π

τf = 0,0221 kg/mm2

Dalam perhitungan besarnya tegangan geser flens (τf masih lebih kecil dari tegangan

geser flens ijin (τfa) maka tegangan geser flens masih memenuhi syarat keamanan

untuk digunakan dan flens dapat bekerja dengan baik.

BAB VIII

KARAKTERISTIK POMPA

Karakteristik pompa dapat digambarkan dalam bentuk grafik karakteristik

pompa. Untuk menggambarkan grafik karakteristik pompa dibutuhkan data yan

dalam prakteknya harus dilakukan dengan pengujian pompa, namun dalam

perancangan ini penggambaran karakteristik pompa data diambil dengan asumsi serta

dari perhitungan sebelumnya.

8.1 Karakteristik Pompa Hubungan kapasitas dangan Head

8.1.1. Head Euler’s (Ht~)

Head euler menggambarkan suatu pompa yang ideal tanpa adanya kerugian,

dapat dihitung dengan persamaan 8.1 (Sumber : Khetagurov,1965, hal 265)

Ht~ =gbD

CotgQUg

U×××

××−

22

2222

πβ (8.1)

Dengan :

U2 = Kecepatan keliling fluida keluar impeller

D2 = diameter luar impeler

b2 = lebar impeler pada sisi keluar

Q = kapasitas pompa

β2 = Sudut sisi keluar impeler (200)

sehingga head euler’s:

Ht~ =

gCotgQ

g ×××××

−0079.0196,0

2016,0516,052

π

Ht~ = 26,26 - 919,53 Q

Sehingga paa saat pompa bekerja pada kapasitas Q = 0 m3/det

Ht~ = 26,26 m

pada saat pompa bekerja pada kapasitas Q = 0,0056 m3/det

Ht~ = 26,26 - 919,53 x 0,0056

= 21,15 m

8.1.2. Head teoritis (Ht)

Head teoritis adalah head ideal yang dipengaruhi oleh aliran sirkulasi antara

sudu- sudu.

Besarnya head teoritis (Ht ) dari persamaan 8.2 (Sumber : Khetagurov, 1965,

hal 265)

Ht = Ht~ x K2cu (8.2)

Dengan :

K2cu = koefisien aliran sirkualasi (0,6-0,8) diambil 0,8

Sehingga persamaan untuk head teoritis untuk sembarang kapasitas (Q):

Ht = (26,26 - 919,53 Q) x 0,8

Ht =21,01- 735,62 Q m

Apabila pompa bekerja pada kapasitas Q = 0 m3/det, head teoritisnya:

Ht =21,01 m

Sedangkan bila pompa bekerja pada kapasitas Q = 0,0056 m3/det, head teoritisnya

Ht = 21,01 - 735,62 x 0,0056

Ht = 16,92 m

8.1.3. Head Aktual (Hakt)

head actual dihasilkan oleh pompa, head ini dapat ditentukan dengan

mengurangai head teoritis dengan kerugian hidrolis. Kerugian hidrolis meliputi

kerugian kejut (shock losses)., kerugian turbulensi, kerugian gesekan.

Head aktual dapat dinyatakan dengan persamaan 8.3 (Austin .H.Church, 1993,

hal 33)

Hakt = Ht – hh (8.3)

dengan

Ht = head teoritis (m)

hh = kerugian hidrolis (m)

Pada saat pompa bekerja dengan kapasitas Q = 0,0056 m3/detik

Head aktual (Hakt) = 12 m

Head teoritis (Ht) = 16,92 m

maka kerugian hidrolis dapat ditentukan sebagai berikut :

hh = Ht – Hakt

hh = 16,92 – 12

hh = 4,92 m

Kerugian hidrolis yang meliputi kerugian kejut, kerugian turbulensi, kerugian

gesekan diperoleh dengan persamaan 8.4 (Austin H Church, 1993, hal 33)

hh = hs + hFD (8.4)

dengan :

hs = kerugian kejut dan turbulensi (m )

hFD = kerugian gesekan (m)

Pompa bekerja pada keadaan terbaik yaitu pompa beroperasi pada titik – titik

efisiensi maksimum. Pada saat pompa beroperasi pada keadaan terbaik kerugian

kejut/ turbulensi dan kerugian gesekan harganya sama yaitu 0,1-0,5

Kerugian hidrolis.

hs = hFD = 0,5 x hh

hs = 0,5 x 4,92

hs = 2,46 m

Kerugian karena gesekan dapat ditentukan dengan persamaan 8.5 (A.J

Stephanoff, 1965, hal 164)

hFD = K x Q2 (8.5)

dengan

K = koefisen gesekan

Q = kapasitas pompa

Pada saat pompa bekerja dengan kapasitas Q = 0,0056 m3/detik, maka harga

K adalah:

K = 2QhFD

K = 20056,0 2,46

K = 79720,18

Untuk harga kapasitas Q sembarang, maka kerugian gesekan dinyatakan

dengan persamaan.

hFD = 79720,18 Q2

Kerugian kejut dan turbulensi dapat dinyatakan dengan persamaan 8.6 (Khetagurov,

hal 267).

hs =22

3

222

21 1

2 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−×

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛××+

ncu

sh

QQ

DD

KUUg

K (8.6)

dengan

shK = koefisien kerugian kejut/ turbulensi

cuK2 = koefisien sirkulasi aliran

U1 = kecepatan keliling fluida pada sisi masuk impeler (m)

U2 = kecepatan keliling fluida pada isi keluar impeler (m/detik)

D2 = diameter sisi keluar impeler

Qn = kapasitas normal pompa m3/detik)


telah diketahui sebelumnya

kecepatan fluida sisi masuk impeler (U1) = 6,20 m/dt

Kecepatan fluida sisi keluar impeler (U2) = 16,05 m/dt

Diameter sisi keluar impeler (D2) = 0,196 m

Diameter dasar rumah volut / diameter lidah (D3) = 0,2058 m

Koefisien sirkulasi aliran (K2cu) = 0,8

Harga koefisien kerugian kejut pada sisi masuk impeler antara 0,6-0,8

Diambil koefisen kerugian kejut (Ksh) = 0,8

Pada saat pompa bekerja dengan kapasitas Q =0,0056 m3/detik, dapat ditentukan

kapasitas normal sebagai berikut.

2,46 =22

2 0056,01 0,2058

196,08,016,056,202

8,0⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−×

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛××+

nQg

2,46 =7,67 x 2

0056,01 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

nQ

Q n = 0,0128 m3/detik

Sehingga untuk harga kapasitas Q sembarang , maka besarnya kerugian kejut dan

turbulensi adalah:

hs =7,67 x 2

0128,01 ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−

Q

hs =7,67 - 1196,16 Q + 46662,98 Q2

Pada saat pompa bekerja dengan kapasitas Q = 0 m3/detik maka

hs = 7,67 m

Pada saat pompa bekerja dengan kapasitas Q = 0,0056 m3/detik, maka

hs = 2,46 m

harga kerugian kejut/ turbulensi dan kerugian gesekan disubstitusikan ke persamaan

8.4.

hh = (7,67 - 1196,16 Q + 46662,98 Q2) +79720,18 x Q2

hh =7,67 - 1196,16 Q + 126383,16Q2

Dari persamaan (8.3) dapat ditentukan hubungan head aktual dengan kapasitas

pompa ,yaitu :

Hakt =(21,01- 735,62 Q)-(7,67 - 1196,16 Q + 126383,16Q2 )

Hakt =18,59 + 460,54Q - 126383,16 Q2

Pada saat pompa bekerja dengan kapasitas Q = 0 m3/detik maka

Hakt = 18,59 m

Pada saat pompa bekerja dengan kapasitas Q = 0,0056 m3/detik, maka

Hakt = 17,25 m

Dari perhtungan di atas diperoleh hubungan antara kapasitas dengan head, yaitu :

Ht~ = 26,26 - 919,53 Q

Ht =21,01- 735,62 Q

hFD = 79720,18 Q2

hs =7,67 - 1196,16 Q + 46662,98 Q2

hh =7,67 - 1196,16 Q + 126383,16Q2

Hakt =18,59 + 460,54Q - 126383,16 Q2

Data –data di dalam tabel 8.1. untuk menggambarkan grafik karakteristik pompa

hubungan antara kapasitas dengan head untuk harga kapasitas sembarang.

Tabel 8.1 Hubungan antara kapasitas dengan head

Q Ht~ Ht hFD hc hh Hakt

(m3/detik) (meter) (meter) (meter) (meter) (meter) (meter) 0.000 26,26 21,15 0 7,67 7,67 18,590,001 25,34 20,42 79,72 6,52 6,60 18,930,002 24,42 19,68 159,44 5,46 5,78 19,010,003 23,50 18,94 239,16 4,50 5,21 18,840,004 22,58 18,21 318,88 3,63 4,90 18,410,005 21,66 17,47 398,60 2,85 4,84 17,740,006 20,74 16,74 478,32 2,17 5,04 16,810,007 19,82 16,00 558,04 1,58 5,49 15,630,008 18,90 15,27 637,76 1,08 6,18 14,190,009 17,98 14,53 717,48 0,68 7,14 12,500,010 17,06 13,80 797,20 0,37 8,34 10,560,011 16,14 13,06 876,92 0,15 9,80 8,370,012 15,23 12,32 956,64 0,03 11,51 5,92

0

5

10

15

20

25

30

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012

Kapasitas Pompa (m3/detik)

Hea

d po

mpa

(met

er)

H aktual H euler's H teoritis

Gambar 8.1 Karakteristik pompa Hubungan antara head dengan kapasitas

8.2 Karakteristik pompa Hubungan Kapasitas dengan Daya efisiensi

Daya kuda penggerak pompa merupakan daya kuda yang dibutuhkan untuk

mengatasi kerugian / kebocoran dan daya kuda fluida agar fluida dapat dialirkan.

Kerugian tersebut meliputi kerugian gesekan cakra, kerugian hidrolis, dan kerugian

mekanis.

Hubungan daya kuda penggerak (daya kuda rem) dapata dinnyatakan dengan

persamaan 8.7 (Austin H. Church, 1993, hal 35)

b,hp =f,hp+hpL+hpDF+hpHY+hpM (8.7)

dengan :

b,hp = daya kuda rem

f,hp = daya kuda fluida

hpL =daya kuda untuk mengatasi kebocoran

hpDF = daya kuad untuk mengatasi gesekan cakra

hpHY = daya kuda untuk mengatasi kerugian hidrolis

hpM = daya kuda untuk mengatasi kerugian mekanis

Daya fluida untuk berbagai kapasitas dapat dinyatakan dengan persamaan 8.8

(Lazarkiewicz,1965, hal 70)

f,hp =75

γ×× HQ (8.8)

H =head pompa (m)


γ = berat jenis fluida (kg/m3)

Sehingga daya kuda fluida untuk harga kapasitas sembarang adalah

f,hp = 75100012 ××Q

f,hp = 160 Q

Daya kuda untuk mengatasi kebocoran diperoleh dengan persamaan 8.9

(Lazarkiewicz,1965, hal 70)

hpL =75

γ×× tL HQ (8.9)

QL = kapasitas kebocoran pompa (m3/detik)

Ht = head toritis (m)

Telah ditentukan dalam perhitungan sebelumnya bahwa kapasitas kebocoran

pompa yaitu 10 % kapasitas pompa.

Sehingga daya kuda untuk mengatasi kebocoran adalah

hpL =75

100010,0 ×× tHQ

hpL = 1,33 Q Ht

Daya kuda untuk mengatasi gesekan cakram untuk kapasitas pompa

sembarang adalah (Austin H Church,1993,hal 126)

hpDF= 8

83,283,4

2

1075,812

×

×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ nD

Telah diketahui bahwa

Diameter sisi luar impeler (D2) = 7,72 in

Putaran poros pompa (n) = 1500

Sehingga daya kuda yang dibutuhkan untuk mengatasi gesekan cakram adalah

hpDF = 8

83,283,4

1075,8

15001272,7

×

×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

hpDF = 0,13 Hp

Daya yang dibutuhkan untuk mengatasi kerugian hidrolis untuk sembarang harga

kapasitas dinyatakan dengan persamaan 8.10 (A.J. Stephanoft, 1995, hal 198)

hpHY =( )

75hL hQQ ××+ γ

(8.10)

Telah ditentukan sebelumnya bahwa kerugian hidrolis untuk berbagai harga

kapasitas adalah

hh =7,67 - 1196,16 Q + 126383,16Q2

Sehingga daya kuda yang dibutuhkan untuk mengatasi kerugian hidrolis adalah

hpHY =( )

7510001,0 hhQQ ××+

hpHY = 14,67 Q x hh

Daya kuda yang dibutuhkan untuk mengatasi kerugian mekanis pada bantalan

dan kotak packing harganya relatif konstan, yaitu berkusar antara 2% -4% dari daya

kuda rem dan angka- angka yang lebih besar dipakai untuk unit – unit yang lebih

kecil.(Austin,1993,hal 32). Dalam perancangan diambil sebesar 4 % sehingga

hpM = 4%.b,hp

Daya kuda rem yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa diperoleh

dengan mentubstitusikan harga- harga dan daya kuda fluida ke persamaan (8.7)

b,hp =160 Q + 1,33.Q. Ht + 0,13 + 14,67. Q.hh + 4% b,hp

96% b,hp =160 Q + 1,33.Q. Ht + 0,13 + 14,67. Q.hh +

b,hp = 1.04 x (160 Q + 1,33.Q. Ht + 0,13 + 14,67. Q.hh )

Efisiensi pompa diperoleh dengan persamaan 8.11 ( Austin H. Church,1993,hal 36)

%100,,

×=hpbhpf

opη (8.11)

Apabile pompa bekerja pada kapasitas Q = 0,0056 m3/detik, maka daya kuda fluida

(f,hp) dan daya kuda rem (b,hp) :

f,hp =160 x 0,0056

f,hp = 0,89 hp

b,hp = 1,04 x (160 x 0,0056 + 1,33 x 0,0056 x 16,92 + 0,13 + 14,67 x 0,0056 x

4,92)

b,hp = 1,62 hp

%100 1,62 0,89

×=opη

% 55,04=opη

dari perhitungan diatas adapat diperoleh hubungan antara kapasitas dengan

daya dan efisensi sebagai berikut:

f,hp = 160 Q

hpL = 1,33 Q Ht

hpDF = 0,13 Hp

hpHY = 14,67 Q x hh

b,hp = 1.04 x (160 Q + 1,33.Q. Ht + 0,13 + 14,67. Q.hh )

%100,,

×=hpbhpf

opη

Data -data dalam tabel 8.2 untuk menggambarkan grafik karakteristik pompa

hubungan antara kapasitas dengan daya dan effisiensi (untuk harga kapasitas

sembarang.

Tabel 8.2. Hubungan antara kapasitas dengan daya dan efisiensi

Q Fhp hpl hp DF hpHY bHP η 0 0 0 0,13 0 0,14 0

0,001 0,160 0,027 0.13 0,10 0,43 37,164 0,002 0,320 0,052 0.13 0,17 0,70 45,788 0,003 0,480 0,076 0.13 0,23 0,95 50,429 0,004 0,640 0,097 0.13 0,29 1,20 53,291 0,005 0,800 0,116 0.13 0,36 1,46 54,877 0,006 0,960 0,134 0.13 0,44 1,73 55,364 0,007 1,120 0,149 0.13 0,56 2,04 54,875 0,008 1,280 0,163 0.13 0,73 2,39 53,546 0,009 1,440 0,174 0.13 0,94 2,79 51,54 0,010 1,600 0,184 0.13 1,22 3,26 49,035 0,011 1,760 0,192 0.13 1,58 3,81 46,05 0,012 1,920 0,197 0.13 2,03 4,44 43,204

0

10

20

30

40

50

60

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011 0.012

Kapasitas m3/detik

Effis

ensi

%

Grafik 8.2 Karakteristik Pompa

Hubungan antara kapasitas dengan efisiensi

0

1

2

3

4

5

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011 0.012

Kapasitas (m3/jam)

Day

a

daya b HP daya F HP

Grafik 8.3 Karakteristik Pompa

Hubungan antara daya dengan kapasitas

BAB IX

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil perhitungan perencanaan elemen-elemen pompa dari awal

sampai akhir maka didapat sebuah pompa dengan data-data sebaagai berikut :

1 Spesifikasi pompa

- Pompa sentrifugal satu tingkat

- Jenis pompa : radial

- Kapasitas : 20 m3/jam

- Head total :12 m

- Daya motor : 2 k W

- Putaran motor :1500 rpm

2. Impeler

- Efisiensi Impeler :64 %

- Tipe : semi terbuka

- Bahan : SCS2 (baja karbon cor)

- Diameter sisi masuk impeler : 79 mm

- Diameter sisi keluar impeler :196 mm

-Jumlah sudu : 5 buah

- Jenis impeler : impeler radial

- Tipe sudu : backward curve vanes

3. Rumah pompa

- Bentuk rumah pompa : Volut/rumah keong

- Bahan : Baja karbon cor

- Diameter lidah : 205,80 mm

4. Poros

- Bentuk poros : bertingkat

- Panjang poros : 240 mm

- Bahan : S35C (baja karbon untuk kontruksi mesin)

- Diameter poros : d1 = 25 mm, d2 =30 mm, d3 = 35 mm,

5. Bantalan

-Bantalan A

• Jenis : Bantalan bola terbuka

• Nomer bantalan : 6006

• Diameter dalam bantalan : 30 mm

• Diameter luar bantalan. : 55 mm

• Lebar bantalan : 13 mm

• Umur bantalan : 315584824560,54 jam

-Bantalan B

• Jenis : Bantalan bola terbuka

• Nomer bantalan : 6006

• Diameter dalam bantalan : 30 mm

• Diameter luar bantalan. : 55 mm

• Lebar bantalan : 13 mm

• Umur Bantalan : 315584824560,54 jam

6. Kopling

- Jenis : kopling flens kaku

- Bahan flens : SC46 (bajakarbon cor)

- Diameter luar kopling :125 mm

- Jumlah baut : 4 buah

- Bahan baut : SC 46

7. Pasak

- Ukuran penampang pasak : 8x 7 mm

- Pan jang pasak :25 mm

- Bahan : S30C

BAB X

DAFTAR PUSTAKA

Austin H., C., (1993), Pompa dan Blower Sentrifugal, alih bahasa Zulkifi Harahap,

Cetakan ketiga, Erlangga, Jakarta

Dietzel, F., (1993), Turbin Pompa Dan Kompresor, alih bahasa Dakso Sriyono,

Cetakan ketiga ,Erlangga, Jakarta

Karassik,I., J, (1976), Pump Hand Book, Mc Graw Hill Book Company Inc, New

York

Khetagurov, M., Marine Auxiliary Machinery And System, Peace Publisher,

Moscow

Lazarkiwiez, .S., (1965), Impeller Pump, Wydawnictwa naukowo Techniczne,

Warsaw

Stalk, C., (1994), Elemen Mesin Konstruksi Bangunan Mesin, diterjemahkan oleh

H. Hendarsin dan A. Abdul, edisi kedua , Erlangga, Jakarta

Sularso, dan Suga, K., (1997), Dasar Perancangan Dan Pemilihan Elemen Mesin,

Cetakan kesembilan , Pradya Paramita, Jakarta

Sularso, dan Tahara, H., (1987), Pompa Dan Kompresor, Cetakan ketiga, Pradnya

paramita, Jakarta

LAMPIRAN

POMPA LIMBAH INDUSTRI

Documents

Transcript of POMPA LIMBAH INDUSTRI