Post on 16-Nov-2021
transcript
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
iv
v
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
(Sumber : Sularso dan Tahara,1996,hal 8)
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
(Sumber : Sularso dan Tahara,1996,hal 8)
1.2.2 Klasifikasi menurut jumlah tingkat
a. Pompa Satu Tingkat (single stage pump)
Pompa jenis ini mempunyai satu impeler dan head total yang dihasilkan dari
satu impeler relative rendah.
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 )
Telah diketahui bahwa :
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.
Telah diketahui bahwa :
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.
Telah diketahui bahwa :
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
Q = kapasitas pompa (m3/detik)
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 &
Kiyokatsu Suga, hal 136):
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 &
Kiyokatsu Suga, hal 135):
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 &
Kiyokatsu Suga, hal 136):
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
(Sumber : Sularso & Kiyokatsu Suga,Elemen Mesin,PradnyaParamita hal 136)
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
(Sumber : Sularso & Kiyokatsu Suga,Elemen Mesin,PradnyaParamita hal 136)
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
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)
Q = kapasitas 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)
Q = kapasitas pompa (m3/detik)
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