jiunkpe-ns-s1-1992-583004-24379-pompa-chapter4
DESCRIPTION
yyyTRANSCRIPT
-
30BAB IV
PERENCANAAN IMPELLER
4.1. UKURAN UTAMA IMPELLER
Ukuran utama impeller adalah merupakan notasi dari ukuran impeller termasuk notasi paramater perencanaan. Ukuran impeller dapat digambarakan sebagai berikut :
JJ ------o i^iub
Gb. 4-i, Impeller,
Keterangan :b^ = lebar sudu sisi masuk.b^ = lebar sudu sisi luarD = diameter mata impeller c
= diameter hub impellerhubd = diameter poros impeller sh
= diameter sisi masuk impeller = diameter sisi luar impeller
-
4.2. DAYA PENGGERAK POMPA31
sebelum menentukan daya motor, terlebih dahulu mencari daya poros potnpa. Daya poros pompa yang diperlukan untuk menggerakan pompa dapat dicari :
Q .d. HNP 75 7)op
dimana :
= daya poros pompa , hp.3Q = kapasitas pompa, m /s
3d ~ berat jenis air, kg/mH = head yang t-erdapat pada sisr) - efisiensi overall, % . op
diketahui :H = 15,7m.Q = 20 m3/jam = 5,56. 10-3 m3/s.
Dari tabel air ( T = 27C ) didapat : d - 997 kg/m3 .
Dari tabel 2-9, untuk A = 9,3 didapat :
0 73opSehingga :
5,56. 10 3x 997 x 15,7NP_ 0,73 x 75
= 1,59 hp.Sedangkan daya motor yang dipakai biasanya diambil 20 % lebih besar dari daya poros.
-
32
Jadi daya motor yang diperlukan :
N = ( 1 + 20 7. ) i , 59
= 1,908 hp = 1423 Watt.
Pemilihan dengan spesifikasi :
Putaran, n = 1450 rpm.
Daya output = 2 hp = 1,5 Kw.4.3. KECEPATAN 5PESIFIK IMPELLER
Adalah suatu istilah yang dipakai untuk memberikan klasifikasi impeller yang berdasarkan prestasi dan proporsinya tanpa memperhatikan ukuran actualnya atau merupakan suatu harga yang paling berhubungan antara kapasitas < Q ), head ( H ), dan putaran { n ).Kecepatan spesifik kinematik pompa dirumuskan :
,1 / 2CT,3/4
dimana :
n = putaran poros, rpm.Q = kapasitas, m^/s.. -H = head , m .
diketahui :H = 15,7 m.
Q = 5,56 . 10~3 m3/s.n = 1450 rpm.
J ad i :-3 1 /? ( 5,56. 10 )
n = 3,65 x 145B x15,7 3/4
= 50
-
334.4. MENENTUKAN DIMENSI IMPELLER
Jumlab sudu-sudu impeller berdasarkan kecepatan spesifik
impeller, = 50, dari tabel 2-7 didapat :
Z = 9
Diameter poros pompa dicari dengan persamaan :
/
Nih tw n
dimana :d ^ = diameter poros pompa, inc.
A ^ = faktor yang tergantung dari sudut puntir yang di ij inkan.
n = putaran poros, rpm.N = daya motor, hp.
diketahui :n = 1450 rpm.N = 2 hp.
Dari tabel 29, untuk sudut puntir yang diijinkan,> = 0,25^*u Wdidapat :
flaka :A , = 12 tw
Ash 1450= 1,34 inc. = 34 mm.
dan diam-bil, d . = 35 mm.shDiameter hub impeller biasanya diambil :
Dhub = ( i 205 : 1 d5h ( m >= 1,4 x 0,035= 0,049 m = 49 m m .
-
Diameter saluran masuk menurut prinsip kontinuitas34
4 Qt,D - V ( m )c fIC i)c v
nc r?c vdiman a :
3Q^ .s- kapasitas disain, m /s.C c = kecepatan aliran melalui saluran masuk, m/s.
= 2-4 m/s, untuk pompa yang terletak diatas permukaan cairan yang dipompa.
7) - efisiensi' volumetris, % . vDari tab'el 2-8, untu'k ng = 50, didapat :
??v= 0,93Q = 5,56. 10~3 m3/ s .Cc= 3,5 m/s. ( direncanakan ).
Sehingga :
D4 . 5,56. 10 3
c n 3,5 . 0,93= 0,47 = 47 mm.
Kecepatan aliran pada saat akan memasuki impeller :C = K V 2 g h ( m/s ).O CO
dimana :K = faktor koreksi kecepatan aliran masuk. co
= ( 0,058 - 0,06 ) n^/3Diketahui :
H = 15,7 m .K = 0,059 x 502/3 = 0,18 co
-
Maka :C = 0,8V 2. 9,81. 15,7o
= 3,16 m/s.Diameter mata impeller dapat dicari dari persamaan :
35
/ 4 Q 2
D = V --- + D , ,o TIC 77 hubo v_ / 4 . 5,56. 10 3
n 3,16. 0,93 + 0 049. = 0,069 m = 69 mm.
Kecepatan radial cairan pintu masuk impeller
diman a :C, = K , V 2 gh ( iri/s )lr clr
K 1 = faktor koreksi kecepatan radial masuk. clrDari tabel 2-11, untuk ng = 50 didapat :
Maka :C, = 0,12iy 2 . 9,81 . 15,7 lr
2,12 m/s.Oleh karena aliran masuk secara radial ( tanpa guide vane ),maka kecepatan aliran sisi masuk sama dengan kecepatankecepatan radial masuk, yaitu :
C 1 = C 1 = 2 , 1 2 m/s.1 lrSedangkan diameter sisi masuk pada umumnya sama dengandiameter mata impeller, yaitu :
0. = D1 o= 69 mm.
-
36
Lebar sudu sisi masuk dirumuskan :a
i n d .. c . r)1 1 V5,56. 10-3
n 0,069 . 2,12. 0,93 = 0,013 m = 13 mm.
Kecepatan tangensial impeller sisi masukn D 1 n
60n 0,069 x 1450
60= 5,24 m/s.
Arah kecepatan relatif inlet, dirumuskan :180 - arc. tan ( )
= 180 - arc. tan ( 5,24/2,12 )- 112
Kecepatan tangensial impeller sisi luar :< m/s ).U 2= K u 2
dimanaKu2 ~ faktor koreksi kecepatan keliling exeit
= 1 + 0,1 (n / 100 - 1 )= 1 + 0,1 < 50/100 -1 ) = 0,95
MakaU2= 0 , 9 5 V 2.9,81. 15,7
= 16,67 m/s.Sehingga diameter luar impeller dapat dicari :
-
60 . U237
D =2 n . n= 80 x 16,67
~n 1450 = 0,206 m = 206 mm.
Besar sudut relatif arah keluar, berdasarkan tabel 2-12:untuk n =50, diambil : s
ft - 145Kecepatan aliran sisi luar impeller biasanya :
C2 = ( 1,05 - 1,1) C q= 1,08 x 3,16= 3,41 m/s.
Kecepatan radial keluar pada umumnya :C = ( 0,85 - 1 ) C n 2r lr
= 0,93 x 2,12= 1,97 m/s.
Arah aliran fluida keluar dapat dicari :#0= arc. ctan ( U~/C0 - ctan 2 )2 2 2r
1.6, 67= arc. ctan ( ----- - ctan 145 )
1,97= 5,8
dan diambil d = 6Lebar sudu bagian luar impeller :
Qb2 = H D2 .C2 .r,v
-
38
5,56 . 10~3 b2" n 3,41. 0,206. 0,93
= 8,7. 10_3m .= 8,7 m m .
Kecepatan aliran relatif outlet dan inlet
c ilrW. sin ( 1 80
- ^1 >2,12
sin ( 180 - 112 ) "C2r
sin ( 180 - ^2 >1,97
= 2,29 m/s
sin ( 180 - 145 ) = 3,43 m/s.
Head teoritis yang dihasilkan oleh impeller9 9 9 9 9 9U\ - U W2 _ w2 c2 _ c2
ts 2g 2g 2g
16,672 - 5,242 2,292 - 3,492 3,4122 . 9,81 2 . 9,81 2
= 25,6 m .Dan head actual dapat dicari dengan persamaan :
-H = K0 .r> , . H,2cu h tsdimana :
^2cu = ^ak'tr ko.reksi head = efisiensi hidroulis.
22, 12 9,81
-
39
Dari tabel 2-12, untuk, ng = 50, didapatK 0 - 0,88 2cunh = 0,75
J ad i :H = 0,88 x 0,75 x 25,6
= 16,9 m .
< a ) ( b )Gb . 4-2, Polygon kecepatan, (a) Inlet, (b) Outlet.
4.5. TINGGI ISAP YANG DIIJINKAN
Bila tekanan isap lebih rendah dari tekana-n saat penguapan pada tempertur isap, maka akan terjadi kavitasi. Tinggi isap pompa centrifugal maximum adalah :
Ps P v ceZSP= 0 '75( - T ~ < 7 T + + Hlh >>
dimana :Z = jarak vertikal antara sumbu pompa dengan permuka-
air yang diisap, m .P = takanan ,isap, Pa.
-
Pv = tekanan pengupan, Pa.Hjh = kerugian head pada saluran isap, m.
2g = pe-rcepatan gravitasi, m/s .Ce = kecepatan air masuk impeller, m/s.
3d - barat jenis air, N/m .
Diketahui :Ps = 1 atm. = 101325 Pa.g = 9,81 m/s2
1,06 m.C = 3,5 m/s. e
Dari tabel-2-5, ( 300k ), didapat :Py = 0,03531 bar. = 3531 Pa.P = 997 k g / m 3 . ^ = g Pd = 9,81 x 997 = 9781 N/'m3 .
Maka :101325 3531 3,52
zsp- 0 75 < 9781 ( 9781 + 2.9,81 += 6,21 m .
4.6. PERENCANAAtf PASAKPasak adalah bagian dari elemen mesin yang berfungsi
disamping sebagai penyambung, juga digunakan untuk menjaga hubungan putaran relatif antara poros dan impellernya.Data input :
Daya motor, N = 2 hp.Putaran poros, n = 1450 rpm.Diameter poros, d= 35 mm.
40
-
Direncanakan pasak yang digunakan adalah pasak datar segiempat, yaitu pasak yang mempunyai lebar dan tinggi pasak yang sama ( W = H ).Dari tabel pasak datar ( d = 35 mm = 1 7/16 inc. ), didapat :
W = H = 3/8 inc.
41
G b . 4-3, Pasak datar.
Momen torsi yang ditimbulkan oleh motor63.000 N
T = n
63.000 . 2 " 1450
= 86,9 lb-inc.Torsi ini akan menghasilkan gaya ( F ), yang bekerja pada diameter luar poros dan besarnya :
2TF = d
2 x 86,9= 125,9 lb.1,38
Pada pasak gaya ini akan menimbulkan tegangan geser sebesar
-
42
L
Supaya pasak bekerja dengan aman, maka syarat yang harusdipenuhi adalah :
0,58 SF ypT = W L - N
diman a :L = panjang pasak, inc.W = lebar pasak, inc.F = gaya tengensial, lb.S = tegangan yield point bahan pasak, psi. yp
N = angka keamanan.Untuk bahan pasak digunakan dari AISI 1010 HR, dari tabel 2-6, didapat :
S = 42.000 psi. ypN = 4 , untuk beban kejut besar.
Sehi-ngga panjang pasak :F N
L > 0,58W Syp125,9 x 4 58. 3/8. 42G
diambil panjang pasak, 1 = 0 , 6 inc. = 16 mmL 0,58.3/8.42000 = 0,55 inc
4.7. PERENCANAAN BANTALAN
Data input :-3 3Kapasitas pompa, Q = 5,56. 10 m /s.
Diameter poros, d = 35 mm.
-
Head suction total, H = 4,06 m.sHead discharge total, H ^ 11,64 m .Putaran poros, n = 1450 rpm.
-3 ?Panamparig pipa isap, A =3,17. 10 m .-3 2Penampang pipa buang, A, = 2,03. 10 m .d
Laju aliran pipa isap, Vg= 1,754 m/s.Laju aliran pipa buang, V^= 2,739 m/s.
Hubungan poros output motor ke poros input pompa adalah sega- ris, sehingga beban radial yang diterima oleh bantalan adalahakibat head discharge total, Sedangkan beban axial yangditerima bantalan adalah akibat head total suction.
43
G b . 4-4, Bantalan poros pompa.
B e s a r g a y a r a d i a l d a n axial a d a l a h : Rr = p Vd a + P g Ad Hd Ra = p Vs a + P g As Hs
O i k e t a h u i :
P - 9 9 7 k g / m 3 .
V ^ = 2 , 7 3 9 m / s .
-
44
V = 1,754 m/s.sQ = 5,56. 10~3m3/ s .H, = 11,64 m. dH - 4,06 m.sA = 3,17. 10~3 m2 sA, = 2,03. 103m2 . dg = 9,81 m/s2
Maka
*RR0 = 997 . 2,739 . 5,56 . 10 3+ 997 . 9,81 . 2,03.10 3 .11,64 = 245,8 N
RA = 997 . 1,754 . 5,56. 10 3+ 997. 9,81 . 3,17. 10 3 .4,06 = 135,3 N.
Oleh karena jumlah bantalan ada dua buah, maka gaya axialyang diterima setiap bantalan :
RAFa = 2
= 135,3/2 = 67,7 N.Dari G b . 4-4, reaksi tumpuan pada bantalan di B & A adalah :
E ma = 012 Fb r = Rr ( 12 + 7 )
19x 245.8BR" 12
= 389,2 N.E Mfi = 0
12 f a r = 7 r r
-
Fa r = 7 x 24 5, 8/12 = 143,4 N
Direncanakan umur bantalan, = 80.000 jam.Dari tabel SKF, ( & n ), didapat :
C
45
dimana :C = basic dinamic load rating, lb.P = eqivalen bearing load, lb.
Sedangkan eqivalen bearing load dinamic :P = X F + Y F r a
dimana :X,Y = faktor koreksi F? = gaya radial F = gaya axial3.F 67,7a--- - ---- - r a yiF 389,2 r
Dari tabel SKF, halaman 149, didapat :X = 1 dan Y = 0
Maka :P = 1 x 389,2
= 389,2 N.Sehingga :
C = 19 x 389,2 = 7394,8 N = 1658 ,4 l b .
Sehingga pemilihan bantalan untuk keperluan ini, dipilih bantalan jenis " Deep Groove Ball Bearing single Row ".
-
46
dengan spesifikasi
dimana :d = 35 mm.D = 62 nm.B = 9 mm. r = 0,5 m m .
d^ = 43,7 mm. = 53,3 mm.
Designation = 16007Limiting speed lubrication- : - Oil = 13.000 rpm.
- Grease = 10.000 rpm.
4.8. DISAIN SUDU
Data input :Jari-jari dalam impeller, = 0,0345 mJari-jari luar impeller, R^ = 0,103 mKecepatan relatif inlet, = 2,29 m/s.Kecepatan relatif outlet, - 3,43 m/s.Kecepatan radial inlet, = 2,12 m/s.
-
47
Kecepatan radial outlet, C0r = 1,97 m/s.
Sudut relatif inlet, ^1 = 112Sudut relatif outlet - 145
Beda jari impeller :
A R21 = R2 " R1
= 0,103 - 0,0345 = 0,0685 mBeda kecepatan radial fluida :
AC01 = CL C21r Ir - 2r= 2,12 - 1,97 = 0,15 m/s
Beda kecepatan radial fluida :A 21 = Wl - W2
= 2,29 - 3,43 = -1,14 m/s.Untuk harga jari-jari terentu R dapat dilakukan denganXinterpolasi.Untuk harga, AR = 0,0114 mMaka harga R : x
R = R, + AR x 1= 0,0345 + 0,0114 = 0,0459 m.
Harga kecepatan relatif pada R :X AR
W X = Wl ( A R ~ ' A W21 0,0114
= 2,29- ( 0 _0685 x O2,48 m/s.
-
48
Haraga kecepatan radial pada :AR
C = C, -(~z--- A C01 )rx lr v R2 ^ 21r0,0114
= 212 ~ < 0,0685 x 0 15 }
= 2,095 m/s.Arah aliran relatif fluida me-njadi :
Crxft - 180 - arc. sin (
2,095= 180 - arc. sin ( 2 4 8= 122
1Harga D I ^ rata-rata, didapat : R tan /?
= 1/2 ( R1 tan ft1 R tan ft1 1 x x
= 1/2 ( 0,0345 tan 112 + 0,0459 tan 122 ) = 12,622 /m.AR
Harga --------- rata-rata, didapat :R tan ft
= 0,0114 x 12,622
= 0,144Harga A didapat :
180 ARA - 7; 7 .0 rata-rata.n R tan ft
-
Maka besarnya , pada R = R , diperoleh : = 0 + A
= 0 + 8,3 = 8,3Sehingga dal;am perhitungan selanjutnya dapat dihitung atau di- lakukan dengan cara yang sama pada R tertentu dan hasilnya seperXti ditunjukan tabel berikut, sehingga dapat dilukiskan bentuk ke- lengkungan sudu impeller
No. R Cr W A R ft1 4- 2 1 rata ARrata2 A
(n) (m/s) (m/s) (m) (U > R tan ft R tan ^ () (U )1. 0,0345 2, 12 2,29
0,0114112
12,662 0, 144 8,30
2. 0,0459 2, 10 2,480,0114
12213,521 0, 154 8,8
8,33 . ;0,0603 2,07 2,67
0,0114129
13,421 0,153 8,817, 3
4. ;0,0720 2,05 2,860,0114
13413,365 0, 152 8,7
25,95. 0,0834 2,02 -3,02
0,0114148
13,158 0,150 8,634,6
6. 0 ,
-
galkan impeller seefisien mungkin.Data input :
Kapasitas, Q = 5,56. 10 3 m3/s = 33,7
50
inc / s .Jari-jari sisiluar, R2 = 103 mm = 4,055 in. Lebar sisi luar impeller, b2 = 8,7 m = 0,106 inTebal selubung ( shroud t = 0,1 n .Kecepatan tangensial sisi luar, C2u' 3,391 m/s
= 133,5in/s
Bentuk dasar penampang volute merupakan bentuk trapesium se-perti ditun.jukan gambar 4-6, dengan dinding-dinding 30 atau
odengan garis-garis radial = 60 , dan dengan lebar dasar,b Lebar dasar ini merupakan penjumlahan dari lebar sisi luar impeller b2 dengan dua kali tebal selubung.Lebar dasar volute :
3
bg = b2 + 2.t= 0,106 + 2 = 0,306 in .
M
Lebar volute pada setiap titik dapat diukur dari layout atau dihitung dengan menggunakan persamaan :
b = b + 2 x tan ( e/2 ) r 3
-
dimana :b = lebar pada jari-jari R. rx = jarak antara jari-jari R dan R2 ( R > R? )
51
Untuk= R - R2
R2 = 4,055 inc.R = 4,155 inc. ( direncanakan )
MakaX = 4,155 - 4,055
= 0,1 inc.Sehingga lebar volute :
br = 0,306+ 2 . 0,1 tan ( 60/2 )= 0,421 inc.
Sedangkan jari-jari rata-ratanya diperolehR_ = ( R + R9 )/2 m A
- ( 4,155 + 4,055 )/2 = 4,105 inc.
Dan lebar rata-ratanya : b + b^
b = ---- ~---m 20,421 + 0,306
= 7, = 0 , 364 inc .
Beda sudut A0 yang diukur dari garis jari-jari R2 ke jari-jari R, dimana pada jari-jari R = R2> sudut 0
-
360 . rQ . C 0 AD2 u2 ARA0 = - x b x ^Q m Rm
360 x 4,055 x 133,5 0,1x 0,364 x338,7 A ~ 4 , 105
= 5,1Sehingga sudut total 0 pada jari-jari R adalah :
43 = 0 ( R0 ) + A0 r 2= 0 + 5,1 = 5,1
Luas penampang laluan pada jari-jari R yang merupakan bentuk trapesium adalah :
A = b x ( R - R ) r m 2= 0,364 x ( 4,155 - 4,055 )= 0,036 inc.2
Sedangkan luas rata-rata :AA = b .A R m
= 0,364 x 0,1 = 0,036 inc.2 '
Juralah atau kapasitas yang mengalir melalui penampang tersebut adalah :
0
Q r ~ 360 X Q 5,1
" 360 X 3387 = 4,8 inc. 3/ s .
-
Kecepatan rata-rata pada penampang ini dicari dengan membagi jumlah aliran yang melewati penampang tersebut dengan luas total penampang tersebut, yaitu :
Q rVm = T "r
4,8= 0,036 = 133'3 inc/s
Sehingga dengan perhitungan selajutnya dapat dihitung ataudilakukan dengan cara yang sama pada jari-jari R tertentu danhasilnya pada tabel berikut dan dapat dilukiskan bentukkelengkungan volutenya.
54
-
55
No R * R R(S
b biTi
b . * Rrn
- 0 0 J- ftni.
ft
0L
G
3
V
ft
( i n ! ( i n ) ( i n ) ( i n ) ( i n ) R *n
( d e g ) ( d e g ) ( i n ) ( i n i ( i n / s ) ( i n is)
i i . 4 iTsZCBJJ8 , 1 4 , 1 8 5
8 , 3 8 60 , 3 6 4 0 , 8 8 9 5 , 1
88 , 8 3 6
8 0 8
2 . 4 1558 , 3 4 , 3 8 5
8 , 4 2 18 , 5 9 5 8 , 8 4 1 2 3 , 6
5 , 10 , 1 7 9
8 , 8 3 6 4 , 8 1 3 3 , 3
j 4 4558 , 3 4 , 6 8 5
8 , 7 6 88 , 9 4 1 8 , 8 6 1 3 5 , 1
2 8 , 7
8 , 2 8 2
fi c 2 7 , 8 0 1 2 5 ,5 8
4 . 4 7558 , 4 4 W*? J V
1 , 1 1 41 , 3 4 5 8 , 0 1 9 L~} 7
>t n &JyO8 , 5 3 8
8 , 4 9 7 6 8 , 0 3 1 2 8 ,7 8
5 . 1558 , 4 C TCl J , J J
1 , 5 7 61 , 8 8 7 8 , 1 3 5 7*r *r;/