perencanaan ulang pompa sentrifugal ...repository.utu.ac.id/111/1/tga_riki tandiyus.pdfperencanaan...
TRANSCRIPT
TUGAS AKHIR
PERENCANAAN ULANG POMPA SENTRIFUGAL
BERKAPASITAS 50 LITER/DETIK PEMAKAIAN PADA UNIT
PRODUKSI PDAM TIRTA UNIT MEULABOH
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Universitas Teuku Umar
Disusun Oleh :
RIKI TANDIYUS
Nim : 06C10202013
Jurusan : Teknik Mesin
Bidang Studi : Teknik Konversi Energi
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TEUKU UMAR
ALUE PEUNYARENG – ACEH BARAT
2014
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS TEUKU UMAR
FAKULTAS TEKNIKMEULABOH ACEH BARAT
Telpon. 0655 701 7009
Laman : r.vrvw.utu.ac/id.Email : f teknik(oyahoo.com Kode Pos 23615
TUGAS AKHIR
Diberikan Kepada : RIKI TANDIYUSNTM : 06C10202013Pembimbing I : SYURKARNI ALI, ST, MTPembimbing ll : MAIDI SAPUTRA, ST, MT
Judul : Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal Berkapasitas 50 Liter,tDetikPemakaian Pada Unit Produksi PDAM Tirta Meulaboh
lsi Tugas : Lakukan Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal denganKapasitas 50 Liter/Detik.
Alue Peunyareng, 23 luli 2014
Disetujui / disahkan
Pembimbing I Pembimbing ll
0115127502 0l 07058 I 03
Mengetahui / menyetujui,san Teknik Mesin
0115127502
.z,irs{Eur.o-F'-J.l1 c;
.il
LEMBARAN PERSETUJUAI{ TUGAS AKHIR
Tugas Akhir ini dengan judul " Perencanaan Ulang pompa Sentrifugal
Berkapasitas 50 Liter/detik Pemakaian Pada Unit Produksi pDAM Tirta
Meulaboh", disusun oleh :
Nama
NIM
Jurusan
Bidang
RIKI TANDIYIJS
06cr0202013
Teknik Mesin
Teknik Konversi Energi
Telah disetujui untuk disidangkan tingkat jurusan untuk memenuhi
sebagian dari syarat - syarat yang diperlukan untuk memperoleh i]azah Sariana
Teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar.
Alue Peunyareng, 23 Juli 2014
Disetujui / disahkan
NIDN.0115127502
/ menyetujui,
t15127502
ilr
LEMBARAN PENGESAIIAN FAKULTAS
Dinyatakan telah Lulus setelah dipertahankan didepan Tim Penguji
Tugas Akhir pada tanggal 23 Juli 2014, guna memenuhi sebagian dari syarat -syarat yang diperlukan untuk memperoleh ijazah Sarjana Teknik pada Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar.
Judul Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal
Berkapasitas 50 Liter/detik Pemakaian Pada
Unit Produksi PDAM Tirta Meulaboh
RIKI TANDIYUS
06cr0202013
Teknik Mesin
Teknik Konversi Energi
A lue Peunlareng. 23 Juli 20ll4
Nama
NIM
Jurusan
Bidang
lll
t15127502
.I
LEMBARAN PENGESAHAN JURUS$I
Dinyatakan telah Lulus setelah dipertahankan didepan Tim Penguji
Tugas Akhir pada tanggal 23 Juli 2014, guna memenuhi sebagian dari syarat -syarat yang diperlukan untuk memperoleh ijazah Sarjana Teknik pada Jurusan
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar.
Judul Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal
Berkapasitas 50 Liter/detik Pemakaian Pada
Unit Produksi PDAM Tirta Meulaboh
RIKI TANDIYUS
06c10202013
Teknik Mesin
Teknik Konversi Energi
Alue Peunyareng, 23 Juli 2014
Tim Penguli,
t.
Nama
SYURKARNI A]-I. ST. MT( Pembimbing I )
MAIDI SAPUTRA. ST. MT( Pembimbing II )
PRIBADYO. ST, MT( Penguji I )
IT. RUSMAN AR. MSME( Penguj i II )
lv
Nama
NIM
Jurusan
Bidang
2.
-t
v
LEMBARAN PERSEMBAHAN
Melati kuntum tumbuh melata, Sayang merbah di pohon cemara, Assalammualaikum mulanya kata, Saya sembah pembuka bicara.
Yang Utama Dari Segalanya...
Sembah sujud serta syukur kepada Allah SWT. Taburan cinta dan kasih sayang-Mu
telah memberikanku kekuatan, membekaliku dengan ilmu serta memperkenalkanku dengan
cinta. Atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan akhirnya Tugas Akhir yang
sederhana ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam selalu terlimpahkan keharibaan
Rasullah Muhammad SAW.
“Dia memberikan hikmah (ilmu yang berguna) kepada siapa yang dikehendaki-Nya.
Barang siapa yang mendapat hikmah itu Sesungguhnya ia telah mendapat kebajikan yang
banyak. Dan tiadalah yang menerima peringatan melainkan orang- orang yang berakal”.
(Q.S. Al-Baqarah : 269)
“Bukanlah suatu aib jika kamu gagal dalam suatu usaha, yang merupakan aib adalah
jika kamu tidak bangkit dari kegagalan itu”. (Ali bin Abu Thalib)
Ungkapan hati sebagai rasa Terima Kasihku Kupersembahkan Tugas Akhir
sederhana ini kepada orang – orang yang sangat kukasihi dan kusayangi.
Ibunda dan Ayahanda serta Nenek Tercinta
Sebagai tanda bakti, hormat, dan rasa terima kasih yang tiada terhingga kupersembahkan karya kecil ini kepada Ibu dan Ayah serta nenek yang telah memberikan kasih sayang, segala dukungan, dan cinta kasih yang tiada terhingga yang tiada mungkin dapat kubalas hanya dengan selembar kertas yang bertuliskan kata cinta dan persembahan. Semoga ini menjadi langkah awal untuk membuat Ibu dan Ayah serta nenek bahagia karna kusadar, selama ini belum bisa berbuat yang lebih. Untuk Ibu dan Ayah serta nenek yang selalu membuatku termotivasi dan selalu menyirami kasih sayang, selalu mendoakanku, selalu menasehatiku untuk menjadi yang lebih baik, Terima Kasih Ibu....Terima Kasih Ayah....Terima Kasih Nenek.
v
vi
My Family dan Sister Untuk Cutbang Boby, Cutbang Aswat, serta Cutkak istri dari kedua cutbang juga
keponakanku , dan adik - adikku, tiada yang paling mengharukan saat kumpul bersama kalian, walaupun sering bertengkar tapi hal itu selalu menjadi warna yang tak akan bisa tergantikan, terima kasih atas doa, cinta dan bantuan kalian selama ini, hanya karya kecil ini yang dapat aq persembahkan. Maaf belum bisa menjadi panutan seutuhnya, tapi aq akan selalu menjadi yang terbaik untuk kalian semua...
My Best friend’s
Buat sahabat setiaku forever “Akbar Atnelyn “ terima kasih atas bantuan, doa, nasehat, hiburan, traktiran, ejekkan, dan semangat yang kamu berikan selama aku kuliah, aku tak akan melupakan semua yang telah kamu berikan selama ini. Buat sahabat - sahabatku angkatan Mesin 06, 07, 08 serta Alumni Mesin yang turut membantu selama ini, “Sulaiman Ali. ST, Irwandi, Agus Ferizal, Helmi, Musliyadi dan semua teman - teman yang lain” terima kasih atas bantuan kalian, semoga keakraban di antara angkatan Teknik Mesin mulai dari 2006 hingga angkatan seterusnya selalu terjaga. “Salam Solidarity M Forever” Hidup Mesin.‼
Dosen Pembimbing Tugas Akhirku
Bapak Syurkarni Ali, ST, MT dan Bapak Maidi Saputra, ST, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir saya, terima kasih banyak pak...saya sudah dibantu selama ini, sudah dinasehati, sudah diajari, saya tidak akan lupa atas bantuan dan kesabaran dari bapak. Terima kasih banyak pak....bapak adalah dosen favorit saya...
Seluruh Dosen Pengajar di Fakultas Teknik
Terima kasih banyak untuk semua ilmu, didikan dan pengalaman yang sangat berarti yang telah kalian berikan kepada kami…
Staf Akademik
Bapak Darul Qudni, ST dan semua staf akademik di Fakultas Teknik, terima kasih banyak atas semua bantuan kalian…
Pada akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu (insyaAlloh), bila meminjam pepatah lama “Tak ada gading yang tak retak” maka sangatlah pantas bila pepatah itu disandingkan dengan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini merupakan wujud dari kegigihan dalam ikhtiar untuk sebuah makna kesempurnaan dengan tanpa berharap melampaui kemaha sempurnaan sang maha sempurna.
Terakhir, untuk seseorang yang masih dalam misteri yang dijanjikan Ilahi yang siapapun itu, terimakasih telah menjadi baik dan bertahan di sana. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini membawa kebermanfaatan. Jika hidup bisa kuceritakan di atas kertas, entah berapa banyak yang dibutuhkan hanya untuk kuucapkan terima kasih... Wassalam…
Salam Penulis,
Riki Tandiyus, ST
SURAT PERIIYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir ini benar _ benar karya
saya sendiri. Sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali sebagai acuan, referensi atau
kutipan dengan mengikuti tata penulisan karya iimiah yang lazim.
Alue Peunyareng, 23 J:rJi 2014
RIKI TANDIYT]SNim.06C10202013
Yang Menyatakan,
vll
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah
memberi berkah serta rahmat-Nya yang begitu besar sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini pada waktunya. Selawat dan salam kepada
junjungan Alam Nabi Besar Muhammad SAW dan kepada Keluarga dan Sahabat –
sahabat Rasullullah dan juga Para ‘Alim ‘Ulama sekalian.
Tugas Akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat bagi Mahasiswa untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Teuku Umar dengan judul “Perencanaan Ulang Pompa Sentrifugal
Berkapasitas 50 liter/detik Pemakaian Pada Unit Produksi PDAM Tirta
Meulaboh”.
Penulis berupaya semaksimal mungkin untuk mendapatkan hasil terbaik,
yang nantinya dapat dimanfaatkan oleh berbagai pihak yang membutuhkan. Namun
penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, baik dalam bahasa dan
ruang lingkup pembahasannya. Hal ini tidak terlepas dari keterbatasan ilmu
pengetahuan yang penulis miliki. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati
penulis mengharapkan kritikan dan saran yang membangun dari berbagai pihak
yang konstruktif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
ix
Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat
dukungan, bimbingan, pengarahan dan bantuan baik moral dan material dari
berbagai pihak terutama dari pembimbing. Untuk itu penulis menyampaikan rasa
terima kasih yang sebesar – besarnya yang amat tulus kepada Bapak Syurkarni Ali
ST, MT, selaku Dosen Pembimbing I, dan kepada Bapak Maidi Saputra ST, MT,
selaku Pembimbing II, yang telah memberikan bimbingan yang sangat berguna
bagi penulis dari sejak awal hingga selesai penulisan Tugas Akhir ini.
Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih sebesar - besarnya dan
penghargaan yang setinggi – tingginya Kepada :
1. Bapak Ir. Rusman AR, MSME, Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Teuku Umar.
2. Bapak Syurkarni Ali, ST, MT, Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Teuku Umar.
3. Bapak Pribadyo, ST, MT, Selaku Dosen Penguji I.
4. Bapak Ir. Rusman AR, MSME, Selaku Dosen Penguji II.
5. Dosen – dosen dilingkungan Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar
yang telah banyak mengajarkan ilmu dan pengetahuan kepada penulis.
6. Bapak Kurnia Yulizar, Selaku Kabag Teknik pada PDAM Tirta Meulaboh.
7. Bapak Gempar Renaldy Margolang, Selaku Kabag pada Unit Produksi beserta
staf dan karyawan PDAM Tirta Meulaboh yang telah banyak meluangkan
waktu serta arahannya guna membantu penulis dalam mengumpulkan data -
data yang diperlukan untuk penyelesaian Tugas Akhir Ini.
x
8. Kedua Orang tuaku serta Nenek yang tercinta beserta keluarga besarku dengan
segala kasih sayangnya dan jasa - jasanya yang telah memberikan dukungan
moril maupun materil dan semangat kepada penulis dalam penyelesaian Tugas
Akhir ini.
9. Teman – teman di Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar “Salam
Solidarity M Forever” serta kepada semua pihak yang tidak dapat penulis
sebutkan satu persatu, yang telah membantu selama penulisan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis
dan bagi pembaca sekalian. Semoga Allah SWT melimpahkan rahmat, nikmat,dan
karunia-NYA kepada kita semua, Aamin.....
Wassalamu‘alaikum Wr. Wb.
Meulaboh, 23 Juli 2014
Penulis,
Riki Tandiyus
Nim. 06C10202013
xi
PERENCANAAN ULANG POMPA SENTRIFUGAL BERKAPASITAS
50 LITER/DETIK PEMAKAIAN PADA UNIT PRODUKSI
PDAM TIRTA UNIT MEULABOH
RIKI TANDIYUS
06C10202013
Teknik Konversi Energi
Jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar
ABSTRAK
Pompa sentrifugal adalah termasuk kedalam jenis pompa tekanan
dinamis, dimana prinsip kerja pompa jenis ini memiliki impeller yang
berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat yang rendah ketempat
yang lebih tinggi atau dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan yang
lebih tinggi. Agar lebih efektif dan efisien pada proses produksi, maka
dirancang mesin - mesin fluida yaitu pompa sentrifugal untuk
menyuplai air bersih bagi konsumen PDAM Tirta unit Meulaboh
dengan kapasitas 50 liter/detik.
Berdasarkan hasil perencanaan jenis pompa yang akan dirancang
ulang adalah pompa sentrifugal satu tingkat, dengan tipe impeler
radial terbuka, head pompa 50 m, daya pompa sebesar 75 Kw.
Perencanaan tersebut dilakukan perhitungan secara keseluruhan,
meliputi perhitungan head pompa, jumlah tingkat, impeller, elemen -
elemen pendukung, efesiensi, dan karakteristik pompa. Pompa
digerakkan oleh motor listrik AC, dengan voltase sebesar 380 Volt,
putaran/ frekuensi motor yaitu + 3000 rpm/50 Hz.
Dengan demikian proses pada unit produksi akan berlangsung secara
kontinyu, dimana air besih yang dihasilkan dapat di alirkan bagi
masyarakat sesuai dengan spesifikasi pompa tersebut.
Kata Kunci : Pompa sentrifugal, Metode perencanaan, Head pompa,
Daya pompa, Daya poros, Efisiensi pompa.
xii
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBARAN TUGAS AKHIR ............................................................... i
LEMBARAN PERSETUJUAN TUGAS AKHIR .................................. ii
LEMBARAN PENGESAHAN FAKULTAS ......................................... iii
LEMBARAN PENGESAHAN JURUSAN ............................................. iv
LEMBARAN PERSEMBAHAN ............................................................ v
SURAT PERNYATAAN ......................................................................... vii
KATA PENGANTAR ............................................................................... viii
ABSTRAK ................................................................................................. xi
DAFTAR ISI .............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xvi
DAFTAR TABEL .................................................................................... xviii
DAFTAR NOTASI ................................................................................... xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah …………………..……………… 1
1.2 Tujuan Penelitian ................................................................. 3
1.3 Batasan Masalah ………………………………………….. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Jenis – jenis Pompa …………………………………...…... 5
2.2 Karakteristik Pompa ………………………….………..….. 5
2.3 Dasar – dasar Pemilihan Pompa ……………………...…… 7
2.4 Pengertian Pompa Sentrifugal ……………………...……... 7
2.4.1 Cara kerja Pompa Sentrifugal ……………………. 8
2.4.2 Kecepatan Spesifikasi Pompa …………..……..…. 11
2.4.3 Keuntungan dan Kerugian Pompa Sentrifugal ....... 15
xiii
2.5 Klasifikasi Pompa Sentrifugal …………………………...... 16
2.5.1 Menurut Jenis Aliran Dalam Impeller …………..... 16
2.5.2 Menurut Jenis Impeller ............................................ 18
2.5.3 Menurut Bentuk Rumah ……………..…………… 19
2.5.4 Menurut Jumlah Tingkat ………………..………... 21
2.5.5 Menurut Letak Poros …………………..…………. 22
2.6 Komponen Utama Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya 23
2.6.1 Rumah Pompa Sentrifugal ……………………...... 23
2.7 Kapasitas ……………………………………………….…. 26
2.8 Head Pompa ………………………………………….…… 26
2.8.1 Macam – macam Head Loss ……………..……..... 27
2.9 Tekanan …………………………………………….....…... 28
2.10 Daya Pompa ……………………………………...……….. 28
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN
3.1 Tempat dan Waktu ………………………..………………. 30
3.2 Data Awal Pompa …………………………………..…...... 30
3.3 Analisa Data ………………………………………..……... 31
3.3.1 Kapasitas Pompa …………………………..……… 31
3.3.2 Head Pompa …………………………………..…... 31
3.3.3 Daya Pompa ……………………………………..... 31
3.4 Susunan Pompa ………………………………...………..... 32
3.4.1 Susunan Seri ……………………………………..... 32
xiv
3.4.2 Susunan Paralel ………………………………….... 33
3.5 Penggerak Pompa ……………………………….………… 35
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Perencanaan Komponen Pompa ……………………...….... 36
4.1.1 Kapasitas Pompa ………………………...…..……. 36
4.1.2 Daya Pompa ………………………………...…..… 37
4.1.2.1 Daya Air ( Pw ) ………………………….. 38
4.1.2.2 Daya Poros Pompa ( Pp) …………...…..... 38
4.1.2.3 Daya Motor Penggerak Pompa ( Pm ) ....... 39
4.1.3 Perencanaan Poros ……………………..……...….. 40
4.1.3.1 Momen Puntir ………………………….... 42
4.1.3.2 Diameter Poros ……………………….…. 43
4.1.4 Perencanaan Impeller ………………………….….. 45
4.1.4.1 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Masuk 46
4.1.4.2 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Keluar 52
4.1.4.3 Perencanaan Sudu …………………...…... 59
4.1.5 Perencanaan Rumah Pompa ( Casing) …………… 64
4.1.5.1 Tebal Rumah Pompa ……………..…….... 65
4.1.5.2 Baut Pengikat Rumah Pompa ………….... 66
4.2 Perencanaan Komponen Pendukung ……………..……...... 68
4.2.1 Perencanaan Bantalan …………………………...… 68
4.2.1.1 Perhitungan Beban Ekivalen ….................. 69
xv
4.2.2 Perencanaan Pasak ………………………………... 70
4.2.2.1 Dimensi – dimensi Pasak ……………....... 71
4.2.2.2 Penyekat Poros ( Shaft seal ) ……….…… 73
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ……………………………………..……...…. 74
5.1.1 Spesifikasi Hasil Perencanaan ………………..…... 74
5.2 Saran …………………………………………………….... 76
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN – LAMPIRAN
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Instalansi pompa pada PDAM TIRTA………………….…. 4
Gambar 2.2 Pompa sentrifugal………………………………….………. 8
Gambar 2.3 Lintasan aliran cairan didalam pompa sentrifugal…….…... 9
Gambar 2.4 Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pompa.. 10
Gambar 2.5 Ns dan bentuk impeller……………………………………. 12
Gambar 2.6 Bagian pompa sentrifugal beserta penggeraknya…………. 13
Gambar 2.7 Pompa sentrifugal aliran radial……………………………. 17
Gambar 2.8 Pompa sentrifugal aliran campur………………………….. 17
Gambar 2.9 Pompa aliran aksial………………………………………... 18
Gambar 2.10 Impeller tertutup……………………………………….….. 18
Gambar 2.11 Impeller setengah terbuka……………………………….… 19
Gambar 2.12 Impeller terbuka………………………………………….... 19
Gambar 2.13 Pompa volut…………………………………………….…. 20
Gambar 2.14 Pompa diffuser………………………………………….…. 20
Gambar 2.15 Pompa satu tingkat…………………………………….…... 21
xvii
Gambar 2.16 Pompa banyak tingkat (mustistage)………………………... 22
Gambar 2.17 Pompa poros vertical………………………………….…… 22
Gambar 2.18 Pompa poros horizontal……………………………….…… 23
Gambar 2.19 Komponen pada rumah pompa sentrifugal………………... 24
Gambar 3.1 Pompa susunan seri………………………………………… 33
Gambar 3.2 Pompa susunan parallel……………………………………. 34
Gambar 4.1 Dimensi impeller pompa………………………………...… 46
Gambar 4.2 Segitiga kecepatan………………………………………..... 51
Gambar 4.3 Segitiga kecepatan……………………………………..….. 59
Gambar 4.4 Kurva kapasitas, tinggi tekan semu dan diagram kecepatan
Pada sisi keluar dari berbagai sudut………………….......... 60
Gambar 4.5 Pasak dan dimensinya………………………………...……. 71
xviii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi masuk…….…... 51
Tabel 4.2 Hasil perhitungan yang bervariasi………………….……… 55
Tabel 4.3 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi keluar………… 58
xix
DAFTAR NOTASI
Lambang Nama Satuan
A Luas Penampang Pipa Isap [ m2 ]
B Luas bantalan [ m ]
B Lebar pasak [ m ]
b1 Lebar sisi masuk impeller [ m ]
b2 Lebar sisi keluar impeller [ m ]
Q Kapasitas nominal dinamis spesifik [ N ]
Co Kapasitas nominal statis spesifik [ N ]
Ds Diameter poros pompa [ m ]
Co Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler [ m/det ]
D Diameter luar bantalan [ m ]
D Diameter dalam bantalan [ m ]
Di Diameter dalam pipa [ m ]
Ds Diameter poros pompa [ m ]
Co Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler [ m/det ]
D0 Diameter mata impeler [ m ]
D1 Diameter sisi masuk impeler [ m ]
D2 Diameter sisi keluar impeler [ m ]
Dh Diameter hub impeller [ m ]
xx
g Percepatan gravitasi [ m/det2 ]
Ha Head aktual [ m ]
Hp Head pompa [ m ]
Htr Head teoritis pompa [ m ]
ΔHp Perbedaan tekanan [ m ]
ΔHv Perbedaan head tekanan [ m ]
Ln Panjang sudu [ m ]
M Massa [ Kg ]
Mt Momen torsi [ Nm ]
Nd Daya rencana yang ditransmisikan poros [ Hp ]
Nm Daya motor listrik [ Hp ]
Np Daya poros pompa [ Hp ]
np Putaran poros [ rpm ]
ns Putaran spesifik pompa [ rpm ]
Pi Tekanan dibelakang impeler [ Pa ]
P Tekanan didepan impeler [ Pa ]
Pv Jarak antar sudu [ m ]
Qp Kapasitas pompa [ m3/s ]
Qts Kapasitas teoritis pompa [ m3/s ]
Re Bilangan reynold
Rv Jari - jari volute [ m ]
xxi
R1 Jari - jari lingkaran sudu masuk keluar impeler [ m ]
R2 Jari - jari lingkaran sudu keluar keluar impeler [ m ]
R3 Jari - jari dalam volute [ m ]
u1 Kecepatan tangensial masuk impeler [ m/det ]
u2 Kecepatan tangensial keluar impeler [ m/det ]
vd Kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan [ m/det ]
vs Kecepatan aliran fluida dalam Pipa Isap [ m/det]
Vo Kecepatan absolut fluida saat akan memasuki impeler [ m/det ]
vr1 Kecepatan radial pada sisi masuk [ m/det ]
vr2 Kecepatan radial pada sisi keluar [ m/det ]
vu Komponen tangensial kecepatan absolut fluida [ m/det ]
v1 Kecepatan absolut fluida pada sisi masuk impeler [ m/det ]
v2 Kecepatan absolut fluida pada sisi keluar impeler [ m/det ]
V Viskositas kinematik [ m/det ]
w1 Kecepatan relatife pada sisi masuk impeller [ m/det ]
w2 Kecepatan relative pada sisi keluar impeler [ m/det ]
Zi Jumlah sudu Z1 Head hisap pompa [ m ]
Z2 Head statis pompa [ m ]
xxii
Simbol Yunani
α Sudut antara v dan u [ ◦ ]
β Sudut antara w dan u [ ◦ ]
Δβ Perubahan sudut impeler [ ◦ ]
γ Berat jenis material [ N/m3 ]
ρ Rapat massa [ kg/m3 ]
υ Koefisien tinggi tekan
σb Kekuatan tarik bahan [ N/m2 ]
τ Tegangan geser yang timbul [ N/m2 ]
τgi Tegangan geser izin [ N/m2 ]
τρ Tegangan tumbuk yang timbul [ N/m2 ]
ϖ Kecepatan sudut kritis [ rad/s ]
Rk Jari - jari besar sudu [ m ]
ηp Efisiensi pompa [ % ]
ηt Efisiensi transmisi [ % ]
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan
zat cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifatnya
hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas
dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan
fluida sehingga dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dipindahkan adalah
fluida inkompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan.
Prinsip kerja pompa adalah menghisap dan melakukan penekanan
terhadap fluida. Pada sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan
dalam ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa
dengan permukaan fluida yang dihisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang
pompa. Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan
sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang
tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi.
Pompa yang dipergunakan sebelumnya harus diketahui karakteristik pada
kondisi kerja yang berbeda, dengan demikian dapat ditentukan batas - batas
kondisi kerja dimana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini
perlu dilakukan karena pada kenyataannya sangat sulit untuk memastikan
performansi pompa pada kondisi kerja yang sebenarnya.
2
Mulai dari tujuan penggunaanya, jenis dan sifat fluida yang dipompa,
keadaan lingkungan, head dan kapasitasnya, pemilihan penggeraknya, bahkan
sampai instalasi dan perawatannya. Dalam hal ini pompa sentrifugal adalah suatu
mesin kinetis yang mengubah energi mekanik ke dalam energi hidrolik melalui
aktifitas sentrifugal, yaitu tekanan fluida yang sedang di pompa. selain itu pompa
sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang sederhana, tapi sangat diperlukan.
Proses kerja pompa sentrifugal yaitu aliran fluida yang radial akan
menimbulkan efek sentrifugal dari impeler diberikan kepada fluida. Pada jenis
pompa sentrifugal ini dimana, fluida masuk melalui bagian tengah impeler dalam
arah yang pada dasarnya aksial. Fluida keluar melalui celah - celah antara sudut
dan piringan dan meninggalkan bagian luar impeler pada tekanan yang tinggi dan
kecepatan agak tinggi ketika memasuki casing atau volute. Volute akan mengubah
head kinetik yang berupa kecepatan buang tinggi menjadi head tekanan sebelum
fluida meninggalkan pipa keluaran pompa. Jika casing dilengkapi dengan sirip
pemandu (guide vane), pompa tersebut disebut diffuser atau pompa turbin.
Impeler yaitu bagian dari pompa yang berputar yang mengubah tenaga mesin ke
tenaga kinetik. Volute yaitu bagian dari pompa yang diam yang mengubah tenaga
kinetik ke bentuk tekanan.
Industri - industri banyak menggunakan pompa sebagai salah satu
peralatan bantu yang penting untuk proses produksi. Sebagai contoh seperti yang
digunakan oleh PDAM Tirta untuk mensirkulasikan atau menyuplai air bagi
masyarakat untuk keperluan seperti mandi, mencuci, dan juga untuk minum.
3
Untuk memperoleh sumber penyediaan air bersih, penggunaan sumber
daya alam ( SDA ) seperti sungai adalah salah satu alternatif yang sering dipakai.
Hal ini yang mendasari penggunaan air sungai yang tersedia sebagai
pengindustrian air bersih kepada masyarakat setempat. Sehingga untuk
menggunakannya relatif tidak memerlukan proses yang begitu lama, jumlahnya
pun relatif stabil. Namun kendala yang sering timbul adalah ketika musim
kemarau melanda, dimana pasokan daya air menjadi berkurang yang bisa
mengakibatkan persediaan air bersih untuk masyarakat menjadi sedikit.
Mengingat akan pentingnya penggunaan pompa sentrifugal itulah yang
mendasari keinginan penulis untuk mencoba merencanakan ulang pompa
sentrifugal berkapasitas 50 liter/detik pada PDAM Tirta Unit Meulaboh yang
digunakan untuk penyediaan air bersih.
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah
Merencanakan ulang pompa air sentrifugal berkapasitas 50 liter/detik untuk
pemakaian pada unit produksi PDAM Tirta Meulaboh.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, permasalahan dibatasi pada :
1. Difokuskan pada perencanaan ulang pompa sentrifugal pada komponen
utama pompa.
2. Pemilihan spesifikasi pompa yang sesuai dengan analisis perhitungan.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pompa adalah salah satu jenis mesin fluida yang berfungsi untuk
memberikan energi kepada fluida, dimana fluida adalah zat cair, sehingga zat cair
tersebut dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat yang lain. Perbedaan
tekanan atau energi dapat ditimbulkan dengan alat yang disebut dengan pompa.
Dalam operasinya pompa perlu digerakkan oleh suatu penggerak mula, dalam hal
ini dapat digunakan motor listrik maupun motor torak seperti yang terlihat pada
(Gambar 2.1) dibawah ini. Sebagai contohnya adalah sebagai berikut :
1. Memindahkan air baku dari sungai ke tempat pengolahan
2. Menyalurkan air bersih ke konsumen
3. Memompakan larutan alum ke bak pencampur cepat
4. Dan lain-lain.
Gambar 2.1 Instalasi pompa pada PDAM Tirta.
Sumber : Manga. 1990
Pipa Bagian Hisab
Sumber Air
Motor Listrik Pompa
Pipa Bagian Tekan
Unit Pelayanan Konsumen
5
2.1 Jenis – Jenis Pompa
Berbagai macam jenis pompa dibuat oleh orang menurut tujuan dari
penggunaannya, sesuai dengan cara kerjanya pompa dibedakan dalam kelompok
utama yang terbagi atas :
1. Pompa desak
2. Pompa sentrifugal
3. Pompa ulir
4. Pompa aliran pusar
Pompa yang sering dipakai dalam sistem penyediaan air bersih terdiri
dari dua jenis yaitu sebagai berikut :
1. Pompa desak sering digunakan untuk memompakan zat kimia.
2. Pompa sentrifugal sering digunakan untuk memompakan air baku ke tempat
pengolahan air bersih ke konsumen.
2.2 Karakteristik Pompa
Karakter pompa sering digambarkan dalam bentuk garis lengkung untuk
menyatakan hubungan antara debit dan tinggi tekanan manometris dari suatu
pompa. Pompa yang dipilih harus mempunyai karakteristik, sehingga dapat
memenuhi karakteristik dari sistem distribusi.
Karakteristik sistem sering juga disebut kurva tinggi tekan sistem. Tinggi
tekan sistem adalah fungsi dari debit atau aliran volume air persatuan waktu.
Adapun beberapa hal yang penting pada karakteristik pompa adalah sebagai
berikut :
6
1. Head (H)
Head adalah energi angkat atau dapat digunakan sebagai perbandingan
antara suatu energi pompa per satuan berat fluida. Pengukuran dilakukan dengan
mengukur beda tekanan antara pipa isap dengan pipa tekan, satuannya adalah
meter (m).
2. Kapasitas (Q)
Kapasitas adalah jumlah fluida yang dialirkan persatuan waktu,
satuannya adalah (m³/s).
3. Putaran (n)
Putaran adalah dinyatakan dalam rpm dan diukur dengan tachometer,
satuannya (rpm).
4. Daya (P)
Daya dibedakan atas dua macam, yaitu daya dengan poros yang
diberikan motor listrik dan daya air yang dihasilkan oleh pompa, satuannya adalah
(watt).
5. Momen puntir (T)
Momen puntir diukur dengan memakai motor listrik arus searah,
dilengkapi dengan pengukur momen, satuannya adalah (N/m).
6. Efisiensi (Ef)
Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya air yang dihasilkan
pompa dengan daya poros dari motor listrik, satuannya adalah (%).
7
2.3 Dasar - dasar Pemilihan Pompa
Dasar pertimbangan pemilihan pompa, didasarkan pada sistem
ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dan
dapat memenuhi kebutuhan pemindahan fluida sesuai dengan kondisi yang
direncanakan.
Dalam pemilihan jenis pompa pada perencanaan ini, yang perlu
diperhatikan adalah fungsi terhadap instalasi pemipaan, kapasitas, head,
viskositas, temperatur kerja dan jenis motor penggerak. Kondisi yang diinginkan
dalam perencanaan ini adalah terdiri dari :
1. Kapasitas dan head pompa harus mampu dipenuhi.
2. Fluida yang mengalir harus secara kontinyu.
3. Pompa yang dipasang pada kedudukan yang tetap.
4. Konstruksinya sederhana.
5. Mempunyai efisiensi yang tinggi.
6. Harga awal relatif murah serta perawatannya juga harus mudah.
2.4 Pengertian Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi
mekanik menjadi energi fluida menggunakan gaya sentrifugal (Sularso, 2004),
pompa sentrifugal terdiri dari sebuah impeller yang berputar di dalam sebuah
rumah pompa (Casing). Pada rumah pompa dihubungkan dengan saluran hisap
dan saluran keluar. Sedangkan impeller terdiri dari sebuah cakram yang terdapat
sudu - sudu, arah putaran sudu - sudu itu biasanya diarahkan ke belakang terhadap
arah putaran. Gambar pompa sentrifugal diperlihatkan pada (Gambar 2.2).
8
Gambar 2.2 Pompa sentrifugal.
Sumber : Zulkifli harahap. 1986
Keterangan :
1. Casing
2. Impeller
3. Shaft seal
4. Bearing housing
5. Shaft
6. Lubricating reservoir
7. Eye of impeller
2.4.1 Cara Kerja Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal mempunyai impeller untuk mengangkat zat cair dari
tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan
kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair, maka zat cair
yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu - sudu ikut berputar. Karena
timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah - tengah impeller ke
luar melalui saluran di antara sudu - sudu.
9
Di sini head tekan zat cair menjadi lebih tinggi, demikian pula head
kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Jadi
impeller pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang
dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan berat atau head
total zat cair antara saluran hisap dan saluran keluar pompa disebut head total
pompa. Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi
mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang
menyebabkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial
pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso, 2004).
Gambar 2.3. Lintasan aliran cairan di dalam pompa sentrifugal.
Sumber : Sularso, 2004.
Aliran buang
Aliran masuk
Rumah
pompa
Poros
Putaran impeller
10
Kerja yang dilakukan atau daya yang diperlukan oleh pompa, dapat
diketahui dengan cara menggambarkan segitiga kecepatan pada sisi masuk dan
pada sisi keluar sudu pompa. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini
Gambar 2.4. Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pompa.
Sumber : Manahan.1988
Keterangan :
V = Kecepatan absolut/mutlak air masuk sudu
D = Diameter sudu pada sisi masuk
V = Kecepatan tangensial sudu pada sisi masuk
Vr = Kecepatan relatif air terhadap roda sudu pada sisi masuk
Vf = Kecepatan aliran pada sisi masuk
N = Kecepatan sudu dalam rpm
Θ = Sudut sudu pada sisi masuk
Β = Sudut pada saat air meninggalkan sudu
Ø = Sudut sudu pada sisi keluar
V1, D1, v1, Vr1, Vf1 = Besaran yang berlaku pada sisi keluar
11
2.4.2 Kecepatan Spesifik Pompa
Kecepatan spesifik dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Dimana harga n, Q dan H adalah harga pada titik efisiensi maksimum
pompa. Harga ns dpaat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa.
Jika ns sudah ditentukan maka bentuk impeller pompa tersebut sudah tertentu
pula. Gambar berikut menunjukkan harga ns dalam hubungan dengan bentuk
impeller.
Kecepatan spesifik yang didefinisikan dalam persamaan tersebut diatas
adalah sama untuk pompa – pompa yang sebangun (atau sama bentuk impeller
nya), meskipun ukuran dan putarannya berbeda. Dengan lain perkataan, harga n
dapat dipakai sebagai parameter untuk menyatakan jenis pompa. Jadi jika n suatu
pompa sudah ditentukan maka bentuk impeller pompa tersebut sudah tertentu
pula.
Dalam menghitung ns untuk pompa sentrifugal jenis isapan ganda
(double suction) harus dipakai harga Q/2 sebagai ganti Q. Karena kapasitas aliran
yang melalui sebelah impeller adalah setengah dari kapasitas aliran seluruhnya.
Adapun untuk pompa bertingkat banyak, head H yang dipakai dalam perhitungan
ns adalah head per tingkat dari pompa tersebut. Perlu diperhatikan bahwa ns
adalah bukan bilangan tak berdimensi. Jadi untuk bentuk impeller yang sama,
besarnya angka ns dapat berbeda tergantung pada satuan yang dipakai untuk
menyatakan n, Q, dan H.
12
Gambar 2.5. ns dan bentuk impeller.
Sumber : Sularso, 2004
Pada prinsipnya pompa sentrifugal mempunyai dua komponen utama
yaitu terdiri atas :
1. Elemen berputar yang terdiri atas impeller dan poros
2. Elemen stasioner (diam) yaitu rumah pompa (casing) yang mengalirkan fluida
menuju ke impeller dengan tekanan dan kecepatan tinggi.
Pada sistem pompa untuk mendistribusikan suatu fluida harus dilengkapi
dengan motor sebagai penggeraknya. Poros motor yang berputar akan
dihubungkan dengan poros pompa menggunakan coupling. Sehingga secara
keseluruhan bagian – bagian sistem kerja pompa terdiri dari tiga bagian yaitu :
impeller side, coupling side, dan driver side.
1. Impeller side
Pada bagian impeller side terdiri dari beberapa komponen, yaitu :
Impeller - Volute casing - Diffuser - Stuffing box - Shaft sleeve - Bearing
housing - Coupling side.
13
2. Coupling side
Coupling side berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari shaft
motor menuju shaft pompa. Pada bagian coupling side terdiri dari dua
komponen, antara lain : Coupling - Shaft - Rubber coupling - Coupling housing.
3. Driver side
Driver side berfungsi sebagai sumber penggerak pada poros pompa yang
nantinya akan memutar impeller. Driver side terdiri dari tiga komponen penting,
antara lain : Frame - Stator – Rotor.
Adapun gambar bagian dari pompa sentrifugal beserta penggeraknya
dapat dilihat seperti yang tertera pada sumber berikut :
Gambar 2.6 Bagian Pompa Sentrifugal beserta Penggeraknya.
Sumber : Sularso. 2004
14
Pada umumnya unit penggerak pompa terdiri dari tiga jenis yaitu :
1. Pengerak motor listrik
Sistem penggerak motor listrik lebih sesuai dimana konstruksinya kecil
dan sederhana, sehingga dapat digabungkan menjadi satu unit kesatuan dalam
rumah pompa.
2. Pengerak motor bakar, dan turbin
Penggerak tipe motor bakar dan turbin sangat tidak ekonomis untuk
perencanaan pompa karena konstruksinya berat, besar dan memerlukan sistem
penunjang misalnya sistem pelumasan, pendinginan dan pembuangan gas hasil
pembakaran.
Pompa digerakkan oleh motor listrik melalui kopling langsung sabuk v.
Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar impeler yang
dipasangkan pada poros tersebut. Karena pompa digerakkan oleh motor listrik
(motor penggerak), jadi daya guna kerja pompa adalah perbandingan antara gaya
mekanis yang diberikan motor kepada pompa. Untuk mencari daya guna kerja
pompa ada beberapa tahap menggunakan rumus yaitu sebagai berikut :
1. Daya yang diberikan motor pada pompa
P = V . I . cos ø
Dimana :
P = Daya yang diberikan motor pada pompa
V = Tegangan
I = Arus
15
2. Daya guna motor penggerak ( DGMP )
DGMP = Daya keluar x 100 %
Daya masuk
3. Putaran motor penggerak
Ns = 120 x f
P
% Slip = Nteoritis - nactual x 100 %
Nteoritis
Dimana :
Ns = Putaran
f = Frekuwensi
p = Jumlah Kutub
4. Daya yang diterima oleh pompa
Pp = √3 . V . I . cos ø . DGMP
Dimana :
Pp = Daya yang diberikan motor pada pompa
V = Tegangan
I = Arus
DGMP = Daya guna motor pompa
5. Daya guna kerja / performance kerja pompa (DGKP)
DGKP = Daya yang diterima oleh pompa x 100 %
Daya masuk
2.4.3 Keuntungan dan Kerugian Pompa Sentrifugal
1. Keuntungan
Adapun dampak keuntungan pada pemakaian pompa sentrifugal
ketimbang pemakaian pada pompa yang lain terdiri atas :
16
Merupakan jenis yang paling umum/ banyak digunakan
Konstruksinya sederhana
Operasinya andal
Harganya murah
Kapasitasnya besar
Efisiensinya bagus
Dapat digunakan untuk suhu tinggi
2. Kerugian
Adapun dampak kerugian yang dialami pada pemakaian pompa
sentrifugal ketimbang pemakaian pada pompa yang lain terdiri atas :
Cocok untuk cairan yang viskositasnya rendah
Tidak self priming, walaupun dengan desain khusus dapat dibuat menjadi
self priming.
Tidak cocok untuk kapasitas yang kecil.
2.5 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu
sebagai berikut :
2.5.1 Menurut Jenis Aliran Dalam Impeller
1. Pompa aliran radial
Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga aliran zat
cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial), seperti
yang terlihat pada sumber gambar berikut.
17
Gambar 2.7 Pompa sentrifugal aliran radial.
Sumber : Zulkifli harahap. 1986
2. Pompa aliran campur
Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan
bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring), sehingga komponen
kecepatannya berarah radial dan aksial. Seperti yang terlihat pada (gambar 2.8)
berikut :
Gambar 2.8. Pompa sentrifugal aliran campur.
Sumber : Zulkifli harahap. 1986
3. Pompa aliran aksial
Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang
permukaan silinder (arah aksial), seperti yang diterlihat pada (gambar 2.9) di
halaman berikutnya :
18
Gambar 2.9. Pompa aliran aksial.
Sumber : Zulkifli harahap. 1986
2.5.2 Menurut Jenis Impeler
1. Impeler tertutup
Sudu‐sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan,
digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung
kotoran. Seperti yang terlihat pada sumber berikut :
Gambar 2.10 Impeller tertutup.
Sumber : Hendarji. 1981
2 Impeler setengah terbuka
Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di
sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung
kotoran misalnya air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, slurry,
dll. Impeller setengah terbuka ditunjukkan pada (gambar 2.11).
19
Gambar 2.11 Impeller setengah terbuka.
Sumber : Hendarji. 1981
3. Impeller terbuka
Impeller jenis ini tidak ada dindingnya di depan ataupun di belakang,
bagian belakang ada sedikit dinding yang berdiri tegak untuk memperkuat sudu -
sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk memompa zat cair yang banyak
mengandung kotoran yang volumenya lebih besar dari butiran pasir, ( gambar
2.12 ) ini.
Gambar 2.12 Impeller terbuka.
Sumber : Hendarji. 1981
2.5.3 Menurut Bentuk Rumah
1. Pompa volut dan Pompa aliran campur jenis volut.
Pada sebuah pompa sentrifugal, zat cair pada impeller secara langsung
dibawa ke rumah volut, bentuk rumah pompanya seperti rumah keong /siput
(volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan
tekanan. Pompa volut diperlihatkan pada sumber (gambar 2.13) sebagai berikut :
20
Gambar 2.13 Pompa volut.
Sumber : sularso. 2004
2. Pompa Diffuser
Pompa sentrifugal ini dilengkapi dengan sudu diffuser di keliling luar
impeller, konstruksi dan bagian-bagian dari pompa ini sama dengan pompa volut.
Fungsi dari diffuser adalah untuk meningkatkan efisiensi pompa dan
konstruksinya lebih kuat, maka konstruksi ini sering dipakai pada pompa besar
dengan head tinggi. Pompa ini juga sering dipakai sebagai pompa bertingkat
banyak karena aliran dari tingkat satu ke tingkat berikutnya dapat dilakukan tanpa
menggunakan rumah volut. Pompa diffuser ditunjukkan seperti pada sumber
berikut.
Gambar 2.14 Pompa diffuser.
Sumber : sularso. 2004
21
2.5.4 Menurut Jumlah Tingkat
1. Pompa satu tingkat
Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan
hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah. Seperti yang diperlihatkan
pada (gambar 2.15).
2. Pompa bertingkat banyak
Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet
(seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke
impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir.
Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan
oleh masing‐masing impeler sehingga relatif tinggi. Pemasangan diffuser pada
rumah pompa banyak tingkat lebih menguntungkan dari pada dengan rumah volut,
karena aliran dari satu tingkat ketingkat berikutnya lebih mudah dilakukan. Pompa
bertingkat banyak ditunjukkan seperti pada (gambar 2.16).
Gambar 2.15 Pompa satu tingkat.
Sumber : Manga,1990.
Poros Pompa Bantalan Poros
Bagian Tekan
Rumah Pompa
Bagian Hisap Impeller
22
Gambar 2.16 Pompa banyak tingkat ( multistage).
Sumber : Manga. 1990.
2.5.5 Menurut Letak Poros
1. Pompa Jenis Poros Tegak (Vertical)
Pompa aliran campur dan pompa aliran aksial sering dibuat dengan poros
tegak (vertical). Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa kolom oleh
bantalan yang terbuat dari karet. pompa ini dapat dilihat pada (gambar2.17).
Gambar 2.8 Poros vertical.
Sumber : Manga. 1990.
Poros Pompa
Impeller
Bagian Hisab Bagian Tekan
Bantalan
Rumah Pompa
Discharge
Casing
Impeller
Suction
23
2. Pompa jenis poros mendatar (Horizontal)
Pompa ini mempunyai poros dengan posisi mendatar, pompa jenis ini
dapat dilihat pada (gambar 2.18), seperti yang tertera dibawah ini.
Gambar 2.18 Poros horizontal.
Sumber : Hendarji. 1981.
2.6 Komponen Utama Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya
Dalam pengoperasian pompa sentrifugal ada beberapa bagian yang perlu
diperhatikan agar pompa dapat bekerja dengan baik dan dapat bertahan lama.
Berbagai macam komponen - komponen utama pompa sentrifugal antara
lain terdiri dari beberapa komponen serta penjelasan dari pada prinsip kinerjanya,
dimana masing – masing komponen beserta fungsi dari setiap komponen tersebut
yang penjelasannya dapat diterangkan pada halaman yang berikutnya.
2.6.1 Rumah Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian - bagian utama rumah pompa sentrifugal dapat
dilihat seperti pada gambar berikut :
24
Gambar 2.19. Komponen pada rumah pompa sentrifugal.
Sumber : Sularso. 2004
Keterangan gambar :
A. Stuffing box
Stuffing box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana
poros pompa menembus casing.
B. Packing
Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari
casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.
C. Shaft (poros)
Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama
beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian - bagian berputar lainnya.
D. Shaft sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan
keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint,
internal bearing dan interstage atau distance sleever.
E. Vane
Vane impeller berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
25
F. Casing
Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai
pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane), inlet
dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan
mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).
G. Eye of impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
H. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi
energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan
pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat
perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
I. Wearing ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang
melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara
memperkecil celah antara casing dengan impeller.
J. Bearing
Bearing (bantalan) berfungsi untuk menahan beban dari poros agar dapat
berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga
memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada
tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
K. Discharge nozzle
Discharge nozzle adalah saluran cairan keluar dari pompa dan berfungsi
juga untuk meningkatkan energi tekanan keluar pompa.
26
2.7 Kapasitas
Kapasitas adalah banyaknya zat cair yang dialirkan persatuan waktu.
Besarnya kapasitas ini dipengaruhi oleh banyaknya kebutuhan pemakaiannya,
lamanya pompa beroperasi serta jumlah pompa yang digunakan. Berdasarkan
kapasitas ini maka pompa dapat dibagi atas :
1. Pompa berkapasitas rendah,yaitu bila kapasitasnya di bawah 20 m³/jam.
2. Pompa berkapasitas sedang, yaitu bila kapasitasnya 20 - 60 m³/jam.
3. Pompa berkapasitas tinggi, yaitu bila kapasitasnya diatas 60 m³/jam.
Kapasitas pompa adalah banyaknya cairan yang dapat dipindahkan oleh
pompa setiap satuan waktu. Dinyatakan dalam satuan volume per satuan waktu,
seperti pada penjelasan yang terdiri dari ketiga satuan dibawah ini :
1. Barel per day (BPD)
2. Galon per minute (GPM)
3. Cubic meter per hour (m³/hr)
2.8 Head Pompa
Head pompa adalah energi yang diberikan ke dalam fluida dalam bentuk
tinggi tekan (pressure head). Dimana tinggi tekan merupakan ketinggian fluida
harus naik untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung
satuan bobot fluida pada kondisi yang sama untuk mengalirkan sejumlah zat cair
yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk
mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.
27
Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari
sistem instalasi aliran, yaitu : energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial
Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
p V²
H = + Z +
γ 2.g
Dimana :
H = Head total pompa
P = Head tekanan
γ
Z = Head statis total
V² = Head kecepatan
2.g
2.8.1 Macam – macam Head Loss
Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk
memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida
pada kondisi yang sama. Head ini terbagi dalam tiga bentuk yaitu :
1. Head tekanan
Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat perbedaan head
tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi tekan dengan head
tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi isap.
2. Head kecepatan
Head kecepatan atau head kinetik adalah perbedaan antar head kecepatan
zat cair pada saluran tekan dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap.
28
3. Head statis total
Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada
sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap.
2.9 Tekanan
Tekanan pada pompa merupakan salah satu faktor yang sangat penting
untuk menentukan jenis dan tipe pompa. Untuk tekanan pompa dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut :
P = γ . H
Berdasarkan tekanan, pompa dapat dibedakan atas tiga jenis tekanan
pompa diantaranya yaitu :
1. Pompa tekanan rendah yaitu dibawah < 5 kg/cm².
2. Pompa tekanan sedang yaitu antara 5-50 kg/cm².
3. Pompa tekanan tinggi yaitu diatas > 50 kg/cm².
2.10 Daya Pompa
Daya pompa ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar
impeler didalam memindahkan sejumlah fluida denga kondisi yang diinginkan.
Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan rumus yang
terdapat dibawah ini ( Herman Widodo Sumitro, 1984 ).
29
Daya pompa juga dapat disebut sebagai besarnya energi persatuan waktu
atau kecepatan melakukan kerja. Faktor yang perlu diperhatikan untuk
menghitung daya pompa yaitu : Berat jenis air, kekuatan hisap, kekuatan dorong,
besarnya pipa hisap dan dorong, dan hambatan karena fitting. Adapun rumus
untuk menghitung daya pompa adalah sebagai berikut :
Np = Q . Hp . ρ . g
ηp
Dimana :
Np = Daya pompa ( Watt )
Q = Kapasitas pompa [m3/s]
ρ = Rapat jenis fluida ( kg/m3 )
ηp = Efisiensi pompa
Hp = Head total ( m)
g = Percepatan gravitasi = 9,81 ( m/s2 )
Pada rumus diatas, besarnya H = hs + hp + hf adalah :
Dimana :
hs = Head section (sama dengan ketinggian dari pipa
penghisap).
hp = Head pressure (sama dengan ketinggian dan pipa
pendorong setelah pompa).
hf = Head friction ( sama dengan total hilang tinggi tekan yang
terjadi pada pipa sepanjang hs, hp dan hf )
30
BAB III
METODOLOGI PERANCANGAN
3.1 Tempat dan Waktu
Pelaksanaan penelitian perencanaan ulang pompa sentrifugal
berkapasitas 50 liter/detik ini dilakukan pada tempat pemakaian pada unit
produksi PDAM Tirta Unit Kota Meulaboh yang beralamat di jalan. Terendam,
Gampong Lapang, Meulaboh Aceh - Barat. Adapun waktu penelitian dan data dari
hasil penelitian penulis ambil dari masa periode selama ± 3 bulan mulai dari bulan
Oktober 2013 sampai dengan bulan Januari 2014, penulis mendapatkan hasil data
tentang pompa sentrifugal yang ingin dirancang ulang dari Kabag Teknik PDAM
serta secara langsung mengadakan pengamatan pada PDAM Tirta Meulaboh.
3.2 Data Awal Pompa
Untuk mengetahui suatu perhitungan yang baik bagi pompa, maka harus
diketahui terlebih dahulu perhitungan data awal bagi pompa yang akan digunakan.
Adapun data - data tentang pompa sentrifugal pada unit produksi yang terdapat di
PDAM Tirta adalah sebagai berikut :
Merk = EBARA
Tipe = 200 × 150 FS 4K 5 55
Daya pompa = 75 kw
31
Head pompa = 50 m (0,05 m³)
Kapasitas = 50 L/s ( 0,0138 m³/det)
Speed = 2,975 rpm
3.3 Analisa Data
Analisa data dilakukan dengan cara dilakukannya perhitungan terhadap
komponen pompa yang terdiri atas :
3.3.1 Kapasitas Pompa
Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per
satuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus
dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang dipakai.
3.3.2 Head Pompa
Head pompa yang harus disediakan untuk menaikkan sejumlah air dari
pompa sentrifugal seperti yang direncanakan adalah sebesar 50 meter atau sama
dengan (0,05 m³). Adapun sejumlah fluida yang akan dialiri dapat ditentukan dari
kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa, sebagaimana penjelasannya
dapat dilihat pada skema data mengenai instalansi pompa pada penjelasan yang
berikutnya.
3.3.3 Daya Pompa
Daya pompa yang dikeluarkan oleh pompa sentrifugal untuk
memindahkan sejumlah fluida dari satu tempat ke tempat yang lain atau dari
tekanan yang rendah menuju ketekanan yang lebih tinggi.
32
Dimana besarnya daya adalah sebesar 75 kw, seperti yang telah
dijelaskan pada perhitungan data awal pompa sentrifugal yang terdapat pada unit
produksi di PDAM Tirta Meulaboh.
3.4 Susunan Pompa
Susunan pompa yang terdapat pada tiap – tiap industri termasuk yang
terdapat pada PDAM, memiliki dua jenis susunan pompa yang digunakan antara
lain yaitu : susunan seri, dan susunan paraler. Pernyataan ini diuraikan akibat dari
salah satu contohnya yaitu : jika kondisi head atau kapasitas yang diperlukan tidak
dapat dicapai dengan satu pompa saja, maka dapat digunakan dua pompa atau
lebih yang disusun secara seri atau parallel.
3.4.1 Susunan Seri
Susunan seri biasanya digunakan pada debit air yang kecil yang tidak
diperlukan pompa cadangan jika daya, tekanan, debit air yang akan dihasilkan
headnya terbilang kecil. Bila head yang diperlukan besar dan tidak dapat dilayani
oleh satu pompa, maka dapat digunakan lebih dari satu pompa yang disusun
secara seri.
Adapun penyusunan pompa secara seri dapat dilihat pada (gambar 3.1)
sebagai berikut :
33
Gambar 3.1 Pompa susunan seri.
Sumber : Raswari. 1986
3.4.2 Susunan Paralel
Susunan paralel adalah susunan pompa yang terdiri dari beberapa buah
pompa yang dihubungkan pada saluran pipa secara bersamaan. Dalam rangkaian
pompa paralel yang terdapat di PDAM Tirta Meulaboh terdapat ada empat (4)
jenis pipa transmisi yang terhubung secara langsung dengan empat pompa
sentrifugal yang terdapat pada unit produksi, dimana pada tiap – tiap pipa
tersebut memiliki jenis/diameter/panjang pipa yang sama pula yaitu sebesar :
PVC/250 mm/0,08meter.
Suatu pompa yang dipasang secara paralel akan menghasilkan debit
keluaran dari pompa dengan besarnya merupakan kelipatan dari setiap pompa
yang terpasang dengan catatan bahwa pompa yang dipasang secara paralel
mempunyai kapasitas debit keluaran yang sama seperti yang diperlihatkan pada
(gambar 3.2). Susunan paralel dapat digunakan bila diperlukan kapasitas yang
besar yang tidak dapat dihandle oleh satu pompa saja, atau bila diperlukan pompa
cadangan yang akan dipergunakan bila pompa utama rusak/diperbaiki.
34
Penyusunan pompa secara paralel dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 3.2 Pompa susunan pararel.
Sumber : Raswari. 1986
Seperti yang telah dijelaskan pada uraian diatas tadi, maka susunan
pompa yang terdapat, yang digunakan pada PDAM Tirta adalah susunan pompa
pada sistem pararel yang terdiri atas :
1. Pompa 1 kapasitas 30 ltr/dtk (dalam kondisi baik)
2. Pompa 2 kapasitas 50 ltr/dtk (dalam kondisi baik)
3. Pompa 3 kapasitas 60 ltr/dtk (dalam kondisi baik)
4. Pompa 4 kapasitas 75 ltr/dtk (dalam kondisi rusak ringan)
Pengoperasian pompa ini diatur secara bergantian, pada waktu star
pertama digunakan dua unit pompa dengan ukuran yang berbeda, sedangkan dua
pompa yang lainnya dijadikan sebagai pompa cadangan. Hal ini dimaksudkan
untuk menjaga ketika salah satu dari pompa yang bekerja mengalami kerusakan
pada saat pompa sedang bekerja.
35
Sistem ini terus dilakukan hingga seterusnya sampai pelayanan air ke
konsumen benar - benar dalam kondisi baik hanya untuk pengisian pipa. Wilayah
pelayanan instalasi ini terutama untuk wilayah Kecamatan Johan Pahlawan,
Khususnya Kota Meulaboh.
3.5 Pengerak Pompa
Dari hasil data pada perencanaan ini, maka dipilihlah pengerak mula
pompa sentrifugal adalah motor listrik yang berfungsi sebagai penggerak pompa
sentrifugal yang banyak tersedia dipasaran dengan data – data sebagai berikut :
tipe pengerak adalah motor listrik induksi AC, daya motor pengerak tersebut yang
dihasilkan adalah sebesar 75 kw, sedangkan voltasenya adalah sebesar 380 volt,
phasenya 3, dan polenya 2 buah, adapun untuk putaran yang dihasilkan oleh motor
tersebut adalah sebesar 2975 rpm atau 3000 rpm.
36
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Perencanaan Komponen Pompa
Untuk mengetahui suatu perencanaan yang baik bagi pompa, maka harus
diketahui kapasitas pompa, daya pompa, perencanaan poros, perencanaan
impeller, serta perencanaan rumah pompa (casing).
4.1.1 Kapasitas Pompa
Berdasarkan debit air yang harus disalurkan yaitu sebesar 50 L/s atau
0,0138 m³ /hari maka jumlah pompa yang digunakan adalah 3 buah pompa utama
dan 1 pompa cadangan (Sularso,2004).
1. Debit efektif dalam jam pengoperasian pompa:
Qe = 0.0138 m³ /hari x 50 L/s
= 690 m /jam
= 0,192 m³/s.
2. Debit efektif tiap pompa yang akan digunakan
Bahwa debit pompa dapat diketahui dengan cara membagi debit yang
dibutuhkan (debit efektif) dengan jumlah pompa yang akan dipakai
(Sularso,2004).
.
37
Qep = Debit efektif
Jumlah pompa
= 0.192
3
= 0,064 m³/s.
3. Debit teoritis pompa
Qth = Qep
ηv Dimana :
Qep = Debit fektif pompa = 0,064 m³/s
ηv = Efisiensi volumetris (0,90-0,98) diambil = 0,96
Maka :
Qth = Qep
ηv
= 0,064
0,96
= 0,066 m³/s.
4.1.2 Daya Pompa
Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan
melakukan kerja. Untuk memperoleh analisa daya pompa yang terdapat pada
pompa sentrifugal diperlukan tiga syarat utama dalam menganalisa daya pompa,
yaitu terdiri atas :
38
4.1.2.1 Daya Air (Pw)
Daya air merupakan energi yang secara efektif di terima oleh air dari
pompa persatuan waktu. Sehingga dapat memindahkan fluida dari satu tempat
ketempat yang lain atau dari tekanan rendah ketekanan yang lebih tinggi. Energi
yang paling efektif yang diterima oleh fluida dari pompa persatuan waktu disebut
daya air (hidrolis), dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai
berikut (Sularso. 2004) :
Pw = ρ . g . Q . H
Dimana :
ρ = Massa jenis air, pada temperatur 40 ºC = 998 kg/m³
g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s²
Qep = Kapasitas efektif pompa = 0,0138 m³/s²
H = Head total pompa = 50 m (0,05 m³) atau (164,03 ft)
Jadi :
Pw = 998 × 9,81 × 0,0138 × 50
= 6755.3622 watt
= 6,755 Kw.
4.1.2.2 Daya Poros Pompa (Pp)
Daya poros yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa adalah
sama dengan daya air ditambah kerugian daya di dalam pompa.
39
Pada pompa terdapat berbagai macam kerugian, maka daya yang harus
diberikan oleh motor penggerak (daya poros) dapat ditentukan dengan rumus
sebagai berikut ( Sularso, 2004 ) :
Ps = Pw Ep
Dimana :
Ps = Daya poros pompa (Kw )
Pw = Daya hidrolis (Kw)
Ep = Efisiensi pompa
Maka :
Ps = Pw Ep
= 6,755
0,0012
= 5629,17 Kw
4.1.2.3 Daya Motor Penggerak Pompa (Pm)
Daya motor penggerak pompa harus lebih besar dari daya poros pompa,
hal ini tergantug pada jenis motor dan hubungan poros pompa dengan poros
motor. Maka berdasarkan rumus berikut ini dapat dinyatakan sebagai berikut
(Sularso, 2004) :
Pm = Ps . ( 1 + α )
Et
Dimana :
Pm = Daya nominal motor penggerak (Kw)
Ps = Daya poros pompa (5629,17 Kw)
40
α = Faktor tergantung jenis koreksi motor, motor
induksi = 0,1 – 0,2 (lampiran). Maka diambil 0,2
untuk penggerak motor listrik.
Et = Effisiensi transmisi = 0,95 – 0,97 (lampiran). Maka
dalam perhitungan diambil sebesar = 0,96.
Maka :
Pm = 5629,17 ( 1 + 0,2 )
0,96
= 7036,4625 watt
= 7,036 Kw.
Maka daya dominal motor penggerak diambil 75 kw dengan
memperhatikan faktor - faktor tersebut diatas, jadi dalam perencanaan ini dipilih
penggerak mula pompa adalah motor listrik dengan data - data seperti yang tertera
sebagai berikut :
Tipe = Motor listrik induksi AC
Daya = 75 kw
Voltase = 380 volt
Phase = 3
Pole = 2 buah
Putaran = 2975 rpm atau = 3000 rpm
4.1.3 Perencanaan Poros
Pada pompa sentrifugal, fungsi utama poros adalah untuk meneruskan
daya atau momen puntir yang diberikan oleh penggerak mula pompa dan sebagai
penumpu impeller dan bagian - bagian yang berputar lainnya.
41
Poros mentransmisikan torsi dari driver (motor atau engine) ke driven.
Komponen mesin yang sering digunakan bersamaan dengan poros adalah roda
gigi, puli dan sproket. Transmisi torsi antara poros dilakukan dengan pasangan
roda gigi, sabuk atau rantai. Poros bisa menjadi satu dengan driver, seperti pada
poros motor dan engine crankshaft, Sebagai dudukan poros, digunakan bantalan.
Perbedaan antara poros dan as (axle) adalah poros meneruskan momen
torsi (berputar), sedangkan as tidak. Perencanaan poros ditentukan berdasarkan
hubungan antara putaran dan daya pompa, dimana daya yang akan dipindakan
oleh poros motor listrik adalah sebesar 75 kw dan putaran poros sebesar 2975
rpm. Dalam menentukan perencanaan poros digunakan rumus sebagai berikut
(Sularso, 2004) :
Pd = fc . P kw
Dimana :
Pd = Daya rencana (kw)
fc = Faktor koreksi daya nominal 1,0 – 1,5
diambil sebesar = 1,0
P = Daya motor listrik (75 kw)
Maka :
Pd = 1,0 x 75 kw
Pd = 75 kw.
42
4.1.3.1 Momen Puntir
Pada prinsipnya, pembebanan pada poros ada dua macam, yaitu puntiran
karena beban torsi dan bending karena beban transversal pada roda gigi, pully atau
sproket. Beban yang terjadi juga bisa merupakan kombinasi dari keduanya.
Karakter pembebanan yang terjadi bisa konstan, bervariasi terhadap waktu,
maupun kombinasi dari keduanya. Hasil untuk momen puntir dapat ditentukan
dengan rumus sebagai berikut (Sularso, 2004) :
5
T = 9,75 x 10 Pd
n
Dimana :
T = Momen puntir (kg.mm)
Pd = Daya rencana (kw)
n = Putaran motor listrik (rpm)
Maka :
5
T = 9,75 x 10 75__
2975
T = 245562,18 kg . mm
T = 24554,62 kg . cm
Tegangan geser yang diizinkan Ta (kg/mm²) untuk pemakaian umum
pada poros dapat diperoleh dengan berbagai cara, salah satunya Ta dihitung atas
dasar batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik (sesuai standar
ASME) untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6. Harga
5,6 ini diambil untuk bahan SF dan 6,0 untuk bahan S - C dan baja paduan.
43
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. Faktor - faktor ini dinyatakan dengan Sf2 dengan harga sebesar 1,3
sampai 3,0. Dari hal - hal diatas maka tegangan geser yang diizinkan pada poros
(Ta) dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut (Sularso, 2004) :
Τa = __σb__
Sf1 . Sf2
Dimana :
Ta = Tegangan geser yang diizinkan (kg/mm²)
σb = Tegangan tarik bahan (kg/mm²)
Sf1 = Faktor keamanan poros, (6,0)
Sf2 = Faktor keamanan poros karena pengaruh tegangan dan
kekasaran permukaan 1,3 – 3.0, maka yang diambil sebesar
= 2,15 (lampiran).
Maka :
Ta = __100__
6 x 2,15
Ta = 7,75 kg/mm²
4.1.3.2 Diameter Poros
Diameter poros dapat dipilih dari tabel (daftar lampiran). Pada tempat
dimana akan dipasang bantalan gelinding, pilihlah suatu diameter yang lebih besar
dari harga yang cocok didalam tabel untuk menyesuaikannya dengan diameter
dalam dari bantalan.
44
Selanjutnya ukuran pasak dan alur pasak dapat ditentukan dari tabel.
Harga faktor konsentrasi tegangan untuk alur pasak α dan untuk poros bertangga
β dapat diperoleh dari diagram Peterson, dimana diameter poros dapat ditentukan
dengan rumus sebagai berikut (Sularso, 2004) :
Dp = 5,1 Kt . Cb . T ⅓ Ta
Dimana :
Dp = Diameter poros (mm)
Ta = Tegangan geser yang diizinkan (7,75 kg/mm²)
Kt = Faktor koreksi untuk momen puntir 1,5 – 3,0
yang diambil = 1,50
Cb = Faktor koreksi untuk pembebanan lentur 1,2 – 2,3
yang diambil = 1,20
T = Momen puntir 245562,18 kg . mm
Maka :
Dp = 5,1 . 1,50 . 1,20 . 245562,18 ⅓
7,75
Dp = 87261,71 mm
Dp = 8,726 cm.
Karena poros akan dibuat alur pasak dan untuk pengikatan poros dengan
impeller, maka diameter poros disesuaikan dengan standar diameter poros sebesar
60 mm. Tegangan yang terjadi dapat ditentukan dengan rumus berikut ini
(Sularso, 2004) :
45
Tt = 5,1 . T
Ds³
Dimana :
Tt = Tegangan geser yang terjadi (kg/mm²)
T = Momen puntir (kg/mm)
Ds = Diameter poros (60 mm)
Maka :
Tt = 5,1 . 245562,18
60³
Tt = 5,79 kg/mm².
Dari hasil perhitungan yang diperoleh maka tegangan geser yang terjadi
pada poros adalah sebesar 5,79 kg/mm², sedangkan tegangan yang diizinkan
adalah sebesar 7,75 kg/mm². Maka dapat disimpulkan bahwa poros tersebut dapat
menahan pembebanan yang terjadi sehingga cukup baik dan sangat aman jika
digunakan.
4.1.4 Perencanaan Impeller
Fungsi dari pada impeller adalah memberikan gaya sentrifugal kepada
fluida sehingga dapat bergerak dari tempat hisap ketempat yang diinginkan.
Dalam pemilihan bahan untuk impeller dapat ditentukan berdasarkan tekanan,
temperature, dan keasaman air yang dipompakan.
Dalam perencanaan impeller ini dipilih bahan Cast steel sebagai bahan
utama pada perencanaan ini. Pada gambar 4.1 dibawah ini menunjukkan kontruksi
dari impeller yang akan digunakan dalam perencanaan pompa sentrifugal
(Chruch, 1986).
46
Gambar 4.1 Gambar dimensi impeller pompa.
Sumber : Chruch, 1986
Keterangan gambar :
Dh = Diameter Hub
Do = Diameter mata (eye)
D1 = Diameter sisi masuk
D2 = Diameter sisi keluar
b1 = Lebar laluan sisi masuk
b2 = Lebar laluan sisi keluar
4.1.4.1 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Masuk
1. Diameter hub (Dh)
Diameter hub dapat ditentukan dengan persamaan empiris, yaitu sebagai
berikut (Chruch, 1986) :
Dh = Ds + ( 7,9375 – 12,70 )
Dimana :
Dh = Diameter Hub impeller (mm)
Ds = Diameter poros (mm)
( 7,9375 – 12,70 ) : diambil sebesar 10,32
47
Maka :
Dh = 60 + 10,32
Dh = 70,32 mm
2. Diameter eye impeller (Do)
Diameter eye impeller dapat ditentukan dengan rumus, yaitu sebagai
berikut (Chruch, 1986) :
Do = √ 4 . Qo + Dh²
π . Vo
Dimana :
Do = Diameter mata impeller (mm)
Qo = Kapasitas pompa dengan memperhitungkan kebocoran
sebesar 2 / 10 %, maka diambil 6 % 1,06 x 0,0486 m³/dt :
0,0515 m³/dt.
Vo = Kecepatan aliran masuk, menurut Chruch (ref 3 hal 93)
sebesar 3,048 – 4,572 m/dt, maka diambil : 4,572 m/dt.
Dh = Diameter hub.
Maka :
Do = √ 4 . 0,0515 + 0,07032²
3,14 . 4,572
Do = 0,13890 m
Do = 138,90 mm.
48
3. Diameter sisi masuk ( D1)
Diameter sisi masuk dibuat sama dengan diameter eye (Do), adapun
tujuannya adalah untuk menjaga agar air mengalir tetap rata (smooth), dengan
demikian diameter sisi masuk (D1) : (Do), maka D1 : 138,90 mm (Chruch, 1986).
4. Lebar laluan impeller (b1)
Lebar laluan impeller pada sisi masuk dapat ditentukan dengan rumus
yaitu sebagai berikut (Chruch, 1986) :
b1 = Qo
π . D1 . Vr1 . 1
Dimana :
b1 = Lebar laluan impeller pada sisi masuk (m)
Qo = Kapasitas pompa (m³/dt)
D1 = Diameter sisi masuk (m)
Vr1 = Kecepatan radial pada sisi masuk sudu (m/dt) (1,05 – 1,10)
. Vo , maka diambil sebesar = 1,10 . Vo
= 1,10 . 4,572
= 5,0292 m/dt.
Σ1 = Faktor kontraksi (penyempitan)
0,8 – 0,9, diambil sebesar 0,85
Maka :
b1 = 0,0515__________
3,14 . 0,13890 . 5,0292 . 0,85
b1 = 0,0276 m
b1 = 27,60 mm
49
5. Kecepatan tangesial (U1)
Kecepatan tangesial pada sisi masuk dapat ditentukan dengan memakai
rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
U1 = π . D1 . n
60
Dimana :
U1 = Kecepatan tangesial pada sisi masuk (m/dt)
U1 = Diameter inlet vane (m)
n = Putaran pompa (rpm)
Maka :
U1 = 3,14 . 0,13890 . 2950
60
U1 = 21,44 m/dt.
6. Sudut masuk sudu ( β1 )
Dalam perencanaan ini, dimana fluida masuk pada impeller radial yaitu :
α1 = 90˚, besar sudut masuk dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut
(Chruch, 1986) :
Tg β1 = Vr1
U1
Maka :
β1 = arc Tg 5,0292
21,44
β1 = 14˚ . 40` . 4,8`
β1 = Diambil sebesar 15˚
50
7. Sudut absolut fluida masuk ( α1)
Fluida masuk kedalam sudu – sudu dalam arah radial (tegak lurus),
dengan demikian sudut absolut fluida masuk untuk semua tingkat adalah 90˚
(Chruch, 1986).
8. Kecepatan relatif fluida ( V1)
Kecepatan relatif partikel fluida terhadap impeller dapat ditentukan
dengan memakai rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
V1 = Vr1_
Sin β1
Dimana :
V1 = Kecepatan relatif fluida (m/dt)
Vr1 = Kecepatan radial air (m/dt)
β1 = Sudut masuk sudu ( ˚ )
maka :
V1 = 5,0292
Sin 15
V1 = 21,538 m/dt.
Hasil dari semua perhitungan dapat ditabelkan yaitu seperti yang terlihat
pada daftar tabel yang tertera di halaman berikutnya.
51
Tabel 4.1 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi masuk
Keterangan Notasi Hasil
Diameter Hub
Dh , mm
70,32
Diameter eye
Do , mm
138,90
Diameter inlet vane
D1 , mm
138,90
Lebar laluan impeller
b1 , mm
27,60
Kecepatan tangesial
U1 , m/dt
21,44
Sudut masuk impeller
β1, ˚
15
Sudut absolute fluida
impeller
α1 , ˚
90
Kecepatan relatif fluida
V1 , m/dt
21,538
Kecepatan fluida masuk
impeller
Vo , m/dt
4,572
Gambar skala 1 : 3
1 cm = 3 m/dt
V1
Vr1
V1
Gambar 4.2 Segitiga kecepatan.
Sumber : Chruch, 1986
β1 α1
52
4.1.4.2 Ukuran – ukuran Impeller Pada Sisi Keluar
1. Diameter luar impeller (D2)
Diameter untuk impeller luar dapat ditentukan dengan memakai rumus
seperti berikut (Chruch, 1986) :
0,5
D2 = 84,6 . Ø . H
n
Dimana :
D2 = Diameter luar impeller (m)
H = Tinggi tekan (mka)
Ø = Koefisien tinggi tekan : 0,90 – 1,20, diambil sebesar 0,90.
n = Putaran pompa (rpm)
Maka :
0,5
D2 = 84,6 . 0,90 . 111,92
2950
D2 = 0,27305 m
D2 = 273,05 mm.
2. Lebar laluan impeller ( b2 )
Pada lebar laluan untuk impeller sisi keluar dapat ditentukan dengan
rumus sebagai berikut (Chruch, 1986) :
b2 = Qo
π . D2. Vr2 . Ʃ²
53
Dimana :
b2 = Lebar laluan impeller pada sisi keluar (m)
Qo = Kapasitas pompa dengan memperhitungkan kebocoran
(m/dt)
D2 = Diameter luar impeller (m)
Vr2 = Kecepatan radial pada sisi keluar (m/dt), dibuat sama
atau sedikit dibawah sampai 15% kecepatan radial pada sisi
Masuk, hal ini untuk menghindarkan perubahan kecepatan
yang tiba – tiba. Diambil sebesar 15% (Chruch, 1986)
maka :
Vr2 = 0,85 . 5,0292
Vr2 = 4,275 m/dt.
Ʃ2 = Faktor kontraksi (penyempitan) adalah sebesar : 0,90 – 0,95
, diambil yaitu : 0,95.
Maka :
b2 = 0.0515_________
3,14 . 0,27305 . 4,275 . 0,95
b2 = 0,014790 m
b2 = 14,790 mm = 14,8 mm.
3. Kecepatan tangesial (U2)
Untuk kecepatan tangesial dapat ditentukan dengan rumus sebagai
berikut (Chruch, 1986) :
U2 = π . D2. n 60
54
Dimana :
U2 = Kecepatan tangesial pada sisi keluar (m/dt)
U2 = Diameter impeller (m)
n = Putaran pompa (rpm)
Maka :
U2 = 3,14 . 0,27305 . 2950
60
U2 = 42,154 m/dt.
4. Komponen tangesial teoritis (Vu2)
Komponen kecepatan tangesial dapat ditentukan dengan rumus yaitu
(Chruch, 1986) :
Vu2 = U2 - Vr2
Tg β2
Dimana :
Vu2 = Komponen kecepatan tangesial teoritis (m/dt)
U2 = Kecepatan tangesial pada sisi keluar (m/dt)
Vr2 = Kecepatan radial pada sisi keluar (m/dt)
β2 = Sudut sudu pada sisi keluar, untuk mendapatkan laluan
yang mulus maka sudut keluar sudu dibuat lebih besar dari
sudut masuk sudu (β1) dengan besar antara 15˚ - 40˚
,menurut (Chruch, 1986).
Berikut ini adalah hasil perhitungan pada setiap β2 yang bervariasi antara
15˚ sampai dengan 40˚.
55
Tabel 4.2 Hasil perhitungan yang bervariasi.
B2˚ Vu² (m/dt) Hth (mka)
15 24,342 78,45
20 28,997 93,45
25 31,833 102,59
30 33,764 108,81
35 35,178 113,37
40 36,270 116,890
5. Sudut fluida teoritis (α2)
Sudut fluida yang meninggalkan impeller dapat ditentukan dengan rumus
sebagai berikut :
α2 = arc tg Vr2
Vu2
Dimana :
α2 = Sudut fluida teoitis (˚)
Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
Vu2 = Kecepatan tangensial teoritis (m/dt)
Maka :
α2 = arc tg . 4,275
35,178
α2 = 7˚41`
6. Kecepatan relatif fluida (V2)
Kecepatan relatif dapat ditentukan dengan rumus yaitu :
V2 = Vr2___
Sin β2
56
Dimana :
V2 = Kecepatan relatif fluida (m/dt)
Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
β2 = Sudut sudu pada sisi keluar (˚)
maka :
V2 = 4,275
Sin 35˚
V2 = 8,182 m/dt.
7. Kecepatan absolut teoritis (m/dt)
Kecepatan absolut teoritis dapat ditentukan dengan rumus yaitu :
V2 = √ Vr2² + Vu2
Dimana :
V2 = Kecepatan absolut teoritis (m/dt)
Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
Vu2 = Kecepatan tangesial teoritis (m/dt)
Maka :
V2 = √ 4,275² + 35,178²
= 35,44 m/dt.
8. Komponen kecepatan tangesial aktual (Vu2)
Komponen kecepatan tangesial aktual dapat ditentukan dengan rumus
sebagai berikut (Chruch, 1986) :
Vu2` = Vu2 . k
57
Dimana :
Vu2 = 0,75 . 35,178
Vu2 = 26,38 m/dt.
9. Sudut fluida aktual (α2`)
Sudut fluida aktual dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut ini :
` α2` = arc . tg . Vr2
Vu2`
Dimana :
α2` = Sudut fluida aktual (˚)
Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
Vu2` = Komponen kecepatan tangesial aktual (m/dt)
Maka :
α2` = arc . tg . 4,275
26,38
α2 = 10˚ 13` 40,08``
10. Kecepatan absolut aktual ( V2`)
Kecepatan absolut aktual dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :
V2` = √ Vr2 + Vu2`
Dimana :
V2` = Kecepatan absolut actual (m/dt)
Vr2 = Kecepatan radial (m/dt)
Vu2` = Komponen kecepatan tangesial absolut (m/dt)
Maka :
V2` = √ 4,275² + 26,38²
V2` = 26,72 (m/dt).
58
11. Segitiga kecepatan
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah diuraikan diatas, maka didapat
segitiga kecepatan pada sisi keluar impeller seperti yang ditunjukkan pada
(gambar 4.3). Dari hasil perhitungan yang telah diperoleh, maka ukuran utama
impeller pada sisi keluar dapat dilihat pada daftar tabel berikut ini :
Tabel 4.3 Ukuran – ukuran utama impeller pada sisi keluar.
Keterangan Notasi Hasil
Diameter luar impeller D2 , mm 273,05
Lebar laluan impeller b2 , mm 14,79
Kecepatan tangesial U2 , m/dt 42,154
Kecepatan tangesial teoritis Vu2 , m/dt 35,178
Sudut fluida teoritis α2, ˚ 7˚ ,41’
Kecepatan relatif fluida V2 , m/dt 8,182
Kecepatan absolut teoritis V2 , m/dt 35,44
Kecepatan tangesial actual Vu2’ ,m/dt 26,38
Sudut fluida aktual α2 , ˚ 10˚ 13’ 40,08’’
Kecepatan absolute actual V2’ ,m/dt 26,72
59
Skala 1 : 5
1 cm = 5 m/dt
V2
β2 V2
Vu2’
Vu2
V2
Gambar 4.3 Segitiga kecepatan.
Sumber : Chruch, 1986
4.1.4.3 Perencanaan Sudu
Pemilihan sudu adalah merupakan hal yang sangat penting, karena
bentuk dari sudu tersebut akan mempengaruhi terhadap tiggi tekanan pada suatu
pompa. Faktor utama yang mempengaruhi karakteristik dari suatu faktor pompa
adalah sudut sudu impeller pada sisi keluar dan besarnya kecepatan radial.
Adapun bentuk dari pada sudu – sudu pada pompa sentrifugal terbagi
atas tiga bagian yaitu terdiri atas :
1. Sudu – sudu yang membengkok kebelakang ( β < 90˚ )
2. Sudu – sudu radial ( β < 90˚ )
3. Sudu – sudu yang membengkok kedepan ( β < 90˚ )
60
β2 90˚
β2 90˚
β2 90˚
Q
Gambar 4.4 Kurva kapasitas, tinggi tekan semu dan diagram kecepatan
sisi keluar dari berbagai sudut.
Sumber : M. White, 1988
Pada perencanaan ini dipilih sudu – sudu yang membengkok kebelakang
β2 90˚, dimana perubahan kecepatannya halus dan alirannya didalam impeller
lebih merata sehingga dapat mengurangi losses hydraulic, dengan demikian
pemilihan sudu ini agak lebih baik.
Perhitungan sudu
1. Jumlah sudu ( Z )
Dimana jumlah sudu dapat ditentukan dengan menggunakan rumus
sebagai berikut (Chruch, 1986) :
Z = 6,5 D2 + D1 sin β1 + β2
D2 - D1 2
61
Dimana :
Z = Jumlah sudu ( )
D1 = Diameter inlet vane (mm)
S2 = Diameter luar impeller (mm)
β1 = Sudut sudu pada sisi masuk ( ˚ )
β2 = Sudut sudu pada sisi keluar ( ˚ )
Maka :
Z = 6,5 272 + 138 sin 15˚ + 35˚
272 - 138 2
Z = 7,61
Didapat jumlah dari pada sudu yang biasa digunakan adalah antara 5
sampai 12, dengan demikian jumlah sudu dalam perencanaan ini untuk setiap
tingkat adalah sebesar ( z : 8 ), menurut (Chruch, 1986).
2. Jarak bagi antara sudu ( t )
Jarak bagi keliling (circumferensial pitch) dari sudu merupakan jarak
bagi antara sudu yang satu terhadap sudu yang lain, baik disisi hisap dan sisi
tekan.
1. Sisi isap
Jarak bagi keliling dari sudu untuk sisi isap dapat ditentukan
dengan rumus, yaitu :
t1 = п . D1
z
Dimana :
t1 = Jarak bagi keliling dari sudu untuk sisi hisap (mm).
D1 = Diameter inlet vane (mm).
Z = Jumlah sudu
62
Maka :
t1 = 3,14 . 138
8
t1 = 54,17 mm.
2. Sisi tekan
Jarak bagi keliling dari sudu untuk sudu sisi tekan dapat ditentukan
dengan rumus, yaitu :
t2 = п . D2
z
Dimana :
t2 = Jarak bagi keliling dari sudu sisi tekan (mm).
D2 = Diameter luar impeller (mm).
Z = Jumlah sudu.
3. Tebal sudu (S)
1. Tebal sudu pada sisi masuk (S1)
Tebal sudu pada sisi masuk, dapat ditentukan dengan rumus
yaitu sebagai berikut (Khetagurov, 1980) :
S1 = σ1 . sin (180˚ - 15˚)
Dimana :
S1 = Tebal sudu pada sisi masuk (mm)
B1 = Sudut masuk sudu (˚)
σ1 = Dimensi sudu disepanjang busur keliling inlet untuk
ketebalan sudu S1 (mm)
σ1 = t1 - t1
f1
63
Dimana :
t1 = Jarak bagi (pitch) keliling sudu untuk sisi hisap (mm)
f1 = Faktor penyempitan inlet (inlet crowding faktor),
dapat diambil sebesar 1,15 (Khetagurov, 1980).
Maka :
S1 = 54,17 - 54,17 sin (180˚ - 15˚)
1,15
S1 = 2,96 mm.
2. Tebal sudu pada sisi tekan (S2)
Tebal sudu pada sisi tekan dapat ditentukan dengan menggunakan
rumus menurut yaitu sebagai berikut (Khetagurov, 1980) :
S1 = σ2 . sin ( 180˚ - β2 )
Dimana :
S2 = Tebal sudu pada sisi tekan (mm)
β2 = Sudut keluar sudu (˚)
σ2 = Dimensi sudu sepanjang busur keliling outlet untuk
ketebalan S2 (mm)
σ1 = t2 - t2
f2
Dimana :
t2 = Jarak bagi (pitch) keliling sudu untuk sisi tekan (mm)
f2 = Faktor penyempitan outlet (outlet crowding faktor ),
dapat diambil sebesar 1,06 (Khetagurov, 1980).
64
Maka :
σ2 = 106,76 - 106,76
1,06
σ2 = 6,0 mm.
Apabila sudu impeller yang diikat oleh sarungnya (shouds) yang
membentuk laluan pada impeller, tebalnya berkisar antara 3 sampai dengan 6 mm.
Maka sudu yang tipis dan tebal yang konstan akan memberikan effisiensi yang
tinggi, dimana dalam penulisan Tugas Akhir ini direncanakan ketebalan sudu
adalah sebesar 5 mm (Khetagurov, 1980).
4.1.5 Perencanaan Rumah Pompa ( casing)
Rumah (casing) pada pompa berfungsi untuk menghantarkan fluida ke
impeller dan mengkonversikan energi kinetik dari fluida yang mengalir dari
tempat penekanan impeller menjadi energi tekan. Pada umumnya rumah pompa
dibagi dalam dua tipe seperti yang telah diuraikan pada bab tiga, yaitu diffuser
casing dan volute casing. Dalam pemilihan bentuk dari casing yang sesuai untuk
dapat digunakan, dimana kapasitas dan head suatu pompa sangatlah menentukan.
Dalam perencanaan ini, hasil dari kapasitas adalah sebesar 50 L/s atau
(0,0138 m³/dt) dan headnya adalah sebesar 50 m atau (0,05 m³). Maka tipe rumah
pompa yang paling sesuai untuk digunakan dalam perencanaan ini adalah tipe
diffuser casing. Pada (lampiran) didapat bahan casing yang sesuai untuk
digunakan dalam perencanaan ini adalah cast iron (Sularso, 2004).
65
4.1.5.1 Tebal Rumah Pompa
1. Tekanan dalam rumah pompa
Tekanan dalam rumah pompa dapat ditentukan dengan memakai rumus
sebagai berikut ini :
P = γ . H
Dimana :
P = Tekanan dalam rumah pompa (kg/m)
H = Head total pompa ( 0,05m³)
γ = Berat jenis fluida (kg/m³) : 992 kg/m³ (lampiran kekentalan
air) pada (temperature air 40˚c).
Maka :
P = 992 x 0,05
P = 49,6 kg/m² atau = 4,96 kg/cm².
2. Tegangan izin
Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, dimana bahan casing yang
direncanakan adalah besi tuang kelabu (gray cast iron), yang mana tegangan yang
diizinkan untuk perencanaan rumah pompa yang terbuat dari besi tuang adalah
sebasar 250 kg/cm² (Bianchi, 1981).
1. Tebal casing
Ketebalan dinding rumah pompa dapat ditentukan dengan memakai
rumus persamaan sebagai berikut (Bianchi, 1981) :
S = P . D + 0,5
2 σ
66
Dimana :
P = Tekanan dalam pompa (kg/cm²)
σ = Tegangan tarik yang diizikan (kg/cm²)
D = Diameter casing (cm)
Maka :
S = 4,96 . 39,05 + 0,5
2,250
S = 86,5835 m atau S = 8,6 cm.
4.1.5.2 Baut Pengikat Rumah Pompa
Bahan pembuatan untuk baut pengikat rumah pompa didalam
perencanaan ini direncanakan adalah dari baja carbon dengan spesifikasi sebagai
berikut ini (Bianchi, 1981) :
Lambang = JIS B 1051
Kekuatan ( σ t ) = 80 kg/mm² = 8000 kg/cm².
Kekuatan tarik yang diizinkan adalah dengan menggunakan rumus, yaitu :
σ t = σ t
v
Dimana :
σ t = Kekuatan tarik yang diizinkan (kg/ cm²)
σ t = Kekuatan tarik bahan yang dipilih (kg/ cm²)
v = Faktor keamanan 4 untuk beban statis.
Maka :
σ t = 8000
4
σ t = 2000 kg/ cm².
67
Adapun besar gaya tekan dalam rumah pompa dinyatakan dalam
persamaan yaitu, sebagai berikut ini :
F = P x A
Dimana :
F = Besar gaya tekan dalam rumah pompa (kg)
P = Tekanan dalam rumah pompa (kg/ cm²)
A = Luas dalam (cm²)
A = π . D²
4
Dimana :
D = Diameter luar pompa
Maka :
F = 4,96 x 3,14 x 39,05²
4
F = 5937,36 kg.
Adapun gaya tarik baut dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut ini :
F1 = F
N
Dimana :
F1 = Gaya tarik baut
F = Gaya tekan dalam rumah pompa (kg/ cm²)
N = Jumlah baut
N = 8 (yang akan direncanakan)
Maka :
F = 5937,36
8
F1 = 742,17 kg.
68
Rumus yang dipakai untuk baut pengikat rumah pompa (dp) adalah :
σ t ≥ = ____F1____
π . (dp)²
4
Dimana :
σ t = Tegangan tarik yang diizinkan (kg/ cm²)
F1 = Gaya tarik baut (kg)
dp = Diameter baut pengikat (cm)
Maka :
dp ≥ = ____F1____ 0,5
π . σ t
4
dp ≥ = ___742,17___ 0,5
3,14 . 2000
4
dp ≥ = 2,36 cm
Maka dapatlah hasil dari diameter baut yang diambil sebesar 2,4 cm.
4.2 Perencanaan Komponen Pendukung
4.2.1 Perencanaan Bantalan
Bantalan (bearing) merupakan suatu elemen mesin yang berfungsi untuk
mendukung atau menumpu elemen mesin yang bergerak atau berputar, dengan
adanya bantalan ini maka putaran poros dapat berlangsung dengan baik dan aman.
Apabila pada mesin, dimana bantalan tidak berfungsi dengan baik maka
prestasi mesin tersebut secara keseluruhannya akan menurun atau tidak dapat
bekerja sebagai mana semestinya dan dapat mengakibatkan kerusakan yang lain.
Bantalan dapat dibedakan menurut beban yang didukungnya terhadap poros, yaitu
sebagai berikut :
69
1. Bantalan aksial
Dimana arah beban yang ditumpu oleh bantalan adalah sejajar
dengan sumbu poros.
2. Bantalan radial
Arah beban yang ditumpu oleh bantalan tersebut adalah tegak lurus
dengan sumbu poros.
3. Bantalan aksial radial
Pada bantalan ini arah beban yang akan ditumpu oleh bantalan
adalah kombinasi dari kedua beban yang sejajar dan tegak lurus
dengan sumbu poros.
Menurut gerakan yang terjadi pada bantalan terhadap poros, maka
bantalan dapat dibedakan atas dua tipe, yaitu : bantalan luncur dan bantalan
antifriksi. Jadi definisi dari bantalan adalah berfungsi untuk mendukung bagian
yang berputar dan membatasi geraknya.
4.2.1.1 Perhitungan Beban Ekivalen
Beban ekivalen dinamis adalah suatu beban yang besarnya sedemikian
rupa sehingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh
beban dan kondisi putaran sebenarnya. Pada perencanaan bantalan ini perhitungan
beban ekivalen terdiri atas dua, dimana penjelasannya adalah sebagai berikut :
1. Untuk bantalan radial
Pada bantalan radial ini, persamaan yang digunakan untuk bantalan radial
ini, yaitu sebagai berikut (Bianchi, 1981) :
Pr = X . V . Fr + YFa
70
2. Untuk bantalan aksial
Sedangkan pada bantalan aksial ini, rumus yang digunakan untuk
bantalan ini adalah, sebagai berikut (Bianchi, 1981) :
Pa = XFr + YFa
4.2.2 Perencanaan Pasak
Pasak adalah merupakan suatu elemen mesin yang berfungsi untuk
menetapkan bagian – bagian mesin terutama bagian mesin yang berputar. Pada
pompa sentrifugal pasak berfungsi untuk menetapkan atau mengikat impeller pada
poros pompa. Dengan demikian pasak tersebut memiliki fungsi untuk meneruskan
daya dan putaran dari poros ke impeller.
Dalam perencanaan ini, bentuk dari pasak yang akan digunakan adalah
pasak dengan bentuk penampang segi empat. Adapun tujuan dari dibuatnya pasak
segi empat adalah untuk memudahkan pada saat pemasangan dan pencabutan
yang sering dilakukan pasa saat perbaikan (over houl) pompa.
Pasak dengan penampang segi empat, dapat dilihat pada (gambar 4.5)
dibawah ini. Bahan pasak biasanya harus lebih lunak dari pada bahan untuk
perencanaan poros dan impeller, sehingga harga pasak relative lebih murah.
Dalam perencanaan ini bahan pasak yang akan digunakan adalah S 45 C dimana
mempunyai kekuatan tarik sebesar 70 kg/mm².
71
h b
h
L
T1 T2
Gambar 4.5 Pasak dan dimensinya.
Sumber : Bianchi, 1981.
4.2.2.1 Dimensi – dimensi Pasak
Dalam menentukan pemilihan dimensi – dimensi pasak dilakukan
berdasarkan pada besar diameter poros, dalam perencanaan ini diketahui diameter
poros adalah sebesar 60 mm, maka gaya Tangesial (F) pada permukaan poros
dapat ditentukan dengan rumus, yaitu sebagai berikut :
F = ( T )
Dp/2
Dimana :
F = Gaya Tangesial (kg)
dp = Diameter poros (mm)
T = Momen rencana dari poros (kgm)
T = 245562,18 kg.mm (lihat pada perhitungan momen puntir).
Maka :
F = 245562,18
60 / 2
F = 8185,41 kg.
Dp
72
Diameter poros 60 mm, dari tabel pasak (lampiran), maka didapat
dimensi – dimensi pasak yaitu :
b = 18
n = 11
Kedalaman alur pasak pada poros t`1 = 7,0 mm
Kedalaman alur pasak pada pra naf t`2 = 4,0 mm
Bahan pasak S 45 C dicelup dingin dan dilunakkan, maka Tb = 70
kg/mm² (kekuatan tarik). Persamaan yang digunakan adalah :
Skf1 . skf2 = 6 x 3
= 18.
Maka tegangan geser yang diizinkan adalah sebesar :
Tka = 70 / 18
Tka = 3,9 kg/mm².
Untuk diameter pada tekanan permukaan yang diizinkan Pa = 10 kg/mm² adalah :
P ≤ = _____ F_______
L x ( t1 atau t2 )
L = 8185,41
60 / 2
L = 272,85 mm.
Maka :
b/dp = 18 / 60 = 0,3.
Pada perencanaan ini sebaiknya lebar pasak berkisar antara 25 – 35 ∞, maka :
0,25 < 0,3 < 0,35 baik
Lk /dp = 272,85 / 60 = 4,55
73
Maka hasil dari pada ukuran pasak untuk perencanaan ini adalah :
18 x 4 standard
Panjang pasak didapat sebesar = 272,85 mm.
4.2.2.2 Penyekat Poros (shaft Seal)
Sekat poros (shaft seal) memiliki fungsi untuk mencegah agar udara
tidak masuk kedalam rumah pompa pada saat pengisapan dan mencegah
keluarnya air yang sedang dipompakan pada saat penekanan.
Pada perencanaan ini maka untuk mendapatkan penyekatan (sealing)
yang baik maka bahan sekat harus mempunyai sifat – sifat sebagai berikut ini :
1. Tahan terhadap tekanan air
2. Tahan terhadap temperature fluida
3. Tahan terhadap gesekan pada putaran poros.
74
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dalam setiap pemilihan suatu pompa haruslah terlebih dahulu diketahui
jenis fluida yang akan dialirkan, kapasitas aliran dan head yang diperlukan untuk
mengalirkan zat cair yang akan dipompa. Selain dengan ketepatan pemilihan
pompa, hal yang perlu diperhatikan agar pompa dapat bekerja dengan baik, perlu
diperhatikan pula tentang instalasi pompa. Instalasi pompa yang dimaksud disini
adalah meliputi letak pompa, perpipaan, katup, kran, belokan dan bak
penampungan. Berdasarkan hasil dari analisis perhitungan pompa, maka penulis
dapat menarik kesimpulan pada pompa yang dipilih seperti yang telah dijelaskan
pada spesifikasi perencanaan pompa berikut ini.
5.1.1 Spesifikasi Hasil Perencanaan
A. Perencanaan Pompa
Kapasitas pompa = 0,066 M³/s
Head pompa = 50 m (0,05 m³/s)
Putaran pompa = 2,975 Rpm
Daya pompa = 75 Kw
Putaran spesifik = 5216,17 Rpm
Jenis pompa = Sentrifugal
Tipe impeller = Radial (LSI)
Momen puntir = 24554,62 Kg/mm
75
B. Penggerak Pompa
Jenis penggerak pompa = Motor linstrik induksi
AC
Daya = 75 Kw
Voltage = 380 Volt
Phase = 3
Pole = 2
Putaran (speed) = 3000 Rpm
C. Ukuran - ukuran Utama Perencanaan
Diameter poros pompa = 60 mm
Diameter hub impeller = 70,32 mm
Diameter eye impeller = 138,90 mm
Diameter sudu sisi masuk = 139,90 mm
Lebar impeller sisi masuk = 27,60 mm
Sudut masuk sudu = 15˚
Kecepatan relatif fluida = 21,538 m/s
Kecepatan tangesial = 21,44 m/s
Jumlah tingkat = 1 tingkat
Diameter sisi keluar impeller = 273,05 mm
Lebar impeller sisi keluar = 14,8 mm
Kecepatan tangesial = 42,154 m/s
Sudut fluida teoritis = 7˚41`
Kecepatan relatif fluida keluar = 8,182 m/s
76
Kecepatan absolut teoritis = 35,44 m/s
Kecepatan tangesial aktual = 26,38 m/s
Sudut fluida aktual = 10˚ 13˚ 40,08``
Kecepatan absolut aktual = 26,72 m/s
Jumlah sudu = 8 buah
Jarak bagi antar sudu sisi hisap = 54,17 mm
Tebal sudu sisi masuk = 2,96 mm
Tebal sudu sisi keluar = 6,0 mm
Tebal rumah pompa = 8,6 cm
Diameter baut pengikat rumah pompa = 2,4 cm
Panjang pasak = 272,85 mm
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian pada unit produksi PDAM Tirta Meulaboh
tentang perencanaan ulang pompa sentrifugal berkapasitas 50 liter/detik, maka
saran yang dapat diberikan adalah :
1. Dengan hasil penelitian ini dapat dilanjutkan penelitian yang lebih luas
yaitu dalam hal perencanaan penjadwalan pemesanan komponen agar
komponen yang akan diganti dapat tersedia pada saat akan diganti.
Karena pembahasan Tugas Akhir ini hanya dibatasi pada perencanaan
ulang pompa sentrifugal berkapasitas 50 liter/detik, Maka untuk bisa
menenentukan alternatif penggunaan pompa yang baik perlu dibahas lagi suatu
penelitian atau studi lanjutan tentang masalah tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
1. Haruo Tahara, Sularso. 2004. Pompa dan Kompressor (terjemahan). Pradnya
Paramita, Jakarta.
2. M. White, Frank dan Hariandja, Manahan 1988. Mekanika Fluida
(terjemahan). Erlangga, Jakarta.
3. Manga, J.B. 1990. Dasar - dasar Pompa dan Perancangan. Fakultas Teknik,
Ujung Pandang.
4. Raswari. 1986. Teknologi Dan Perencanaan Sistem Perpipaan. Edisi Kedua.
Universitas Indonesia, Jakarta.
5. Streeter, Victor L. dan Prijono, Arko 1988. Mekanika Fluida (terjemahan).
Erlangga, Jakarta.
6. V.Giles, Ranald dan Herman Widodo Sumitro. 1984. Mekanika Fluida dan
Hidrolika (terjemahan). Edisi kedua., Erlangga, Jakarta.
7. Bianchi L.W.P dan Bustraan, Pompa (terjemahan) Hendarji, PT.Pradya
padamita, Jakarta 1981.
8. Chruch A.H, Pompa dan Blower Sentrifugal (terjemahan) Zulkifli
Harahap,.Erlangga, Jakarta 1986.
9. Khetagurov M, Marine Auxiliary Machinery and System, uni on of soviet
socialist republics, publishers Moscow 1980.
LAMPIRAN
Lampiran 1. Grafik fungsi dari Angka Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relatif.
Sumber : Sularso, 2004
Lampiran 2. Diagram Moody.
Sumber : Sularso, 2004
Lampiran 3. Tabel diagram poros.
Lampiran 4. Diagram Peterson
Lampiran 5. Ukuran Pasak dan Alur Pasak
Lampiran 6. Jumlah kebutuhan air maksimum per orang perhari menurut kelompok jumlah
penduduk.
Sumber : Sularso, 2004
Lampiran 7. Jumlah air yang dipakai per orang dan waktu pemakaiannya menurut jenis gedung
Sumber : Sularso, 2004
Lampiran 8. Putaran sikron motor listrik
Lampiran 9. Efisiensi transmisi
Lampiran 10. Perbandingan cadangan
Sumber : Sularso, 2004
Lampiran 11. Kerapatan dan kekentalan air pada 1 atm
Sumber : Manga, 1990
Lampiran 12. Efisiensi standar pompa
Sumber : Sularso,2004
Lampiran 13. Tabel standart bantalan
No. Bantalan
Ukuran luar (mm)
Faktor
beban aksial
Konstant
a
Kapasitas
nominal
dinamis
spesifik
(kg)
Kapasitas
nominal
statis
spesifik
(kg)
d D T B b r r1 p Y1 Y0 e C C0
30302 15 42 14,25 13 11 1,5 0,5 3,3 2,1 1,2 0,28 16,40 1000
30303 17 47 15,25 14 12 1,5 0,5 4,6 2,1 1,2 0,28 2030 1280
30304 20 52 16,25 15 13 2 0,8 4,4 2,0 1,1 0,30 2490 1670
30305 25 62 18,25 17 15 2 0,8 5,0 2,0 1,1 0,30 3300 2250
30306 30 72 20,75 19 16 2 0,8 5,2 1,9 1,0 0,32 4200 2970
30307 35 80 22,75 21 18 2,5 0,8 6,0 1,9 1,0 0,32 5350 3950
30308 40 90 25,25 23 20 2,5 0,8 5,0 1,7 0,95 035 6100 4750
30309 45 10
0
27,25 25 22 2,5 0,8 5,9 1,7 0,95 0,35 7600 6050
303010 50 11
0
29,25 27 23 3 1 6,1 1,7 0,95 0,35 8900 7150
30312 60 13
0
33,5 31 26 3,5 1,2 7,1 1,7 0,95 0,35 11900 9950
32304 20 52 22,25 21 18 2 0,8 8,2 2,0 1,1 0,30 3200 2350
32305 25 62 25,25 24 20 2 0,8 9,5 2,0 1,1 0,30 4400 3300
32306 30 72 28,75 27 23 2 0,8 9,7 1,9 1,0 0,32 5650 4500
32307 35 80 32,75 31 25 2,5 0,8 12,1 1,9 1.0 0,32 7000 5700
32308 40 90 35,25 33 27 2,5 0,8 12,3 1,7 0,95 0,35 8150 7000
32309 45 10
0
38,25 36 30 2,5 0,8 12,5 1,7 0,95 0,35 9850 8600
32310 50 11
0
42,25 40 33 3 1 13,7 1,7 0,95 0,35 1200 10800
Sumber : Sularso,2004
Lampiran 14. Pompa dan pipa yang digunakan
Sumber : Foto scan, 2013
RIWAYAT HIDUP
Nama : Riki Tandiyus
Tempat Tanggal Lahir : Meulaboh 01 April 1987
Jenis Kelamin : Laki - laki
Agama : Islam
Status : Belum Menikah
Alamat : Jl. Samudra II Lk.IV Kuta Asan Gampong Ujung Kalak
Kec. Johan Pahlawan Meulaboh Aceh Barat
Email : [email protected]
Orang Tua :
- Ayah : Ridwan
- Ibu : Cut Nursiah
Pendidikan :
- SD Negeri 13 Meulaboh 1994 - 2000
- SMP Negeri 1 Meulaboh 2000 – 2003
- SMK Negeri 2 Meulaboh 2003 - 2006
- S.1 Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar 2006 – 2014
Pendidikan Non Formal :
- Dayah Pesantren Ashabul Jalal Meulaboh Kab. Aceh Barat.
Pengalaman Organisasi :
- Ketua Kelompok Siswa Magang SMK 2 Bidang Teknik Mekanik
Otomotif Balai Latihan Pendidikan Teknik (BLPT) Semarang Provinsi
Jawa Tengah 2005 – 2006
- Kabag Humas Himpunan Mahasiswa Mesin (HMM) Jurusan Teknik
Mesin Universitas Teuku Umar 2008 - 2009
- Panitia Pelaksana Seminar Sumber Daya Energi 2009 Fakultas Teknik
Universitas Teuku Umar 2009
- Panitia Pelaksana Pekan Olahraga Mahasiswa Daerah (POMDA)
Universitas Teuku Umar 2009
- Team Relawan Gerakan Sadar Pendidikan (GSP) Tingkat SLTA
Se - Kabupaten Aceh Barat dan Aceh Jaya 2010
- Team Pelatihan Technologi Perbengkelan Menuju Modernisasi Sehat
Motor Medan 2010
- Panitia Pelaksana Maulid Akbar Nabi Muhammad SAW Pemerintahan
Mahasiswa (PEMA) Universitas Teuku Umar 2010
- Panitia Pelaksana Turnamen Voli Ball HUT HMM – III Tingkat SLTA
Se - Kabupaten Aceh Barat, Nagan Raya dan Aceh Jaya 2010
- Anggota UKM – Dakwah LDK AL – Hijrah Universitas Teuku Umar
2010
- Panitia Pelaksana Maulid Akbar Nabi Muhammad SAW Pemerintahan
Mahasiswa (PEMA) Universitas Teuku Umar 2010