Mesin-Mesin Fluida : Rancang Bangun Pompa Sentrifugal Untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air Dengan Daya 2 KW Dan Putaran 500 RPM

Gratis

5
74
109
3 years ago
Preview
Full text

TUGAS SARJANA MESIN-MESIN FLUIDA RANCANG BANGUN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MENSIRKULASIKAN AIR PADA INSTALASI TURBIN AIR DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 RPM TUGAS KHUSUS : PERENCANAAN IMPELER OLEH : BUKIT ANTON MANALU NIM : 020401045 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN 2007

  130 517 501 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN 2007 TUGAS SARJANA MESIN – MESIN FLUIDARANCANG BANGUN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MENSIRKULASIKAN AIR PADA INSTALASI TURBIN AIR DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 RPM TUGAS KHUSUS : PERENCANAAN IMPELEROLEH : BUKIT ANTON MANALU NIM : 02 0401 045 Telah disetujui dari hasil seminarTugas Sarjana Periode Ke-491 Tanggal 01 November 2007 Pembanding I Pembanding II Ir. MT NIP : 130 905 356 NIP : 132 282 136DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2007 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 871/TS/2007FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL : 04/06/2007 MEDAN PARAF : NAMA : BUKIT ANTON MANALUNIM : 020401045MATA PELAJARAN : MESIN-MESIN FLUIDASPESIFIKASI : RANCANG BANGUN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MENSIRKULASIKAN AIR PADA INSTALASI TURBIN AIR DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 RPM.

TUGAS SARJANA

  NAMA : BUKIT ANTON MANALUNIM : 020401045MATA PELAJARAN : MESIN-MESIN FLUIDASPESIFIKASI : RANCANG BANGUN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MENSIRKULASIKAN AIR PADA INSTALASI TURBIN AIR DENGAN DAYA 2 KW DAN PUTARAN 500 RPM. TUGAS KHUSUS : PERENCANAAN IMPELER Medan, 04 Juni 2007KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,Ir.

KATA PENGANTAR

  Adapun yang menjadi judul dari pada Tugas Sarjana ini yaitu “Rancang Bangun Pompa Sentrifugal Untuk Mensirkulasikan Air Pada Instalasi Turbin Air Dengan Daya 2 kW Dan Puataran 500 rpm” . Alfian Hamsi, MSc dan Bapak Tulus Burhanudin, ST, MT, selakuKetua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

BAB I PENDAHULUAN

  Seiring terjadinya krisis energi pada masa sekarang yang diakibatkan menipisnya sumber energi, maka dilakukanlah penelitian dan pengembanganguna mendapatkan teknologi yang dapat memanfaatkan sumber-sumber energi yang lebih ekonomis. Dimana pompa digunakan sebagai pengganti ketinggianjatuh air ( head ), hal ini dibuat untuk menghemat biaya dan mengurangi lama waktu pengerjaan Dalam hal ini penulis merancang pompa, yaitu salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan mesin kerja yang digunakan untuk memindahkanzat cair dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi karena adanya perbedaan tekanan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  MESIN-MESIN FLUIDA Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis poros menjadi energi potensial atau sebaliknya mengubah energi fluida(energi potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Pompa berfungsi untuk memindahkan fluida dari tempat yang rendahke tempat yang lebih tinggi.

2.3. KLASIFIKASI POMPA

  Secara umum pompa dapat diklasifikasikan dalam dua jenis kelompok besar yaitu : 1. Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump) 2.

2.3.1. Pompa Tekanan Statis

  Pompa jenis ini bekerja dengan prinsip memberikan tekanan secara periodik pada fluida yang terkurung dalam rumah pompa.  Pompa Putar (Rotary Pump)Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung diantara ruangan rotor dan rumah pompa, selanjutnya didorong ke ruang tengahdengan gerak putar dari rotor, sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akan dikeluarkan melalui sisi tekan.

2.3.2. Pompa Tekanan Dinamis

  Pompa yang termasuk dalam kategori ini adalah : pompa jet danpompa sentrifugal. Ciri-ciri utama dari pompa ini adalah: Prinsip kerja pompa sentrifugal adalah : energi mekanis dari luar diberikan pada poros untuk memutar impeler.

a. Klasifikasi Menurut Jenis Impeler

  Pompa aliran campurPompa ini menggunakan impeler jenis aliran campur (mix flow), seperti pada gambar 2.5. Pompa aliran aksialPompa ini (gambar 2.6) menggunakan impeler jenis aksial dan zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder rumahpompa ke arah luar.

b. Klasifikasi menurut bentuk rumah pompa

  Aliran fluida yang meninggalkan impeler secara langsung memasuki rumah pompa yang berbentukvolut (rumah siput) sebab diameternya bertambah besar. Difuser ini sering digunakan pada pompa bertingkat banyak dengan head yang tinggi.

c. Klasifikasi menurut jumlah tingkat

  Pompa bertingkat banyakPompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasang secara berderet pada satu poros (gambar 2.9). Zat cair yang keluar dari impeler tingkatpertama akan diteruskan ke impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga ke tingkat terakhir.

d. Klasifikasi menurut letak poros

  Pompa jenis poros tegak Poros pompa ini berada pada posisi vertikal, seperti terlihat pada gambar 2.10. Pompa ini memerlukan tempat yang relatif kecil dibandingkan dengan pompa poros mendatar.

e. Klasifikasi menurut belahan rumah

  Pompa belahan mendatarPompa ini mempunyai belahan rumah yang dapat dibelah dua menjadi bagian atas dan bagian bawah oleh bidang mendatar yang melalui sumbu poros. Jenis pompa ini sering digunakan untuk pompa berukuran menengah dan besar dengan poros mendatar.

f. Klasifikasi menurut sisi masuk impeller

  DASAR-DASAR PEMILIHAN POMPA Dasar pertimbangan pemilihan pompa, didasarkan pada system ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dan Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa yang digunakan adalah analisa fungsi pompa terhadap instalasi pemipaan, kapasitas, head,viskositas, temperature kerja dan jenis motor penggerak. Kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini adalah: Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini, maka dengan mempertimbangkan sifat pompa dan cara kerjanya,dipilih pompa sentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni.: Head pompa adalah energi yang diberikan pompa ke dalam fluida dalam bentuk tinggi tekan.

2 Dan hubungan dari kondisi kerja ini adalah E = E -E , atau dapat dituliskan :

  Q = [ ½ m 2 .v 2 + m 2 .g.h 2 ] – [ ½ m 1 .v 1 + m 1 .g.h 1 ] 2 2 (P 2 -P 1 ) . Q = ½ [(m 2 .v 2 ) – (m 1 .v 1 )] + [(m 2 .g.h 2 ) – (m 1 .g.h 1 )] …………(1) Dimana : Q = A .

2.7. PUTARAN SPESIFIK

  Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan dapat dihitungberdasarkan : n Q n =s 3 /4 H p Dimana : n s = putaran spesifik [rpm] n = putaran pompa [rpm]Q = kapasitas pompa [Gpm]H p = head pompa [m] Karena yang digunakan adalah satuan internasional dimana kapasitas dalam 3 satuan m /s maka rumusnya menjadi: n Q n =s 51 , 64 . g p N = p η pDimana : N p = daya pompa [watt] 3 Q = kapasitas pompa [m /s] H p = head pompa [m] 3 ]ρ = rapat jenis fluida [kg/m p = effisiensi pompa η 2.9.

b. Kerugian minor

  Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliarn seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan, saluran masuk dan keluarpipa. Rumus : h m = K.g V 22 Dimana : V = kecepatan rata-rata aliran fluida dalam pipa [m/s] g = gravitasi bumi [m/s 2 ]K = koefisien minor loses (diambil dari tabel 2.2) Koefisien minor loses K pada transisi dan fitting dapat dilihat pada tabel berikut.

2.10 INSTALASI POMPA

Pompa tidak dapat bekerja sendiri tanpa fasilitas penunjangnya seperti pipa-pipa dan katup-katup. Hal –hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakanfasilitas penunjang pompa adalah sebagai berkut :

2.10.1. Tata letak pompa

2.10.2 Pemipaan

  Ruang pompa harus direncanakan dengan memperhatikan jalan masuk mesin, tempat dan ruangan untuk membongkar dan memasang pompa, jalan untuk (1) Pipa HisapDalam merencanakan pipa hisap, tindakan pengamanan perlu diambil : a. Kecepatan aliran di dalam pipa diambil 1 sampai 2 m/s untuk pipa berdiaeter kecil dan 1,5 sampai 3,0 m/s untuk ppaberdiameter besar.

2.10.3. Katup

Katup dipakai dalam instalasi pompa untuk menutup aliran pompa, mencegah aliran balik, atau mengatur aliran. Dalam beberapa hal dipakai

2.11. KARAKTERISTIK KINERJA POMPA

  Bentuk pompa pada umumnya tergantung pada µ . Karakteristik sebuah pompa dapat digambarkan dalam kurva-kurva karakteristik kinerja pompa yang menyatakan besarnya head total pompa, dayaporos, dan efisiensi pompa terhadap kapasitas.

BAB II I PENETAPAN SPESIFIKASI Dalam pemilihan pompa untuk maksud tertentu, agar dalam

  pengoperasiannya pompa tersebut dapat beroperasi dengan baik dan benar seperti yang diinginkan, terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran dan head yangdiperlukan untuk mengalirkan fluida yang akan dipompakan. Selanjutnya untuk menentukan penggerak mula yang akan digunakan, terlebih dahulu harus dilakukan penyelidikan tentang sumber tenaga penggerakpada tempat pompa tersebut dioperasikan dan besarnya daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa tersebut.

3.1 KAPASITAS ALIRAN

  Head pompa adalah besarnya energi yang diperlukan pompa untuk memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaanakhir. Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akandilayani oleh pompa tersebut.

45 Turbine

  Kapasitas Aliran Kapasitas suatu aliran pompa akan menentukan ukuran pompa dan daya yang dibutuhkan oleh pompa tersebut. Semakin besar kapasitas yang dialirkan olehpompa maka semakin besar pula ukuran dan daya pompa yang diperlukan.

3.2.1. Perbedaan Head Tekanan ( ∆ H )

  p Head tekanan merupakan energi yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam sistem kerja ini tekananair memasuki pompa adalah sama dengan tekanan keluar yaitu 1 atmosfer, maka beda head tekanan pada sistem ini adalah nol.

3.2.2. Perbedaan Head Kecepatan Aliran ( ∆ H )

  A p s s3 l Dimana : Q = kapasitas pompa = = 0,037 m /s p 37 s V = kecepatan aliran dalam pipa isap (m/s) s2 2 A = π / s is 4 .( d ) = luas bidang aliran (m ) d = diameter dalam pipa isap (m) isSehingga diameter pipa isap adalah: 4 . Dalam perencanaan ini head statis dapat dilihat pada Gambar 3.1 yaitu: H S1 = 1 mAdapun Head Efektif (H ef ) untuk menghasilkan daya air sebesar 2554 Watt untuk menggerakkan turbin sebesar 7,05 m, sehingga :H S = H S1 + H ef = 1 + 7,05 = 8,05 m 3.2.4.

3.2.4.1. Kerugian Head Sepanjang Pipa Hisap

a. Kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap

  g Dimana : h = kerugian karena gesekan (m) f f = factor gesekan (diperoleh dari diagram Moody)L = panjang pipa isap (m) s −x x x x 12 948 , 2) 1,98 ( 1540 , 9 = 0,015 x 81 , fs ) =0,000298 diperoleh factor gesekan (f) = 0,015. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy Weisbach adalah:h dan (ε /d i 6 (turbulen)Dari diagram Moody (lampiran 1) untuk Re = 2,989.10 6 = 2,989.10 10 02 ,1 1,98 1540 , d i = diameter dalam pipa = 0,1540 m Sehingga bilangan Reynold (Re) adalah:Re =6 2/s m υ = viskositas kinematik air pada suhu 20 C = 1,02 .

b) Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa isap (h

  ms ) Beasarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa menurut dapat diperoleh dengan persamaan:h m = Σ n.k g V s . hal 152] dimana : n = jumlah kelengkapan pipak = koefien kerugian akibat kelengkapan pipaUntuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat adanya kelengkapan pipa, maka perlu diketahui terlebih dahulu jenis kelengkapanpipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap.

3.2.4.2. Kerugian head sepanjang pipa tekan (H

Ld )

a. Kerugian head akibat gesekan pipa tekan (H

  fd ) Pipa tekan dari pompa menuju storage tank direncanakan menggunakan pipa selang plastik dengan ukuran diameter nominal 5 in Ukuran pipa tersebutadalah: ) = 5,047 in = 0,1281 m ) = 5,563 in = 0,1413 mBesarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan menurut Darcy Weisbach dapat diperoleh dengan persamaan : hf = f g V xd Ld d . hal 133] Dimana : hf = kerugian karena gesekan (m) f = factor gesekan (diperoleh dari diagram Moody)L d = panjang pipa tekan (m) di = diameter dalam pipa = 0,1281 m V d = kecepatan aliran fluida = 2,87 m/s 5 V xd Ld id d .

b. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa tekan (h

Besarnya kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah: hmd = g md ) . 22Σ dimana untuk memperoleh harga koefisien peralatan, dari gambar perencanaaninstalasi sepanjang pipa tekan terdapat peralatan yang dipasang dan disajikan pada table berikut : Tabel 3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pada pipa tekan Jenis peralatanJumlah (n)K n.k Sambungan 1 1,4 1,4Gate valve (katub gerbang) 1 0,16 0,16Belokan 90 1 1,265 1,265Ujung keluar pipa 1 1,0 1,0Belokan 45 2 0,32 0,64 Total koefisien kerugian 4,465 V nk = 0,629 m + 1,926 m= 2,555 m H L= h Ls + h Ld H ∆ H v + ∆ H p + ∆ Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan:H pompa = Maka harga kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah: hmd = = 0,051 m + 1,875 m= 1,926 m maka kerugian head total (hL ) H L= (0 + 0,22 + 8.05 + 2,555) m= 10,825 m = 1,875 mDengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah: hLd = h fd + h md 2 )87 , 2 (2x 9 81 , = 4,465 x 22Σ . V nk g S

3.3. PEMILIHAN JENIS POMPA

  Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan harga kapasitas, Q = 0,037 m 3 /s dan head, Hp = 10,825 m maka dari gambar 3.2 dapat dilihat jenis pompa yang cocok Gambar 3.2 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa sentrifugal.

3.4. Perhitungan Motor Penggerak

  Harga motor bakar lebih murah dibandingkan dengan motor listrik, karena daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa cukup besar. Dengan menggunakan motor bakar maka kapasitas dan daya yang dihasilkan pompa dapat diubah-ubah dengan cara mengubah putaran motor bakar.

3.5. PUTARAN SPESIFIK DAN TIPE IMPELER

  Impeler adalah roda atau rotor yang dilengkapi dengan sudu-sudu, dimana sudu-sudu ini berguna untuk memindahkan energi mekanis poros menjadi energifluida, tipe impeler suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut. Putaran spesifik untuk pompa yang memiliki impeler satu tingkat dapat dihitung menggunakan persamaan :n 1 s = n 75 , p p 1 75 , 2 / Sehingga : n1 s = (1450) Q p = kapasitas pompa = 0,037 m3 /det = 586,51 gpmH p = head pompa = 10,825 m = 30,105 ft n = putaran pompa = 1450 rpm ..…..

3.6. EFFISIENSI POMPA

  Karasik Dimana kondisi pompa adalah:3 Q = kapasitas pompa = 0,037 m /det = 586,51 gpm pPutaran spesifik (n ) = 2500 rpm s Sehingga dari grafik tersebut, diperoleh efisiensi sebesar 80%. Akibat yang ditimbulkan kavitasi adalah: Kavitasi pada dasarnya dapat dicegah dengan membuat NPSH yang tersedia lebih besar dari NPSH yang diperlukan.

3.8.1. NPSH yang Tersedia

  NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa yang dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebutdikurangi dengan head isap statis dan kerugian gesek didalam pipa. Besar NPSH yang tersedia dapat dihitung dengan persamaan berikut ini: P P12 NPSH = − − Z − HA A S γ γDimana : 52 P = Tekanan pada pipa isap = 1,0133.10 N/m1 2 P = Tekanan uap jenuh airpada temperature 20 C = 2340 N/m23 γ = Berat zat cair per satuan volume pada suhu 20 = 9790 N/mZ = Head isap statis = 1 m AH = Kerugian head didalam pipa isap = 0,629 m S Maka :5   1 , 0133 .

3.8.2. NPSH yang Diperlukan

  Namun untuk perhitungan NPSH yangdiperlukan dapat dihitung dari konstanta kavitasi σ seperti di bawah ini: H suN σ = H n dimana:σ = Koefisien kavitasi = 0,6 H = NPSH yang dibutuhkan suNH = head total pompa n Sehingga besarnya NPSH yang diperlukan adalah:NPSH = σ . H R n = (0,6) x (10,825)= 6,495 m maka NPSH > NPSHA R Dari hasil perhitungan yang diperoleh di atas NPSH yang tersedia lebih besar daripada NPSH yang diperlukan, sehingga pompa yang direncanakan dapatberoperasi tanpa terjadi kavitasi.

3.9. DAYA MOTOR PENGGERAK

  hal 243] pη P 23 γ = ρ g = 998 (9,81m /s) = 9790N/m × η = effisiensi pompa = 0,8 PSehingga: Q × H × γ T N = = Pη P , 037 × 10 , 825 × 9790= , 8= 5,376 kWDalam perencanaan ini kami ambil daya pompa sebesar 5,58 kW untuk menanggulangi kebocoran pada sistem pemipaan. hal 58] m η TDimana: N = daya motor penggerak (kW) mN = daya pompa = 5,6 kW p α = factor cadangan daya = (0,1 ÷ 0,2) untuk motor bakar besar diambil 0,2η = effisiensi transmisi = 0,93 (Sabuk Rata) T 1 , + 5,6 x ( 2 ) N = m , 93 = 7,22 kWBerdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor bakar dengan daya 7,22 kW.

3.10. SPESIFIKASI HASIL PERENCANAAN

Dari perhitungan di atas maka ditetapkan spesifikasi perencanaan sebagai berikut :3

BAB IV UKURAN – UKURAN UTAMA POMPA

4.1. PERENCANAAN POROS POMPA

  hal 7]Dimana: b σ = kekuatan tarik bahan = 48 kg/mm2 S 1 f = factor keamanan bagi kelelahan puntir = 6 (bahan baja S-C) Sehingga tegangan geser ijin ( gτ ) bahan poros adalah: = 31,761 mm = 32 mmTegangan geser yang akan timbul adalah g 4.2 . τ ) lebih kecil daripada tegangan geser ijin ( g (kg/mm2 )= 0,878 kg/mm2 Terlihat bahwa tegangan geser yang timbul pada poros ( g 32 642 482 ,5 1 , 5 x 3 = d M x 5 s t τ=3 1 , x x x gτ  5 4 1 , 2 1 25 , = 4 kg/mm2 Dari hubungan di atas maka diperoleh ukuran diameter poros (d s ) ds = 3 /1 5642 482 ,75 , 48x 6 2 = Fungsi utama pasak adalah untuk memindahkan daya dan putaran dari poros ke impeler.

4.2.1. Pemeriksaan Terhadap Tegangan Geser

Momen torsi yang bekerja pada poros akan menimbulkan gaya tangensial(F ) pada permukaan sekeliling poros yaitu : t F = M /r …… [Literatur 4 hal 25] t t p = d /2 = 32/2 = 16 mm pMaka: F = 5642,482 /16 = 352,427 kg.mm tGaya tangensial ini akan menyebabkan terjadinya tegangan geser pada pasak yang besarnya : τ = F /A …… [Literatur 4. hal 12] g t gDimana: A = luas bidang geser = b x l = 10 x 35 g2= 350 mm maka: τ g = 352,427 /3502= 1,007 kg/mm Sedangkan tegangan geser yang diijinkan untuk bahan pasak adalah:σ b τ = g S × S f 1 f2 Dimana:2 σ b = kekuatan tarik bahan = 40 kg.mmS = factor keamanan bagi batas kelelahan puntir = 5,6 (baja paduan) f1 S = factor keamanan terhadap alur pasak dan perubahan diameter f2 poros (1,3 ÷ 3,0), direncanakan 2,5 τ= 5 , 2 6 , 5 40x = 2,857 kg/mm2 Dimana tegangan geser ( gτ ) = 1,007 kg/mm2 dan tegangan geser ijin ( gτ ) = 2,857 kg/mm2 , maka g τ < gτ sehingga poros aman terhadap tegangan geser.

4.2.2. Pemeriksaan Terhadap Tegangan Tumbuk

  Tegangan tumbuk yang terjadi adalah :pτ = F t /A b …… [Literatur 4. hal 27] Dimana:A b = luas bidang tumbuk = l x t = 35 x 5 = 175 mm2 p τ = 352,427 / 175= 2,013 kg/mm2 Sedangkan tegangan tumbuk yang diijinkan untuk bahan pasak adalah: p τ = 2 x gτ = 2 x 2,857 kg/mm2= 5,714 kg/mm2 Maka p τ < p τ sehingga pasak aman terhadap tegangan tumbuk.

4.3. RUMAH POMPA

  Rumah pompa adalah bagian yang sangat penting dari sebuah pompa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dan mengubah energi kinetik fluida menjadienergi tekanan. Rumah pompa dapat dibedakan atas 3 jenis:  Rumah pompa diffuser Rumah pompa volut Rumah pompa vortek, Dengan uraian ketiga jenis rumah pompa di atas maka jenis rumah pompa yang digunkan adalah rumah pompa jenis volut karena cocok untuk pompa satu tingkat.

4.3.1. Perencanaan Bentuk Rumah Pompa

3 Pada perhitungan sebelumnya diperoleh Q = 0,037 m /s dan H = 10,825P m dengan harga n = 1450 rpm, V /U = 0,41 sehingga dari persamaans thr2 diperoleh : V = (V /U ) x U thr thr22= 0,41 x 8,944= 3,667 m/s

4.3.1.1. Lebar Saluran Keluar (throat) Volute (A )

  thr Luas penampang kerongkongan rumah keong (throat volute) (A ) adalah : thr 6 Q . 10 A = …… [Literatur 12.

4.3.1.2. Jari-Jari Lingkaran Rumah Volute (R )

thrA thr r = …… [Literatur 12. hal 62] thrπ 10089 , 99 = = 56,68 mm 3 ,

14 Nilai jarak antara impeler dengan lidah volute yang dapat diterima dan masih tetap memberikan effisiensi yang baik adalah (5 ÷ 10)% dari R

2 Dalam perancangan ini diambil jarak impeler dengan lidah volute 8 % dari jari-jari luar impeler, sehingga :t = 0,08 x R2 = 0,08 x 103,5 = 8,28 mmJari-jari lingkaran pada kerongkongan rumah keong adalah: R = R + t + r thr 2 thr= (103,5 + 8,28 + 56,68) mm = 168,46 mm

4.3.1.3. Penampang dan Jari-Jari Volute

 ϕ v 2   A = A = π x r …… [Literatur 12. hal 63] v thr vi 360   Dimana: r = jari-jari lintasan antara casing dengan impelervi A v r = viπ Untuk v ϕ = 45 maka diperoleh:  v  ϕ  A = A v thr 360    45 = 10089,99  360  2= 401,97 mm 401 , 97 sehingga : r = = 20,44 mmvi 3 , 14 Besarnya harga r diperoleh dari: v r = r + R + tv vi2= 20,44 + 103,5 + 8,28= 123,22 mm φ

4.3.1.4. Sudut Lidah Volute ( )

  t Rumah keong tidak bermula dari garis nol yang telah ditetapkan, tetapi bergeser sejauh sudut φ , besarnya sudut φ adalah :t t 132 . hal 64] t tan ' α2 Dimana :' α = sudut fluida keluar absolut = 12,292 R = jari-jari luar impeler = 103,5 mm2 R = jari-jari lidah t= (1,05 ÷ 1,10) R2 = 108,67 ÷ 113,85R = 110 mm (direncanakan) t Maka: 132 .

4.3.2. Tebal Dinding Rumah Pompa

  Tebal dinding rumah pompa dapat dihitung menurut persamaan sebagai berikut : td = x.y. = R + R = 151,86 + 168,42 = 318,24 mm V 180 v 360P = tekanan pada rumah pompa = 0,107 N/mZ = toleransi untuk ketelitian penuangan = 2-3, diambil 32 = tegangan tarik bahan = 24 kg/mmσ maka akan diperoleh: x , 107 318 , 24 x 2 24= 8,55 mm ≈ 9 mm Tebal dinding rumah pompa yang direncanakan adalah 9 mm.

4.3.3. Ukuran-Ukuran Rumah Pompa

Jenis rumah pompa : Volute2 Penampang saluran keluar (A ) : 10089,99 mm thrSudut lidah volut ( φ ) : 16,02Tebal dinding rumah pompa : 9 mmBahan rumah pompa : JIS G 5501 FC 20 (Besi Cor)

BAB V TUGAS KHUSUS

5.1. PERENCANAAN IMPELER

  Impeler adalah salah satu komponen pompa yang berfungsi memberikan kerja pada fluida, sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Beberapa sifat yang harus dipenuhi oleh bahan impeller adalah kuat, tahan aus dan tahan terhadap korosi, memiliki bobot yang ringan serta ekonomis,berdasarkan pertimbangan di atas maka bahan impeler yang dipilih adalah material yang dapat beroperasi pada suhu tinggi, yaitu Cast Iron (Lampiran 4).

5.2. UKURAN – UKURAN UTAMA IMPELER

  Ukuran-ukuran utama Impeler Keterangan gambar : d = diameter mata impelersD = diameter hub H d = diameter sisi masuk impeler1 d = diameter sisi keluar impeler2 b = lebar sisi masuk impeler1 b = lebar sisi keluar impeler2 5.2.1. Diameter Sisi Masuk Impeler (d )1 Diameter sisi masuk impeler (d ) yang memiliki kelengkungan dapat1 dicari dengan mengambil dimeter rata-rata dari diameter mata impeler (d ) dan diameter hubung (d ) yang ditulis sebagai berikut : h 22 1 /2   o h + d d d = …… [Literatur 6.

5.2.4. Diameter Sisi Keluar Impeler (d )

  2 Dapat diperoleh dari perssamaan: φ H 1840 . p d = …… [Literatur 6.

5.2.5. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk (b )

1 Lebar impeler pada sisi masuk dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Q th b = …… [Literatur 6. hal 108]1π x d x1 V x ε r11 Dimana:3 Q = kapasitas teoritis pada sisi isap = 0,03885 /s th d = diameter sisi masuk impeler = 0,118 m1 V = kecepatan fluida radial sisi masuk r1 = V + (5% ÷ 10%) x V= 1,98 + (0,099 0,198) ÷ = (2,079 ÷ 2,178), diambil 2,1 m/sε = factor kontraksi pada sisi masuk (0,8 – 0,9) dan ditetapkan 0,851 Maka: , 03885 b =1 3 , 14 x , 118 x , 85 x 2 , 1 = 0,0587 m= 58,74 mm ≈ 59 mm

5.2.6. Lebar Impeler Sisi Keluar (b )

2 Lebar impeller sisi keluar diperoleh dari persamaan :

Q th b = …… [Literatur 6. hal 108]2 x d x V x π ε 2 r22 ÷ ε = factor kontraksi pada sisi keluar2= (0,9 – 0,95) dan ditetapkan 0,9 Maka:, 03885 b =2 3 , 14 x , 207 x 1 , 95 x , 9= 0,0340 m= 34,05 mm ≈ 34 mm

5.2.7. Berat Impeler

  Untuk menghitung berat impeler secara tepat cukup rumit, sehingga dilakukan perhitungan tidak dengan menggunakan perhitungan secara pendekatandikarenakan memiliki ralat yang cukup besar maka dilakukanlah perhitungan dengan menggunakan timbangan neraca. Berat impeler dapat dihitung dengan rumus :W i = m x g ......

5.3. KECEPATAN DAN SUDUT ALIRAN FLUIDA MASUK IMPELER

  5.3.1. Kecepatan Aliran Absolute (V )1 Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak α ) = lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absolute (1 90 C dan kecepatan aliran absolute (V ) adalah sama dengan kecepatan radial1 aliran pada sisi masuk (V ) = 2,1 m/sr1 5.3.2.

5.3.3. Sudut Tangensial (

β )1 Untuk aliran fluida masuk secara radial ( α = 90), maka sudut sisi masuk( β ) dapat dihitung dengan persamaan berikut :1 V r1 β = arc tan1 U1 2 , 1 = arc tan 8 , 95 = 13,204Maka segitiga kecepatan pada sisi masuk impeler dapat digambarkan sebagai berikut : 1 r1 (9,193 m/s) W (2,1m/s) V1 13,204° (8,954 m/s) U Gambar 5.3 Segitiga kecepatan pada sisi masuk (Skala 1:100) Dari gambar 5.3 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk impeler (W ) adalah:1 Vr1 W =1 sin β1 2 , 1= Sin 13 , 204= 9,193 m/s

5.4. KECEPATAN DAN SUDUT ALIRAN KELUAR IMPELER

5.4.1. Kecepatan Radial Aliran (V )

  Kecepatan Tangensial (U )2 π x d x n 2 p U =2 60 3 , 14 x , 207 x 1450 = 60 = 15,707 m/s 5.4.3. Dalam menentukan sudut tangensial sisi keluar impeler ( β ) harus diperhatikan2 head virtuil yang direncanakan, sebab tidak bekerja dengan baik apabila head virtuil pompa lebih kecil dari head pompa.

7 Untuk menghitung sudut tangensial sisi keluar impeler dilakukan menurut

persamaan berikut: U  2 r V 2 H = U −vir2   g tan β2  Dimana: H = head virtuil impeler = 15,714 m virU = kecepatan tangensial keluar impeler = 15,707 m/s2 V = kecepatan radial keluar impeler = 1,95 m/s r2 β = sudut tangensial sisi keluar impeler2 Maka:  15 , 707 1 , 95 15 , 707 −15,714 =   9 ,81 tan β 2  β = 0,764 tan2 β = 37,3792

5.4.4. Kecepatan Absolut Tangensial (V )

  Kecepatan Tangensial (V ’)u2 Kecepatan Tangensial pada sisi keluar dihitung dengan persamaan:' V = u 2 η x V u2 ∞ ∞ V 1 ( − + ) 944 , , 8 707) 15 ( 95 , =22 V U V − + W '2 =22222 ) ' ( ) ' ( u r 5.5.5. Kecepatan Relatif (W '2 ) = 16,084 1− 15 95 , , 8 707 −= arc tan 944 , V U η = kofisien sirkulasi (0,65 – 0,75), diambil 0,68Maka: V ' 2 u = 0,68 x 13,154 m/s '222 u r β = arc tan' β )'2 5.5.4.

5.6. PERENCANAAN SUDU IMPELER

  Perencanaan sudu impeler merupakan hal penting dalam perencanaan pompa, karena hal ini mempengaruhi performasi yang dihasilkan pompa yangakan dirancang. Tipe sudu yang direncanakan adalah sudu yang membengkok ke belakang.

5.6.1. Jumlah Sudu (Z )

1 Jumlah sudu dapat dihitung dengan rumus :

 2 1  + β β + d d1 2 Z = 6,5 × sin …… [Literatur 6. hal 115]   d − d2 1   2  Dimana: d = diameter luar impeler (207mm)2 d = diameter sisi masuk impeler (118 mm)1β = sudut tangensial sisi masuk impeler (13,204 )1 β = sudut tangensial sisi keluar impeler (37,379 )2 maka: 37 , 379    × sinZ = 6,5 207 − 118 2    = 6,426 = 6 suduMenurut Austin, 1983, jumlah sudu adalah 5-12, maka diambil: z = 6 buah

5.6.2. Jarak Antara Sudu Impeler

Jarak tiap sudu dapat ditentukan dengan rumus berikut:π x d S = Z = diameter sisi keluar (d ) = 207 mm2 Z = jumlah sudu ( Z = 6 )Maka : π x 118Untuk sisi masuk : S = = 61,75 mm1 6 π x 207 Untuk sisi keluar : S = = 108,33 mm2 6

5.6.3. Tebal Sudu (t)

Tebal sudu dapat ditentukan dengan persamaan berikut :π ε β x d ( 1 − ) x sin t = …… [Literatur 6. hal 106] Z Dimana: t = tebal sudu d = diameter impeler, untuk sisi masuk = 118 mm dan untuk sisikeluar = 207 mm ε = factor konstruksi, untuk sisi masuk ( ε ) = 0,8 dan untuk sisi keluar1( ε ) = 0,902 β = sudut tangensial, untuk sisi masuk ( β ) = 13,204 , untuk sisi keluar1( β ) = 37,3792 Z = jumlah sudu (6 buah) π x 118 ( 1 − , 8 ) x sin 13 , 204 t =1 6= 2,821 mm direncanakan 3 mmTebal sudu sisi keluar (t ) adalah:2 π x 207 ( 1 − , 9 ) x sin 37 , 379 t =2 6 = 6,576 mm direncanakan = 7 mm

5.6.4. Melukis Bentuk Sudu

  Maka diperoleh: R adalah:β ∆ ) terhadap perubahan ∆ = 11,125 mmPerubahan besar sudut kelengkungan ( β 59 103 5 , − 4 R = ∆ Dimana: i = menyatakan lingkaran bagian dalamo = menyatakan lingkaran bagian luarHarga-haraga setiap jari-jari busur dan sudut pada setiap bagian lingkaran yang membentuk sudut impeler dihitung dan ditabelkan pada table 5.1 berikut: 6. Gambarkan lingkaran a, b, dan c diantara R1 dan R2 dengan ∆ R = 11,125 mm D 92,375 8.533,14 31,333 78,902 5,44 1931,58 117,534 2 103,5 10.712,25 37,379 82,244 3,342 2179,11 326,018Adapun langkah-langkah melukis sudu impeler adalah sebagai berikut: ρ(mm) Tabel 5.1.

5.6.5. Panjang Sudu

  Untuk menentukan panjang sudu maka diukur sudut yang terbentuk dari gambar lukisan berbentuk sudu impeler, yaitu: ∠ APB = 47 ∠ BQC = 19 ∠ CRD = 12 ∠ DSE = 10 Ln = π . ρ …… [Literatur 6.

5.6.6. Berat Sudu

  Pada impeler terdapat 6 sudu yang sama dimensinya, sehingga berat total pendekatannya dapat dihitung untuk 6 buah sudu dengan persamaan berikut: b b t t  +1 2   +1 2 W = Z. hal 62] sd     2 2    34 −   +=   +       +   2 .52121 =   2 6 59 148 818 , 2 Dimana:Z = jumlah suduL = panjang sudu (mm) b1 = lebar sudu sisi masuk (mm) b2 = lebar sudu sisi keluar (mm) t1 = tebal sudu pada sisi masuk (mm) t2 = tebal sudu pada sisi keluar (mm) 3 7 2 6 14 , 10 867 25 , N x xt t b b L Z Wsd W t = W i + W sd …… [Literatur 13.

5.7. UKURAN-UKURAN UTAMA IMPELER

Dari hasil perhitungan diatas maka diperoleh ukuran impeler sebagai berikut: β ) = 37,3792

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. KESIMPULAN

  Berdasarkan hasil perhitungan dan perencanaan yang telah dilakukan pada bab terdahulu, maka diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Pompa yang digunakan untuk mensirkulasikan air pada instalasi turbin air dengan daya 2 KW dan putaran 500 RPM adalah pompa sentrifugal aliranradial dengan data-data pompa sebagai berikut :3 2.

6.2. SARAN

  Diharapkan supaya setiap mahasiswa yang mengambil tugas akhir atau skripsi melakukan survey terlebih dahulu karena dalam menyelesaikantugas akhir atau skripsi sangat diperlukan data – data penting pompa sebagai data pembanding dengan yang akan dirancang maupun rancangbangun dan pengamatan langsung terhadap mesin pompa serta instalasinya agar mudah dipahami dan dikerjakan. Sangat baik bagi mahasiswa yang mengerjakan tugas akhir yang merancang bangun, melengkapi dan membaca buku referensi yanglengkap agar dalam perhitungan yang didapat lebih teliti.

DAFTAR PUSTAKA

  [11] Pakpahan, Andesta, Tugas Sarjana Rancang Bangun Pompa Sentrifugal untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air dengan Daya : 2 KW dan Putaran : 500 RPM dengan Tugas Khusus Instalasi danKarakteristik Pompa, Departemen Teknik Mesin USU, Medan, 2007. [12] Saragih, Erda Wijaya, Tugas Sarjana Rancang Bangun Pompa Sentrifugal untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air dengan Daya : 2 KW dan Putaran : 500 RPM dengan Tugas Khusus Perancangan RumahPompa, Departemen Teknik Mesin USU, Medan, 2007.

RANCANG BANGUN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK

  Disini penulis merancang pompa, yaitu salah satu mesinfluida yang termasuk dalam golongan mesin kerja yang digunakan untuk memindahkan zat cair dari tempat yangrendah ke tempat yang lebih tinggi karena adanya perbedaan tekanan. Universitas Sumatera Utara Perancangan ini bertujuan untuk membuat sebuahpompa air yang digunakan untuk mensirkulasikan air dari bak penampungan ke turbin air yang berada dilaboratoriummotor bakar Departemen Teknik Mesin USU.

TUGAS KHUSUS PERENCANAAN IMPELER

Beberapa sifat yang harus dipenuhi oleh bahan impeler adalah kuat, Universitas Sumatera Utara sudu yang terlalu banyak akan menyebabkan kerugian gesek yang besar. KESIMPULANKapasitas pompa (Q ) : 0,037 m /s Head pompa (H ) : 10,825 mPutaran pompa ( ) : 1450 rpm Jenis pompa : Pompa sentrifugal aliran radialPutaran spesifik ( ) : 2500 rpm Tipe impeller : RadialDaya pompa (N ) : 5,6 kW Daya motor bakar (N ) : 7,22 kWPenggerak pompa : Mesin Diesel : JIS G 4501 S30C Diameter poros tempat impeler : 32 mm Universitas Sumatera Utara Jenis rumah pompa : Volute Penampang saluran keluar (A ) : 10089,99 mmSudut lidah volut ( ) : 16,02 Tebal dinding rumah pompa : 9 mmBahan rumah pompa : JIS G 5501 FC 20 (Besi Cor) 39 mm = 6 buah = 148,818 mm = Cast IronUniversitas Sumatera Utara

TURBIN GENERATOR PUMP ENGINERESERVOAR PIPA TEKAN

TERIMA KASIH

PIPA ISAP Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

TURBIN GENERATOR PUMP ENGINE

RESERVOAR Universitas Sumatera Utara

Dokumen baru

Dokumen yang terkait

Rancang Bangun Kompresor Dan Pipa Kapiler Untuk Mesin Pengering Pakaian Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1PK
3
65
103
Study Sistem Preventive Maintenance pada Turbin Uap dengan Kapasitas 700 KW Putaran Turbin 1500 RPM di PKS PT. Perkebunan Nusantara I
3
40
71
Rancang Bangun Pompa Sentrifugal untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air dengan Daya : 2 KW dan Putaran : 500 rpm.
15
217
92
Mesin-Mesin Fluida : Rancang Bangun Pompa Sentrifugal Untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air Dengan Daya 2 KW Dan Putaran 500 RPM
5
74
109
Mesin Fluida Perancangan Kompresor Untuk Kebutuhan Instalasi Turbin Gas Dengan Daya Terpasang 120 MW
5
66
90
Instalasi Rancang Bangun Dan Pengujian Pompa Sentrifugal Sebagai Turbin Dengan Head (H) 5,18 M Dan Head (H) 9,29 M
8
65
121
Rancang Bangun Instalasi Pembangkit Listrik Piko Hidro Menggunakan Pompa Sentrifugal Dengan Total Head (H) 12 M Dan Kapasitas (Q) 1,25 M3/Menit Sebagai Turbin
5
103
98
Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi PLTG Dengan Putaran 3000 RPM Dan Daya Terpasang Generator 130 MW
17
76
115
Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22
12
63
119
Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 1500 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22
22
125
102
Rancang Bangun Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi Aliran
3
46
53
Perancangan Dan Simulasi Aliran Fluida Pada Turbin Uap Siklus Rankine Organik Dengan Daya Output 110 KW
15
134
143
Study Pemeliharaan Sistem Turbin Uap Dengan Kapasitas 1200 KW Putaran Turbin 5294 RPM
2
65
117
Mesin-Mesin Fluida Pompa Sentrifugal Untuk Memompakan Cairan Lateks Dari Tangki Mobil Ke Tangki Penampungan Dengan Kapasitas 56 Ton/Hari Pada Suatu Pabrik Karet
13
89
129
Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM
0
60
138
Show more