ABSTRAK
Dalam tulisan ini, penulis coba memahami permasalahan dalam proses pengerukan lumpur yang sering dilakukan perusahaan jasa pengerukan sering kali melakukan pengerukan tersebut tidak tepat waktu, karena kapasitas alat / pompa (Q) yang digunakan tidak mencukupi waktu yang ditentukan oleh pemakai jasa tersebut. Untuk pemecahan studi dan permasalahan tersebut penulis mencoba untuk merancang suatu pompa dengan metode “kesetaraan” yang dapat memenuhi kebutuhan para pemakai jasa perusahaan pengerukan. Dari data pompa yang digunakan kemudian dilakukan peerhitungan mulai dari rugi-rugi yang terjadi disepanjang instalasi pompa sehingga diperoleh head pompa. Tekanan pada sisi isap dan tekan, putaran pompa, kapasitas dan head pompa diperhitungkan untuk mengetahui apakah pompa aman terhadap kavitasi dan untuk mendapatkan jenis impeller yang sesuai. Selanjutnya dari perhitungan daya pompa akan diperoleh ukuran poros pompa, impeller dengan ukuran, profil kelengkungan, dan jumlah sudu yang profesional, juga didapatkan rumah pompa dengan ukuran dan bentuknya. Dari hasil perhitungan akan diperoleh suatu pompa dengan speseifikasi sebagai berikut : 1. Kapasitas Pompa
(Q)
= 2861 m/s
2. Heat total
(H)
= 30 m
3. Efisiensi pompa
(η p )
= 0.53 %
4. Daya Motor
(Pm)
= 1105 kw
5. Jumlah sudu
(Z)
= 9 buah
PRAKATA Puji syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena kami dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang kami beri judul : PERANCANGAN POMPA SENTRI FUGAL UNTUK KAPAL KERUK JENIS HISAP / HOPER. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan mengikuti Ujian Strata Satu (S1) Mesin di “Universitas Mercu Buana” Jakarta. Penulis menyadari bahwa dalam menyusun yugas akhir ini masih banyak kekurangannya, baik materi maupun tehnik penyajiannya dikarenakan pengalaman serta pengetahuan yang masih sangat terbatas. Dalam menyusun tugas akhir ini penulis telah banyak mendapat dorongan dan bantuan dari berbagai pihak. Karenanya penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada mereka yang telah memberikan bantuan, terutama kepada : 1. Bapak Ir. Suharyadi Ms, selaku Rekto Universitas Mercu Buana, Jakarta. 2. Bapak Ir. Yuriyadi Kusuma, Msc, selaku Dekan FTI Universitas Mercu Buana, Jakarta. 3. Bapak Ir. Rulli Nutranta, Meng, selaku Kajur Teknik Mesin Universitas Mercu Buana, Jakarta. 4. Bapak Ir. Ario Suko, selaku Sekjur Teknik Mesin Universitas Mercu Buana, Jakarta. 5. Bapak DR. Ir. H. Abdul Hamid, Meng, selaku Dosen Pembimbing Materi dalam penulisan ini. 6. Bapak Ir. Nanang R., selaku Dosen Pembimbing Teknis dalam penulisan skripsi ini. 7. Kepada Ayah dan Ibu serta istri yang telah memberikan dorongan baik materi maupun moril. 8. Kepada semua pihak yang telah membantu, baik secara langsung sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
Harapan kami semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya bagi pembaca umumnya.
Jakarta, Agustus 2005
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR DATA PERENCANAAN ................................................................... LEMBAR ASISTENSIS ....................................................................................... KATA PENGANTAR .......................................................................................... DAFTAR ISI ......................................................................................................... DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ BAB I
PENDAHULUAN ........................................................................... 1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1.2 Maksud dan Tujuan Perancangan .......................................... 1.3 Batasan Masalah..................................................................... 1.4 Metode Penulisan / Perancangan ...........................................
BAB II
TEORI DESIGN .............................................................................. 2.1 Teori Dasar Yang Berlaku Secara Umum .............................. 2.2 Kecepatan Spesifik dan Bentuk Roda Jalan (Impeller) .......... 2.3 Daya Penggerak ...................................................................... 2.4 Poros Pompa ........................................................................... 2.5 Pencegahan Kavitasi............................................................... 2.6 Pengertian Kapal .................................................................... 2.6.1. Ukuran-ukuran Pokok Kapal ...................................... 2.6.2. Isi Tolak Sebuah Kapal .............................................. 2.7 Beberapa Jenis Kapal Keruk 3.1.1.
BAB III
MENENTUKAN UKURAN-UKURAN UTAMA POMPA 3.1 Putaran Spesifik Pompa.......................................................... 3.2 Menentukan Daya Penggerak Pompa..................................... 3.3 Menghitung Diameter Poros Pompa ...................................... 3.4 Menghitung Inlet Diameter dari Impeller .............................. 3.5 Menghitung Diameter Dam Masuk dan Lebar Sudu Masuk .. 3.6 Menentukan Besarnya Sudu Lengkungan Sudu Masuk ......... 3.7 Menghitung Outlet Diameter dari Impeller dan Lebar Sudu Keluar ..................................................................................... 3.7.1. Menentukan besarnya sudu lengkungan sudu keluar . 3.7.2. Menentukan jumlah sudu, jarak antara sudu dan tebal sudu .................................................................... 3.7.3. Kecepatan air keluar dan sudu keluar yang sebenarnya ..................................................................
3.7.4. Design sudu-sudu impeller ......................................... 3.7.5. Design rumah siput (volute) ....................................... BAB IV
MENENTUKAN UKURAN DARI BAGIAN POMPA ................. 4.1 Menentukan Ukuran Bantalan-bantalan Pompa ..................... 4.2 Menghitung Ukuran Kopling ................................................. 4.3 Menentukan Ukuran Pasak .....................................................
BAB V
PENUTUP 5.1 Spesifikasi .............................................................................. 5.2 Kesimpulan .............................................................................
LAMPIRAN DAFTAR NOTASI DAFTAR PUSTAKA GAMBAR RANCANGAN POMPA
DAFTAR GAMBAR
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Gambar kapal keruk jenis hisap lumpur ......................................................... Gambar kapal keruk jenis bor hisap ................................................................ Gambar kapal jenis cengkram ......................................................................... Gambar segitiga kecepatan pada bagian masuk dari sudu-sudu impeller ....... Gambar besarnya sudut lengkungan sudu keluar ............................................ Gambar segitiga kecepatan disisi keluar impeller dengan koreksi circulators flow................................................................................................ 7. Gambar konstruksi sudu impeller ................................................................... 8. Gambar design volute ..................................................................................... 9. Gambar kopling...............................................................................................
DAFTAR NOTASI Tabulasi berikut menunjukkan symbol yang digunakan pada tugas perancangan ini. Karena huruf terbatas, kadangkala huruf yang sama digunakan untuk menyatakan lebih dari satu konsep. A
= Luas penampangan aliran
→
cm2
B
= Lebar
→
cm
b
= Lebar
→
cm
C
= Kecepatan absolute
→
m/s
D
= Diameter
→
cm
d
= diameter
→
cm
F
= Luas penampangan bahan
→
cm2
H
= Total head
→
m
h
= Suction / delivery head
→
m
Ka
= Gaya aksial
→
kg
L
= Panjang
→
cm
M
= Moment
→
N
N
= Daya
→
W
n
= Putaran
→
rpm
ns
= Putaran spesifik
→
-
P
= Gaya
→
N
Q
= Kapasitas pompa
→
m/s
R
= Radius
→
cm
S
= Tebal
→
cm
t
= Jarak
→
cm
U
= Kecepatan tangensial
→
m/s
V
= Kecepatan aliran
→
m/s
w
= Moment tahanan
→
cm3
W
= Kecepatan aliran relatif
→
m/s
X
= Beda antara 2 radius
→
cm
Z
= Jumlah sudu
→
-
α
= Sudut absolut
→
derajat
β
= Sudut lengkugan sudu
→
derajat
γ
= Density air
→
kg/dm3
ε
= Faktor pemasukan
→
-
Ф
= Head coefficient
→
-
Ø
= Sudut
→
derajat
ρ
= Tangent circular arcs
→
cm
ηp
= Effisiensi pompa
→
-
η~
= Coeffisient of circulatory flow
→
-
θ
= Sudut
→
derajat
Бb
= Tegangan lengkung
→
N/m2
Бd
= Tegangan tekan
→
N/m2
Бdr
= Tegangan tekan bidang
→
N/m2
τw
= Tegangan puntir
→
N/m2
τD
= Tegangan geser
→
N/m2
Efisiensi Pompa
Persamaan yang menunjukkan prestasi lengkap pompa.
ηP =
Pf atau Pm
ηP =
Q.ρ .g.H × 100% T .w
Daya Pemompaan Pf = Q. ρ .g.H Pf = (2.861) × (1000) × (9,81) × (30) Pf = 841992,3 N.m/s Pf = 841992,3 N.m/s Daya mesin motor penggerak Pm = 1105 Maka
ηP =
Pf Pm
841992,3 × 100% η P = 1105
η P = 76,19%
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang Dalam bentuknya yang paling sederhana, pompa sentripugal terdiri dari sebuah kipas yang dapat berputar dalam sebuah rumah pompa.pada rumah pompa ini di hubungkan saluran hisap dan saluran kempa. Kipas yang di lukiskanterdiri dari dua buah cakra dan diantaranya terdapat sudu–sudu. Terhadap arah putaran, sudu-sudu biasanya melengkung kebelakang. Gaya sentrifugal yang terjadi mempercepat aliran fluida kejurusan keliling sebelah luar kipas. Karena pada lubang aliran pada kipas timbul ruang kosong,atau hampa udara. Pada keliling luar kipas, zat cair mengalir dalam rumah pompa dengan tekanan dan kecepatan tertentu, zat cair bergerak sedemikian rupa dalam aliran yang tak terputus-putus dari saluran isap melalui pompa ke saluran kempa. Tekanan membawa naik dan tinggi kempaan pada kompa sentrifugal, tekanan pembawa naik secara manometris merupakan sarat pertama yang ditentukan pemakai rehadapsebuah pompa.adapun suatu pompa di katakan cocok, bila pompa trsebut dapat menghasilkan tekanan membawa naik secara mano metris yang di hitung pada aliran volume yang di inginkan kemungkinan tergantung dari kontruksi pompa. Yang menentukan untuk tekanan pembawa naik yang dapat dihasilkan oleh pompa sentrifugal antara lain adalah ukuran kipas, bentuk sudu, jumlah putaran pompa,dan masa jenis dari zat cair. Pompa sentrifugal sendiri memiliki kelebihan seperti, pada aliran volume yang sama harga pembelian lebih rendah,tidak banyak bagian-bagian yang bergerak,lebih sedikit memerlukan tempat, jumlah putaran tinggi sehingga
memberi kemungkinan untuk penggerakan langsung oleh sebuah elektro motor atau
turbin,
jalanya
tenang
bila
kontruksinya
disesuaikan,
memberi
kemungkinan untuk mengerjakan fluida yang mengandung kotoran, aliran zat cair yang tak terputus-putus.
1.2. Maksud Dan Tujuan Perancangan Tujuan dari penulisan perancangan pompa sentrifugal yaitu untuk mengetahui ukuran pada instalasi yang dirancang.
1.3. Batasan Masalah Pompa yang dirancang adalah pompa sentrifugal yang digunakan untuk pemghisapan dalam poses pengerukan.
1.4. Metode Penulisan Metode yang digunakan pada penyusun dan perencanaan tugas akhir ini adalah dengan langkah atau tahap –tahap sebagai berikut: 1. Studi literatur (keperpustakaan) yaitu yang berpedoman dari buku-buku refrensi 2. Penelitian lapangan baik secara konsoltasi maupun obserpasi terhadap obyek yang sejenis dilapangan
1.5. Sistematika Penulisan BAB I
PENDAHULUAN 1.1 latar belakang 1.2 maksud dan tujuan perencanaan 1.3 batasan masalah 1.4 metode dan sistem matika penulisan dan perencanaan
BAB II
TEORI DASAR Dalam bab ini akan dibahas mengenai dasar–dasar teori pendukung pengerjaan skripsi ini, yaitu teori yang berdasarkan acuan dari buku-buku sentrifugal pumps and blower.
BAB III
MENENTUKAN UKURAN UTAMA POMPA Putaran spesifik pompa, menentukan daya penggerak pompa, menghitung diameter poros pompa, menghitung inlet diameter dari inpeler, menghitung diameter dan masuk dan lebar sudu masuk, menentukan besaran sudut lengkung sudu masuk,menghitung otlet diameter dari impeller dan lebar sudu keluar , menentukan besaran sudu lengkung sudu keluar, menentukan jumlah sudu,jarak antara sudu dan tebal sudu, kecepatan air keluar dan sudut keluar yang sebenarnya, desain sudu-sudu impeller, desain rumah siput
BAB IV
MENENTUKAN UKURAN BAGIAN – BAGIAN POMPA Menentukan ukuran bantalan bantalan pompa, menghitung ukuran kopling, menentukan ukuran pasak.
BAB V PENUTUP Memuat kesimpulan dan saran dari seluruh hasil perencanaan yang telah penulis lakukan.
BAB II TEORI PERANCANGAN
2.1
Teori Dasar Yang Berlaku Secara Umum Agar supaya dapat bekerja, pompa membutuhkan daya dari mesin penggerak pompa. Didalam Impeller, fluida mendapat percepatan sedemikian sehingga fluida tersebut ini selanjutnya akan berkurang dan berubah menjadi tinggi kenaikan (H) di rumah keong (volute).
2.2
Kecepatan Spesifik dan Bentuk Roda Jalan (Impeller) Ukuran-ukuran utama impeller pompa sentrifugal harus diberikan bersama-sama dengan kecepatan putar pada kapasitas pompa (V) dan tinggi kenaikan (H). Makin besar tinggi kenaikan yang diinginkan, maka perbandingan diameter Impeller D2 / D1 harus dibuat makin besar, sedemikian sehingga diperoleh suatu hasil kerja gaya sentrifugal yang sesuai dengan diinginkan. Tetapi hal ini terbatas karena adanya kerugian gesekan terhadap kecepatan fluida masuk, kemampuan menghisap yang terbatas dan bahasa kavitasi. Dari besar kecilnya kecepatan spesifik ini akan menentukan bentuk Impeller yang digunakan.
2.2.1 Daya Penggerak Dalam merencanakan instalasi pompa, seringkali digunakan motor listrik, atau motor torak sebagai daya penggerak mula. Untuk menentukan mana
yang tepat harus dilihat kondisi kerja dan tempatnya, karena kedua jenis penggerak mula tersebut mempunyai keuntungan dan kerugian masing-masing. Perbandingan sifat-sifat motor listrik dan motor torak sebagai bahan pertimbangan dalam pemilihannya. Dan besarnya daya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan rumus berikut :
Ne :
1000 × Qe × H × γ 3600 × 75 × ξ p
………………………………. (2.1)
dimana : Qe : Kapasitas pompa efektif
m3/jam
H : Total Head
m
γ : Densiti air
Kg
ξ
: Efesiensi pompa
2.2.2 Putaran Spesifik Pompa
Putaran spesifik merupakan bilang pengenal dari suatu pompa sentry fungsi dan dengan mengatahui besanya putaran spesifik, bisa kita ketahui dengan rumus : ns =
n Q ………………………… (2.2) H 3 4
Dimana Q : Kapasitas pompa
m3/jam
H : Total Head
m
n : Putaran Pompa
rpm
2.2.3 Menghitung Diameter Poros Pompa
Poros adalah elemen mesin sebagai pemindah daya dari suatu tempat ke tempat lainnya. Poros dalam menerima pembebanan akan mengalami tegangan-tegangan yang terjadi seperti: 1. Tegangan Statis : Tegangan yang terjadi diasumsikan poros diam dan mengalami pembebanan 2. Tegangan Bolak-balik (beban kejut) : Tekanan yang terjadi bila bebanbeban yang bekerja dalam arah yang variaitif sepertif pada poros engkol. 3. Tegangan yang konstan : tegangan yang terjadi bila beban yang bekerja konstan dan dalam arah yang tetap atau variatif. Besarnya diameter poros pompa dapat kita hitung dengan Rumus : d=
3
Mw ……………………… (2.3) 0,2 τ w
Dimana : Mw
: momen puntir
τw
: tegangan puntir
2.2.4 Menentukan besarnya sudut lengkung Sudu masuk
Sudu yang ditentukan menurut besarnya putaran spesifik adalah sudu Francis. Arah air dari Sudu arahnya radial. Jadi bisa kami hitung sebagai berikut :
Tan β 1 =
C1 rad u1
………………….. (2.4)
2.2.5 Menghitung outlet diameter dari impeller dan lebar Sudu keluar
Besarnya outlet diameter bisa dihitung dengan rumus berikut : D2 =
84,5 x θ x n
h
…………………… (2.5)
2.3. Design Rumah Siput (Volute)
Rumah siput mempunyai bentuk spiral logarithmis tujuannya untuk merubah velocity head dari yang meninggalkan impeller pressure head dengan seefesien mungkin.
2.4. Bearing (Bantalan)
Elemen mesin yang berfungsi untuk menyangga elemen mesin lain yang bergerak yang memungkinkan gerakan relatif pada bidang singgung dan bagian-bagian yang saling bersambung (menempel), serta sekaligus mendukung beban. 2.4.1. Perencanaan bantalan dalam menentukan jenis bantalan:
1. Mengetahui jenis dan variasi beban-beban yang bekerja di penumpu 2. Bantalan memiliki ketahanan terhadap putaran tinggi 3. Sistem pelumasan dari bantalan yang tidak rumit 4. Sistem knock-down (mampu kita) dari bantalan yang komprehensip
2.4.2. Variaasi dari Bearing
1. Bearing di “as” (axle) Bantalan bekerja pada poros yang diam, dari elemen lain yang berputar. Bagian terluar dari bearing inilah yang menerima beban puntir
2. Bearing di spindel Bantalan bekerja pada poros yang berputaar. Bagian dalam dari bantalan yang menerima beban puntir. Beban-beban yang diterima bantalan : 1. Beban Radial Bantalan yang hanya menyangga elemen yang berputar yang mengibatkan gaya sentrifugal (beban putar), searah dengan sumbu vertical dari bantalan. 2. Beban Aksial Bantalan yang menyangga elemen dengan gaya searah poros 3. Beban kombinaasi antara Radial dan Aksial Berdasarkan bidang gesek, bantalan terbagi menjadi : 1. Bantalan Luncur Bagian elemen yang disangga langsung bersinggungan/kontak secara langsung 2. Bantalan Gelinding Bagian dari elemen yang diantara bantalan dengan komponen putarnya terdapat elemen perantaranya. Klasifikasi daripada bantalan yang dipakai untuk poros spindle pompa sentrifugal radial adalah “bantalan gelinding” sesuai dengan standart pemakaiannya.
2.4.3. Tipe bantalan gelinding
1. Bantalan Peluru a. bantalan peluru alur dalam (untuk beban berat dan putaran tinggi arah radial)
b. bantalan peluru takik pengisian (meningkatkan jumlah peluru, tetapi tidak tahan terhadap beban aksial) c. bantalan paluru kontak sudut (menyediakan kapasitas beban aksial yang lebih besar) d. bantalan peluru berpelindung e. bantalan peluru bersegel (diberi pelumas untuk seumur bantalan, menghindari kontaminasi dari lingkungan luar) f. bantalan peluru berpenyesuaian luar sendiri g. bantalan peluru baris ganda (tahan beban aksial kecil dan radial) h. bantalan peluru berpenyesuaian sendiri i. bantalan peluru aksial j. bantalan peluru berpenyesuaian aksial sendiri
2. Bantalan Roll a. bantalan roll lurus b. bantalan roll aksial berbentuk bila
c. bantalan roll aksial tirus/ kerucut d. bantalan roll jarum e. bantalan roll tirus/kerucut f. bantalan roll tiruss/kerucut bersudut curam
Beberapa syarat bahan bearing : 1. Harus tahan terhadap tekanan yang tinggi 2. Harus tahan terhadap suhu yang tinggi 3. Harus tahan terhdap kelelahan (beban fatigue) 4. Harus tahan terhadap deformasi (perubahan bentuk) 5. Harus mudah dalam pemasangan dan pelepasan 6. Harus tahan korosi 7. Harus mudah dalam menyalurkan panas serta koefesien muainya kecil
2.4.4. Gambar kontruksi bantalan peluru
Kontruksi bantalan peluru Ket: Cincin luar dalam : mengikat bagian yang harus bergerak relatif Pemisah/penahan : supaya peluru tidak saling berdesakan dan mengatur jarak peluru bantalan Peluru : sebagai bagian yang menjamin ketahanan beban variatif yang dimungkinkan untuk bergerak relatif Alur peluru luar dan dalam : tempat lintasan peluru bergerak
Pada bantalan peluru bidang kontak antara peluru dengan poros melalui bidang perantara relatif kecil sekali. Akibat cara kerja yang bergerak menggelinding, maka gesekan permukaannya kecil dan panas yang ditimbulkan karena gesekan juga kecil. Bantalan peluru juga ada yang dilengkapi dengan perapat untuk mencegah supaya pelumas tidak keluar serta kotoran tidak masuk. Pada pemakaian bantalan peluru dengan poros yang panjang karena adanya peningkatan suhu poros, akan bertambah panjang poros tersebut. Untuk mengantisipasi perubahan panjang ini maka bantalan yang ada pada salah
satunya dipasang dengan bertoleransi (bebas bertranslasi) supaya dapat bergeser rumah bantalannya pada poros spindel. Karena beban berat yang harus didukung oleh bantalan terhadap poros, disini kita harus meng-asumsikan bahwa poros akan melendut. Oleh karena itu posisi poros berubah dengan sudut yang bergerak, yang mengantisipasi keadaan tersebut maka salah satu dari bantalan harus mampu meredam gejala tersebut.
2.4.5. Umur Bantalan
Umur bantalan (bearing live) yang mempengaruhinya adalah: 1. Pemakian/pemberian pelumas yang tepat 2. Pemasangan 3. Kebersihan bantalan 4. Tingkat kesesuaian suhu kerja terhadap bantalan
Oleh karena itu maka tingkat kegagalan distribusi bantalan hanya dari faktor kelelahan-kelelahan bahan dari bantalan. Dalam hal ini kegagalan lelah akan berupa “penghancuran permukaan” yang menerima beban yakni permukaan bantalan. Notasi dari umur bantalan dinyatakan sebagai jumlah putaran total atau jumlah jam pada suatu kecepatan putar tertentu. Dari operasi bantalan ini diperlukan untuk menggambarkan kriteria kegagalan. Standar AFBMA (anti friction bearing manufacturing association) menyatakan kriteria kegagalan adalah suatu bukti awal dari kelelahan 90% dari kelompok bantalan yang tahan atau dapat melampauinya sebelum kriteria kegagalan terjadi. Umur L10 dan minimum life untuk menjelaskan umur penilaian. Dalam pengujian berulang, bertujuan untuk mencari umur penilaian. Bila mesin di
pasang dengan sejumlah N bantalan, masing-masing memiliki keandalan R, maka keandalan dari kelompok bantalan : Dalam suatu perencanaan pemakaian bantalan : 1. Semakin bertambah jumlah penggunaan bantalan, maka akan semakin tinggi keandalan dari kelompok bantalan 2. Sebaliknya, semakin berkurang jumlah penggunaan bantalan, maka akan semakin turun keandalan dari kelompok bantalan.
1. Motor Listrik a. Keuntungan 1) Jika tenaga listrik yang tersedia sesuai dengan tegangan ditempat tersebut, maka dapat memberikan ongkos yang murah. 2) Pengoperasiannya lebih mudah. 3) Ringan dan hampir tidak menimbulkan getaran. 4) Pemeliharaan dan pengaturan mudah. b. Kerugian 1) Jika sumber tenaga listrik padam, pompa tidak dapat bekerja. 2) Pompa jarang dipakai, biaya operasi tetap tinggi karena biaya beban tetap harus dibayar 3) Jika lokasi pompa jauh dari jaringan distribusi listrik yang ada, maka biaya penyambungan mahal. 2. Motor Torak a. Keuntungan 1) Operasinya tidak tergantung listrik 2) Biaya fasilitas tambahan dapat lebih rendah daripada motor listrik
b. Kerugian 1) Motor torak lebih berat 2) Memerlukan air pendingin yang cukup besar 3) Getaran dan suaranya lebih besar
2.5
Poros Pompa
Perbandingan karakteristik antara pompa dengan poros mendatar dan poros tegak antara lain adalah : 1. Poros Mendatar a) Head Isap Positif Neto (NPSH) yang tersedia kecil b) Ruang instalasi mendatar besar c) Tinggi bangunan tempat pompa rendah d) Beban berat pompa kecil (ringan) 2. Poros Tegak a) Head Isap Positif Neto (NPSH) yang tersedia besar b) Ruang instalasi mendatar kecil c) Tinggi bangunan tempat pompa tinggi d) Beban berat pompa besar (berat)
2.6
Pencegahan Kavitasi
Kavitasi dapat dihindari dengan membuat Head Isap Positif Neto (NPSH) yang diperlukan. Dalam hal mengecilkan NPSH yang diperlukan merupakan salah satu cara yang hanya dapat diusahakan oleh pabrik pompa. Sedangkan dipihak lain, menaikan NPSH yang tersedia diusahakan oleh pemakai pompa.
Untuk mencegah atau menghindari terjadinya kavitasi, perlu diperhatikan hal-hal dalam perencanaan instalasi pompa antara lain : 1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang diisap harus dibuat serendah mungkin agar head isap statis menjadi rendah juga. 2. Pipa isap harus dibuat sependek mungkin, jika terpaksa dipakai pipa isap yang panjang, sebaiknya dipakai pipa berdiameter satu nomor lebih besar untuk mengurangi kerugian gesekan. 3. Tidak dibenarkan bila memperkecil laju aliran dengan menghambat aliran disisi isap. 4. Jika pompa mempunyai head total yang berlebihan, maka pompa akan bekerja dengan kapasitas aliran yang berlebihan juga, sehingga kemungkinan akan terjadi kavitasi menjadi lebih besar, karena itu head total pompa harus ditentukan sedemikian sehingga sesuai dengan yang diperlukan pada kondisi operasi yang sesungguhnya. Namun
pada
beberapa
hal
terjadi
sedikit
kavitasi
yang
tidak
mempengaruhi performasi sering tidak dapat dihindari sebagai akibat dari pertimbangan ekonomis. Dalam hal ini perlu dipilih bahan impeller yang tahan erosi karena kavitasi.
2.7
Pengertian Kapal
Kapal ialah sebuah benda terapung yang dipergunakan untuk angkutan diatas air. Ada beberapa jenis kapal yaitu : -
Kapal Penumpang
-
Kapal Barang
-
Kapal Keruk
2.7.1. Ukuran-ukuran Pokok Kapal
Ukuran memajang terdiri dari : a. Panjang seluruhnya (Length Over All = LOA) ialah jarak dari suatu titik terdepan dari linggi kapal sampai ke titik terbelakang dari butiran kapal, diukur sejajar lunas. Jarak ini merupakan ukurani terpanjang dari sebuah kapal dan penting untuk perkiraan panjang dermaga. b. Panjang sepanjang garis tegak (Length Between Perpendiculars = LBP) ialah panjang kapal dihitung dari garis tegak dengan sampai kegaris tegak belakang, diukur sejajar lunas. Garis tegak depan (Forward Perpendicular) ialah sebuah garis khayalan yang memotong tegak lurus titik potong garis muat perancang kapal dengan linggi depan. Garis tegak belakang (After Perpendicular) ialah sebuah garis khayalan yang biasanya terletak pada sisi belakang cagak kemudi (rudder stock) c. Panjang sepanjang garis muat / garis air (Length On The Load/Water Line = LOWL) ialah panjang kapal diukur dari perpotongan garis air dengan linggi depan sampai ketitik potong garis air dengan linggi belakang.
Untuk jelasnya lihat gambar dibawah ini:
Ukuran-ukuran Membujur/memanjang Untuk menghitung volume kapal yang terapung diair laut, kita dapat memakai rumus : L x B x D x Cb dimana L = panjang kapal B = lebar kapal D = dalam / sarat kapal Cb = block coefficient
2.8
Beberapa Jenis Kapal Keruk
2.8.1 Kapal Keruk Hisap Lumpur
Menurut klasifikasi kapal ini termasuk jenis Hydraulic Dredger, yaitu kapal keruk yang memiliki pompa sentrifugal yang membuang hasilnya kedalam badan kapalnya sendiri, ketongkang atau kepantai. Berdasarkan material yang dikeruk, Hydraulic Dredger sendiri dibagi menjadi 2 bagian yaitu : -
Plain Suction Dredger
-
Draghead Dredger
1. Plain Suction Dredger Bentuk dari kapal jenis ini mirip dengan kapal biasa, tapi letak pipa hisapnya berbeda dengan jenis lain, pipa hisap biasa diletakkan didepan (haluan), pipa ini menembus badan kapal masuk kedalam pompa hisap dan disalurkan ke badan kapalnya sendiri atau ketongkang. Terkadang juga. Pompa diletakkan didara. Jenis yang modern memiliki water jet diujung bawah pipa hisap, air bertekanan tinggi dipakai untuk menghancurkan material-material yang agak keras. Ujung pipa hisap dibuat empat persegi panjang dan jet dipasang disekitarnya. Jenis ini dapat bekerja dengan baik jika tidak perlu berpindah dan membuat lubang, sehingga pasir atau lumpur disekelilingnya masuk dan kemudian dihisap. Namun untuk material-material yang keras jenis ini tidak efektif. 2. Draghead Dredger Jenis kapal keruk sering dipasang kepala hisap yang disebut Dustpan atau Draghead dipasang diujung pipa hisap. Cara kerjanya:
Sadder harus diturunkan sampai menyentuh bagian dasar yang akan dikeruk, dan kapal bergerak maju. Bentuk kapal seperti kapal niaga biasa, kapal ini juga sering dilengkapi oleh bak lumpur sendiri. Kapasitas bak lumpur sekitar 500-8000 cubic yard. Jika bak sudah penuh, kapal akan berhenti bekerja dan akan menuju ketempat pembuangan lumpur, dan inilah salah satu kekurangan kapal keruk jenis ini, karena waktu akan terbuang untuk pembuangan lumpur. Keuntungan-keuntungannya: -
Bekerja efesien untuk lumpur-lumpur halus
-
Bekerja sambil berjalan sendiri, yang berarti memiliki penggerak kapal sendiri
-
Pekerjaan dapat terus berjalan walaupun ada gelombang
-
Memiliki bak lumpur didalam badan
-
Kapasitas mudah diatur yaitu dengan pengaturan pompa-pompa sentrifugal dan pipa-pipa hisapnya.
-
Stabilitas kapal cukup baik, demikian pula dengan titik berat kapal yang rendah
-
Pengaturan kedalaman yang dikeruk sudah merupakan suatu problem.
Kekuran-kekurangannya: -
Kapal ini harus memiliki penggerak sendiri karena waktu beroperasi kapal ini harus selalu bergerak maju, maka tidak mungkin untuk pembuangan material langsung kedarat, sehingga harus memiliki bak lumpur sendiri dikapalnya.
Gambar 2.1 Kapal keruk jenis hisap lumpur
2.8.2 Kapal Keruk Bor Hisap (Cutter)
Kapal Keruk Bor Hisap merupakan kombinasi dari kapal keruk lainnya, dan fungsi utamanya adalah mengeruk dan memindahkan material melalui pipa hisap dan langsung dibuang melalui pipa buang yang berada di atas ponton terapung yang kemudian dibawa ketempat buang. Komponen-komponen yang terdapat pada kapal keruk tersebut adalah: -
Ladeer Cutter
-
Pipa Hisap
-
Motor Cutter
-
Ruang Kontrol
-
Mesin-mesin pengangkat
-
Kerangka untuk Spud dan 2 buah Spud
-
House Boat (perumahan untuk ABK),dll. Untuk pengoperasiannya memerlukan alat-alat bantu keruk tenaga
boat, pipa apung lengkap dengan ponton dan Heeurebber Sleeve, jointnya tongkang.
Gambar 2.2 Kapak Keruk jenis bor hisap (Cutter)
A. Cara Kerja / Operasi
Pada prinsipnya cara kerja kapal bor hisap ini hampir sama dengan kapal hisap lumpur, hanya perbedaannya ialah dapat mengeruk tanah yang agak keras karena dilengkapi dengan bor atau yang biasa disebut Cutter. Sebelum kapal beroperasi perlengkapan-perlengkapan pada kapal ini dipersiapkan terlebih dahulu, seperti pompa buang yang diatas ponton sudah disambung pada badan kapal (pipa buang kapal). Pipa buang yang berada di ponton disambung-sambung sampai kedalamannya yang dikehendaki dimana hasil kerukan dibuang, setelah itu barulah ladder diturunkan hinga kedalaman keruk, Spud-spud diturunkan kemudian pipa hisap dan cutter diputer dengan mesin cutter yang biasanya berada pada ladder bagian atas. Dan pengerukan pun bisa dilaksanakan. Beroperasinya kapal tidak menggunakan mesin penggerak sendiri, tapi kapal bergerak dengan dua spud yang dipasang pada ujung haluan kapal dan bagian buritan dibantu oleh tali dan jangkar. Pergerakan kapal atau pergerakan pengerukan adalah zig-zag yaitu dengan pengaturan pengangkutan spud-spudnya dan penarikan/ penguluran tali-tali jangkar.
B. Cutter
Cutter dipasang pada ujung ladder, Cutter ini dihubungkan kemotor Cutter dengan poros cutter. Cutter ini bergfungsi sebagai pemotong material yang kemudian hasil potongannya dihisap oleh pompa penghisap. 1) Jenis-jenis Cutter
Jenis Cutter dibagi menjadi Basket dan Straight Arm. Jenis Close Nose basket dengan dau spiral cocok untuk menggali material lunak dan pasir lepas. Jenis Open Nose Basket paling cocok untuk mengeruk material yang liat (lempung), karena jika mengeruk lempung dengan daun Cutter yang
berdekatan maka Cutter akan tersumbat. Straight Arm Cutter, daun Cutter ini dihubungkan dengn baut ke Spider, ini dipergunakan untuk lempung yang keras. Untuk material yang amat keras, dipakai daun dengan gigi yang berbentuk skop, gigi yang berbentuk garu bekerja baik pada karang atau material yang keras dan yang rapuh lainnya. Jadi perencanaan untuk Cutter disini, harus benar-benar baik sehingga material yang terpotong tidak akan menyumbat pada pompa.
2) Kekuatan Motor Cutter
Tenaga yang diberikan pada cutter berbeda-beda menurut pekerjaan dan ukuran dari kapal keruk itu sendiri. Kapal keruk 8 s/d 12 inchi bis dengan tenaga motor cutter + 400 tenaga kuda untuk kapal yang besar sampai 4000 Hp. Kecepatan putar dari cutter biasanya berkisr antara 20-30 Rpm tergantung dari material yang dikeruk dan besarnya cutter. Cutter ini dipasang pada ujung ladder dan dihubungkan ke motor cutter dengan poros yang dilengkapi dengan bantalan-bantalan poros, bantalan poros ini harus diperhatikan karena sering cepat aus yang diakibatkan oleh material-material keras maupun halus (pasir) sering masuk kedalam bantalan tersebut dan mengakibatkn proses keausan tersebut.
3) Bentuk dan Ukuran Cutter
Cutter dibuat dari bahan baja tahan aus. Bentuk fisik yang penting menentukan bentuk Cutter Sweep, yaitu penyesuaian sudut dari daun-dan cutter yaitu sudut pada piringan cutter dari suatu daun lengkap, satu daun dengan daun 3 akan memiliki Sweep Angle 120. Lebih kecil Sweep Angel berarti daun cutter akan semakin banyak dan getaran akan sedikit.
Sifat yang paling penting dari cutter ialah Rate Angle, ini juga penting untuk operasinya. Rate Angle yaitu sudut yang dibentuk oleh garis singgung pada gerak melingkar dari cutter pada titik tempel dengan material yang dipasang pada kemiringan dengan permukaan daun. Sudut yang tepat yaitu sudut dengan waktu perembsan material tersebut diperoleh yang keci. Jika Rate Angle terlalu kecil yaitu kemiringan daun kecil cutter akan mudah slip pada material, tetapi jika sudut terlalu besar cutter akan menusuk/ mencukil material.
C. Ladder
Ladder selain membawa cutter juga pipa hisap, pipa pelumas, motor cutter dan gigi reduksi. Ujung ladder disangga oleh engsel yang dipasang pada suatu lekukan pada kapal. Pada kapal keruk kecil, ladder sering dipasang langsung pada badan kapal dan tidak ada lekukan. Ujung depan ladder digantung dari suatu frame A, memakai block dan tachle bertali yang dihubungkan ke mesin-mesin pengangkatnya didalam kapal keruk. Panjang dari ladder tergantung dari dalamnya pengerukan, dalam pengerukan maksimal biasanya diambil sekitar 0,7 panjang ladder, yaitu juga ladder miring 45 terhadap horizontal. Dalam pengerukan maksimal = 0,7 panjang ladder, pembatasan sudut ini biasanya dipatuhi karena sudut yang lebih besar menyebabkan gaya engsel yang bertambah, dengan bertambahnya sinus dari sudut tegak, maka dari itu permukaan engsel dibuat cukup besar. Tegangan paling besar ialah tegangan lengkungan pada sumbu horizontal, makin panjang ladder tegangannya akan bertambah besar. Sudah barang tentu panjang ladder ini haru sesuai dengan dalamnya perencanaan operasi yaitu rencana dalamnya pengerukan.
2.8.3 Kapal Keruk Cengkeram
Grab Bucket yang digerakkan oleh Crane yang diletakkan pada suatu pontoon terpung dengan geladak datar (flat top barge). Pemakaian kapal keruk ini banyak sekali dipakai disekitar deck, dermaga, kolam-kolam pelabuhan, bagian sudut-sudut dari kode, karena alat keruk ini dapat merapat sampai ke tepi. Material yang dikeruk cocok untuk material yang liat (lempung), lempung keras, dan tidak terpengaruh dengan adanya kotoran-kotoran. Dalam pengerukan praktis tidak tergantung panjang tali, tapi makin dalam produksi berkurang karena waktu mengangkat lama. Daya penggalian tergantung dari berat bucket, makin berat bucket akan semakin dalam galiannya. Hasil pengerukan tidak bisa rata, sehingga sukar menentukan dalamnya hasil penggalian dan kabel-kabelnya sering terbelit satu sama lainnya. Jenis Grab Dredger dibagi menjadi 2 (dua) : A. Clamsheel B. Orange Peel
Jenis Clamsheel sangat cocok untuk lumpur dan pasir, sedangkan Orange Peel cocok untuk batu-batuan dan benda keras lainnya. -
Produksi Sebagai standar ukuran 1 cubic yard bisa mengangkat 44-55 cubic yard lumpur perjam pada kedalaman 15-20 feet, sedangkan untuk material lempung bisa
-
50% nya.
Prinsip Kerja / Operasi Prinsip kerjanya hanya menggunakan tiga spud (cak), dan dibantu dengan grabnya sendiri. Jadi kerja kapal keruk jenis ini tidak memakai tali temali
maupun penggerak kapal sendiri. Kala ini dapat beroperasi tanpa mengganggu lalu lintas kapal-kapal lain. Kedalaman pengerukan tergantung dari beratnya Grabnya, semakin berat Grab akan semakin dalam pula hasil kerukannya. Peralatan kapal tidak terlalu rumit dan sangat sederhana sekali, yaitu suatu Crane yang diletakkan diatas pontoon, untuk keperluan operasi dilengkapi dengan tiga buah spud, dan spud-spud penggulung kawat baja yang diperlukan untuk pengangkatan maupun penurunan dari spud-spud tersebut.
Gambar 2.3. Kapal Keruk jenis Cengkeram
BAB III MENENTUKAN UKURAN-UKURAN POMPA
3.1
Putaran Spesifik Pompa Putaran spesifik merupakan bilangan pengenal dari suatu pompa sentrifugal dan dengan mengetahui besarnya putaran spesifik bisa kita ketahui type pompa dan bentuk impeller yang paling tepat. Putaran spesifik didapat dari putaran suatu pompa standard yang menghasilkan air sebesar
1 m3 / sec
dengan head sebesar 1 m. Dari buku referensi, No. 1, Hal. 82 besarnya putaran spesifik sebagai berikut: ns =
n Q H
Dimana :
3
4
Q = kapasitas pompa, dalam m3/jam H = total head, dalam mka n = putaran pompa, dalam rpm
Q = 10300 m3/jam Q=
10300 = 2,861m 3 / s 3600
H = 30 m.k.a
Putaran pompa : n = 253 rpm Jadi putaran spesifik pompa tersebut : ns =
=
253× 2,861
(30) 4 3
253× 1,69 12,8
ns = 33,40 rpm
Dari grafik, kita bisa tentukan bahwa impeller pompa dipilih dari type Francis dengan arga putaran spesifik sebesar : Ns = 2,000 ÷ 4,000
3.2
Menentukan Daya Penggerak Pompa
Sebelum memulai dengan perhitungan untuk menentukan ukuranukuran utama pompa, kita hitung dahulu besarnya daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pompa tersebut. Dengan diketahuinya daya penggerak pompa akan lebih memudahkan dalam mempertimbangkan atau memperhitungkan ukuran-ukuran bagian-bagian pompa tersebut. Besarnya daya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan rumus berikut :
Ne =
1000 × Qe × H × γ 3600 × 75 × η p
(dk)
Dimana : Qe = kapasitas pompa effektif
m3/jam
H = total head
m.k.a
γ = density air
kg/dm3
η = effesiensi dari pompa
Dari hasil perhitungan kita juga bisa ketahui besarnya effesiensi dari pompa setelah mengetahui besarnya putaran spesifik. Harga effisiensi pompa : ηpompa = 76.19%
Daya penggerak pompa besarnya :
Ne = =
1000 × Qe × H × γ 3600 × 75 × η p 1000 × 10300 × 30 × 1,050 3600 × 75 × 76.19
= 1502,08 dk = 1502,08 × 0,736 = 1105,53 kW
3.3
Menghitung Diameter Poros Pompa
Poros hanya dihitung terhadap beban puntiran dengan tegangan puntiran yang diperbolehkan dari 120÷200 kg/cm2. Untuk pompa yang direncanakan ini kita ambil harga sebesar : τw = 120 kg/cm2
Momen puntiran yang bekerja pada poros tersebut : Mw = 71620
N n
= 71620 ×
1502,08 253
Mw = 425213,31 kg.cm
Besarnya momen tahanan dari poros : W = 0,2 x d3
Besarnya tegangan puntir yang diijinkan : τw =
=
d=
Mw w
Mw 0,2d 3 3
Mw 0,2τ w
Diameter poros pompa : d =3
425213,31 0,2 × 120
d = 3 17717,22 d = 26,06cm d = 26cm
Besarnya diameter inlet dari impeller bisa dihitung dengan rumus kontinuitas bila kita ketahui atau bisa menentukan besrnya kecepatan dari aliran air yang masuk kedalam saluran (lubang) inlet dari impeller tersebut. Besarnya kecepatan masuk kita hitung dengan rumus : cs = ε 2 × g × H
Dimana :
ε adalah faktor pemasukan, yang besarnya 0,10÷0,20
Jadi besarnya kecepatan air masuk : c s = 0,1 2 × 9,81 × 30 c s = 2,43m / sec
Dari buku referensi disebutkan bahwa kecepatan masuk mempunyai harga sebesar : Cs = 1,5 ÷ 5 m/sec
Harga diatas masih dalam batas-batas yang cukup baik. Karena adanya kebocoran-kebocoran
pada
celah-celah,
maka
kapasitas
pompa
diperhitungkan harus diambil lebih besar dengan faktor margin sebesar : 3 ÷ 10% Untuk pompa yang direncanakan diambil harga faktor margin sebesar 5% Jadi besarnya kapasitas yang diperhitungkan : Q’ = 1,05 × Q = 1,05 × 10300 = 10815 m3 / jam atau = 3 m3 / sec
Menurut rumus kontinuitas ukuran dari inlet sebagai berikut:
(D 4
π
2 0
(D
)
− d n cs = Q′ 2
2 0
− dn
2
) = π4 ××Qc ′ s
D0 =
4Q ′ +d cs
2
yang
Pompa yang kita rencanakan pompa dengan pemasukan dari satu sisi, sehingga bentuk poros yang kita rencanakan mempunyai bentuk bertingkat dengan diameter terkecil sebesar yang tersebut diatas.
3.4
Menghitung Inlet Diameter Dari Impeller
Pertama-tama dihitung terlebih dulu diameter naaf dari impeller, dimana diameter naaf ini akan mempengaruhi besarnya inlet diameter dari impeller besarnya diameter naaf dinyatakan sebagai berikut: dn = (1,20 ÷ 1,40) d Pada perencanaan ini kami pilih harga : dn = 1,30 d Sehingga besarnya naaf : dn = 1,30 × 26 dn = 33,8 cm
Dimana harga-harga:
Q’ = 3 m3/sec = 3000000 cm3/sec cs = 2,43 m/sec = 243 cm/sec dn = 33,8 cm
Jadi diameter inlet dari impeller Do =
4 × 3 × 10 6 2 + (33,8) π × 243
= 15719 + 1142,44 = 16861,44 = 129,85 cm Do = 33,8 cm 3.5
Menghitung Diameter Dam Masuk dan Lebar Sudu Masuk
Diameter Dam masuk D1 kami tentukan sebesar : D1 = 130 cm Lebar sudu b1 kita hitung dengan mempergunakan rumus kontinuitas, jika kami ketahui besarnya kecepatan aliran pada dam masuk. Menurut buku-buku referensi, menyatakan bahwa besarnya kecepatan radial sama besar dengan kecepatan masuk. C1rad = Crad = Cs = 2,43 m/sec Jadi lebar sudu b1 bisa kami hitung dengan rumus berikut εi = faktor konstraksi inlet 0,8 ÷ 0,9 Q’ = C1 × A = C1 × π × D1 × b1 εi 3 = 2,43 × π × 1,3 × b1 × 0,8 Jadi : b1 =
3 2,43 × π × 1,3 × 0,8
= 0,375 m b1 = 37,5 cm
3.6
Menentukan Besarnya Sudut Lengkungan Sudu Masuk
Sudu yang ditentukan menurut besarnya putara spesifik (33,40 rpm) adalah sudu Francis. Arah air dari sudu arahnya radial, jadi sudut α1 = 900
Sudut lengkungan sudu masuk β1, bisa kami hitung sebagai berikut: tan β1 =
C1rad U1
Dimana :
C1rad = 2,43 m/sec U1 =
π × D1 × n
=
60
π × 1,3 × 253 60
U1 = 17,22 m/sec Jadi : tan β1 =
2,43 = 0,14 17,22
β1 = 8o
Karena hasilnya kurang dari 100, maka (β1ditetapkan 100) Besarnya sudut sesuai referensi No. 1 Hal. 119 Æ β1 = 100 - 250 Jadi sudut β1 hasil perhitungan masih dalam batas-batas normal
3.7
Menghitung Outlet Diameter Dari Impeller Dan Lebar Sudu Keluar
Besarnya outlet diameter bisa dihitung dengan rumus berikut : D2 =
84,5 × Φ × H n
Dimana overall adalah Head Coeffeicient dan besarnya : φ = 0,90 ÷ 1,20 Æ sesuai Ref. No. 1 Hal. 122 φ = 1,10
Jadi :
D2 =
84,5 × 1,10 × 30 253
= 2,01 m D2 = 201 cm Dari tabel, besarnya perbandingan antara outlet dan inlet diameter : D2 = 16 D0
Tabel : Perbandingan besarnya antara outlet dan inlet diameter
Jadi besarnya D2 bisa dihitung sebagai berikut: : D2 = 1,6 × D0 Æ D0 = 130 cm = 1,6 x 130 = 208 cm Jadi D2 yang diambil yaitu D2 = 208 cm
Lebar sudu keluar dihitung dengan rumus kontinuitas Ref. No. 1, Hal.122 εo = 0,9 ÷0,95 Q’ = C2r × π × D2 × b2 × εo
Kecepatan radial pada bagian keluar lebih kecil dari pada dibagian masuk, disebabkan aliran dalam impeller mengalami hambatan yang disebabkan gesekan. Untuk ini kami tentukan sebesar : sesuai Ref. No. 1 Hal. 122. C2r = C1r – 15% C1r = 0,85 C1r C1r = 2,43 m/det
C2r = 2,07 m/sec Jadi
3 = 2,07 × π × 208 × b2 × 0,9 b2 =
3 2,07 × π × 208 × 0,9
= 0,246 m b2 = 24, 6 cm
3.7.1. Menentukan Besarnya Sudut Lengkungan Sudu Keluar
Besarnya sudut lengkungan sudu yang keluar sesuai Ref No.1 Hal. 122 β2 = 15o ÷ 40o Pada perencanaan ini kami tentukan / pilih sebesar : β2 = 26o Sudut absolut α2 kami dapatkan dari penggambaran segitiga kecepatan secara grafis. Kecepatan keliling dibagian keluar sudu : U2 = =
π × D2 × n 60
π × 208 × 253 60
= 276 cm/sec = 2,76 m/sec
Dari pengukuran didapat : α2 = 127o
SKALA : 1 m/s = 25 mm
3.7.2. Menentukan Jumlah Sudu, Jarak Antara Sudu dan Tebal Sudu
Dari buku referensi, jumlah sudu bisa dihitung dengan rumus Pfleiderer sebagai berikut: Z = 6,5
D2 ÷ D1 β ÷ β2 × sin 1 D2 − D1 2
208 + 130 10 0 + 26 0 × sin 208 − 130 2 338 = 6,5 × × sin 18 0 78 = 28,1666 × 0,3090
= 6,5 ×
Z = 8,7034 – 9 buah
Jadi jumlah sudu impeller : Z = 9 buah Banyaknya sudu-sudu impeller sebanyak Z = 5 ÷ 12 buah (Ref. 1 Hal. 130) Jadi banyaknya sudu masih dalam batas-batas yang ditentukan.
Tebal Sudu : Untuk mendapatkan effisiensi yang tinggi, tebal sudu dibuat sekecil mungkin terutama pada sisi inlet dan pada ujungnya dibuat runcing untuk mengurangi tumbukan. Arah lengkungan sudu juga harus searah dengan aliran zat cair sehingga tidak terjadi turbulensi dan bisa diharapkan effisiensi yang tinggi. Besarnya tebal sudu biasanya sebesar : Ssd = 3 cm
Tebal Piringan Impeller (shroud)
Tebal shroud pada sisi luar impeller dibuat sedikit lebih tebal dari pada tebal sudu, dalam hal ini dipilih : Spr = 4 cm Makin mendekati poros pompa ketebalannya bertambah sampai kira-kira: Spr = 5 cm
Jarak antara sudu-sudu Jarak antara sudu-sudu disisi inlet : t1 = =
π × D1 Z
π × 130 9
t1 = 45,3 cm
Jarak antara sudu-sudu disisi outlet : t2 = =
π × D2 Z
π × 208 9
t2 = 72,60 cm
3.7.3. Kecepatan Air Keluar Dan Sudut Keluar Yang Sebenarnya
Karena adanya circulatory-flow diantara sudu-sudu impeller, maka kita lakukan koreksi terhadap kecepatan air keluar yang meninggalkan impeller dan sudutnya. Besarnya coeffisien of Circulatory-flow, kami pilih / tentukan sebesar:
η~ = 0,70
sesuai Ref 1 Hal. 134
Dari gambar segitiga kecepatan yang lalu kita ketahui harga-harga: U2
=
276 m/sec
C2rad =
2,07 m/sec
α2
=
127o
C2u
22,9 m/sec
B2
=
26o
C’2u =
C2
=
231 m/sec
W2
=
4,8 m/sec
C’2
=
22,9. 0,70
=
16,03 m/sec
=
161 m/sec
Dari gambar segitiga kecepatan kita dapatkan bahwa sudut air keluar dari impeller dan kecepatan air keluar dari impeller besarnya : α’2 = 7o C’2 = 161 m/sec
Sudut air keluar impeller dan kecepatan air kelur impeller inilah yang akan menentukan dalam perhitungan/design dari rumah siput (volute)
3.7.4. Design Sudu-sudu Impeller
Menentukan dan menggambarkan lengkungan sudu-sudu impeller dilakukan dengan 2 (dua) cara yaitu : 1. Menentukan titik-titik lengkung sudu dengan tangent circular arcs 2. Menentukan titik-titik lengkung sudu dengan polar coordinates Dari kedua cara diatas kami pilih salah satu cara yaitu dengan konstruksi tangent circulars arcs. Untuk menentukan besarnya tangent circular arcs kita pakai rumus : Rb − Ra ρ= 2(Rb cos β b − Ra cos β a ) 2
2
Dimana huruf-huruf a dan b menunjukkan keadaan bagian sudu pada bagian dalam dan luar. Harga-harga dibagian dalam : U1
= 17,22 m/sec
C1rad
= 2,43 m/sec
α1
= 90o
β1
= 10o
W1
= 17,2 m/sec
D1
= 130 cm
Harga-harga dibagian luar : U2
= 276 m/sec
C2rad
= 2,07 m/sec
W2
= 4,8 m/sec
α2
= 127o
β12
= 26o
α’2
= 7o
C’2
= 161 m/sec
D2
= 208 cm
Untuk menggambarkan titik dari sudu-sudu impeller kita buat diagram sebagai pertolongan, yaitu diagram kecepatan dan sudut sudu-sudu versus Impeller radius. Dalam buku diterangkan bahwa garis sudut lengkungan sudu β merupakan garis lurus, kecepatan radial digambarkan sebagai garis sedikit lengkung begitu juga kecepatan relatif dari air yang mengalir. Diantara jarijari lingkaran luar dan dalam impeller dibuat beberapa lingkaran sebagai pertolongan untuk menentukan titik-titik dari lengkungan sudu. Harga dari ρ kita buat melalui tabel berikut : Tabel : Harga – harga ρ
-
ρ (cm) 130
10,327
3264
158
149,947
11,596
4172
179
0,9455
159,789
9,842
4225
214
22
0,9271
168,732
8,943
4563
255
38025
24
0,9135
178,132
9,4
4901
260
43264
26
0,8987
186,927
8,797
5239
297
1
R (cm) 130
a
142
20164
13
0,9743
138,351
b
156
24336
16
0,9612
c
169
28561
19
d
182
33124
e
195
2
208
Ring
R2 (cm)2
β
Cos β
R cos β
Rb cos βb-Ra cos βa
16900
10
0,9848
128,024
-
Rb2-Ra2
3.7.5. Design rumah siput (Volute)
Rumah siput mempunyai bentuk spiral logirathmis, tujuannya untuk merubah velocity head dari yang meninggalkan impeller menjadi pressure head dengan se-effesian mungkin.
Penampang potongan dari volute kita pilih penampang trapesium yang dibukatkan. Volute dimulai dari suatu garis dasar yang ditentukan yang dinamai lidah (tongue), radius R1 sebesar 1,05 ÷1,10 kali R2, jadi :
Rt = (1,05 ÷ 1,10 ) ×
208 2
= 109,2 ÷ 114,4 Kita pilih harga : Rt = 113 cm
Sudut antara theoretical tongue dan actual tongue, kita hitung dengan rumus berikut : 132 × log
φt0 =
tan α 2
Rt R2
113 20 8 2 = tan 7 0 132 × 0,03605 = 0,1227 132 × log
φt0 = 38,78 0
Menentukan ukuran Discharge pipe Besarnya kecepatan air keluar dari volute yang paling ideal berkisar antara 5,5 ÷ 7,5 m/s (Ref 1 hal 148) sehingga besarnya discharge pipe bisa kita hitung dengan rumus kontinuitas. Q=CxA Dimana : C = 7,5 ft/sec (diambil)
Q = 10300 m3/jam = 2,861 m3/sec Q 2,861 = C 7,5
Jadi : A =
= 0,38 m2 = 3800 cm2 A=
ddp =
=
π 4
× d dp
2
A× 4
π 3800 × 4
π
= 4840,76
= 69,6 cm Æ 70 cm
Besarnya discaharge pipe : d disch pipe = 70 cm
Titik-titik kita tentukan dengan mengambil jari-jari minimum R2 = 104cm. Jadi jari-jari kami tentukan harga-harga sebagai berikut : R2 = 104 cm Rt = 113 cm Ra = 120 cm Rb = 130 cm Rc = 140 cm Rd = 150 cm Re = 155 cm Lebar volute pada kedudukan sembarang besarnya sebagai berikut : b = b3 + tan Dimana :
θ 2
b3 = b2 + 2 kali tebal impeller + clearance tiap sisi. = 24,6 + 24,6 + 6 = 55,2 cm
Seperti disebutkan diatas, penampang potongan dari volute berbentuk trapesium dengan sudut antara dinding dan garis radial sebesar 30o, jadi sudut : θ = 60o
Sedangkan x = beda antara 2 radius, R dan R2 Jadi harga :
b = b3 + 2x tan
θ 2
= 55,2 + 2x tan 30o = 55,2 + 2x. 0,5774 = 55,2 + 1,1548x = 2, 1732 + 1,1548x Volute design ditentukan oleh sudut φ yang dihitung dari titik Theoretical Tongue dengan persamaan berikut : 360 × R2 × C 2u ϕ = Q
′
∫ Rϕ b ×
0
R2
dR l R
dimana satuan-satuannya adalah : R2
: 104 cm
C2u’
: 16,03 m/sec
Q
: 3 m3/secv
Tabel : Bentuk-bentuk integral R ΔR Rave bave b.ΔR ΔA A∅ Δ∅o ∅o cm cm cm cm Rave Sgcm Sgcm 0 0 104 966,72 8,63 1245,48 60,42 16 112 966,72 125,48 120 795,6 79,56 6,3648 92,54 10 125 1762,32 218,02 130 911,6 91,16 6,7526 98,18 10 135 2673,92 316,20 140 1027,6 10 145 120,76 7,087 103,04 3701,52 419,24 150 1114,6 106,26 10 152,5 111,46 7,308
Q∅ cms 0
Vave m.p.s
133,4
13,8
225,5
12,8
318,1
11,9
410,8
11,1
160
525,50 10
170
165
120,16
7,282
105,88
4816,12 486,4
10,1
6017,72 553,6
9,2
1201,6 631,38
BAB IV MENENTUKAN UKURAN DARI BAGIAN POMPA
4.1
Menentukan Ukuran Bantalan-Bantalan Pompa Akibat terjadi perbedaan tekanan pada waktu pompa bekerja akan timbul gaya aksial yang arahnya menuju kesisi isap. Besr gaya aksial yang arahnya kesisi kiri adalah sebagai berikut:
P2 =
π 4
(D
2 2
)
− d 2 × h2
Gaya aksial yang arahnya kesisi kanan besarnya sebagai berikut: P2 =
π
(D 4
2 2
)
− D12 × h2 −
π 4
D12 h1
Dimana : D1
= diameter dam masuk impeller, 130 cm
D2
= diameter luar impeller,
208 cm
d
= diameter poros pompa,
26 cm
h1
= tekanan hisap pompa, 1 m/detik (100% vakum, harga ini diambil)
h2
= tekanan maximum keluar,
4 m/detik
Gaya aksial yang terjadi : Ka = P2 – P1 =
π
(D 4
=− =
π
4
π
2 2
)
− d 2 h2 −
× d 2 × h2 +
π
π
4
4
(
π 4
2
D1 h1
× D1 h2 2
× D1 × (h2 + h1 ) − 2
4
)
× D22 − D12 h2 +
π 4
× d 2 × h2
Jadi besarnya gaya aksial :
Ka = = =
π 4
π 4
π
× 130 2 × (4 + 1) −
π
× 130 2 × (4 + 1) −
π
× 130 2 × 5 −
π
4 4
× 26 2 × 4 × 26 2 × 4
× 26 2 × 4
4 4 = 66332,5 − 2122,64
Ka = 64209,9 kg Arahnya kekiri
4.2
Menghitung Ukuran Kopling
Ukuran kopling kami tentukan sebagai berikut : d
= 20 cm
L
= 50 cm
b
= 6 cm
dn
= 40 cm
L’
= 25 cm
t
= 10 cm
Dbout
= 90 cm
L’’
= 35 cm
t’
= 10 cm
Dkopl
= 110 cm
I
= L =50 cm
Kopling dibuat menurut jenis kopling elastis untuk mempermudah pemasangan dan alignment antara garis sumbu poros pompa dan garis sumbu poros motor penggerak.
Menghitung ukuran baut kopling Moment yang bekerja pada baut : M = 71620
= 71620
N n
1502,08 253
M = 425213,3 kg.cm
Gaya tangensial : Pt = =
M Rbout
425213,3 4,5
Pt = 94491,8 kg
Jumlah baut kopling 4 buah, sehingga tiap baut menerima gaya sebesar : P=
94491,8 4
= 23622,9 kg
σD =
P F
F=
P
σD
Harga σD dipilih sebesar σD = 200 kg/cm2 untuk baut yang dibuat dari bahan st. 37. Jadi :
F=
23622,9 = 118,1145 cm2 200
Bagian yang menerima beban tekan dengan bahan elastis (kulit) ditentukan : db’ = 8,5 cm
Beban tekan yang diijinkan antara kulit dan baja : σD = 10 kg/cm2
Maka : ′ 23622,9 I × db = 10 I × 0,85 = 2362,29
I=
2362,29 0,85
= 2779 Æ 3 cm
Pemeriksan terhadap beban/ momen lengkung Jarak antara gaya P terhadap lengan besar : 23622,9 cm
Momen lengkung yang terjadi : Mb = P x I = 23622,9 x 2362,29 = 55804140 kg.cm
Besarnya tegangan lengkung :
σb =
Mb Wb
Dimana : Wb = 0,1 x d3 = 0,1 × (0,7 )
3
= 0,0343cm 3
σb =
55804140 0,0343
σb = 163 kg/cm2
Jadi baut dengan ukuran-ukuran diatas dan dibuat dari bahan st.37 mempunyai kekuatan yang cukup.
4.3
Menentukan Ukuran Pasak
Pasak antara Impeller dan poros Besarnya pasak disesuaikan dengan lembar Normalisasi Negeri belanda NI6I dan NI62. Untuk poros dengan ukuran : d =260 mm
Kita dapatkan harga : Lebar pasak
I = 55 mm
Tinggi pasak t = 30 mm Panjang pasak L = 15, 20, 30, 40, 60 mm
Pemeriksaan Kekuatan Pasak Gaya tangesial yang bekerja pada pasak : P = 71620
N n×r
= 71620
1502,08 253 × 1
P = 425213 kg
Panjang pasak diambil:
L = 60 mm
Pemeriksaan terhadap tegangan tekan pada bidang : D=
=
P L×b
425213 6 × 0,6
D = 118114 kg/cm2
Menurut lembar Normalisasi NI6I dan NI62 dinyatakan bahwa bahan pasak adalah st. 50. Ternyata besarnya tekanan bidang dan tegangan geser dari perhitungan masih kecil dari harga yang diijinkan, sehingga ukuran pasak cukup memenuhi syarat-syarat kekuatan bahan.
Pasak antara poros dan kopling Karena diameter poros kopling dibuat sama besar dengan diameter poros impeller, maka ukuran-ukuran pasaknya sama dengan pasak antara poros dan impellar. Ukuran pasak sebagai berikut : Lebar pasak
I = 6 cm
Tinggi pasak t = 6 cm Panjang pasak L = 6 cm
BAB V PENUTUP
5.1
Spesifikasi Pompa sentrifugal untuk memompa air : Kapasitas pompa
:
10300 m3 / jam
Tekanan maksimum
:
30 m.k.a
Kecepatan pompa
:
253 rpm
Daya penggerak pompa
:
1502,08 dk
Diameter poros pompa
:
26 cm
Jumlah sudu
:
9 buah
Dari hasil perhitungan diperoleh:
Ukuran-ukuran impeller disisi masuk : Diameter inlet dam
:
130 cm
Lebar sudu
:
37,7 cm
Sudut masuk absolut
:
900
Lengkungan sudu
:
100
Ukuran-ukuran impeller disisi keluar : Diameter outlet impeller
:
208 cm
Lebar sudu
:
24,6 cm
Sudut masuk absolut
:
1270
Lengkungan sudu
:
260
Ukuran-ukuran pokok pompa :
5.2
Panjang pompa
:
310 cm
Tinggi pompa
:
264 cm
Lebar pompa
:
237 cm
Kesimpulan Karena pompa yang direncanakan adalah untuk memompa air laut. Sehingga bahan dari
bagian-bagian pompa harus dibuat dari bahan yang
mempunyai ketahanan yang baik terhadap korosi oleh air laut. a. Poros Pompa Air laut yang sifatnya korrosive terhadap besi/ baja, sehingga poros pompa dibuat dari baja tahan karat (stainless steel) dengan tegangan-tegangan yang diijinkan.
b. Impeller Impeller dibuat dari bahan Bronze, dengan cara dicor. Permukaan dari impeller terutama bagian yang dilalui aliran air, dibuat sehalus mungkin untuk memperbesar effisiensi pompa. Setelah selesai dan dipasang pada poros, impeller harus dibalans secara statis maupun dinamis untuk menghindari getaran yang timbul pada waktu pompa bekerja.
c. Rumah Pompa (Casing) Untuk tekanan yang rendah rumah pompa (casing) dibuat dari besi tuang. Besi tuang lebih tanah terhadap korosi dibanding dengan besi atau baja. Disinipun permukaan yang dilalui aliran air harus dibuat halus untuk memperoleh effisiensi yang maksimal. Stuffing box dibuat pada casing untuk memperoleh
kerapatan yang baik antara poros dan casing. Didalamnya diisi dengan packing yang lunak, kemudian ditekan oleh penekan packing yang dibuat dari besi tuang baja. Dipasaran packing yang dibuat dari bahan katun atau hennep dibuat dengan penampang potongan segi empat dan digulung menurut bentuk koil yang bisa dipotong-potong menurut kebutuhan. Dipasaran packing tersebut sering disebut Reimers Packing.
d. Pasak (Key) Seperti halnya poros pompa, pasak dibuat dari besi tahan karat (stainless steel), dengan kekuatan bahan seperti yang telah dipakai dalam perhitungan. Pasak untuk kopling pompa bisa dibuat dari bahan besi biasa karena bekerja tanpa dipengaruhi oleh bahan yang korrosive.
e. Kopling Pompa Kopling ini bekerja tanpa dipengaruhi oleh bahan yang korrosive sehingga bis dibuat dari bahan besi/baja dengan kekuatan bahan seperti yang telah dipakai dalam perhitungan. Kopling elastis mempergunakan bahan kulit yang dipasang pada baut-baut kopling.
f. Ballbearing Karena ballbearing dibuat oleh pabrik tertentu dan dipasaran tersedia sebagai bagian (parts) mesing yang sudah siap untuk dipakai, maka mengenai bahan ini tidak akan diuraikan disini. Pelumasan yang baik perlu untuk mendapatkan umur bearing yang maksimal. Pelumasan direncanakan mempergunakan minyak pelumas.
