Tugas Akhir
PERANCANGAN POMPA AXIAL SUBMERSIBLE (Studi kasus instalasi pengendali banjir Mulyosari Surabaya)
Disusun oleh Nama
: NUR FATAH RAHMAN
NRP
: 2108100624
DOSEN PEMBIMBING Dr . Ir . HERU MIRMANTO , MT.
Latar Belakang Setiap musim penghujan banjir melanda kota Surabaya
Jenis banjir yang ditemukan disurabaya timur adalah banjir mikro bukan banjir makro
Latar Belakang
Penanganan Banjir :
•
Rehabilitasi saluran
•
Pembangunan rumah pompa
•
Pengalihan arus banjir ke saluran lintas dan sebagainya
Perumusan Masalah Pembangunan kota yang semakin meluas di Mulyosari Surabaya menyebabkan daerah terbuka semakin berkurang
Koefisien limpasan air hujan dari tahun ketahun semakin besar
Jangka 5-10 tahun kedepan diperlukan penambahan kapasitas pompa pengendali banjir
Perumusan Masalah
Perumusan Masalah
Untuk mengatasi kekurangan kapasitas pompa pengendali banjir maka pada tugas akhir ini dilakukan perancangan pompa axial submersible.
Perumusan Masalah
1.
2.
3.
4.
Adapun permasalahan utama yang dihadapi dalam perancangan pompa aksial submersible adalah sebagai berikut: Mengetahui kapasitas pompa yang diperlukan, dalam hal ini menyangkut curah hujan, dan luas wilayah yang tergenang banjir. Mengatahui head total instalasi yang diperlukan untuk dapat mengalirkan air genangan menuju saluran primer atau sungai Bagaimana menentukan jenis pompa berdasarkan kecepatan spesifik. Bagaimana merancang dimensi utama pompa.
Batasan Masalah 1. Pompa yang dirancang adalah pompa axial submersible dan komponen-komponennya meliputi impeller pompa,poros pompa, bantalan dan pasak. 2. Fluida kerja dari pompa adalah air 3. Data-data yang diperlukan dalam perancangan pompa axial submersible di dapat dari Dinas Pekerjaan Umum Pemprov Jatim dan Badan Meteorologi dan Geofisika.
4. Pipa yang digunakan adalah Galvanize iron
Tujuan Perancangan
1. Menentukan debit atau kapasitas maksimum
2. Melakukan perhitungan head effektif instalasi
3. Melakukan perancangan pompa axial submersible yang sesuai untuk mengatasi banjir yang terjadi di kawasan Surabaya Timur. 4. Gambar susunan pompa axial submersible.
Manfaat Perancangan 1. Mendapatkan solusi untuk mengatasi banjir di daerah perumahan.
2. Menambah pengetahuan bagi penulis dan pengguna makalah ini mengenai pompa aliran aksial dengan sudu impeller berbentuk airfoil. 3. Menambah perbendaharaan makalah perancangan pompa di Indonesia.
Flow chart perancangan pompa
Start Data : • Luas wilayah • Curah hujan max Menentukan kapasitas pompa Q = C.i. A Hitung head loss pompa : L V2 V2 + K . H LT = f . × D 2g 2g
Menentukan Head Pompa 2 2 P − P1 V 2 − V 1 + H = 2 + (z 2 − z1 ) + H LT 2g γ
Menentukan daya air (WHP) WHP = γ × Q × H Menentukan daya pompa (BHP)
BHP =
γ ×Q× H η op
A
Flow chart perancangan pompa
A Menentukan kecepatan spesifik Q ns = 3,65 × n × 4 H3 Menentukan tinggi hisap pompa Pa Pv hsv = − − σH − hls
γ
γ
Menentukan dimensi impeller pompa
Menentukan profil sudu impeller pompa
Menentukan kekuatan sudu impeller pompa Perancangan poros, bearing, pasak Selesai
Flow chart perancangan impeller Mulai Data: -luas wilayah -curah hujan
Menentukan kapasitas pompa Q = C.i. A Menentukan head pompa 2 2 P − P V − V1 + ( z 2 − z1 ) + H LT H = 2 1 + 2 γ 2g Menentukan daya air (WHP) WHP = γ × Q × H Menentukan daya pompa (BHP) BHP =
γ ×Q× H η op
Menentukan kecepatan spesifik pompa
n s = 3, 65 n
Q 3
H A
4
Flow chart perancangan impeller A Menentukan tinggi hisap pompa Pa Pv zs = − − σH − hls γ γ Menentukan diameter impeller Q d 2 = 5 .5 × 3 n Menentukan diameter hub. dh = d2 −
4Q 3600×η v × Ca × π
Menentukan jumlah sudu impeller Menentukan kecepatan aksial Ca = kc × 2 gH Menentukan kecepatan keliling u =
π .d .n 60
B
Flow chart perancangan impeller B Menentukan sudut relative masuk sudu tan β1 =
ca u1
Menentukan CU2 g × H th Cu 2 = u2 Menentukan sudut relative keluar sudu ca 2 tan β 2 = u2 − cu 2
Selesai
Flow chart perancangan profil impeller
Flow chart perancangan profil impeller
Tebal Maksimum Sudu
0,05
0,045 0,04
0,035 0,03
y = -0,032x + 0,057
0,025 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8
Diameter Potongan
Panjang chord
Grafik Ymax Fungsi Diameter Potongan
Grafik Panjang Chord Fungsi Diameter Potongan 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
y = 0,571x + 0,136
0,2 0,250,3 0,350,4 0,450,5 0,550,6 0,650,7 0,750,8 0,85 Diameter potongan
Gambar profil impeller
Penampang hub impeller
Penampang tip impeller
Impeller pompa
Perhitungan sudut relatif masuk dn keluar sudu
Perhitungan sudu pengarah
Flow chart perhitungan kekuatan sudu Mulai
Data: -Dimensi sudu -Coeficient Lift -Coeficient Drag -Sudut α -Sudut β Menghitung gaya lift & gaya drag FL = ½ . ρair . V2 . A . CL FD = ½ . ρair . V2 . A . CD Menghitung Momen bending M b = F.R Menghitung: -Tegangan tarik : Fs σt = Aprofil
σt =
M b .C Ix
σt =
M by .C Ix
M bx .C Iy -Tegangan geser
σt
τs =
Fx + Fy + Ws A
A
Flow chart perhitungan kekuatan sudu A
Pemilihan bahan sudu : -Jenis bahan -Yield strength
σ + total 2 2
σ total
2
S + τ s 2 ≤ y N
Ya Selesai
Tidak
Flow chart perhitungan kekuatan sudu Mulai
Data: -Dimensi sudu -Coeficient Lift -Coeficient Drag -Sudut α -Sudut β Menghitung gaya lift & gaya drag FL = ½ . ρair . V2 . A . CL FD = ½ . ρair . V2 . A . CD Menghitung Momen bending M b = F.R Menghitung: -Tegangan tarik : Fs σt = Aprofil
σt =
M b .C Ix
σt =
M by .C Ix
M bx .C Iy -Tegangan geser
σt
τs =
Fx + Fy + Ws A
A
perhitungan kekuatan sudu
Flow chart perhitungan diameter poros Mulai
Data: -Berat impeller (W) -Torsi (T) -Gaya vertikal (Fy) -Gaya horisontal (Fx)
Menghitung resultan gaya-gaya pada bidang horisontal dan vertikal ∑Fx = 0 ∑Fy = 0 ∑M = 0
Pemilihan material poros: -jenis bahan -yield strength
Menghitung diameter poros: 2
1 32 M 1 32 M 4F 4 F 16T S y + + − + ≤ 3 2 3 πD πD 2 πD 3 N 2 πD 2 πD
Diameter poros sesuai
Ya Selesai
Tidak
Flow chart perhitungan pasak Mulai
Data: -Diameter poros (D) -Torsi (T) -Jenis Pasak Tidak Pemilihan material pasak -jenis bahan -yield strength (Sy)
-Tinjaun Tegangan Geser S syp 2T ≤ LWD N -Tinjauan TeganganKompresi 4T s ≤ YP LWD N
Ya Selesai
Flow chart perhitungan bantalan Mulai
Data: -Diameter poros -Putaran -Gaya gaya pada poros
Analisa gaya – gaya pada bantalan
Menentukan dimensi bantalan
P = X .V .Fr + Y .Fa
Menentukan umur bantalan b
6 C 10 L10 = × P 60n
Selesai
Gambar Autocad Hasil Perancangan
Video Pompa Axial Submersible
Peta Saluaran Drainase Mulyosari surabaya
Panjang saluran drainase ditunjukkan dengan nomor 18-19-20-21-22-23-H Luas wilayah yang dilayani saluran ini 720 Ha
Data curah hujan dan luas wilayah
KAPASITAS POMPA
•Kapasitas Banjir Tahun 2009 Qbanjir = C × I × A = 0,3 × 5 ×10
−3
10 4 m 2 m m3 2 × 149. 019 hm × = 10800 jam jam 1hm 2
m 3 1 jam m3 = 10800 × =3 jam 3600 s s
•Perkiraan Kapasitas Banjir 2016 Qbanjir = C × I × A = 0,5 × 5 ×10
−3
10 4 m 2 m m3 2 × 149,019 hm × = 18000 2 jam jam 1hm
m 3 1 jam m3 = 18000 × =5 jam 3600 s s
KAPASITAS POMPA Maka besarnya kapasitas pompa pengendali untuk 5 tahun ke depan sebesar 5 m3/s. Ada 3 buah pompa yang sudah dipasang pada instalasi pengendali banjir Mulyosari ITS dengan kapasitas per unit sebesar 1 m3/s sehingga kapasitas total pompa yang ter pasang 3 m3/s. Maka untuk mengatasi kekurangan kapasitas tersebut dirancang 1 buah pompa dengan kapasitas 2 m3/s.
GAMBAR INSTALASI POMPA
HEAD LOSS POMPA
)
Head Loss Mayor •Panjang pipa discharge (L discharge) = 4510 + 750 + 450 + 5600 + 675 (m) = 11985 mm = 12 m •Bahan pipa Commercial steel (e = 0,15 mm = 0,15 × 10 −3 m
f LV 0 ,013 ×12m × (1,518 m s ) = = 0, 01415 m hl = 2Dg 2 ×1,2954m × 9, 81 m s 2
2
Head Loss Minor hl = (K Lbow + K Lbow street
2
V + K entrance )× 2g
(0,88 + 0,17 + 0,78)m × (1,518 m s ) = 0 ,215 m hl = 2 × 9 ,81 m s 2 2
HEAD POMPA 2 2 P2 − P1 V2 − V1 + (z 2 − z1 ) + H LT + H = γ 2g
P2 = P1 Hst = 450 + 750 + 4510 – 2300 + 500 = 3920 mm = 3,92 m V1 = 0
V2 =
2 m3 / s 1 × π ×1,295m 2 4
= 1,518 m / s
2 m (1,518 ) − 02 s H = 0+ m 2 9 , 8 × s2
+ 3,920 + 0,229 = 4,267 m
