ANALISA PERFORMANSI POMPA SENTRIFUGAL PADA WATER TREATMENT DENGAN KAPASITAS 60 M3/JAM DI PKS PT UKINDO LANGKAT
LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh FRANCIE SOREN HERLINAWATI PASARIBU 1205052071
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia yang diberikan-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, mulai dari awal penyusunan hingga selesai. Laporan yang berjudul Analisa Performansi Pompa Sentrifugal Pada Water Treatment Dengan Kapasitas 60 M3/Jam Di PKS PT UKINDO Langkat ini, dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir Semester VI pendidikan program Diploma III, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. Dalam menyeselaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak menerima bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi maupun dari segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.
M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan;
2.
Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Medan; 3.
Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan;
4.
Aulia Salman, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu dan tenaga, dalam memberikan saran dan arahan kepada penulis;
5.
Seluruh staf pengajar Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan;
6.
Ir. Isman Harianda, M.T., selaku wali kelas Teknik Konversi Energi Mekanik EN-6C;
7.
Teristimewa kepada orangtua penulis Bapak M.D. Pasaribu dan Ibu R. Simanungkalit, serta kepada abang dan kakak saya, Kirck Devi Pasaribu dan Wieke Dyanti Rozalia Pasaribu, yang telah banyak memberikan doa v
dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini tepat pada waktunya. 8.
Yang selalu memberikan dukungan dan semangat Ananda Esterinda Catarina Simatupang, Dicky Maryono Sibarani, Olivia Pohan, Rumia Pasaribu dan Try Eva Julita Sitepu;
9.
Rekan-rekan mahasiswa angkatan 2012, khususnya EN-6C, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan;
10. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah membantu penulis selama pengerjaan Tugas Akhir ini baik secara langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, baik dari segi pembuatannya maupun dari segi penyajiannya. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun, demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih, semoga laporan Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat bagi kita semua khususnya untuk mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan.
Medan, Agustus 2015 Hormat Penulis,
Francie Soren Herlinawati Pasaribu NIM. 1205052071
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ..................................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................ iii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iv KATA PENGANTAR ...................................................................................... v DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xi DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv INTISARI ......................................................................................................... xv ABSTRACT ...................................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1 A. Latar Belakang ..................................................................................... 1 B. Topik Bahasan ..................................................................................... 2 C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir .............................................. 2 D. Manfaat Penulisan ................................................................................ 2 E. Metode Pengumpulan Data .................................................................. 3
BAB II DASAR TEORI ................................................................................... 4 A. Mesin – Mesin Fluida .......................................................................... 4 vii
1.
Mesin Tenaga ......................................................................... 4
2.
Mesin Kerja ........................................................................... 5
B. Pengertian Pompa ................................................................................ 5 C. Jenis – Jenis Pompa ............................................................................. 6 1. Pompa Perpindahan Positif (Positive Displacement Pump ........ 6 a. Pompa Gerakan Bolak-Balik (Reciprocating Pump) ........ 6 1) Pompa Torak (Piston) .............................................. 7 2) Pompa Plunyer (Plunger Pump) .............................. 8 3) Pompa Diafragma .................................................... 9 b. Pompa Putar (Rotary Pump) ............................................. 10 1) Pompa Roda Gigi Luar ............................................ 10 2) Pompa Roda Gigi Dalam ......................................... 10 3) Pompa Cuping (Lobe Pump) ................................... 11 4) Pompa Sekrup (Screw Pump) .................................. 11 5) Pompa Baling Geser (Vane Pump) .......................... 12 2. Pompa Perpindahan Non Positif (Non Positive Displacement Pump) .................................................................. 12 a. Pompa Sentrifugal ............................................................. 12 b. Pompa Pengaruh Khusus .................................................. 13 D. Pompa Sentrifugal ................................................................................ 13 E. Bagian – Bagian Pompa Sentrifugal .................................................... 14 F. Klasifikasi Pompa Sentrifugal ............................................................. 16 1. Menurut Jenis Aliran Dalam Impeler ......................................... 16 2. Menurut Jenis Impeler ................................................................ 17 3. Menurut Bentuk Rumah ............................................................. 18 4. Menurut Jumlah Tingkat ............................................................ 19 5. Menurut Letak Poros .................................................................. 20 6. Menurut Jumlah Sisi Isap (Suction) ........................................... 20 7. Menurut Jumlah / Susunan Impeler Dan Tingkat ....................... 21 8. Kapasitas ..................................................................................... 21
viii
G. Pola Aliran Dalam Pipa ....................................................................... 21 H. Head Total Pompa ................................................................................ 22 I.
Net Positive Suction Head Available (NPSHa) ................................... 24
J.
Net Positive Suction Head Required (NPSHr) .................................... 27
K. Kavitasi ................................................................................................ 28 L. Beberapa Metode Pencegahan Kavitasi ............................................... 29 M. Sistem Proteksi Pompa Sentrifugal ...................................................... 30 N. Operasi Seri Paralel Dengan Karakteristik Pompa Sama .................... 30 1. Susunan Seri ............................................................................... 31 2. Susunan Paralel .......................................................................... 31
BAB III ANALISA SPESIFIKASI POMPA ................................................. 32 A. Data Pompa Yang Digunakan .............................................................. 32 B. Kapasitas Pompa .................................................................................. 33 C. Head ..................................................................................................... 33 1. Head Statis (Ha) ......................................................................... 33 2. Perbedaan Head Tekan ............................................................... 34 3. Kerugian Head pada Pipa Isap ................................................... 34 4. Kerugian Head pada Pipa Tekan (Hld) ...................................... 38 5. Kerugian Head Akibat Kecepatan Aliran Fluida pada Pompa ... 42 D. Putaran Spesifik Pompa ....................................................................... 43 E. Efisiensi Pompa ................................................................................... 43 F. Daya Pompa ......................................................................................... 44 G. Daya Nominal Penggerak Mula ........................................................... 45 H. NPSH (Net Positive Suction Head) Yang Tersedia ............................. 46 I.
NPSH (Net Positive Suction Head) Yang Diperlukan ......................... 46
BAB IV PENUTUP .......................................................................................... 48 A. Kesimpulan .......................................................................................... 48
ix
B. Saran .................................................................................................... 48
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Jenis Pompa ..................................................................... 6 Gambar 2.2 Pompa torak kerja tunggal .............................................................. 7 Gambar 2.3 Pompa torak kerja ganda ................................................................ 7 Gambar 2.4 Pompa torak silinder tunggal .......................................................... 8 Gambar 2.5 Pompa torak silinder ganda ............................................................ 8 Gambar 2.6 Pompa plunyer ............................................................................... 9 Gambar 2.7 Pompa diafragma ........................................................................... 9 Gambar 2.8 Pompa roda gigi luar ...................................................................... 10 Gambar 2.9 Pompa roda gigi dalam ................................................................... 11 Gambar 2.10 Pompa cuping (lobe pump) .......................................................... 11 Gambar 2.11 Pompa sekrup (screw pump) ........................................................ 12 Gambar 2.12 Pompa baling geser (vane pump) ................................................. 12 Gambar 2.13 Bagian pompa ............................................................................... 14 Gambar 2.14 Pompa sentrifugal aliran radial .................................................... 16 Gambar 2.15 Pompa sentrifugal aliran campur .................................................. 16 Gambar 2.16 Pompa aliran aksial ...................................................................... 17 Gambar 2.17 Jenis impeler ................................................................................. 18 Gambar 2.18 Rumah volute ................................................................................ 18 Gambar 2.19 Pompa diffuser ............................................................................. 19
xi
Gambar 2.20 Pompa bertingkat banyak ............................................................. 19 Gambar 2.21 Poros vertikal & poros horizontal ................................................ 20 Gambar 2.22 Aliran dalam pipa ......................................................................... 22 Gambar 2.23 Instalasi pompa dengan posisi pompa di atas permukaan cairan isap .................................................................................... 25 Gambar 2.24 Instalasi pompa dengan posisi pompa di bawah permukaan cairan isap .................................................................................... 25 Gambar 2.25 Instalasi pompa dengan letak pompa di bawah cairan yang Dihisap ......................................................................................... 26 Gambar 2.26 Instalasi pompa dengan pompa terletak di atas permukaan yang dihisap ................................................................................. 26 Gambar 2.27 Susunan Pompa Seri ..................................................................... 31 Gambar 2.28 Susunan Pompa Paralel ................................................................ 31
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Harga koefisien tahanan pipa pada berbagai macam fitting .............. 24
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 01 Tabel Ukuran Standart Pipa Lampiran 02 Sifat-sifat Air Lampiran 03 Dimensi Pipa Baja Lampiran 04 Diagram Moody Lampiran 05 Tabel Koefisien Untuk Piting-Piting Pipa Lampiran 06 Tabel Konversi Satuan Lampiran 07 Koefisien Kerugian Gesek Pada Kelengkapan Pipa
xiv
INTISARI
Pompa mempunyai kegunaan yang sangat luas, pengaruh yang diberikan pompa sangat besar bagi kehidupan dapat menghemat pekerjaan memindahkan fluida dari segi waktu, biaya, dan resiko. Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi dengan prinsip kerja mengubah energi mekanik menjadi energi fluida (tekanan dan kecepatan). Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mangatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran ini berupa perbedaan tekanan, ketinggian atau hambatan gesek. Bagian utama yang sangat berpengaruh dalam kerja sebuah pompa adalah impeler dan rumah pompa yang dilengkapi dengan saluran isap dan saluran tekan. Unjuk kerja dari pompa dipengaruhi oleh kapasitas, head dan kecepatan yang semuanya mencakup dalam kecepatan spesifik pompa. Pompa sering mengalami peristiwa yang kavitasi yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan perbedaan penampang yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan sampai turun di bawah tekanan uap jenuhnya. Pompa yang dibahas adalah pompa sentrifugal. Untuk dapat bekerja, pompa memerlukan penggerak mula, di sini digunakan motor induksi dengan daya operasional sebesar 7,93 Kw. Head total yang dilayani pompa sebesar 26,79 m dengan kecepatan spesifik 1358 rpm dan dapat diketahui jenis impeler yang digunakan adalah radial, efisiensi pompa sebesar 64%. Instalasi bebas dari gangguan kavitasi karena NPSH yang tersedia lebih besar dari NPSH yang diperlukan.
xv
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Air merupakan sumber kehidupan bagi seluruh makhluk hidup di dunia. Kebutuhan manusia akan air pada saat ini sangatlah besar baik untuk dikonsumsi maupun untuk menunjang kehidupan manusia. Banyaknya jumlah pengguna air bersih dan pembangunan gedung saat ini, maka kebutuhan air bersih menjadi sebuah kebutuhan primer yang sangat penting untuk meningkatkan kualitas hidup manusia. Seiring meningkatnya jumlah penduduk dunia dan pembangunan gedung-gedung baru, maka perlu dibuat suatu sistem pemompaan yang baik guna menyalurukan air bersih ke tiap unit beban, sehingga pemakai dapat menggunakan air sesuai dengan yang dibutuhkan. Pompa adalah jenis mesin yang berfungsi untuk memindahkan fluida melalui pipa dari suatu tempat ke tempat lain atau dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Dengan kata lain, pompa mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Pada umumnya pompa digunakan untuk menaikkan fluida sebuah reservoir, pengairan, pengisi ketel dan sebagainya. Dalam hal ini pelaksanaan operasionalnya dapat bekerja secara tunggal, seri dan paralel yang kesemuanya tergantung pada kebutuhan serta peralatan yang ada. Salah satu jenis pompa yang paling banyak digunakan saat ini adalah jenis pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal ini memanfaatkan kecepatan dari putaran impeler untuk memberikan tekanan atau energi pada aliran fluida. Seiring dengan perkembangan zaman dan semakin kompleksnya kebutuhan, maka pompa tersebut ikut pula berkembang, baik bentuk maupun jenisnya. Dalam perencanaan instalasi pompa, harus dapat diketahui karakteristik pompa tersebut untuk mendapatkan sistem yang optimum, hal inilah yang
1
membuat penulis mengangkat judul “Analisa Performansi Pompa Sentrifugal Pada Water Treatment Dengan Kapasitas 60 Meter3/Jam Di PKS PT UKINDO Langkat”, yang berlokasi di Desa Blankahan, Kecamatan Kuala, Kabupaten Langkat. Pada tugas akhir ini difokuskan pada pompa sentrifugal yaitu proses menaikkan air dilakukan dengan aksi gaya sentrifugal. Tersedianya atau tidak air dipengaruhi oleh aktivitas pompa sentrifugal tersebut, maka penting megetahui karakteristik pompa demi pemilihan pompa yang tepat dan benar.
B. Topik Bahasan Agar dalam penelitian ini diperoleh hasil yang fokus, maka penelitian ini dibatasi. Adapun masalah yang perlu dibahas dalam Laporan Tugas Akhir ini adalah : 1. Dasar teori pompa sentrifugal; 2. Sistem kerja pompa sentrifugal; 3. Spesifikasi pompa sentrifugal dan analisa performansi; 4. Instalasi pompa.
C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Program Diploma III Politeknik Negeri Medan, Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik; 2. Untuk mengetahui cara kerja pompa sentrifugal; 3. Untuk mengetahui performansi pompa sentrifugal; 4. Untuk mengetahui instalasi pompa sentrifugal.
D. Manfaat Penelitian Penulisan dari tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat bagi: 1. Penulis, demi menambah pengetahuan dan wawasan agar kelak mampu menerapkan ilmu yang didapat dalam dunia kerja;
2
2. Pembaca yang ingin mengetahui bagaimana cara kerja, performansi dan instalasi dari pompa sentrifugal, sehingga dapat memilih jenis maupun bentuk pompa sentrifugal yang tepat sesuai dengan kebutuhan.
E. Metode Pengambilan Data Sebagai bahan dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menggunakan beberapa metode untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan antara lain: 1. Studi lapangan yaitu metode pengumpulan data yang dilakukan dengan cara mengadakan pengambilan data langsung dari lokasi letak pompa; 2. Studi literatur atau kepustakaan yakni mengumpulkan informasi dari berbagai referensi yang menyangkut tugas akhir ini; 3. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan diskusi dengan teman-teman yang memahami masalah tentang pompa sentrifugal; 4. Wawancara
langsung
dengan
narasumber
yang
menguasai
pokok
permasalahan.
3
