PENGUJIAN EKSPERIMENTAL KEBISINGAN (NOISE) PADA POMPA SENTRIFUGAL DAP SKALA RUMAH TANGGA MENGGUNAKAN SOUND LEVEL METER
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
EDI HALPITA PUTRA 110401036
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
2
3
4
5
6
7
8
ABSTRACT The pump is a fluid machine which is used as one means of fluid transport water from one place to another by using mechanical energy that flow through the fluid.Water plays an important role in human survival, if there is damage to the pump could potentially interfere with the activity of the human life. Therefore it is very necessary to keep the pump can operate reliably with high performance. Ground water has physical properties different in every place that affect the birth of vibration which then cause noise (noise) pump that will result in the performance of centrifugal pumps. By measuring noise at the pump can know the type of failure that occurred. Thus we can determine the condition of the pump and treatment should be done. The purpose of this study was to compare the "Sound Pressure Level" experimental results conducted on the old and new pumps, with the results of analytical calculations on old and new pumps, as well as to determine the components of the pump that raises the highest noise. From the measurement values obtained in the new pump is noise;(Distance measuring 5cm axes X, Y, -Y and Z = 78.9; 77.8; 78.5; 74.8 (distance measuring 10cm axes X, Y, -Y and Z = 76.2; 72.3 ; 72.2; 70.4), (distance measuring 15cm axes X, Y, -Y and Z = 68.0; 69.0; 68.0; 64.0), (distance measuring 20cm axes X, Y, -Y and Z = 66.9; 66.7; 65.1; 62.9), respectively in units of dB (decibels) and the value of the noise at the old pumps are; (distance measuring 5cm axes X, Y, - Y and Z = 82.4; 78.6; 80.2; 77.2), (distance measuring 10cm axes X, Y, -Y and Z = 79.9; 75.5; 74.4; 73.5 ), (distance measuring 15cm axes X, Y, -Y and Z = 75.2; 72.4; 70.2; 68.2), (distance measuring 20cm axes X, Y, -Y and Z = 74.7 ; 69.7; 67.0; 66.6), respectively in units of dB (decibels). Based on the results of noise measurement obtained new pump and old sound enhancement on the x axis (close to the impeller) is 82,4dB - 78 , 9dB = 3.5 dB. These data reinforced with theoretical calculations of noise sources in new and old pump components obtained an increase in noise at the impeller components are 87,97dB - 79,15dB = 8,82dB. It can be concluded there is damage to the pump impeller. Keywords: Mechanical energy, noise, centrifugal pumps, experimental, decibel, frequency
9
ABSTRAK
Pompa adalah mesin fluida yang digunakan sebagai alat transportasi fluida salah satunya air dari suatu tempat ke tempat lain dengan menggunakan energi mekanik yang mengaliri fluida. Air sangat berperan dalam kelangsungan hidup manusia, jika terjadi kerusakan pada pompa secara potensial dapat mengganggu aktivitas kehidupan manusia tersebut. Oleh sebab itu sangat perlu untuk menjaga agar pompa dapat beroperasi handal dengan performansi yang tinggi. Air tanah memiliki sifat fisik yang berbeda-beda di setiap tempat yang mempengaruhi lahirnya getaran yang kemudian menimbulkan kebisingan (noise) pompa yang akan berakibat pada kinerja pompa sentrifugal. Dengan mengukur noise pada pompa dapat diketahui jenis kegagalan yang terjadi. Dengan demikian kita dapat mengetahui kondisi pompa dan perawatan yang harus dilakukan. Adapun tujuan penelitian ini adalah membandingkan “Sound Pressure Level” hasil eksperimental yang dilakukan pada pompa lama dan baru, dengan hasil perhitungan analitis pada pompa lama dan baru, serta untuk mengetahui komponen pompa yang menimbulkan kebisingan paling tinggi. Dari hasil pengukuran diperoleh nilai kebisingan pada pompa baru adalah; (jarak ukur 5cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 78,9 ; 77,8 ; 78,5 ; 74,8 (jarak ukur 10cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 76,2 ; 72,3 ; 72,2 ; 70,4), (jarak ukur 15cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 68,0 ; 69,0 ; 68,0 ; 64,0), (jarak ukur 20cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 66,9 ; 66,7 ; 65,1 ; 62,9), secara berturut-turut dalam satuan dB(desibel) dan nilai kebisingan pada pompa lama adalah; (jarak ukur 5cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 82,4 ; 78,6 ; 80,2 ; 77,2), (jarak ukur 10cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 79,9 ; 75,5 ; 74,4 ; 73,5), (jarak ukur 15cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 75,2 ; 72,4 ; 70,2 ; 68,2), (jarak ukur 20cm sumbu X, Y, Y dan Z = 74,7 ; 69,7 ; 67,0 ; 66,6), secara berturut-turut dalam satuan dB(desibel). Berdasarkan hasil pengukuran kebisingan pompa baru dan lama diperoleh peningkatan bunyi pada sumbu x (dekat dengan impeller) yaitu 82,4dB – 78,9dB = 3,5 dB. Sehingga dapat disimpulkan terjadi kerusakan pada impeller pompa. Kata kunci: Energi mekanik, kebisingan, pompa sentrifugal, eksperimental, desibel, frekuensi
10
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah “Pengujian Eksperimental Kebisingan (noise) pada Pompa Sentrifugal DAP Skala Rumah Tangga Menggunakan Sound Level Meter”. Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua tercinta, yang telah memberikan segala dukungan tak terhingga baik dukungan moril dan materil. 2. Bapak
Dr.Ir. M.Sabri, M.T, selaku dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan. 3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Abangda Fadly Ahmad Kurniawan Nasution, ST selaku mahasiswa Magister Teknik Mesin sekaligus koordinator laboratorium Noise and Vibration Research Center. 5. Abangda Nazwir Fahmi Damanik, Yogi Aldiansyah, Toto Wibowo, Afrizal dan Jeffry yang telah banyak membagikan ilmunya kepada penulis. 6. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin. 7. Saudara Masruri, Budi Ari Sasmito, Kahar Sinaga, Kin Tawarmiko, Indra Hermawan, Syugito, Teguh Iman Widodo, Dino Hastrino, Erwinsyah Batubara, Rio Martua Harahap, Fandi Aprianto dan teman-teman mahasiswa
i
Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2011, yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini. 8. Kakak dan abang saya tercinta Sri Sugianti dan Radius Prawira SPd yang terus mendukung hingga skripsi ini selesai. 9. Adik-adik saya tercinta Ika Riswanda Putri, Riki Azril dan Rofli yang terus menghibur saya saat pengerjaan skripsi ini. 10. Rima Melati Tanjung yang terus memberikan dukungan dan motivasi dalam pengerjaan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna, baik dari segi teknik maupun dari segi materi. Oleh sebab itu, demi penyempurnaan skripsi ini kritik dan saran sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.
Medan,
Juli 2015
Penulis,
Edi Halpita Putra NIM : 110401036
ii
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR .......................................................................................i DAFTAR ISI ..................................................................................................iii DAFTAR GAMBAR .........................................................................................v DAFTAR TABEL .............................................................................................vii DAFTAR NOTASI ...........................................................................................viii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................1 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................3 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................4 1.3.1 Tujuan Umum Penelitian ......................................................4 1.3.2 Tujuan Khusus Penelitian .....................................................4 1.4 Manfaat Penelitian ..........................................................................4 1.5 Batasan Masalah .............................................................................5 1.6 Sistematika Penulisan .....................................................................5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konstruksi Pompa ...........................................................................6 2.1.1 Impeller .................................................................................7 2.1.2 Poros (Shaft) .........................................................................10 2.1.3 Bantalan (Bearing) ................................................................11 2.1.4 Fluida ....................................................................................13 2.2 Putaran Spesifik Pompa ..................................................................13 2.3 Teori Gelombang ............................................................................14 2.4 Teori Bunyi .....................................................................................16 2.4.1 Frekuensi Bunyi ....................................................................17 2.4.2 Cepat Rambat Bunyi .............................................................18 2.4.3 Panjang Gelombang ..............................................................20 2.4.4 Intensitas Bunyi ....................................................................20 2.4.5 Kecepatan Partikel ................................................................21 2.4.6 Tekanan Bunyi dan Tingkatan Tekanan Bunyi ....................22 2.4.7 Tingkatan Intensitas Bunyi ...................................................24 2.4.8 Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi ...............................25 2.4.9 Hubungan Antara Tingkat Daya, Tingkat Intensitas dan Tingkat Tekanan Bunyi ..................................26 2.5 Kebisingan Pompa ..........................................................................26 2.5.1 Sumber Kebisingan Pompa ...................................................26 2.5.2 Perhitungan Analitis Kebisingan pada Pompa......................28 2.6 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan ..................................29 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .........................................................31 3.2 Bahan dan Alat Penelitian ...............................................................31 3.2.1 Bahan Penelitian ...................................................................31 3.2.2 Alat Penelitian.......................................................................32
iii
3.3 Metode Penelitian ...........................................................................34 3.4 Setup Peralatan................................................................................35 3.5 Variabel yang Diamati ....................................................................36 3.6 Spesifikasi Fluida ............................................................................36 3.7 Design Of Experimenta(DOE) ........................................................37 3.8 Kerangka Konsep Penelitian ...........................................................43 3.9 Pelaksanaan Penelitian ....................................................................44 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengukuran Sound Pressure Level (SPL) Secara Eksperimental ..................................................................................45 4.2 Perhitungan Sumber Bunyi pada Pompa Baru................................47 4.2.1 Analisa Bunyi pada Impeller .................................................47 4.2.2 Analisa Bunyi pada Poros .....................................................50 4.2.3 Analisa Bunyi pada Bantalan (Bearing)................................53 4.3 Perhitungan Analitis Bunyi Pada Pompa Baru ...............................54 4.3.1 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 5 cm.........56 4.3.2 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 10 cm.......57 4.3.3 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 15 cm.......58 4.3.4 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 10 cm.......58 4.4 Perhitungan Sumber Bunyi pada Pompa Lama ..............................60 4.4.1 Analisa Bunyi pada Impeller .................................................60 4.4.2 Analisa Bunyi pada Poros .....................................................62 4.4.3 Analisa Bunyi pada Bantalan (Bearing)................................65 4.5 Perhitungan Analitis Bunyi Pada Pompa Lama ..............................67 4.5.1 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 5 cm.........69 4.5.2 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 10 cm.......69 4.5.3 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 15 cm.......70 4.5.4 Menghitung Sound presure level (SPL) pada r = 20 cm.......71 4.6 Menghitung Persen Ralat ................................................................73 4.6.1 % Ralat SPL pada Pompa Baru ...........................................73 4.6.2 % Ralat SPL pada Pompa Lama ..........................................74 4.7 Overhoul Pompa .............................................................................76 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan .....................................................................................78 5.1.1 Kesimpulan Umum ...............................................................78 5.1.2 Kesimpulan Khusus ..............................................................78 5.2 Saran ..............................................................................................79 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ix LAMPIRAN 1. Konstruksi Sumur Bor dan Pipa Hisap ....................................80 2. Instalasi Pompa dan Sumur Bor ...............................................81
iv
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1
Proses Kerja Pompa .....................................................................1
Gambar 2.1
Konstruksi pompa sentrifugal......................................................6
Gambar 2.2
Impeller jenis radial .....................................................................7
Gambar 2.3
Impeller jenis francis ...................................................................7
Gambar 2.4
Impeller jenis aliran campuran ....................................................7
Gambar 2.5
Impeller jenis aksial .....................................................................8
Gambar 2.6
Model dinamik impeller ..............................................................8
Gambar 2.7
Gaya-gaya pada sudu impeller ....................................................9
Gambar 2.8
Diagram benda bebas sudu ..........................................................9
Gambar 2.9
Poros (shaft).................................................................................10
Gambar 2.10 Diagram benda bebas poros.........................................................11 Gambar 2.11 Bearing ........................................................................................11 Gambar 2.12 Diagram benda bebas ball bearing ................................................12 Gambar 2.13 Gelombang Transversal ...............................................................15 Gambar 2.14 Gelombang Longitudinal .............................................................15 Gambar 2.15 Gelombang bunyi berbentuk bola(speris) ...................................25 Gambar 3.1
Pompa Sentrifugal DAP .............................................................32
Gambar 3.2
Gambar Komponen-Komponen Pompa DAP Model DB-125A .32
Gambar 3.3
Sound Level Meter .......................................................................33
Gambar 3.4
TacoMeter....................................................................................33
Gambar 3.5
Kunci pas .....................................................................................34
Gambar 3.6
Meteran ........................................................................................34
Gambar 3.7
Titik pengukuran ........................................................................34
Gambar 3.8
Pengukuran kebisingan dengan sound level meter ......................35
Gambar 3.9
Proses pengeboran sumur ............................................................36
Gambar 3.10 Impeller pompa DAP ...................................................................39 Gambar 3.11 Poros pompa DAP .......................................................................40 Gambar 3.12 Bearing ........................................................................................41 Gambar 3.13 Kerangka konsep penelitian ........................................................43 Gambar 3.14 Diagram alir proses pelaksanaan .................................................44
v
Gambar 4.1
Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental Pada Pompa Baru ......45
Gambar 4.2
Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental Pada Pompa Lama .....46
Gambar 4.3
Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental Pada Pompa Baru dan Lama........................................................47
Gambar 4.4
Diagram benda bebas sudu impeller............................................47
Gambar 4.5
Diagram benda bebas poros.........................................................50
Gambar 4.6
Diagram benda bebas ball bearing ..............................................53
Gambar 4.7
Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental dan Perhitungan Analitis Pada Pompa Baru ......................................59
Gambar 4.8
Diagram benda bebas sudu impeller............................................60
Gambar 4.9
Diagram benda bebas poros.........................................................62
Gambar 4.10 Diagram benda bebas ball bearing ..............................................65 Gambar 4.11 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental dan Perhitungan Analitis Pada Pompa Lama .....................................72 Gambar 4.12 Grafik SPL Vs Jarak Hasil Ekperimental dan Perhitungan Analitis Pada Pompa Baru dan Lama ..........................................72 Gambar 4.13 Pembongkaran (overhoul) pompa lama.......................................76 Gambar 4.14 Impeller pompa lama ...................................................................76
vi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1
Kriteria Kebutuhan Dalam Pemilihan Pompa ..............................2
Tabel 2.1
Rentang frekuensi dari beberapa sumber bunyi ...........................18
Tabel 2.2
Cepat rambat bunyi pada berbagai material .................................19
Tabel 2.3
Skala intensitas Kebisingan ..........................................................20
Tabel 2.4
Skala koreksi pembobotan –A ......................................................24
Tabel 3.1
Spesifikasi fluida ..........................................................................36
Tabel 3.2
Design Of Experiment (DOE) ......................................................38
Tabel 3.3
Data hasil pengukuran secara eksperimental ................................42
Tabel 4.1
Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa Baru..................................45
Tabel 4.2
Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa lama..................................46
Tabel 4.3
Hasil Perhitungan Teoritis Kebisingan Pompa Baru ....................59
Tabel 4.4
Hasil Perhitungan Teoritis Kebisingan Pompa Lama...................72
Tabel 4.5
Hasil perhitungan persen ralat hasil eksperimental dan perhitungan analitis pada pompa baru ..........................................74
Tabel 4.6
Hasil perhitungan persen ralat hasil eksperimental dan perhitungan analitis pada pompa baru ..........................................75
vii
DAFTAR NOTASI
Simbol
Satuan
c
Kecepatan suara
m/s
gc
Faktor konversi satuan
N/s2
γ
Specific heat ratio
R
Konstanta gas spesifik
T
Temperatur absolut
N
Kekuatan noise
K
Konstanta Boltzmann
J/K
λ
Panjang gelombang
m
f
Frekuensi
Hz
T
Periode
s
k
Jumlah gelombang
Lp
Sound pressure level
dB
Lw
Sound power level
dB
P
Sound pressure
Pa
pref
Tekanan referensi
Pa
W
Sound power
Watt
Wref
Sound power referensi
Watt
K
viii
