SKRIPSI. Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi. Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik OLEH : ERICK EXAPERIUS SIHITE NIM :

Transkripsi

1 PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik OLEH : ERICK EXAPERIUS SIHITE NIM : PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN SIKRIPSI PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA NAMA : ERICK EXAPERIUS S. NIM : Telah disetujui Dosen Pembimbing Periode ke-170 tanggal 22 pebruari 2012 Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP DOSEN PEMBANDING I, DOSEN PEMBANDING II, Ir.Mulfi Hazwi,M.Sc NIP Ir.Tekad Sitepu NIP Diketahui, Ketua P.S. Teknik Mesin FT. USU Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP

3 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 291/TS/2011 PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSI DITERIMA : FAKULTAS TEKNIK USU PARAF : MEDAN TUGAS SKRIPSI NAMA : ERICK EXAPERIUS S. NIM. : MATA PELAJARAN : MESIN FLUIDA SPESIFIKASI : -PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA -PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK -DIMENSI UTAMA POMPA -GAMBAR TEKNIK DIBERIKAN TANGGAL : 29 SEPTEMBER 2011 SELESAI TGL. : 19 JANUARI 2012 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN, 19 JANUARI 2012 FT. USU DOSEN PEMBIMBING, DR.ING.IR.IKHWANSYAH ISRANURI ISRANURI DR.ING.IR.IKHWANSYAH NIP NIP

4 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSI MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA NO. 291 / TS/ 2011 Sub Program Bidang tugas Judul Tugas : Teknik Mesin : Mesin Fluida : PERENCANAAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI PADA PT. INDUSTRI KARET NUSANTARA Diberikan tanggal : 29 september 2011 Selesai Tgl. : 19 januari 2012 Dosen pembimbing : Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Nama Mhs. : Erick Exaperius S. NIP NIM. : No. Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan Dosen pemb Spesifikasi Tugas Acc Bab I dan Bab II Perbaiki Bab III Perbaiki Bab III Acc Bab III Perbaiki Bab IV Perbaiki Bab IV Acc Bab IV Perbaiki Bab V Perbaiki Bab V Perbaiki Bab V Acc Bab V Gambar Teknik Acc Gambar Teknik Persiapan Seminar Catatan : 1. Kartu harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing Diketahui, setiap asistensi Ketua P.S. Teknik Mesin 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi FT. USU 3. Kartu ini dikembalikan kejurusan, bila kegiatan asistensi telah selesai Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP

5 ABSTRAK Untuk peningkatan produktifitas lateks, khususnya produksi benang karet (Rubber Thread), tidak terlepas dari mesin-mesin dan peralatan produksi yang memadai. Agar lebih efektif dan efisien pada proses produksi, maka dirancang mesin-mesin fluida yaitu pompa sentrifugal untuk memompakan cairan lateks dari tangki mobil ke tangki penampungan dengan kapasitas 56 ton/hari pada PT. Industri Karet Nusantara. Jenis pompa yang dirancang adalah pompa sentrifugal satu tingkat, dengan tipe impeler radial terbuka, head pompa 20 m, daya pompa 647,46 w. Pompa digerakkan oleh motor listrik, dengan daya motor 776,9 w, putaran/frekuensi motor yaitu 3000 rpm/50 Hz. Dengan demikian proses produksi akan berlangsung secara kontiniu, dimana lateks yang ada pada tangki mobil dapat di alirkan ke tangki penampungan sesuai dengan spesifikasi pompa tersebut. Kata kunci : pompa sentrifugal, cairan lateks, penampungan

6 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas karunia dan izin-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa untuk menyelesaikan Pendidikan Sarjana Ekstension pada Fakultas Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun tugas sarjana yang diberikan adalah Perencanaan Pompa Sentrifugal untuk Memompakan Cairan Lateks dari Tangki Mobil ke Tangki Penampungan dengan Kapasitas 56 Ton/hari pada PT. Industi Karet Nusantara. Penulis menyadari bahwa tugas ini tidak luput dari kekurangan dan kesilapan, untuk ini penulis mengharapkan adanya saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik sekaligus Dosen pembimbing tugas sarjana ini yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan sepenuhnya dari awal hingga akhir selesainya tugas sarjana ini; 2. Dosen Pembanding I Ir.Mulfi Hazwi,M.Sc 3. Dosen Pembanding II Ir.Tekad Sitepu 4. Para dosen dan staf pengajar pada Departemen Teknik Mesin FT-USU yang telah memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan; 5. Bapak pimpinan beserta staf dan karyawan General PT. Industri Karet Nusantara yang telah memberikan waktu dan tempat bagi penulis untuk melaksanakan survey dan memberikan pengarahan bagi penulis;

7 6. Yang penulis kasihi dan sayangi kepada kedua orangtua penulis, yang telah banyak memberikan bantuan materi dan moril kepada penulis selama ini. 7. Teman-temanku di Teknik Mesin Ekstension, terimakasih atas bantuannya semua. Akhir kata semoga tugas sarjana ini bermanfaat bagi kita semua dan semoga kita tetap dilindungi oleh Tuhan yang Maha Esa. Medan, Januari 2012 Penulis, Erick Exaperius Sihite NIM

8 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN... LEMBARAN SPESIFIKASI.... LEMBARAN ASISTENSI... ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR NOTASI... ii iii iv v vi viii xiii xv xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penulisan Manfaat Penulisan Metodologi Penulisan Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Mesin Fluida Pompa Klasifikasi Pompa Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump)... 5

9 2.3.2 Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump) Pompa-pompa jenis Khusus Dasar Perencanaan Pompa Dasar Pertimbangan Pemilihan Pompa Putaran Spesifik Pompa Daya Pompa BAB III PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK Penentuan Kapasitas Pompa Pemilihan Jumlah Pompa Penentuan Head Pompa Perbedaaan Head Tekanan Head Statis Perbedaan Head Kecepatan Kerugian Head Pada Pipa Isap Kerugian Head Pada Pipa Isap Kerugian Head Pada Pipa Tekanan Alat Penggerak Pompa Pemilihan Jenis Impeler Putaran Spesifik Pompa Efisiensi Pompa Daya Pompa Daya Motor Penggerak Kavitasi Net Positive Section Head (NPSH) NPSH Yang Tersedia NPSH Yang Diperlukan... 42

10 3.12 spesifikasi Pompa BAB IV UKURAN UTAMA POMPA Putaran Pompa Dimensi Impeler Diameter hub Impeler Diameter Mata Impeler Diameter Sisi Masuk Impeler Diameter Sisi Keluar Impeler lebar Impeler Sisi Masuk Lebar Impeler Pada Sisi Keluar Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler Kecepatan Absolut Aliran Masuk Impeler Kecepatan Tangensial Aliran Sudut Tangensial Aliran Kecepatan Relatif Aliran Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler Kecepatan Radial aliran Kecepatan Tangensial Sudut Tangensial Sudut Absolut Keluar Impeler Kecepatan Absolut Aliran Kecepatan Relatif Keluar Kecepatan Sudut Keluar Akibat Adanya aliran Sirkulasi Kecepatan Radial Kecepatan Absolut Sudut Tangensial Sisi Keluar... 55

11 Sudut Absolut Kecepatan Relatif Perencanaan Sudu Impeler Jumlah Sudu Tebal Sudu Tebal Sudu Pada Sisi Masuk Tebal Sudu Pada Sisi Keluar Jarak Antar Sudu Impeler Melukis Bentuk Sudu Impeler Panjang Sudu Rumah Pompa Luas Penampang Leher Volute Jari-Jari Volute Sudut lidah Volute Tebal Dinding Rumah Pompa BAB V ANALISA GAYA PADA POROS Berat Impeler Berat Roda Impeler Berat Sudu Impeler Berat Poros Gaya Radial Gaya Aksial Gaya Akibat Perbedaan Tekanan Gaya Aksial Akibat Momen Fluida Perhitungan defleksi Pada Poros Defleksi Akibat Berat Impeler... 79

12 5.6.1 Defleksi Akibat Beban Terbagi Rata q Defleksi Akibat Beban Terbagi rata q Defleksi Akibat Beban Terbagi rata q Putaran Kritis Perhitungan Bantalan Bantalan Pada Tumpuan A dan B Perencanaan Pasak Pemeriksaan Terhadap Tegangan Geser Pemeriksaan Terhadap Tegangan Tumbuk BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Spesifikasi Pompa Spesifikasi Penggerak Pompa Ukuran-Ukuran Impeler Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

13 DAFTAR GAMBAR Gambar Nama Gambar Halaman 2.1 Screw pump Gear Pump Vane Pump Pompa Torak Impeler Jenis Radial Impeler Jenis Francis Impeler Jenis Aliran aksial Impeler Jenis Aksial Pompa Volut Pompa Difuser Pompa Vorteks Pompa Bertingkat Banyak Pompa Sentrifugal Pompa Aliran Campur Pompa Aliran Aksial Pompa Aliran Campur Poros Tegak dan pompa isapan ganda Instalasi Pemipaan Diagram Isometris Jenis (model) Impeler Grafik Hubungan Bentuk Impeler Dengan... Putaran Spesifik Pompa Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran Spesifik Diagram Kecepatan Fluida Masuk dan Keluar Impeler Bentuk Penampang Impeler... 47

14 4.3 Segitiga Kecepatan Fluida Masuk Pada Sisi Masuk Diagram Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar impeler Bentuk Sudu Impeler Rumah pompa Keong Grafik Harga C thr /u 2 Sebagai Fungsi n s Bentuk dan Ukuran Impeler Bentuk dan Ukuran Poros Pembebanan Pada poros Beban pada poros Beban Poros Terbagi Rata Defleksi Akibat Beban Impeler Defleksi Akibat Beban Terbagi Rata q Defleksi Akibat Beban Terbagi Rata q Defleksi Akibat Beban Terbagi rata q Bantalan Bola Pasak... 87

15 DAFTAR TABEL Tabel Nama tabel Halaman 2.1 Perbandingan sifat pompa sentrifugal dan torak Pemilihan jumlah pompa Koefisien kerugian kelengkapan pipa isap Koefisien kerugian head pada kelengkapan pipa Jari-jari busur sudu impeler Panjang busur Penampang dan jari-jari volute Berat bagian tiap impeler Berat poros Defleksi pada titik pembebanan... 82

16 DAFTAR NOTASI Simbol Latin Arti Satuan A Luas penampang [m2] B Lebar bantalan [m] B Lebar pasak [m] b1 Lebar sisi masuk impeler [m] b2 Lebar sisi keluar impeler [m] Q Kapasitas nominal dinamis spesifik [N] C0 Kapasitas nominal statis spesifik [N] D Diameter luar bantalan [m] D Diameter dalam bantalan [m] Di Diameter dalam pipa [m] Ds Diameter poros pompa [m] Co Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler [m/det] D0 Diameter mata impeler [m] D1 Diameter sisi masuk impeler [m] D2 Diameter sisi keluar impeler [m] Dh Diameter hub impeler [m] F Fc Fs Fn Koefisien gesek Faktor koreksi daya Faktor slip transmisi Faktor kecepatan g Percepatan gravitasi [m/det 2 ] Ha Head aktual [m] Hp Head pompa [m] Htr Head teoritis pompa [m]

17 ΔHp Perbedaan tekanan [m] ΔH v Perbedaan head tekanan [m] hr Head loses akibat kekarasan permukaan pipa [m] hm Head loses sepanjang instalasi pemipaan pompa [m] hl Head loses sepanjang insdtalasi pemipaan pompa [m] hk Tinggi pasak [m] I Momen inersia [m 4 ] k Koefisien kerugian head [m] L Panjang pipa [m] Ld Panjang pipa tekan [m] Ls Panjang pipa isap [m] Ln Panjang sudu [m] M Massa [kg] Mt Momen torsi [Nm] Nd Daya rencana yang ditransmisikan poros [Hp] Nm Daya motor listrik [Hp] N p Daya poros pompa [Hp] n p Putaran poros [rpm] n s Putaran spesifik pompa [rpm] P i Tekanan dibelakang impeler [Pa] P Tekanan didepan impeler [Pa] P v Jarak antar sudu [m] Q p Kapasitas pompa [m 3 /s] Q ts Kapasitas teoritis pompa [m 3 /s] Re Bilangan reynold Rv Jari-jari volute [m]

18 R 1 Jari-jari lingkaran sudu masuk keluar impeler [m] R 2 Jari-jari lingkaran sudu keluar keluar impeler [m] R 3 Jari-jari dalam volute [m] u 1 Kecepatan tangensial masuk impeler [m/det] u 2 Kecepatan tangensial keluar impeler [m/det] v d Kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan [m/det] v s Kecepatan aliran fluida dalam Pipa Isap [m/det] V o Kecepatan absolut fluida saat akan memasuki impeler [m/det] v r1 Kecepatan radial pada sisi masuk [m/det] v r2 Kecepatan radial pada sisi keluar [m/det] v u Komponen tangensial kecepatan absolut fluida [m/det] v 1 Kecepatan absolut fluida pada sisi masuk impeler [m/det] v 2 Kecepatan absolut fluida pada sisi keluar impeler [m/det] V Viskositas kinematik [m/det] w 1 Kecepatan relative pada sisi masuk impeler [m/det] w 2 Kecepatan relative pada sisi keluar impeler [m/det] Z i Jumlah sudu Z 1 Head hisap pompa [m] Z 2 Head statis pompa [m] Symbol Yunani α Sudut antara v dan u [ ] β Sudut antara w dan u [ ] Δβ Perubahan sudut impeler [ ] γ Berat jenis material [N/m 3 ] ρ Rapat massa [kg/m 3 ]

19 υ Koefisien tinggi tekan σ B Kekuatan tarik bahan [N/m 2 ] τ Tegangan geser yang timbul [N/m 2 ] τ gi Tegangan geser izin [N/m 2 ] τ ρ Tegangan tumbuk yang timbul [N/m 2 ] ϖ Kecepatan sudut kritis [rad/s] R k Jari-jari besar sudu [m] η p Efisiensi pompa [ o / o ] η t Efisiensi transmisi [ o / o ]