BAB III PROSES PERANCANGAN, PERAKITAN, PENGUJIAN DAN PERHITUNGAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK AIR MANCUR

Transkripsi

1 Jansen A.Sirait / BAB III PROSES PERANCANGAN, PERAKITAN, PENGUJIAN DAN PERHITUNGAN POMPA SENTRIFUGAL UNTUK AIR MANCUR 3.1. Bagian Yang Dirancang, Dirakit, Diuji dan Perhitungan Pompa Pada proses perancangan, pembuatan, perakitan dan pengujian alat pengujian pompa sentrifugal untuk air mancur, ada beberapa bagian yang akan dirancang, dibuat, dirakit dan diuji, seperti di bawah ini. 3.. Proses Perancangan Pada proses perancangan ini ada beberapa komponen dan alat ukur yang butuhkan, antara lain: Pompa Pompa merupakan suatu komponen pemindah fluida dari satu tempat ke tempat yang lain. Untuk perancangan sistem alat pengujian pompa sentrifugal, digunakan alat pemindah fluida dari suatu tempat ketempat yang lain. Dan untuk menjamin pompa berfungsi dengan baik dan menghasilkan output (debit air) yang diinginkan, maka diperhatikan beberapa hal penting dapat mempengaruhi fungsi dari alat tersebut. Pada perancangan pompa ini di titik beratkan untuk mencari data seperti: 1. Head pompa. Daya hidrolis 3. Daya poros dan 4. Efisiensi pompa. TEKNIK 35 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

2 Jansen A.Sirait / Di bawah ini adalah spesifikasi dari pompa yang akan digunakan perancangan pompa air mancur secara otomatis. Gambar 3.1 Mesin pompa Sumber: engineeringtechnology.com Merk : WASSER Kapasitas Maksimum : 70 liter/menit Suction Head ( sisi isap ) : 0,5 cm Hg Discharge Head ( sisi tekan ) : 0,6 kg/cm Total Head : 10 kg/m 3... Motor Listrik Motor listrik disini digunakan untuk menggerakkan pompa agar pompa dapat memindahkan fluida dari satu tempat ketempat lain. Di bawah ini adalah spesifikasi dari motor listrik yang akan digunakan pada pembuatan alat uji pompa sentrifugal. Output/daya pompa : 10 watt V/Hz/Ph : 0/50/1 Putaran Motor Listrik : 860 rpm TEKNIK 36 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

3 Jansen A.Sirait / Gambar 3. Motor listrik Sumber: engineeringtechnology.com Katup Solenoid Katup solenoid adalah katup yang dibuka dengan menggunakan gaya elektromagnetig, pada waktu scalar bekerja (ON). Apabila arus listrik mengalir melalui koil elektromagnetik, maka akan terjadi medan magnetic sehingga plunyer akan tertarik. Dalam keadaan tersebut katup akan membuka. Katup ini menpunyai tegangan listik di elektromagnetik sebesar 0 Volt. Apabila aliran listrik dihentikan (OFF), plunyer akan bergerak ke kedudukan semula dengan cepat karena beratnya sendiri. Dalam keadaan tersebut katup akan menutup. Gambar 3.3 Koil Elektromagnetik dan Pluyer Sumber: engineeringtechnology.com TEKNIK 37 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

4 Jansen A.Sirait / Dalam perancangan ini yang dipakai adalah katup solenoid pilot. Katup solenoid pilot dibuat terutama untuk katup berlubang besar. Peralatan katup dan plunyer merupakan bagian yang terpisah. Plunyer tersebut bekerja sebagai pendahulu, seperti pada jenis langsung, katup utama kemudian ditekan keatas oleh perbedaan tekanan atara bagian masuk dan keluar dari katup tersebut. Gambar 3.4 Konstruksi Katup Solenoid Sumber: engineeringtechnology.com Timer Dalam perancangan ini timer digunakan untuk kecepatan waktu yang akan digunakan yaitu jam, menit dan detik (yang dapat diubah-ubah) dari timer tersebut akan dihubungkan ke katup solenoid. Timer ini mempunyai daya 0 Volt. Di bawah ini adalah timer yang digunakan dalam perancangan alat uji pompa sentrifugal menpunyai tipe antara lain 1. Timer Omron H3CR Timer ini berfungsi untuk mengatur buka tutup katup solenoid (otomatis) dalam keluarnya air. TEKNIK 38 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

5 Jansen A.Sirait / Gambar 3.5 Timer OMRON H3CR Sumber: engineeringtechnology.com. Timer Camco TH3A Gambar 3.6 Timer CAMCO TH3A Sumber: engineeringtechnology.com Perancangan timer disini digunakan untuk mengatur waktu buka tutup katup solenoid, sehingga didapatkan variasi air (yang dapat diubah-ubah) dari putaran pompa. Di bawah ini adalah data dari timer yang digunakan pada perancangan alat pengujian pompa sentrifugal. TEKNIK 39 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

6 Jansen A.Sirait / Gambar 3.7 Rangkaian Timer Sumber: engineeringtechnology.com Perancangan Pipa Pipa digunakan sebagai sarana untuk mengalirkan fluida dari satu tempat ketempat yang lain. Di bawah ini adalah spesiflkasi pemipaan yang digunakan pada perancangan alat pengujian pompa sentrifugal. Diameter pipa sisi isap : 3/4 inchi Diameter pipa sisi tekan : 3/4 inchi Pipa/perlaron ukuran 3/4 inchi dengan ukuran panjang 9, cm 4 buah pipa slop 3/4 inchi 1 buah pipa bentuk T 3/4 inchi 4 buah pipa bentuk siku 3/4 inchi 4 buah katup selonoid 3/4 inchi Slang plastik 3/4 inchi dengan panjang 0 cm TEKNIK 40 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

7 Jansen A.Sirait / Gambar 3.8 Rancangan bak air dan pipa 3.3. Proses Pembuatan Pada proses pembuatan alat pompa air mancur secara ototmatis adalah melalui beberapa pekerjaan dan tahapan sebagai berikut : Pembuatan Rangka Bak Air Konstruksi rangka sebagai media untuk dudukan bak air. Dalam pembuatan rangka material yang digunakan : Besi siku 5 x 5 Untuk perancangan konstruksi rangka sebagai berikut : Panjang P = 96 cm Tinggi T = 0 cm Lebar L = 35 cm TEKNIK 41 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

8 Jansen A.Sirait / Untuk panjang rangka yang akan dibuat, dipotong besi siku dengan ukuran 96 cm sebanyak buah. Untuk lebar dari rangka dipotong besi siku dengan ukuran 35 cm sebanyak buah. Untuk tinggi dari rangka dipotong besi siku dengan ukuran 0 cm sebanyak 4 buah. Lalu seluruh potongan besi siku dilas sesuai rancangan Proses Pembuatan Bak Air Untuk perancangan bak air menggunakan pelat Galfanis ( anti karat ) tebal 0,4 mm dengan ukuran sebagai berikut : Panjang P = 95 cm Tinggi T = 37 cm Lebar L = 34 cm TEKNIK 4 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

9 Jansen A.Sirait / Proses pembuatan bak air ini dalam Pompa Air mancur dengan menggunakan timer adalah melalui tahap sebagai berikut : Untuk panjang dari bak air di potong plat galfanis dengan ukuran 95 cm sebanyak 3 buah dan untuk tinggi dan lebar dipotong plat galfanis dengan ukuran T = 37 cm, L = 34 cm sebanyak buah. Bak air dilubangi lubang pada bagian kiri dan kanan dengan ukuran P = 5 cm, L = 5 cm gunanya untuk aliran pemipaan Proses Perakitan Proses perakitan dilakukan dalam beberapa tahap yaitu : 1. Pompa di pasangkan pada bak air posisi terendam air.. Timer di hubungkan dengan saklar listrik, kemudian di sambungkan ke katup; 3. Sistem pemipaan dirakit pada sisi isap dan sisi tekan Merakit Sistem Kelistrikan Pada pembuatan sistem alat pengujian ini dibutuhkan sistem kelistrikan yang akan menghantarkan listrik, yang akan membuat alat dapat beroperasi dengan baik. Dari sistem kelistrikan ini digunakan rangkaian sebai berikut: Dari jala-jala dihubungkan ke ON/OFF lalu dari ON/OFF dihubungkan Ke timer dan disambungkan ke katup. Untuk mengatur daya iistrik diukur tegangan arusnya yang dipasang sebelum pompa dipasang tegangan dan arusnya. TEKNIK 43 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

10 Jansen A.Sirait / Gambar 3.9 Bak air (Weirmeter) TEKNIK 44 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

11 Jansen A.Sirait / TEKNIK 45 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

29 Jansen A.Sirait / Perhitungan Pompa Sentrifugal Untuk Air Mancur Mencari Head Pompa Dari data data hasil pengujian di atas kita konversikan dahulu suatu tekanan sisi hisap dan tekanan. a. Bukaan katup penuh Data-data yang di dapat dari hasil pengujian: Tegangan V = 0 Volt Arus I =,8 Ampere Tekanan Sisi Isap Pi = 0,5 cmhg Tekanan Sisi Tekan Pt = 0,6 kg/cm Tinggi Weirmeter h = 14 cm = 140 mm Diameter sisi pipa buang = 3/4 inci = 0,75 x,54 = 1,905 cm = 0,019 m Sudut kemiringan pipa = 60 0 Gravitasi = 9,81 m/s Untuk mencari head pompa kita kompirmasikan dahulu kedua satuan tekanan (Referensi Thermodinamika Teknik William C Reynolds, Henry C Perkins,Filino Harahap Hal 539) Tekanan Sisi Tekan, Pt kg 0,6kg / cm 6 = = 6000kg / cm 4 cm 10 kg m P t = 6000 x9,8 = 58800N / m m s TEKNIK 63 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

30 Jansen A.Sirait / Tekanan sisi isap, P1 P 1 = 0,5 cm Hg x 1333 = 666,5 N/m Luas penampang sisi buang pompa A = π ( d) 4 3,14 = (0,019m) 4 =,83x10 4 m Perhitungan Head Pompa Hp = Hp = Pt PI p. g 58800N / m 666,5N / m N / m x9,8m / s Hp = 0,60 m Debit Aliran Zat Cair,Q(m3/det) Q = Q = Q = g. h θ.tan m x0,14 s m x0,14 s x tan tan Q = 0,53 x 4,43 x 0,056 x 0,577 Q = 5,7 x 10-3 m 3 /det Kecepatan Aliran Fluida Masuk (M/S) Q = Vi π ( D i )... (3.1) 4 TEKNIK 64 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

31 Jansen A.Sirait / Q. 4 V I = π. ( D) 3 5,7 x 10 x 4 V I = 3,14 (0,019m) 3 m 5,7 x 10 x 4 V I = s 4 3,14 x3,61 x 10 m V i = 0,18 m/s (3.1) Sularso dan Tahara H, Pompa dan Kompresor, cetakan ke-6 Pradnya Paramita, Jakarta 1996.hal Kecepatan Aliran Fluida Keluar (M/S) Q = V o. π. D... (3.) Q V o = π. ( D) 3 m 5,7 x10 V o = s 3,14.(0,019m) 3 m 5,7 x 10 V o = s 4 3,14 x 3,61 x 10 m V o = 5,046 m/s (3.) Sularso dan Tahara H, Pompa dan Kompresor, cetakan ke-6 Pradnya Paramita, Jakarta 1996.hal Kecepatan Rata-Rata V = V = V I + V o V I + V o TEKNIK 65 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

32 Jansen A.Sirait / ,18 + 5,046 V = V = 1,613 m/s Kerugian Gesek Pada Pipa Diketahui : Koefisien kerugian gesek,f = 0,0 (sumber Karassik, J.J, Willianm, CK and Warren, H.F,hal. 16) Panjang seluruh pipa,l = 44 cm =,44 m Diameter pipa = 0,75 inci = 0,75 x,54 = 1,905 cm = 0,019 m Kerugian gesek pada pipa H f = H f = f. L D V.. g,44 0,0 x 0,019 m m (1,613) x x 9,8 H f = 0,0 x,44 0,019 m m m (1,613 ) x s m x 9.8 s H f = m 159,087 0,0 x 18,4 x s m 19,6 s H f = 0,0 x 18,4 x 8,1 m H f = 0,85 m TEKNIK 66 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

33 Jansen A.Sirait / Mencari Kecepatan Spesifik Untuk mencari kecepatan spesifik didapat data-data sebagai berikut : a. Bukaan katup penuh Putaran pompa, n = 860 rpm Kapasitas, Q = 8,3 x 10-4 m 3 /det Head pompa = 0,60 m 0,5 Q n s = n x 0, 75 H n s = 860 rpm x 4 3 ( 8,3 x 10 m / s) (0,60 m) 0,75 0,5 n s = 860 rpm x 0,088 0,68 n s = 860 rpm x 0,04 n s = 10,1 rpm 3.6. Pemeriksaan Terhadap Kavitasi Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi persyaratan berikut : NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan. Untuk mengetahui apakah pompa air mancur yang saya rancang ini bebas kavitasi dapat dilihat perhitungan dibawah ini Menghitung NPSHav tersedia Dimana P a = Tekanan atmosfir (300C) = 1033 N/m² (sumber Suga, K dan Sularso, hal.4) λ = Berat fluida persatuan volume (N/m³) = 9764 N/m³ (sumber tabel sifat-sifat fisika air) TEKNIK 67 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

34 Jansen A.Sirait / P v = Tekanan uap jenuh air = 43,5 N/m (sumber Suga, K dan Sularso,hal.45) hs = Tinggi tekan hisap statis (m) = 0 cm = 0, m h adalah positif (bertanda +) jika pompa terletak dibawah permukaan air yang di isap, dan negatif (bertanda -) jika diatas. h f = Tinggi tekan yang hilang akibat gesekan (m) = 0,01 m H sv P = a P λ v ± hs hf... (3.3) H sv = N N ,5 m m N m + 0, m 0,01 m H sv = 1, m (3.3) Sularso dan Tahara H, Pompa dan Kompresor, cetakan ke-6 Pradnya Paramita, Jakarta 1996.hal Menghitung NPSHre diperlukan HsvN = σ.h N....(3.4) HsvN = 0,045 x 0,60 HsvN = 0,07 m =,7 cm NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan (kesimpulan baik tanpa kavitasi) (3.4) Sularso dan Tahara H, Pompa dan Kompresor, cetakan ke-6 Pradnya Paramita, Jakarta 1996.hal Daya Hidrolis a. Perhitungan daya hidrolis untuk putaran 860 rpm dengan bukaan penuh adalah sebagai berikut : Tegangan, V = 0 volt Arus, I =,8 Ampere TEKNIK 68 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

35 Jansen A.Sirait / Tekanan Sisi isap P1 = 58800N / m Tekanan Sisi Tekan P1 = 666,5 N/m Nh = p. g. Q. h 3 N m 3 m Nh = 9764 x9,8 x5,7 x10 x0,14m m s det Nh = 76,66 watt 3.8. Daya Poros Perhitungan daya poros untuk putaran 860 rpm dengan bukaan penuh adalah sebagai berikut : Tegangan, V = 0 volt Arus, I =,8 Ampere Daya poros dapat dihitung dengan menggunakan rumus : N p = V x I x 0,7 Dimana 0,7 adalah konstanta rugi-rugi pada motor listrik, seperti pada poros, bearing, dan lain-lain. N p = 0 volt x,8 ampere x 0,7 N p = 431, watt 3.9. Efisiensi a. Perhitungan Efisiensi untuk putaran 860 rpm dengan bukaan penuh adalah sebagai berikut : Daya hidrolis, Nh = 76,66 watt Daya Poros, Np = 431, watt TEKNIK 69 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

36 Jansen A.Sirait / Untuk menghitung Effisiensi dengan menggunakan rumus : η = Nh N p x100% η = 76,66 watt 431, watt x 100% η = 0,166 x 100% η = 16,61% Daya Pompa Yang Digunakan Diketahui : Tinggi Tekan Total, H = 0,14 m m 4 Kapasitas pompa, Q = = 8,3 x 10 m / s 3600 s N Berat jenis zat cair, W = 9764 m Effisensi pompa, η = 0,166 Maka perhitungan daya pompa yang digunakan adalah : P = W. Q. H 75. n... (3.5) P = 3 N 4 m 1000 x 9764 x 8,3 x 10 x 0,14 m 3 m s 75. 0,166 P = 91,1 watt Daya pompa sebenarnya = 10 watt >91,1watt (baik) (3.5) Khurmi R.SGupta dan Gupta J.k, A text book of machine design, Eurasia publishing house LTD, Rem Nagar,New delhi, 198. Hal 43 TEKNIK 70 MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA