DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Transkripsi

1 PERANCANGAN POMPA PADA SIKLUS RANKINE ORGANIK DENGAN KAPASITAS 1 MW SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DANIEL V. M. SIPAYUNG NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 PERANCANGAN POMPA PADA SIKLUS RANKINE ORGANIK DENGAN KAPASITAS 1 MW SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DANIEL V. M. SIPAYUNG NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

3 PERANCANGAN POMPA PADA SIKLUS RANKINE ORGANIK DENGAN KAPASITAS 1 MW DANIEL V. M. SIPAYUNG NIM : Diketahui / Disahkan : Disetujui oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, DR. Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Mulfi Hazwi, MSc. NIP NIP

4 PERANCANGAN POMPA PADA SIKLUS RANKINE ORGANIK DENGAN KAPASITAS 1 MW DANIEL V. M. SIPAYUNG NIM : Telah disetujui dari hasil Seminar Skripsi Periode ke pada tanggal 27 November 2010 Pembanding I, Pembanding II, Tulus Burhanudin Sitorus, ST, MT Ir. Isril Amir NIP : NIP :

5 PERANCANGAN POMPA PADA SIKLUS RANKINE ORGANIK DENGAN KAPASITAS 1 MW DANIEL V. M. SIPAYUNG NIM : Telah Disetujui oleh : Pembimbing/Penguji Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc NIP Pembanding I, Pembanding II, Ir. M. Syahril Gultom, MT Drs. Ahmad Zulkifli Lubis, Msc NIP : NIP : Diketahui oleh : Departemen Teknik Mesin Ketua, DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP :

6 2 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 898/TS/2009 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : MEDAN PARAF : ========================== ===================== TUGAS SARJANA NAMA NIM : MATA PELAJARAN SPESIFIKASI : DANIEL V M SIPAYUNG : PINDAH PANAS II DIBERIKAN TANGGAL : SELESAI TANGGAL : : PERANCANGAN SEBUAH POMPA PADA INSTALASI TENAGA UAP DENGAN SIKLUS RANKINE ORGANIK DENGAN DAYA OUT PUT TURBIM 1MW. PERANCANGAN MELIPUTI PEMILIHAN TYPE/JENIS POMPA YANG DIGUNAKAN DAN UKURAN UKURAN UTAMANYA DAN GAMBAR KERJA. MEDAN, KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING DR.ING.IR.IKHWANSYAH ISRANURI IR.MULFI HAZWI, MSC NIP NIP

7 3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang atas berkat dan kasih serta penyertaan-nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Adapun yang menjadi pembahasan dalam tugas sarjana ini adalah mengenai PERANCANGAN POMPA PADA SISTEM PEMBANGKIT TENAGA BERDASARKAN SIKLUS RANKINE ORGANIK DENGAN KAPASITAS 1 MW. Berbagai ilmu yang berkaitan dengan sub program studi konversi energy seperti mesin fluida, mekanika fluida dan pompa kompresor diaplikasikan dalam merencanakan Pompa Sentrifugal jenis aliran radial yang digunakan pada hotel bertingkat. Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak menerima bimbingan dan dorongan berupa pemikiran, tenaga, semangat serta waktu dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ayahanda ( Alm. M. Sipayung ), Ibunda ( M. A. L. Tobing ), kakanda ( Immanuel Sipayung ) dan juga adinda ( Mega Sipayung dan Tari Sipayung ) yang telah banyak memberikan berbagai macam bantuan moril maupun materi hingga akhirnya tulisan ini dapat diselesaikan. 2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan serta masukan kepada penulis. 3. Bapak Dr.Ing.Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanudin, ST,MT., selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 4. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik Mesin USU 5. Semua teman teman seperjuangan stambuk 2005 di Departemen Teknik Mesin serta teman - teman seperjuangan penulis ( Ego, Abel s, Dicky, David, dan Mr.JoE ) di sodara No.48 dan Maycold dan Adi. 6. Semua rekan rekan seperjuangan yang ada dirumah maupun dirumah sakit. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan, karena keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Untuk itu penulis sangat mengharapkan masukan yang konstruktif dari pembaca agar tulisan ini lebih sempurna lagi. Atas perhatian para pembaca sebelumnya, penulis ucapkan terima kasih. Penulis, Daniel V.M. Sipayung

8 4 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBARAN PENGESAHAN LEMBARAN PERSETUJUAN SPESIFIKASI TUGAS LEMBARAN EVALUASI KATA PENGANTAR ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR NOTASI BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Batasan Masalah Manfaat Perancangan Tujuan Perancangan Sistematika Penulisan 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Mesin Fluida Pengertian Pompa Klasifikasi Pompa Unit Penggerak Pompa Dasar Dasar Pemilihan Pompa Head Pompa Putaran Spesifik Daya Pompa Aliran Fluida Kavitasi 12 i ii iii iv vi ix x xi xiv xv xvii

9 5 BAB III PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA 3.1 Perhitungan Termodinamika Fluida Kerja ( R-123 ) Kapasitas Aliran Kapasitas Pompa Head Pompa Perbedaan Head Tekanan Perbedaan Head Kecepatan Kerugian Head Kerugian Head sepanjang pipa hisap Kerugian Head sepanjang pipa tekan Pemilihan Jenis Pompa Perhitungan Motor Penggerak Putaran Spesifik dan tipe Impeler Efisiensi Pompa Daya Pompa dan Daya Penggerak Spesifikasi hasil perencanaan 40 BAB IV UKURAN UKURAN UTAMA POMPA 4.1 Perencanaan poros pompa Perencanaan pasak Pemeriksaan terhadap tegangan geser Pemeriksaan terhadap tegangan tumbuk Perencanaan impeller Perencanaan ukuran impeller Diameter hub impeller Diameter mata impeller Diameter Sisi masuk impeller Diameter sisi keluar impeller Lebar impeller pada sisi masuk Lebar impeller pada sisi keluar Kecepatan dan sudut aliran fluida masuk impeller Kecepatan aliran absolute Kecepatan Tangensial 52

10 Sudut Tangensial Kecepatan dan sudut aliran fluida keluar impeller Kecepatan radial aliran Kecepatan Tangensial Sudut Tangensial keluar impeller Kecepatan sudut absolute tangensial Sudut absolute keluar impeller Kecepatan Sudut absolute keluar impeller Kecepatan absolute aliran keluar Perencanaan Sudu impeller Jumlah Sudu Jarak Antara sudu impeller Tebal sudu Melukis Bentuk sudu Ukuran Ukuran Utama impeller Rumah Pompa Perencanaan Bentuk rumah pompa Lebar Saluran Keluar volute Jari jari lingkaran rumah volute Penampang dan jari jari volute Tebal dinding rumah pompa Ukuran ukuran utama pompa 70 BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Saran 73 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

11 7 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Literature review on ORC 4 Tabel 3.1 Sifat-Sifat Fisik Dari Refrigerant 22 Tabel 3.2 Tipe Faktor pengotoran ( Fouling Factor ) pada pipa 28 Tabel 3.3 Kekasaran relatif ( e ) dalam berbagai bahan pipa 28 Tabel 3.4 Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap 30 Tabel 3.5 Koefisien kerugian gesek pada pipa tekan 32 Tabel 3.6 Harga putaran dan kutubnya 34 Tabel 3.7 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik 36 Tabel 3.8 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis 36 Tabel 3.9 hubungan antara kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi volimetris 37 Tabel 4.1 Faktor Koreksi Daya 42 Tabel 4.2 Jari Jari busur sudu impeller 61 Tabel 4.3 Jari jari dan luas volut untuk setiap penampang 68

12 8 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Diagram Siklus Organik Rankine 2 Gambar 1.2 Diagram T-S 3 Gambar 2.1 Prinsip Hukum Bernoulli 8 Gambar 2.2 Vortexing Fluida 14 Gambar 3.1 Diagram P h refrigerant R Gambar 3.2 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa 29 Gambar 4.1 Pasak 40 Gambar 4.2 Ukuran-Ukuran Utama Impeler 43 Gambar 4.3 Grafik penentuan kecepatan fluida masuk impeler ( V o ) 44 Gambar 4.4 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk 48 Gambar 4.5 Segitiga kecepatan pada sisi keluar 52 Gambar 4.6 Sudu Impeler 57 Gambar 4.7 Perbandingan Kecepatan Pada Kerongkongan Rumah Keong 60 Gambar 4.8 Grafik penentuan sudut volut 60 Gambar 4.9 Rumah Pompa 64

13 9 DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN A Luas Penampang Pipa m 2 b Lebar Pasak mm b 1 Lebar impeller pada sisi masuk mm b 2 Lebar impeler pada sisi keluar mm b 3 Lebar Penampang masuk saluran throat mm D is Diameter dalam pipa mm D s Diameter poros mm D h Diameter hub mm D 1 Diameter sisi masuk impeller mm D 2 Diameter sisi keluar impeller mm f c Faktor koreksi - g Gravitasi m/s 2 H L Head Losses sepanjang pipa m Hp Head pompa m H s Head statis m H thz Head Teoritis m h f Kerugian Head mayor m h m Kerugian head minor m h Tinggi pasak mm K Kerugian akibat kelengkapan pipa - K t Faktor Koreksi pembebanan - k Konstanta Hidrolik - L Panjang pipa m Mt Momen torsi kgmm M Massa Kg Nm Daya Motor Listrik kw Np Daya Pompa kw

14 10 n Putaran Pompa rpm n s Putaran Spesifik rpm P Tekanan Pada pompa Pa Q Kapasitas Pompa m 3 /s R Jari Jari sudu lingkaran impeller mm Re Bilangan Reynold - S Jarak antara sudu mm Sf 1 Faktor keamanan kelelahan puntir - Sf 2 Faktor Keamanan alur bahan - t Tebal sudu impeller mm U 1 Kecepatan tangensial sisi masuk impeller m/s U 2 Kecepatan tangensial sisi keluar impeller m/s V Kecepatan aliran pada pipa m/s V o Kecepatan aliran masuk impeller m/s Vr 1 Kecepatan radial masuk impeller m/s Vr 2 Kecepatan radial keluar impeller m/s Vthr Kecepatan pada kerongkongan rumah keong m/s Z Jumlah sudu - α Sudut Aliran masuk β Sudut tangensial γ Berat jenis fluida N/m 3 ηp Efisiensi pompa % υ Viskositas Kinematik m 2 /s π konstanta (phi) - ρ Kerapatan fluida kg/m 3 τ g Tegangan Geser kg/m 2 σ b Kekuatan Tarik Bahan kg/m 2 ω Kecepatan sudut rad/s o o