TUGAS SARJANA MESIN-MESIN FLUIDA POMPA SENTRIFUGAL UNTUK MEMOMPAKAN CAIRAN LATEKS DARI TANGKI MOBIL KE TANGKI PENAMPUNGAN DENGAN KAPASITAS 56 TON/HARI PADA SUATU PABRIK KARET Oleh : BOBY AZWARDINATA NIM : 040421020 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT 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 Pompa Sentrifugal untuk Memompakan Cairan Lateks dari Tangki Mobil ke Tangki Penampungan dengan Kapasitas 56 Ton/hari pada suatu Pabrik Karet. 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. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik ; 2. Bapak Ir. Isril Amir, selaku dosen pembimbing tugas sarjana ini yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan sepenuhnya dari awal hingga akhir selesainya tugas sarjana ini; 3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi,MSc. sebagai Dosen Pembanding I; 4. Bapak Tulus Burhanuddin S.,ST.MT sebagai Dosen Pembanding II;. 5. Para dosen dan staf pengajar pada Departemen Teknik Mesin FT-USU yang telah memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan; 6. Bapak pimpinan beserta staf dan karyawan General Pabrik Industri Karet PTP Nusantara III yang telah memberikan waktu dan tempat bagi penulis untuk melaksanakan survey dan memberikan pengarahan bagi penulis; 7. Yang penulis kasihi dan sayangi kepada kedua orangtua penulis, yang telah banyak memberikan bantuan materi dan moril kepada penulis selama ini. 8. Yang penulis sayangi istriku tercinta, Dwi Rafika Lestari, yang telah banyak memberikan bantuan moril dan materi kepada penulis selama pengerjaan laporan ini.
9. 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 Allah SWT. Medan, Desember 2008 Penulis, Boby Azwardinata NIM 040421020
DAFTAR ISI Halaman LEMBARAN SPESIFIKASI LEMBARAN ASISTENSI EVALUASI SEMINAR TUGAS SARJANA ABSENSI PEMBANDING BEBAS KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR NOTASI i iii viii x xi BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Bahan Baku Rubber Thread 2 1.3 Proses Pengolahan Lateks Menjadi Benang Karet 2 1.3.1 Chemical Laboratory Section 3 1.3.2 Compounding Section 3 1.3.3 Ekstrusion Section 9 1.3.4 Physical Laboratory Section 11 1.4 Pembatasan Masalah 16
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 17 2.1 Mesin Fluida 17 2.2 Pompa 17 2.3 Klasifikasi Pompa 18 2.3.1 Pompa Tekanan Statis (Positive Displacement Pump) 18 2.3.2 Pompa Tekanan Dinamis (Dynamic Pressure Pump) 20 2.3.3 Pompa-pompa jenis Khusus 29 2.4 Dasar Perencanaan Pompa 29 2.5 Dasar Pertimbangan Pemilihan Pompa 31 2.6 Putaran Spesifik Pompa 32 2.7 Daya Pompa 33 BAB III PENENTUAN SPESIFIKASI TEKNIK 34 3.1 Penentuan Kapasitas Pompa 34 3.2 Pemilihan Jumlah Pompa 36 3.3 Penentuan Heada Pompa 37 3.3.1 Perbedaaan Head Tekanan 38 3.3.2 Head Statis 39 3.3.3 Perbedaan Head Kecepatan 43 3.3.4 Kerugian Head Pada Pipa Isap 45 3.3.4.1 Kerugian Head Pada Pipa Isap 45 3.3.4.2 Kerugian Head Pada Pipa Tekanan 47 3.4 Alat Penggerak Pompa 49
3.5 Pemilihan Jenis Impeler 50 3.6 Putaran Spesifik Pompa 51 3.7 Efisiensi Pompa 53 3.8 Daya Pompa 54 3.9 Daya Motor Penggerak 54 3.10 Kavitasi 55 3.11 Net Positive Section Head (NPSH) 56 3.11.1 NPSH Yang Tersedia 56 3.11.2 NPSH Yang Diperlukan 56 3.12 spesifikasi Pompa 57 BAB IV UKURAN UTAMA POMPA 58 4.1 Putaran Pompa 58 4.2 Dimensi Impeler 60 4.2.1 Diameter hub Impeler 62 4.2.2 Diameter Mata Impeler 62 4.2.3 Diameter Sisi Masuk Impeler 63 4.2.4 Diameter Sisi Keluar Impeler 64 4.2.5 lebar Impeler Sisi Masuk 64 4.2.6 Lebar Impeler Pada Sisi Keluar 65 4.2.7 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler 66 4.2.7.1 Kecepatan Absolut Aliran Masuk Impeler 66 4.2.7.2 Kecepatan Tangensial Aliran 66 4.2.7.3 Sudut Tangensial Aliran 66
4.2.7.4 Kecepatan Relatif Aliran 67 4.2.8 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Keluar Impeler 67 4.2.8.1 Kecepatan Radial aliran 67 4.2.8.2 Kecepatan Tangensial 67 4.2.8.3 Sudut Tangensial 68 4.2.8.4 Sudut Absolut Keluar Impeler 69 4.2.8.5 Kecepatan Absolut Aliran 69 4.2.8.6 Kecepatan Relatif Keluar 69 4.2.9 Kecepatan Sudut Keluar Akibat Adanya aliran Sirkulasi 70 4.2.9.1 Kecepatan Radial 70 4.2.9.2 Kecepatan Absolut 70 4.2.9.3 Sudut Tangensial Sisi Keluar 70 4.2.9.4 Sudut Absolut 71 4.2.9.5 Kecepatan Relatif 71 4.3 Perencanaan Sudu Impeler 72 4.3.1 Jumlah Sudu 72 4.3.2 Tebal Sudu 73 4.3.2.1 Tebal Sudu Pada Sisi Masuk 73 4.3.2.2 Tebal Sudu Pada Sisi Keluar 73 4.3.3 Jarak Antar Sudu Impeler 74 4.3.4 Melukis Bentuk Sudu Impeler 74 4.3.5 Panjang Sudu 78 4.4 Rumah Pompa 79 4.4.1 Luas Penampang Leher Volute 81
4.4.1.1 Jari-Jari Volute 82 4.4.1.2 Sudut lidah Volute 84 4.4.2 Tebal Dinding Rumah Pompa 85 BAB V ANALISA GAYA PADA POROS 87 5.1 Berat Impeler 87 5.1.1 Berat Roda Impeler 87 5.1.2 Berat Sudu Impeler 89 5.2 Berat Poros 90 5.3 Gaya Radial 91 5.4 Gaya Aksial 92 5.4.1 Gaya Akibat Perbedaan Tekanan 92 5.4.2 Gaya Aksial Akibat Momen Fluida 93 5.5 Putaran Krisis 93 5.6 Perhitungan Bantalan 96 5.6.1 Bantalan Pada Tumpuan A dan B 96 5.7 Perencanaan Pasak 98 5.7.1 Pemeriksaan Terhadap Tegangan Geser 99 5.7.2 Pemeriksaan Terhadap Tegangan Tumbuk 101 BAB VI KESIMPULAN 103 6.1 Spesifikasi Pompa 103 6.2 Spesifikasi Penggerak Pompa 103 6.3 Ukuran-Ukuran Impeler 104
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar Nama Gambar Halaman 1.1 Flow Chart Rubber Thread 13 2.1 Screw pump 18 2.2 Gear Pump 19 2.3 Vane Pump 19 2.4 Pompa torak 20 2.5 Impeler Jenis Radial 21 2.6 Impeler Jenis Francis 22 2.7 Impeler Jenis Aliran aksial 22 2.8 Impeler Jenis Aksial 23 2.9 Pompa Volut 23 2.10 Pompa Difuser 24 2.11 Pompa Vorteks 24 2.12 Pompa Bertingkat Banyak 25 2.13 Pompa Sentrifugal 25 2.14 Pompa Aliran Campur 26 2.15 Pompa Aliran Aksial 26 2.16 Pompa Aliran Campur Poros Tegak 27 2.17 Pompa Isapan Ganda 28 3.1 Instalasi Pemipaan 41 3.2 Diagram Isometris 42 3.3 Jenis (model) Impeler 3.4 Grafik Hubungan Bentuk Impeler Dengan 52 Putaran Spesifik Pompa 3.5 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran 53 Spesifik 4.1 Diagram Kecepatan Fluida Masuk dan 61 Keluar Impeler 4.2 Bentuk Penampang Impeler 61 4.3 Segitiga Kecepatan Fluida Masuk Pada 67
Sisi Masuk 4.4 Diagram Segitiga Kecepatan Pada Sisi 71 Keluar impeler 4.5 Menggambar Sudu Impeler 78 4.6 Rumah pompa Keong 80 4.7 Grafik Harga C thr /u 2 Sebagai Fungsi ns 81 5.1 Bentuk dan Ukuran Impeler 88 5.2 Bentuk dan Ukuran Poros 90 5.3 Pembebanan Pada poros 91 5.4 Bantalan Bola 96 5.5 Pasak 99
DAFTAR TABEL Tabel Nama Tabel Halaman 2.1 Perbandingan sifat pompa sentrifugal dan torak 32 3.1 Pemilihan jumlah pompa 37 3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pipa isap 46 3.3 Koefisien kerugian head pada kelengkapan pipa 47 4.1 Jari-jari busur sudu impeler 76 4.2 Panjang busur 79 4.3 Penampang dan jari-jari volute 84 5.1 Berat bagian tiap impeler 88 5.2 Berat poros 90
DAFTAR NOTASI Simbol Latin Arti Satuan A Luas penampang m 2 B Lebar bantalan m b Lebar pasak m b 1 Lebar sisi masuk impeler m b 2 Lebar sisi keluar impeler m Q Kapasitas nominal dinamis spesifik N C 0 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 C o Kecepatan absolut fluida saat memasuki impeler m/det D 0 Diameter mata impeler m D 1 Diameter sisi masuk impeler m D 2 Diameter sisi keluar impeler m D h Diameter hub impeler m E Modulus elastisitas bahan N/m 2 F A Gaya aksial pada poros N F am Gaya aksial akibat momentum fluida N F ai Gaya aksial akibat perbedaan tekanan fluida N F r Gaya radial N F Koefisien gesek fc Faktor koreksi daya fs Faktor slip transmisi f h f n Faktor umur Faktor kecepatan g Percepatan gravitasi m/det 2 H a Head aktual m Hp Head pompa m
Htr Head teoritis pompa m H p Perbedaan tekanan m Hv Perbedaan head tekanan m h r Head loses akibat kekarasan permukaan pipa m h m Head loses sepanjang instalasi pemipaan pompa m h L Head loses sepanjang insdtalasi pemipaan pompa m h k Tinggi pasak m I Momen inersia m 4 Jumlah pembagian lingkaran sudu K t Faktor koreksi pembebanan m k Koefisien kerugian head m L Panjang pipa m L d Panjang pipa tekan m L s Panjang pipa isap m L n Panjang sudu m l Panjang pasak m M Massa kg M t Momen torsi Nm N d Daya rencana yang ditransmisikan poros Hp N m Daya motor listrik Hp Np Daya poros pompa Hp n p Putaran poros rpm n s Putaran spesifik pompa rpm Pi Tekanan dibelakang impeler Pa P Tekanan didepan impeler Pa P v Jarak antar sudu m Qp Kapasitas pompa m 3 /s Q ts Kapasitas teoritis pompa m 3 /s Re Bilangan reynold R v Jari-jari volute m R 1 Jari-jari lingkaran sudu masuk keluar impeler m R 2 Jari-jari lingkaran sudu keluar keluar impeler m m
R3 Jari-jari dalam volute m Sn Faktor batas kelelahan puntir m S f2 Faktor keamanan untuk konsentrasi tegangan poros m t si 1 Tebal sudu masuk impeler m t si 2 Tebal sudu keluar impeler m t d Tebal dinding rumah pompa m u 1 Kecepatan tangensial masuk impeler m/det u 2 Kecepatan tangensial keluar impeler m/det vd Kecepatan aliran fluida dalam pipa tekan m/det vs Kecepatan aliran fluida dalam Pipa Isap m/det V 0 Kecepatan absolut fluida saat akan memasuki impeler m/det vr 1 Kecepatan radial pada sisi masuk m/det vr 2 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 i Berat impeler N W p Berat poros pompa N W id Berat piringan impeler N W s Berat sudu N w 1 Kecepatan relative pada sisi masuk impeler m/det w 2 Kecepatan relative pada sisi keluar impeler m/det X Y Faktor pembebanan radial Faktor pembebanan aksial Y maks Defleksi masksimum m Zi 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 β Perubahan sudut impeler γ Berat jenis material N/m 3 ρ Rapat massa kg/m 3 φ Koefisien tinggi tekan σ B Kekuatan tarik bahan kg/mm 2 τ Tegangan geser yang timbul kg/mm 2 τ gi Tegangan geser izin kg/mm 2 τ ρ Tegangan tumbuk yang timbul kg/mm 2 ϖ Kecepatan sudut kritis rad/s Rk Jari-jari besar sudu m η p Efisiensi pompa η t Efisiensi transmisi