30BAB IV

PERENCANAAN IMPELLER

4.1. UKURAN UTAMA IMPELLER

Ukuran utama impeller adalah merupakan notasi dari ukuran impeller termasuk notasi paramater perencanaan. Ukuran impeller dapat digambarakan sebagai berikut :

JJ ------o i^iub

Gb. 4-i, Impeller,

Keterangan :b^ = lebar sudu sisi masuk.b^ = lebar sudu sisi luarD = diameter mata impeller c

= diameter hub impellerhubd = diameter poros impeller sh

= diameter sisi masuk impeller = diameter sisi luar impeller

4.2. DAYA PENGGERAK POMPA31

sebelum menentukan daya motor, terlebih dahulu mencari daya poros potnpa. Daya poros pompa yang diperlukan untuk menggerakan pompa dapat dicari :

Q .d. HNP 75 7)op

dimana :

= daya poros pompa , hp.3Q = kapasitas pompa, m /s

3d ~ berat jenis air, kg/mH = head yang t-erdapat pada sisr) - efisiensi overall, % . op

diketahui :H = 15,7m.Q = 20 m3/jam = 5,56. 10-3 m3/s.

Dari tabel air ( T = 27C ) didapat : d - 997 kg/m3 .

Dari tabel 2-9, untuk A = 9,3 didapat :

0 73opSehingga :

5,56. 10 3x 997 x 15,7NP_ 0,73 x 75

= 1,59 hp.Sedangkan daya motor yang dipakai biasanya diambil 20 % lebih besar dari daya poros.

32

Jadi daya motor yang diperlukan :

N = ( 1 + 20 7. ) i , 59

= 1,908 hp = 1423 Watt.

Pemilihan dengan spesifikasi :

Putaran, n = 1450 rpm.

Daya output = 2 hp = 1,5 Kw.4.3. KECEPATAN 5PESIFIK IMPELLER

Adalah suatu istilah yang dipakai untuk memberikan klasifikasi impeller yang berdasarkan prestasi dan proporsinya tanpa memperhatikan ukuran actualnya atau merupakan suatu harga yang paling berhubungan antara kapasitas < Q ), head ( H ), dan putaran { n ).Kecepatan spesifik kinematik pompa dirumuskan :

,1 / 2CT,3/4

dimana :

n = putaran poros, rpm.Q = kapasitas, m^/s.. -H = head , m .

diketahui :H = 15,7 m.

Q = 5,56 . 10~3 m3/s.n = 1450 rpm.

J ad i :-3 1 /? ( 5,56. 10 )

n = 3,65 x 145B x15,7 3/4

= 50

334.4. MENENTUKAN DIMENSI IMPELLER

Jumlab sudu-sudu impeller berdasarkan kecepatan spesifik

impeller, = 50, dari tabel 2-7 didapat :

Z = 9

Diameter poros pompa dicari dengan persamaan :

/

Nih tw n

dimana :d ^ = diameter poros pompa, inc.

A ^ = faktor yang tergantung dari sudut puntir yang di ij inkan.

n = putaran poros, rpm.N = daya motor, hp.

diketahui :n = 1450 rpm.N = 2 hp.

Dari tabel 29, untuk sudut puntir yang diijinkan,> = 0,25^*u Wdidapat :

flaka :A , = 12 tw

Ash 1450= 1,34 inc. = 34 mm.

dan diam-bil, d . = 35 mm.shDiameter hub impeller biasanya diambil :

Dhub = ( i 205 : 1 d5h ( m >= 1,4 x 0,035= 0,049 m = 49 m m .

Diameter saluran masuk menurut prinsip kontinuitas34

4 Qt,D - V ( m )c fIC i)c v

nc r?c vdiman a :

3Q^ .s- kapasitas disain, m /s.C c = kecepatan aliran melalui saluran masuk, m/s.

= 2-4 m/s, untuk pompa yang terletak diatas permukaan cairan yang dipompa.

7) - efisiensi' volumetris, % . vDari tab'el 2-8, untu'k ng = 50, didapat :

??v= 0,93Q = 5,56. 10~3 m3/ s .Cc= 3,5 m/s. ( direncanakan ).

Sehingga :

D4 . 5,56. 10 3

c n 3,5 . 0,93= 0,47 = 47 mm.

Kecepatan aliran pada saat akan memasuki impeller :C = K V 2 g h ( m/s ).O CO

dimana :K = faktor koreksi kecepatan aliran masuk. co

= ( 0,058 - 0,06 ) n^/3Diketahui :

H = 15,7 m .K = 0,059 x 502/3 = 0,18 co

Maka :C = 0,8V 2. 9,81. 15,7o

= 3,16 m/s.Diameter mata impeller dapat dicari dari persamaan :

35

/ 4 Q 2

D = V --- + D , ,o TIC 77 hubo v_ / 4 . 5,56. 10 3

n 3,16. 0,93 + 0 049. = 0,069 m = 69 mm.

Kecepatan radial cairan pintu masuk impeller

diman a :C, = K , V 2 gh ( iri/s )lr clr

K 1 = faktor koreksi kecepatan radial masuk. clrDari tabel 2-11, untuk ng = 50 didapat :

Maka :C, = 0,12iy 2 . 9,81 . 15,7 lr

2,12 m/s.Oleh karena aliran masuk secara radial ( tanpa guide vane ),maka kecepatan aliran sisi masuk sama dengan kecepatankecepatan radial masuk, yaitu :

C 1 = C 1 = 2 , 1 2 m/s.1 lrSedangkan diameter sisi masuk pada umumnya sama dengandiameter mata impeller, yaitu :

0. = D1 o= 69 mm.

36

Lebar sudu sisi masuk dirumuskan :a

i n d .. c . r)1 1 V5,56. 10-3

n 0,069 . 2,12. 0,93 = 0,013 m = 13 mm.

Kecepatan tangensial impeller sisi masukn D 1 n

60n 0,069 x 1450

60= 5,24 m/s.

Arah kecepatan relatif inlet, dirumuskan :180 - arc. tan ( )

= 180 - arc. tan ( 5,24/2,12 )- 112

Kecepatan tangensial impeller sisi luar :< m/s ).U 2= K u 2

dimanaKu2 ~ faktor koreksi kecepatan keliling exeit

= 1 + 0,1 (n / 100 - 1 )= 1 + 0,1 < 50/100 -1 ) = 0,95

MakaU2= 0 , 9 5 V 2.9,81. 15,7

= 16,67 m/s.Sehingga diameter luar impeller dapat dicari :

60 . U237

D =2 n . n= 80 x 16,67

~n 1450 = 0,206 m = 206 mm.

Besar sudut relatif arah keluar, berdasarkan tabel 2-12:untuk n =50, diambil : s

ft - 145Kecepatan aliran sisi luar impeller biasanya :

C2 = ( 1,05 - 1,1) C q= 1,08 x 3,16= 3,41 m/s.

Kecepatan radial keluar pada umumnya :C = ( 0,85 - 1 ) C n 2r lr

= 0,93 x 2,12= 1,97 m/s.

Arah aliran fluida keluar dapat dicari :#0= arc. ctan ( U~/C0 - ctan 2 )2 2 2r

1.6, 67= arc. ctan ( ----- - ctan 145 )

1,97= 5,8

dan diambil d = 6Lebar sudu bagian luar impeller :

Qb2 = H D2 .C2 .r,v

38

5,56 . 10~3 b2" n 3,41. 0,206. 0,93

= 8,7. 10_3m .= 8,7 m m .

Kecepatan aliran relatif outlet dan inlet

c ilrW. sin ( 1 80

- ^1 >2,12

sin ( 180 - 112 ) "C2r

sin ( 180 - ^2 >1,97

= 2,29 m/s

sin ( 180 - 145 ) = 3,43 m/s.

Head teoritis yang dihasilkan oleh impeller9 9 9 9 9 9U\ - U W2 _ w2 c2 _ c2

ts 2g 2g 2g

16,672 - 5,242 2,292 - 3,492 3,4122 . 9,81 2 . 9,81 2

= 25,6 m .Dan head actual dapat dicari dengan persamaan :

-H = K0 .r> , . H,2cu h tsdimana :

^2cu = ^ak'tr ko.reksi head = efisiensi hidroulis.

22, 12 9,81

39

Dari tabel 2-12, untuk, ng = 50, didapatK 0 - 0,88 2cunh = 0,75

J ad i :H = 0,88 x 0,75 x 25,6

= 16,9 m .

< a ) ( b )Gb . 4-2, Polygon kecepatan, (a) Inlet, (b) Outlet.

4.5. TINGGI ISAP YANG DIIJINKAN

Bila tekanan isap lebih rendah dari tekana-n saat penguapan pada tempertur isap, maka akan terjadi kavitasi. Tinggi isap pompa centrifugal maximum adalah :

Ps P v ceZSP= 0 '75( - T ~ < 7 T + + Hlh >>

dimana :Z = jarak vertikal antara sumbu pompa dengan permuka-

air yang diisap, m .P = takanan ,isap, Pa.

Pv = tekanan pengupan, Pa.Hjh = kerugian head pada saluran isap, m.

2g = pe-rcepatan gravitasi, m/s .Ce = kecepatan air masuk impeller, m/s.

3d - barat jenis air, N/m .

Diketahui :Ps = 1 atm. = 101325 Pa.g = 9,81 m/s2

1,06 m.C = 3,5 m/s. e

Dari tabel-2-5, ( 300k ), didapat :Py = 0,03531 bar. = 3531 Pa.P = 997 k g / m 3 . ^ = g Pd = 9,81 x 997 = 9781 N/'m3 .

Maka :101325 3531 3,52

zsp- 0 75 < 9781 ( 9781 + 2.9,81 += 6,21 m .

4.6. PERENCANAAtf PASAKPasak adalah bagian dari elemen mesin yang berfungsi

disamping sebagai penyambung, juga digunakan untuk menjaga hubungan putaran relatif antara poros dan impellernya.Data input :

Daya motor, N = 2 hp.Putaran poros, n = 1450 rpm.Diameter poros, d= 35 mm.

40

Direncanakan pasak yang digunakan adalah pasak datar segiempat, yaitu pasak yang mempunyai lebar dan tinggi pasak yang sama ( W = H ).Dari tabel pasak datar ( d = 35 mm = 1 7/16 inc. ), didapat :

W = H = 3/8 inc.

41

G b . 4-3, Pasak datar.

Momen torsi yang ditimbulkan oleh motor63.000 N

T = n

63.000 . 2 " 1450

= 86,9 lb-inc.Torsi ini akan menghasilkan gaya ( F ), yang bekerja pada diameter luar poros dan besarnya :

2TF = d

2 x 86,9= 125,9 lb.1,38

Pada pasak gaya ini akan menimbulkan tegangan geser sebesar

42

L

Supaya pasak bekerja dengan aman, maka syarat yang harusdipenuhi adalah :

0,58 SF ypT = W L - N

diman a :L = panjang pasak, inc.W = lebar pasak, inc.F = gaya tengensial, lb.S = tegangan yield point bahan pasak, psi. yp

N = angka keamanan.Untuk bahan pasak digunakan dari AISI 1010 HR, dari tabel 2-6, didapat :

S = 42.000 psi. ypN = 4 , untuk beban kejut besar.

Sehi-ngga panjang pasak :F N

L > 0,58W Syp125,9 x 4 58. 3/8. 42G

diambil panjang pasak, 1 = 0 , 6 inc. = 16 mmL 0,58.3/8.42000 = 0,55 inc

4.7. PERENCANAAN BANTALAN

Data input :-3 3Kapasitas pompa, Q = 5,56. 10 m /s.

Diameter poros, d = 35 mm.

Head suction total, H = 4,06 m.sHead discharge total, H ^ 11,64 m .Putaran poros, n = 1450 rpm.

-3 ?Panamparig pipa isap, A =3,17. 10 m .-3 2Penampang pipa buang, A, = 2,03. 10 m .d

Laju aliran pipa isap, Vg= 1,754 m/s.Laju aliran pipa buang, V^= 2,739 m/s.

Hubungan poros output motor ke poros input pompa adalah sega- ris, sehingga beban radial yang diterima oleh bantalan adalahakibat head discharge total, Sedangkan beban axial yangditerima bantalan adalah akibat head total suction.

43

G b . 4-4, Bantalan poros pompa.

B e s a r g a y a r a d i a l d a n axial a d a l a h : Rr = p Vd a + P g Ad Hd Ra = p Vs a + P g As Hs

O i k e t a h u i :

P - 9 9 7 k g / m 3 .

V ^ = 2 , 7 3 9 m / s .

44

V = 1,754 m/s.sQ = 5,56. 10~3m3/ s .H, = 11,64 m. dH - 4,06 m.sA = 3,17. 10~3 m2 sA, = 2,03. 103m2 . dg = 9,81 m/s2

Maka

*RR0 = 997 . 2,739 . 5,56 . 10 3+ 997 . 9,81 . 2,03.10 3 .11,64 = 245,8 N

RA = 997 . 1,754 . 5,56. 10 3+ 997. 9,81 . 3,17. 10 3 .4,06 = 135,3 N.

Oleh karena jumlah bantalan ada dua buah, maka gaya axialyang diterima setiap bantalan :

RAFa = 2

= 135,3/2 = 67,7 N.Dari G b . 4-4, reaksi tumpuan pada bantalan di B & A adalah :

E ma = 012 Fb r = Rr ( 12 + 7 )

19x 245.8BR" 12

= 389,2 N.E Mfi = 0

12 f a r = 7 r r

Fa r = 7 x 24 5, 8/12 = 143,4 N

Direncanakan umur bantalan, = 80.000 jam.Dari tabel SKF, ( & n ), didapat :

C

45

dimana :C = basic dinamic load rating, lb.P = eqivalen bearing load, lb.

Sedangkan eqivalen bearing load dinamic :P = X F + Y F r a

dimana :X,Y = faktor koreksi F? = gaya radial F = gaya axial3.F 67,7a--- - ---- - r a yiF 389,2 r

Dari tabel SKF, halaman 149, didapat :X = 1 dan Y = 0

Maka :P = 1 x 389,2

= 389,2 N.Sehingga :

C = 19 x 389,2 = 7394,8 N = 1658 ,4 l b .

Sehingga pemilihan bantalan untuk keperluan ini, dipilih bantalan jenis " Deep Groove Ball Bearing single Row ".

46

dengan spesifikasi

dimana :d = 35 mm.D = 62 nm.B = 9 mm. r = 0,5 m m .

d^ = 43,7 mm. = 53,3 mm.

Designation = 16007Limiting speed lubrication- : - Oil = 13.000 rpm.

- Grease = 10.000 rpm.

4.8. DISAIN SUDU

Data input :Jari-jari dalam impeller, = 0,0345 mJari-jari luar impeller, R^ = 0,103 mKecepatan relatif inlet, = 2,29 m/s.Kecepatan relatif outlet, - 3,43 m/s.Kecepatan radial inlet, = 2,12 m/s.

47

Kecepatan radial outlet, C0r = 1,97 m/s.

Sudut relatif inlet, ^1 = 112Sudut relatif outlet - 145

Beda jari impeller :

A R21 = R2 " R1

= 0,103 - 0,0345 = 0,0685 mBeda kecepatan radial fluida :

AC01 = CL C21r Ir - 2r= 2,12 - 1,97 = 0,15 m/s

Beda kecepatan radial fluida :A 21 = Wl - W2

= 2,29 - 3,43 = -1,14 m/s.Untuk harga jari-jari terentu R dapat dilakukan denganXinterpolasi.Untuk harga, AR = 0,0114 mMaka harga R : x

R = R, + AR x 1= 0,0345 + 0,0114 = 0,0459 m.

Harga kecepatan relatif pada R :X AR

W X = Wl ( A R ~ ' A W21 0,0114

= 2,29- ( 0 _0685 x O2,48 m/s.

48

Haraga kecepatan radial pada :AR

C = C, -(~z--- A C01 )rx lr v R2 ^ 21r0,0114

= 212 ~ < 0,0685 x 0 15 }

= 2,095 m/s.Arah aliran relatif fluida me-njadi :

Crxft - 180 - arc. sin (

2,095= 180 - arc. sin ( 2 4 8= 122

1Harga D I ^ rata-rata, didapat : R tan /?

= 1/2 ( R1 tan ft1 R tan ft1 1 x x

= 1/2 ( 0,0345 tan 112 + 0,0459 tan 122 ) = 12,622 /m.AR

Harga --------- rata-rata, didapat :R tan ft

= 0,0114 x 12,622

= 0,144Harga A didapat :

180 ARA - 7; 7 .0 rata-rata.n R tan ft

Maka besarnya , pada R = R , diperoleh : = 0 + A

= 0 + 8,3 = 8,3Sehingga dal;am perhitungan selanjutnya dapat dihitung atau di- lakukan dengan cara yang sama pada R tertentu dan hasilnya seperXti ditunjukan tabel berikut, sehingga dapat dilukiskan bentuk ke- lengkungan sudu impeller

No. R Cr W A R ft1 4- 2 1 rata ARrata2 A

(n) (m/s) (m/s) (m) (U > R tan ft R tan ^ () (U )1. 0,0345 2, 12 2,29

0,0114112

12,662 0, 144 8,30

2. 0,0459 2, 10 2,480,0114

12213,521 0, 154 8,8

8,33 . ;0,0603 2,07 2,67

0,0114129

13,421 0,153 8,817, 3

4. ;0,0720 2,05 2,860,0114

13413,365 0, 152 8,7

25,95. 0,0834 2,02 -3,02

0,0114148

13,158 0,150 8,634,6

6. 0 ,

galkan impeller seefisien mungkin.Data input :

Kapasitas, Q = 5,56. 10 3 m3/s = 33,7

50

inc / s .Jari-jari sisiluar, R2 = 103 mm = 4,055 in. Lebar sisi luar impeller, b2 = 8,7 m = 0,106 inTebal selubung ( shroud t = 0,1 n .Kecepatan tangensial sisi luar, C2u' 3,391 m/s

= 133,5in/s

Bentuk dasar penampang volute merupakan bentuk trapesium se-perti ditun.jukan gambar 4-6, dengan dinding-dinding 30 atau

odengan garis-garis radial = 60 , dan dengan lebar dasar,b Lebar dasar ini merupakan penjumlahan dari lebar sisi luar impeller b2 dengan dua kali tebal selubung.Lebar dasar volute :

3

bg = b2 + 2.t= 0,106 + 2 = 0,306 in .

M

Lebar volute pada setiap titik dapat diukur dari layout atau dihitung dengan menggunakan persamaan :

b = b + 2 x tan ( e/2 ) r 3

dimana :b = lebar pada jari-jari R. rx = jarak antara jari-jari R dan R2 ( R > R? )

51

Untuk= R - R2

R2 = 4,055 inc.R = 4,155 inc. ( direncanakan )

MakaX = 4,155 - 4,055

= 0,1 inc.Sehingga lebar volute :

br = 0,306+ 2 . 0,1 tan ( 60/2 )= 0,421 inc.

Sedangkan jari-jari rata-ratanya diperolehR_ = ( R + R9 )/2 m A

- ( 4,155 + 4,055 )/2 = 4,105 inc.

Dan lebar rata-ratanya : b + b^

b = ---- ~---m 20,421 + 0,306

= 7, = 0 , 364 inc .

Beda sudut A0 yang diukur dari garis jari-jari R2 ke jari-jari R, dimana pada jari-jari R = R2> sudut 0

360 . rQ . C 0 AD2 u2 ARA0 = - x b x ^Q m Rm

360 x 4,055 x 133,5 0,1x 0,364 x338,7 A ~ 4 , 105

= 5,1Sehingga sudut total 0 pada jari-jari R adalah :

43 = 0 ( R0 ) + A0 r 2= 0 + 5,1 = 5,1

Luas penampang laluan pada jari-jari R yang merupakan bentuk trapesium adalah :

A = b x ( R - R ) r m 2= 0,364 x ( 4,155 - 4,055 )= 0,036 inc.2

Sedangkan luas rata-rata :AA = b .A R m

= 0,364 x 0,1 = 0,036 inc.2 '

Juralah atau kapasitas yang mengalir melalui penampang tersebut adalah :

0

Q r ~ 360 X Q 5,1

" 360 X 3387 = 4,8 inc. 3/ s .

Kecepatan rata-rata pada penampang ini dicari dengan membagi jumlah aliran yang melewati penampang tersebut dengan luas total penampang tersebut, yaitu :

Q rVm = T "r

4,8= 0,036 = 133'3 inc/s

Sehingga dengan perhitungan selajutnya dapat dihitung ataudilakukan dengan cara yang sama pada jari-jari R tertentu danhasilnya pada tabel berikut dan dapat dilukiskan bentukkelengkungan volutenya.

54

55

No R * R R(S

b biTi

b . * Rrn

- 0 0 J- ftni.

ft

0L

G

3

V

ft

( i n ! ( i n ) ( i n ) ( i n ) ( i n ) R *n

( d e g ) ( d e g ) ( i n ) ( i n i ( i n / s ) ( i n is)

i i . 4 iTsZCBJJ8 , 1 4 , 1 8 5

8 , 3 8 60 , 3 6 4 0 , 8 8 9 5 , 1

88 , 8 3 6

8 0 8

2 . 4 1558 , 3 4 , 3 8 5

8 , 4 2 18 , 5 9 5 8 , 8 4 1 2 3 , 6

5 , 10 , 1 7 9

8 , 8 3 6 4 , 8 1 3 3 , 3

j 4 4558 , 3 4 , 6 8 5

8 , 7 6 88 , 9 4 1 8 , 8 6 1 3 5 , 1

2 8 , 7

8 , 2 8 2

fi c 2 7 , 8 0 1 2 5 ,5 8

4 . 4 7558 , 4 4 W*? J V

1 , 1 1 41 , 3 4 5 8 , 0 1 9 L~} 7

>t n &JyO8 , 5 3 8

8 , 4 9 7 6 8 , 0 3 1 2 8 ,7 8

5 . 1558 , 4 C TCl J , J J

1 , 5 7 61 , 8 8 7 8 , 1 3 5 7*r *r;/