BAB IV PERHITUNGA PERHITUNGAN N DAN ANALISA ANALISA DATA
4. 1. Perhitungan
Pada bab ini akan dibahas tentang pengerjaan tugas akhir yang meliputi urutan perhitungan efisiensi pompa dan juga analisa tentang kinerja pompa air bersih. b ersih. Dimana fungsi fungsi pompa yang akan di pilih digunakan digunakan untuk memindahka memindahkan n air bersih dari tangki utama ke reservoir ke reservoir . Dari Dari data data yang yang ada ada di lapanga lapangan n adalah adalah sebag sebagai ai beri berikut kut :
Hs = 1 m (pompa (pompa tere terendam ndam dala dalam m air) air) Hd = 1 0 m Ps = 1 atm atm = 101325 101325 Pa Pa Pd = 1 atm atm = 101325 101325 Pa Pa d1 = 10 m = 100 1000 0 cm cm = 10000 10000 mm L pompa1 = 18 m = 180 1800 0 cm cm = 1800 18000 0 mm mm L pompa2 = 15 m = 150 1500 0 cm cm = 1500 15000 0 mm mm 45
46
3
3
Q = 4 m /hr /hr = 0,00 0,0011 11 m /s = 1.11 1.111 1 lt/s lt/s Tipe pompa yang yang di gunakan Grundfos Grundfos SP 3A 60Hz SF1.15 d pipa = 2’ id = 53mm , od = 60 mm, wall thickness = 4 mm, outside radius = 30 ( PDMS DATA ) Pompa Pompa 1 = Terdapa Terdapatt 5 belokan belokan deng dengan an sudut sudut 90° 90° R/D = 1 Pompa Pompa 2 = Terdapa Terdapatt 4 belokan belokan deng dengan an sudut sudut 90° 90° R/D = 1 Terdapat katup kupu-kupu sejumlah 1 buah di tiap pipa pompa. Data Data Fluida Fluida : -
Fluida yang digunakan
= Air Bersih
-
Temperature kerja
= 20° C
-
Viskositas Kinematik (υ)
= 1,004 x 10 m /s
-
sp Gr.
=1m
Ditanya: a)
Head total pompa ?
b)
Terjadi kavitasi apa tidak ?
c)
Daya poros pompa (P (Ps) ?
d)
Daya Hidrolik (Ph) ?
-6
2
47
Penyelesaian :
P-5 P-4
E-8
P-1
V-1
P-3
V-2
P-1
E-5
E-7 E-6
E-4
P-2
Gambar 4.1a Perumpaan gambar siklus
4.1.1. Menghitung Head Kerugian Mayor
1. Pada Pipa Hisap
Di karenakan pompa berada di dalam air (tenggelam) atau tipe submersible pump maka semua kerugian ( h f ) yang terjadi pada pipa hisap bernilai (h fs) = 0 m Untuk pompa 1 dan pompa 2.
2. Pada Pipa Tekan 2.1. Pompa 1 ( L = 18 m ) a. Pipa berdiameter 2” -
Inner diameter (ID)
= 53 mm -3
= 53 x 10 m
48
Panjang pipa (L1)
Kecepatan aliran (v) yang mengalir melalui pipa ini sebesar :
V=
4 ²
=
4 0,0011 = 0,50389 3,14 (53 10 )²
0,04572 = 0,00086 53
Bilangan Raynolds
Re =
. v
=
/
Kekasaran relative (e/ D)
/ =
= 18 m
0,50389 53 10 1,004 10 ²/
= 26,599.8
Koefisien gesekan pipa ( f ) 1/3
f = 0.0055 [ 1 + (20000 x ε / D + 10⁶ /Re) ] 1/3
= 0.0055 [ 1 + (20000 x 0,000863 + 10⁶/ 26,599.8] ] = 0.106053 m Dikarenakan pipa yang di gunakan sudah ber-umur. Maka, hasil perhitungan koefisien ( f ) harus di kalikan dengan angka = 1.5 . dan hasil perhitungan untuk koefisien gesekan nya menjadi : f = 0.106053 x 1.5 = 0.15908 m
49
Kerugian gesek (h f )
H =
2
= 0.15908
. .
² ,
= 0,69917 m
2.2. Pompa 2 ( 15 m )
a. Pipa berdiameter 2” -
Inner diameter (ID)
= 53 mm -3
= 53 x 10 m -
Panjang pipa (L2)
Kecepatan aliran (v) yang mengalir melalui pipa ini sebesar :
V=
= 15 m
4 ²
=
4 0,00111 = 0,50389 3,14 (53 10 )²
Kekerasan relative (e/ D)
/ =
0,04572 = 0,00086 53
/
50
Bilangan Raynolds
Re =
. v ,
=
,
²/
= 26599.8
Koefisien gesekan pipa ( f ) 1/3
f = 0.0055 [ 1 + (20000 x ε / D + 10⁶ /Re) ] 1/3
= 0.0055 [ 1 + (20000 x 0,000863 + 10⁶/ 26599.8] ] = 0.106053 m Dikarenakan pipa yang di gunakan sudah ber-umur. Maka, hasil perhitungan koefisien ( f ) harus di kalikan dengan angka = 1.5 . dan hasil perhitungan untuk koefisien gesekan nya menjadi : f = 0.106053 x 1.5 = 0.15908 m
Kerugian gesek (h f )
H =
2
= 0.15908
= 0.60787 m
. .
² ,
51
Maka kerugian gesek total adalah sebesar : Pompa 1 : H f tot = H f s + H f d = 0 + 0,69917 m = 0,69917 m Pompa 2 : H f tot = H f s + H f d = 0 + 0.60787 m = 0.60787 m
4.1.2. Head Kerugian-kerugian Minor (hmI) 1. Pada Pipa hisap
Kerugian – kerugian kecil (Hml) yang terjadi pada pipa suction itu di abaikan, karena kondisi pompa berada di dalam air dan. Jadi nilai dari kerugian – kerugian kecil pada pipa suction (Hml s) sebesar = 0 m 2. Pada Pipa Tekan 2.1 [ POMPA 1 18 m ]
Kerugian elbow pada pipa Pada pipa 2” terdapat elbow 90° sebanyak 5 buah koefisien kerugian didapat ,
=
0,131 + 1,874
=
53 0,131 + 1,874 2 53
Ө 90
2 ,
= 0,297
90 90
52
besarnya
²
kerugian, hml 1 = 5
= 5 0,297
0,50389² 2 9,81
= 0,01919 m
Kerugian karena check valve -
1 buah katup check valve pada pipa 2”
Koefisien kerugian, k = 0,95
²
Besarnya kerugian, hml 2 =
= 0,95
0,50389² 2 9,81
= 0,012294 m
Kerugian pada keluaran pipa Koefisien kerugian ( f ) = 1, untuk semua jenis keluaran -
Pada pipa 2”
Besarnya kerugian, hml 3 =
= 1
²
0,50389² 2 9,81
= 0,0129411 m
53
hml d t ot = hml 1 + hml 2 + hml 3 = 0,01919 + 0,012294 + 0,0129411 = 0,044429 m …( POMPA 1 18 m )
2.2
[ POMPA 2 15 m ]
Kerugian elbow pada pipa Pada pipa 2” terdapat elbow 90° sebanyak 5 buah koefisien kerugian didapat ,
=
0,131 + 1,874
=
53 0,131 + 1,874 2 53
Ө 90
2 ,
90 90
= 0,297
besarnya
kerugian, hml 1 = 5
²
= 5 0,297
0,50389² 2 9,81
= 0,01919 m
54
Kerugian karena check valve -
1 buah katup check valve pada pipa 2”
Koefisien kerugian, k = 0,95
²
Besarnya kerugian, hml 2 =
= 0,95
0,50389² 2 9,81
= 0,012294 m
Kerugian pada keluaran pipa Koefisien kerugian ( f ) = 1, untuk semua jenis keluaran -
Pada pipa 2” ²
Besarnya kerugian, hml 3 =
= 1
0,50389² 2 9,81
= 0,0129411 m hml d t ot = hml 1 + hml 2 + hml 3 = 0,01919 + 0,012294 + 0,0129411 = 0,044429 m …( POMPA 2 1 5 m )
55
Jadi kerugian Head total pada pompa 1( L = 18 m) didapat :
hl total-pompa 1 = hf total + hml total hl total-pompa 1 = 0,69917 + 0,044429 = 0.7436018 m Jadi kerugian Head total pada pompa 2 ( L = 15 m) didapat :
hl total-pompa 2 = hf total + hml total hl total-pompa 2 = 0.60787 + 0,044429 = 0.67995 m
4.1.3. Head Total yang Dibutuhkan Pompa
Head total pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah air secara teoritis didapat :
H = ha + Δ h p + h1 +
Keterangan: H
= Head total pompa
ha
= head statis total
Karena pompa ini memiliki impeller yang terendam di bawah permukaan air, maka perhitungan head statis totalnya dituliskan sebagai berikut: ha = hd - hs
56
∆hp
= Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air.
hl
= Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan, dll.
Vd
= Head kecepatan keluar
g
= Percepatan gravitasi: 9.81 m/s
2
∆hp = hpd – hps hpd =
= .
hps
=
.
.
= 10.3733 m
=
=
.
.
=
.
= 10.3733 m
∆hp = hpd – hps = 13.30901 - 13.30901 = 0 m Nilai ∆hp = 0 m, itu di gunakan untuk ke dua pompa yang di gunakan untuk supply air bersih.
Ha pompa1&2 = hd - hs = 10 - 1 = 9 m
57
Perhitungan untuk pompa 1 ( L = 18 m )
Hl pompa1 = 0.7436018 m
Jadi perhitungan head total untuk pompa 1 adalah :
H = ha + Δ h p + h1 + H = 9 + 0 + 0.7436018 +
2,721008
( .
)
H = 9.7565 m
Perhitungan untuk pompa 2 ( L = 15 m )
Hl pompa1 = 0.67995 m
Jadi perhitungan head total untuk pompa 2 adalah :
H = ha + Δ h p + h1 + H = 9 + 0 + 0.67995 + H = 9.6928 m
2,721008
( .
)
58
4. 1.4. NPSH yang Tersedia (NPSH avalaible)
NPSH yang tersedia didapat dari persamaan :
H sv. =
−
−
+
Dimana :
h sv. = NPSH yang tersedia (m)
P a
2
= Tekanan mutlak permukaan zat cair dalam tangki (kgf/m )
2
= 10332,2745 kgf/m
2
P v = Tekanan uap jenuh air bersih pada suhu 20° ( kgf/m ) 2
= 0,02383 kgf/cm
2
= 238,3 kgf /m
ƴ
3
= berat zat cair per satuan volume – densitas (kgf/m ) liat tabel
= 0,9983 kgf / l
3
= 998,3 kgf /m
59
h s = head isap statis
= 1 m (dikarenakan pompa di celupkan ke air, maka nilai nya [ + ] )
H sv. =
=
−
− , ,
+ , ,
−
− 0+ 1
= 11.111 m
Jadi NPSHa yang tersedia adalah sebesar 11,111 m
Maka NPSHa = 11,111 m > NPSHr = 7 m, jadi pompa submersible pada gedung berlantai dapat memenuhi persyaratan aman dari kavitasi
4. 1.5. Putaran Spesifik
N s
=
/
Dimana :
N = Putaran pompa (rpm)
3
Q = Kapasitas aliran (m /min)
H = Head pompa (m)
60
Maka : Ns pompa1 = 2900
√ ,
) /
( .
= 3.22496
Ns pompa2 = 2900
√ ,
( .
) /
= 3.2889
4. 1.6 Daya Air / Daya Hidrolik
Energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa persatuan waktu disebut daya air, yang dapat ditulis dengan persamaan :
Pw = γ x Q x H
Dimana :
Pw = Daya air (kW)
3
γ = Berat jenis fluida (kN/m ) konstanta
3
Q = Kapasitas (m /s)
H = Head total pompa (m)
61
Sehingga perhitungan daya air pada pompa 1 :
3
3
Pw pompa1 = 9,80665 kN/m x 0.00111 m /s x 9,756 m
= 0,11 kW
3
3
Pw pompa2 = 9,80665 kN/m x 0.00111 m /s x 9, 926 m
= 0,11 kW
4.1.7 Daya Poros / Daya Motor
Besarnya daya yang diperlukan untuk menggerakkan dan memutar poros pompa adalah sama dengan daya air ditambah kerugian da ya didalam pompa.
Daya ini dapat dinyatakan sebagai berikut :
P =
Dimana :
P = Daya poros sebuah pompa (kW)
= Efisiensi pompa (50%)
62
Sehingga :
P =
=
, ,
P = 0.21 kW
Karena nilai daya air (Pw) kedua pompa adalah sama. Maka, nilai daya poros nya adalah sebesar : 0.21 kW
4.I.8 Pemilihan Penggerak Mula
Pm =
(
)
Pm = Penggerak mula (kW)
P
= Daya nominal penggerak mula/daya poros (kW)
α = Faktor cadangan (0.2)
lihat tabel perbandingan cadangan , buku Sularso hal. 58
µt = Efisiensi Transmisi : 0.97 (karena menggunakan kopling hidraulik) lihat table efisiensi transmisi buku sularso hal. 58
63
Pm =
=
(
)
.
(
, )
,
= 0.26 kw
4. 2. Analisa Perhitungan
Dari hasil perhitungan kerugian aliran di dalam pipa didapat head kerugian mayor pada pipa isap sebesar 0 m dan head kerugian mayor pada pipa tekan sebesar 0,69917 m, dimana kerugian mayor dipengaruhi oleh factor gesekan, panjang pipa diameter dalam pipa dan kecepatan rata-rata aliran. Sedangkan head kerugian minor pada pipa isap sebesar 0 m dan head kerugian minor pada pipa tekan sebesar 0,04442 m, dimana kerugian minor dipengaruhi oleh katup dan elbow.
Kerugian head mayor lebih besar dibandingkan dengan head kerugian minor ini disebabkan karena pada kerugian mayor panjang pipa discharge menyumbang kerugian yang lebih besar.
Sedangkan pada perhitungan NPSH Yang tersedia didapat sebesar 11,111 m lebih besar dan untuk dari NSPHr nya di abaikan, dikarenakan untuk tipe pompa submersible sudah pasti terhindar dari kavitasi. Jadi pompa
64
submersible pada gedung ini dapat memenuhi persyaratan aman dari kavitasi. Dimana pompa submersible ini dari perhitungan didapat hasil sebagai berikut :
Head kerugian mayor pada pipa isap
:0m
Head kerugian mayor pada pipa tekan
: 0,69917 m
Head kerugian minor pada pipa isap
:0m
Head kerugian minor pada pipa tekan
: 0,044429 m
Head statis
:9m
Head loss
: 0,743 m
Head kecepatan
: 0,012 m
Head total pompa secara teoritis
: 9,75 m
Head design pompa
: 40 m
NPSH tersedia
: 11.11 m
NPSH dibutuhkan
: - (pompa tercelup air)
Putaran spesifik
: 2900 rpm
Daya air
: 0.11 kW
Daya poros
: 0.21 kW
Pemilihan Penggerak Mula
: 0.263 kW
