LAPORAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN HMKB 645
Disusun Oleh: 1. MUHAMMAD ZAINI
(H1F114079)
2. AKHMAD DAUDI SHABAHAINI
(H1F114061)
3. SYAHRUL BAGUS PRATAMA
(H1F114084)
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARBARU 2017 i
HALAMAN PENGESAHAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN HMKK 645
Disusun Oleh:
1. MUHAMMAD ZAINI
(H1F114079)
2. AKHMAD DAUDI SHABAHAINI
(H1F114061)
3. SYAHRUL BAGUS PRATAMA
(H1F114084)
Telah disetujui :
Mei 2017
Mengetahui,
Telah diperiksa dan disetujui
Kepala Lab. Thermo Fluid
Dosen Pembimbing
Aqli Mursadin, Ph.D
Herry Irawansyah, Irawansyah, M.Eng.
NIP. 19710611 199512 1 001
NIP. 2016199002210801 2016199002210801
Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Mesin
Ach. Kusairi S, M.T., M.M. NIP. 19780415 201212 1 001
ii
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT LEMBAR KONSULTASI PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN
NAMA KELOMPOK:
No
1. MUHAMMAD ZAINI
(H1F114079)
2. AKHMAD DAUDI SHABAHAINI
(H1F114061)
3. SYAHRUL BAGUS PRATAMA
(H1F114084)
T anggal
M ate ri Konsultasi
T anda T angan
Nilai : A / A- / B+ / B / B- / C+ / C / D+ / D / E Banjarbaru,
Mei 2017
Dosen Pembimbing
Herry Irawansyah, M.Eng.
NIP. 2016199002210801 2016199002210801
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan rahmat dan karuniaNya sehingga kami dapat menyusun laporan mengenai
“Praktikum Fenomena Dasar Mesin” ini
tepat pada waktunya.
Kami menyadari bahwa pembuatan laporan ini bisa selesai berkat tuntunan Tuhan Yang Maha Esa dan tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, untuk itu dalam kesempatan ini kami menghaturkan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang membantu dalam pembuatan laporan ini. Laporan ini masih sangat jauh dari kesempurnaan, maka dapat kiranya para pembaca memakluminya. Kami sangat mengharapkan sekali saran-saran dan masukan dari pihak manapun yang sifatnya membangun tanpa mengurangi tujuan pembuatan laporan ini. Kritik dan saran dari pembaca sangat kami harapkan untuk penyempurnaan laporan selanjutnya. Demikian Laporan ini dibuat untuk dapat dipergunakan semestinya. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi siapa saja yang membacanya dan bagi kita semua. Amiin.
Banjarbaru, Mei 2017
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ......................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .........................................................................
ii
LEMBAR KONSULTASI .............................................................................
iii
KATA PENGANTAR ...................................................................................
iv
DAFTAR ISI ................................................................................................
v
DAFTAR TABEL .........................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
viii
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .....................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ...............................................................
3
1.3 Tujuan Praktikum .................................................................
3
1.4 Mafaat Praktikum .................................................................
4
1.5 Batasan Masalah .................................................................
4
DASAR TEORI 2.1 Pengertian Fluida dan Head .................................................
5
2.2 Pengertian Pompa Sentrifugal .............................................
6
2.1.1 Karakteristik Pompa Sentrifugal ...................................
7
2.1.2 Prinsip-prinsip Dasar Pompa Sentrifugal ......................
8
2.1.3 Klasifikasi Pompa Sentrifugal .......................................
8
2.3 Head Pompa dan Energi Aliran ............................................
9
2.4 Head Total Pompa ...............................................................
10
2.5 Efisiensi Pompa ...................................................................
10
2.6 Kavitasi ................................................................................
10
2.7 Net Positive Suction Head (NPSH) ......................................
13
2.7.1 NPSH yang Tersedia (NPSH) ....................................
13
v
BAB III
BAB IV
BAB V
2.7.2 NPSH yang Diperlukan (NPSH R) ................................
14
2.8 Parameter Kavitasi ...............................................................
15
2.8.1 Koefisien Kavitasi Thoma ............................................
15
2.8.2 Kecepatan Spesifik (Ns) ..............................................
15
2.8.3 Kecepatan Spesifik Hisap ...........................................
15
2.9 Perhitungan .........................................................................
16
METODOLOGI PRAKTIKUM 3.1 Deskripsi Alat Praktikum ......................................................
21
3.2 Alat dan Bahan ....................................................................
22
3.3 Prosedur Percobaan ............................................................
22
3.3.1 Persiapan ....................................................................
22
3.3.2 Percobaan ..................................................................
23
3.3.3 Akhir Percobaan .........................................................
23
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Praktikum ....................................................................
24
4.2 Analisis Perhitungan ............................................................
25
4.3 Tabel Hasil Perhitungan .......................................................
36
4.4 Grafik Hasil Perhitungan ......................................................
36
4.5 Pembahasan ........................................................................
39
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ..........................................................................
42
5.2 Saran ...................................................................................
42
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................
43
LAMPIRAN ...................................................................................................
44
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil Praktikum ...........................................................................
24
Tabel 4.2 Hasil perhitungan kecepatan fluida (v) ........................................
25
Tabel 4.3 Hasil perhitungan head pompa (H) ..............................................
29
Tabel 4.4 Hasil perhitungan daya hidrolisis (P h) ..........................................
30
Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi (T) dan daya poros (BHP) .......................
31
Tabel 4.6 Hasil perhitungan daya motor (P motor ) ..........................................
32
Tabel 4.7 Hasil perhitungan efisiensi motor dan efisiensi pompa ................
33
Tabel 4.8 Hasil perhitungan NPSH a ............................................................
36
Tabel 4.9 Hasil perhitungan NPSH r .............................................................
36
Tabel 4.10 Hasil perhitungan ......................................................................
36
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Cara mengukur Head .............................................................
6
Gambar 2.2 Pompa Sentrifugal ..................................................................
7
Gambar 2.3 Head Total Pompa .................................................................
10
Gambar 2.4 Proses Kavitasi ......................................................................
11
Gambar 2.5 Perubahan Kurva Karakteristik akibat Perubahan NPSH ........
14
Gambar 2.6 Hubungan Koefisien Thoma, Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Spesifik Hisap ........................................................................
16
Gambar 3.1 Alat Praktikum ........................................................................
21
viii
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan zat cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifatnya hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan fluida sehingga dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dapat dipindahkan adalah fluida inkompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan. Dalam kondisi tertenatu, pompa dapat digunakan untuk memindahkan zat padat yang berbentuk bubukan atau tepung. Prinsip kerja pompa adalah mengisap dan melakukan penekanan terhadap fluida. Pada sisi isap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan Antara ruang pompa dengan permukaan fluida yang diisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi. Pompa yang dipergunakan sebelumnya harus diketahui karakteristik pada kondisi kerja yang berbeda, dengan demikian dapat ditentukan batas-batas kondisi kerja dimana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini perlu dilakukan karena pada kenyataannya sangat sulit memastikan performansi pompa pada kondisi kerja yang sebenarnya. Sedangkan pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energy mekanik ke dalam energy hidrolik melalui aktivitas sentrifugal, yaitu
2
tekanan fluida yang sedang dipompa. Selain itu pompa sentrifugal merupakan salah satu alat indrustri yang simpel, tapi sangat diperlukan. Proses kerja pompa sentrifugal yaitu aliran fluida yang radial akan menimbulkan efek sentrifugal dari impeler diberikan kepada fluida. Jenis pompa sentrifugal atau kompresor aliran radial akan mempunyai head yang tinggi tetapi kapasitas alirannya rendah. Pada mesin aliran radial ini, fluida masuk melalui bagian tengah impeler dalam arah yang pada dasarnya aksial. Fluida keular melalui celah-celah antara sudut dan piringan dan meninggalkan bagian luar impeler pada tekanan yang tinggi dan kecepatan agak tinggi ketika memasui casing atau volute. Volute akan merubah head kinetik yang berupa kecepatan buang tinggi menjadi head tekanan sebelum fluida meninggalkan pipa keluaran pompa. Jika casing dilengkapi dengan strip pemandu (guide vane), pompa tersebut diffuser atau pompa turbin. I mpeler yaitu bagian dari pompa yang berputar yang mengubah tenaga mesin ke tenaga kinetil. Volute yaitu bagian dari pompa yang diam yang mengubah tenaga kinetik ke bentuk tekanan. Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan pompa sentrifugal adalah adanya kemungkinan kativasi pada pompa sentrifugal yang menyebabkan pernurunan kapasitas pompa kemudian kerusakan mekanis pada impeler pompa dan juga menimbulkan getaran. Dalam skala yang lebih besar lagi dapat menurunkan kapasitas produksi pada sebuah industri yang mengandalkan penggunaan pompa sentrifugal, pada industri perminyakan misalnya. Kavitasi adalah fenomena perubahan fase uap dari zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya. Pada pompa bagian yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap pompa. Misalnya, air pada tekanan 1 atm akan mendidih dan menjadi uap pada suhu 100 derajat celcius. Tetapi jika tekanan direndahkan maka air akan bisa mendidih pada temperatur yang lebih rendah bahkan jika tekanannya cukup renda maka air bisa
3
mendidih pada suhu kamar. Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair, yang kemudian gelembung tersebut pecah karena mengalami tekanan yang lebih besar. Fenomena kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal dapat mengakibatkan kerusakan mekanis, yaitu terjadinya lubang-lubang yang disebut erosi kavitasi pada permukaan sudu dan casing pompa sentrifugal. Kavitasi pada pompa sentrifugal dapat menurunkan unjuk kerja pompa yang meliputi penurunan head, kapasitas dan efisiensi pompa. Identifikasi timbulnya kavitasi pada pompa sentrifugal sering kali menyulitkan, dikarenakan material pipa pompa terbuat dari bahan yang tidak tembus pandang, hal ini mengakibatkan kondisi fluida di dalam pompa tidak diketahui secara visual. Dengan kondisi tersebut maka pada alat praktikum ini pompa uji dibuat dari pipa yang tembus pandang, sehingga kita dapat mengamati langsung terjadinya kavitasi melalui pengambilan gambar dengan kamera digital. Dasar perhitungan secara matematis dengan persamaan bilangan kavitasi dapat dipergunakan untuk memperkirakan keadaan fluida yang sedang mengalir melewati sudu pompa sentrifugal.
1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana nilai besaran kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal? 2. Bagaimana efisiensi pompa terhadap bukaan katup?
1.3 Tujuan Praktikum Tujuan dari Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini antara lain adalah: 1. Untuk mengetahui hubungan antara debit aliran fluida terhadap head pompa. 2. Mengetahui hubungan antara debit aliran fluida terhadap efisiensi pompa.
4
1.4 Manfaat Praktikum Manfaat yang akan didapatkan ialah praktikan dapat memahami proses terjadinya kavitasi pada pompa sentrifugal.
1.5 Batasan Masalah Batasan yang digunakan dalam Praktium Fenomena Dasar Mesin ini adalah: 1. Penelitian ini hanya dilakukan pada pompa sentrifugal shimizu tipe ps-130 bit. 2. Aliran dalam kondisi steady . 3. Perpindahan panas pada pompa diabaikan. 4. Getaran pada pompa diabaikan.
5
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengertian Fluida dan Head Definisi dari fluida adalah substansi yang mengalir karena antar partikel satu dengan lainnya bebas. Secara umum, fluida dibagi menjadi fluida compresible (mampu mampat) dan incompresible (tidak mampu mampat). Karakteristik fluida bisa dijelaskan dengan properti fluida. Adapun properti fluida yaitu temperatur, tekanan, massa, volume spesifik, dan kerapatan massa (Anis Samsudin dan Karnowo, 2008). Energi fluida untuk melakukan kerja yang dinyatakan dalam feet atau kaki tinggi tekanan (head) fluida yang mengalir. Jadi, head atau tinggi tekan merupakan ketinggian pada mana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah energi yang mana sama dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida pada kondisi yang sama (Austin H. Church, 1993). Head ada dalam tiga bentuk yang dapat saling dapat dipertukarkan, antara lain: 1. Head potential/head aktual Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang datar. Jadi, suatu kolam air setinggi 2 kaki atau feet mengandung jumlah energi yang disebabkan oleh posisinya dan dikatakan fluida tersebut mempunyai head sebesar 2 feet kolam air (Austin H. Church, 1993). 2. Head kinetik/head kecepatan Adalah suatu ukuran energi kinetik yang dikandung suatu satuan bobot fluida yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh persamaan yang biasa dipakai untuk energi kinetik (V2/2g), energi ini dapat dihitung dengan tabung pitot yang diletakkan dalam aliran seperti gambar 2.1 di bawah. Kaki kedua dari manometer dihubungkan dengan
6
pipa aliran tegak lurus dari manometer dihubungkan dengan pipa aliran untuk menyamakan tekanan yang ada pada pipa aliran titik ini (Austin H. Church, 1993). 3. Head tekanan Adalah energi yang dikandung oleh fluida akibat tekanannya dalam persamaannya dengan
/. Jika sebuah manometer terbuka dihubungkan
dengan sudut tegak lurus aliran, maka fluida di dalam tabung akan naik sampai ketinggian sama dengan
/ (Austin H. Church, 1993).
Gambar 2.1 Cara mengukur Head (Sumber: Muhajir, Khairul. 2009. Karakteristik Aliran Fluida Gas-Cair Melalui Pipa Sudden Contraction. 176-184.)
2.2 Pengertian Pompa Sentrifugal Pompa Sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi hidrolik melalui aktivitas sentrifugal. Energi inilah yang mengakibatkan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso dan Haruo Tahara, 2004). Sedangkan untuk gaya sentrifugal itu sendiri memiliki arti yaitu sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerrakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).
7
Gambar 2.2 Pompa Sentrifugal (Sumber: Handayani, Sri Utami. 2002. Bahan Ajar Pompa dan Kompresor. 23-41 .)
2.2.1 Karakteristik Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari impeller yang dilengkapi sudusudu yang dipasangkan pada poros yang berputar yang disubungi oleh sebuah rumah (casing ). Fluida memasuki impeller secara aksial dan menerima energi yang diberikan oleh sudu-sudu. Begitu fluida meninggalkan impeller pada kecepatan yang relatif tinggi, fluida itu dikumpulkan dalam
valute yang
mentransformasikan energi kinetik menjadi energi tekanan. Ini tentu saja diikuti oleh pengurangan kecepatan. Setiap
pompa
biasanya
pabrik
pembuatannya
memberikan
kurva
karakteristik yang menunjukkan unjuk kerja pompa pada berbagai kondisi pemakaian. Karakteristik sebuah pompa digambarkan dalam kurva karakteristik menyatakan besarnya head total, daya pompa dan efisiensi pompa terhadap kapasitas.
8
2.2.2 Prinsip-prinsip Dasar Pompa Sentrifugal Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut: 1. Gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat. 2. Kecepatan fluida yanng tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head.
2.2.3 Klasifikasi Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal dikualifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain sebagai berikut: 1. Kapasitas: a. Kapasitas rendah
: < 20 m3/jam
b. Kapasitas menengah
: 20 60 m3/jam
c. Kapasitas tinggi
: > 60 m3/jam
–
2. Tekanan discharge: a. Tekanan rendah
: < 5 kg/cm2
b. Tekanan menengah
: 5 - 50 kg/cm2
c. Tekanan tinggi
: > 50 kg/cm2
3. Jumlah/susunan impeller dan tingkat: a. Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing b. Multi stage
: Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu casing
c. Multi impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing d. Multi Impeller Multi Stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage. –
9
4. Posisi poros: a. Poros tegak b. Poros mendatar 5. Jumlah Suction: a. Single suction b. Double suction 6. Arah aliran keluar impeller: a. Radial flow b. Axial flow c. Mixed flow
2.3 Head Pompa dan Energi Aliran Head zat cair merupakan energi mekanik yang dikandung oleh suatu berat zat cair yang mengalir pada penampang yang bersangkutan, dimana satuan energi persatuan berat ekuivalen dengan satuan panjang (tinggi). Head ini adalah jumlah dari ketiga head yaitu head tekanan/energi yang dikandung oleh fluida akibat tekanan, head kinetik/energi yang dikandung oleh fluida dan terakhir head potensial didasarkan pada ketinggian fluida (z) di atas bidang banding yang mengandung sejumlah energi disebabkan posisinya. Berbagai bentuk tinggi-tekan dapat bervariasi besarnya pada penampang yang berbeda dengan mengabaikan rugi-rugi, penjumlahan selalus ama. Head adalah tinggi tekan energi total yang merupakan jumlah dari tinggi tempat, tinggi tekanan dan tinggi kecepatan yang berbeda dari garis arus yang satu ke garis arus yang lain. Jadi persamaan tersebut hanya berlaku untuk titik-titik satu garis lurus.
10
2.4 Head Total Pompa Head total pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan air dengan kapasitas yang telah ditentukan dapat ditentukan dari kondisi instalasi pompa yang akan dilayani.
Gambar 2.3 Head Total Pompa (Sumber: http://deniferdiansyah.blogspot.co.id/2011/07/cara-menentukan-headtotal-pompa.html) 2.5 Efisiensi Pompa Dalam industri pompa, banyak pekerjaan yang melibatkan dua hal sederhana, yakni efisiensi mesin pompa sentrifugal dan motor induksi AC. Pompa sentrifugal mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik (aliran, kecepatan dan tekanan) dan motor AC mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Banyak sentrifugal besar menghasilkan efisiensi antara 75 90% dan yang kecil biasanya ke kisaran –
50 70%. Motor AC besar di sisi lain, dapat mendekati efisiensi 97% dan motor –
lain di atas 5 HP, dapat didesain mencapai 90% hambatan.
2.6 Kavitasi Pada sistem pemipaan yang menggunakan pompa sentrifugal sangat mungkin terjadi kavitasi yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan perbedaan
11
penampang yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan sampai turun di bawah tekanan uap jenuhnya sehingga menyebabkan terjadinya fenomena yang disebut kavitasi. Kavitasi adalah periwtiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang dipompa akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan peah dan akan menyebabkan shock pada dinding dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan.
Gambar 2.4 Proses Kavitasi (Sumber: Muhajir, Khairul. 2009. Karakteristik Aliran Fluida Gas-Cair Melalui Pipa Sudden Contraction. 176-184.)
Pompa Sentrifugal mempunyai sifat-sifat teknis yang harus dipenuhi agar dapat beroperasi dengan baik. Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada
12
pompa tipe ini adalah gagalnya pompa dalam proses priming, sehingga pompa tidak bisa mengisap dan akhirnya gagal pemompaan serta menyebabkan kerusakan pada bagian-bagian pompa Ada beberapa penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal diantaranya adalah: 1. Vaporation (penguapan), 2. Air ingestion (masuknya udara lura ke dalam sistem), 3. Internal Recirculation (sirkulasi balik di dalam sistem), 4. Turbulance (pergolakan aliran), dan 5. Vane Passing Syndrome. Cara menghindari proses kavitasi yang paling tepat adalah dengan memasang instalasi pompa dengan NPSH yang tersedia lebih besar daripada NPSH yang diperlukan. NPSH yang tersedia bisa diusahakan oleh pemakai pompa sehingga nilainya lebih besar dari NPSH yang diperlukan. Berikut hal-hal yang diperlukan untuk instalasi pompa : 1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang diisap harus dibuat serendah mungkin agar head statis lebih renda pula. Pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa dipakai pipa isap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang berdiameter satu nomor lebih besar untuk mengurangi kerugian gesek. 2. Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar (bagian yang mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan lebih rendah). 3. Tidak dibenarkan untuk mengurangi laju aliran dengan menghambat aliran disisi isap. 4. Head total pompa harus ditentukan sedemikian rupa hingga sesuai dengan yang diperlukan pada kondisi operasi yang sesungguhnya.
13
5. Jika head pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head terendah harus diadakan pengamanan terhadap terjadinya kavitasi. Untuk meramalkan terjadinya kavitasi pada suatu pompa, digunakan suatu parameter sebagai dasar hubungan. Dasar hubungan ini adalah Hukum ThomaMoody yang menghasilkan suatu koefisien
atau sigma atau koefisien Thoma.
Koefisien kavitasi adalah perbandingan antara NPSH dengan head total pompa.
2.7 Net Pos itive S uction Head (NPSH) Kavitasi terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Oleh karena itu, untuk menghindari kavitasi harus diusahakan agar tidak ada satu bagian pun dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Sehubungan dengan hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang memegang peranan, pertama tekanan yang ditentukan oleh kndisi lingkungan dimana pompa dipasang dan kedua tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa. Sebagai
ukuran
untuk
keamanan
pompa
terhadap
kaviasi
telah
didefinisikan suatu Net Position Suction Head (NPSH). Dalam hal ini NPSH dapat dibagi dua yaitu, NPSH yang tesedia pada instalasi (sistem) dan NPSH yang diperlukan oleh pompa. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavita si maka harus dipenuhi persyaratan berikut: NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan.
2.7.1 NPSH yang Tersedia (NPSH ) NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa (ekuivalen dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut. NPSH yang tersedia merupakan
14
tekanan absolut yang masih tersisa pada pompa setelah dikurangi tekanan uap. Besarnya hanya tergantung pada kondisi luar pompa dimana pompa dipasang. Tinggi isap (h) bisa diukur dari permukaan zat cair sampai sumbu poros pompa (untuk pompa dengan poros mendatar).
2.7.2 NPSH yang Diperlukan (NPSHR) Tekanan di dalam pompa biasanya terdapat di suatu titik yang dekat setelah sisi masuk sudu impeler. Hal ini disebabkan oleh kerugian head di nozel isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu. Gambar 2.5 di bawah ini menunjukkancara mengukur efisiensi pompa dengan memakai NPSH sebagai parameter.
Gambar 2.5 Perubahan Kurva Karakteristik akibat Perubahan NPSH (Santoso, Budi., Indarto., Deendarlianto Dan Thomas S.W. 2012. Fluktasi Beda Tekanan dari Pola Aliran Slug Air-Udara pada Aliran Dua Fase Searah Pipa Horizontal.)
Pada umumnya perubahan nilai NPSHR sudah ditentukan oleh pabrik yang bersangkutan. Namun melalui penelitian, harga NPSH R dapat ditentukan dengan menghubungkan pengaruh NPSH pada performansi pompa, yakni dengan perubahan kurva performansi karena perubahan NPSH yang diperiksa. NPSH pada titik dimana performansi mulai menuruh merupakan harga NPSH R. Namun
15
pengukuran titik ini sangat sukar, sehingga NPSH R dalam banyak hal ditetapkan pada titik dimana performansi menurun 3%.
2.8 Parameter Kavitasi 2.8.1 Koefisien Kavitasi Thoma. Syarat agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi adalah NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan. Untuk penafsiran secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dari konstanta kavitasi yaitu koefisien kavitasi Thoma () yang dinyatakan dalam perbandingan antara NPSH yang diperlukan dengan head pompa.
2.8.2 Kecepatan Spesifik (Ns) Kecepatan spesifik dapat digunakan untuk menentukan jenis-jenis pompa. Kecepatan
spesifik
untuk
pompa-pompa
yang
sebangun
(sama
bentuk
impelernya) meskupun ukuran dan putarannya berbeda adalah sama. Dalam halini kecepatan spesifik berlaku pada titik efisiensi tertinggi. 2.8.3 Kecepatan Spesifik Hisap (S) Kecepatan Spesifik Hisap (S) dalam hal ini dapat menghubungkan harga minimum yang aman untuk kondisi operasi pompa terhadap gangguan kavitasi. Antara koefisien kavitasi Thoma () dan Kecepatan Spesifik (N s) dengan Kecepatan Spesifik Hisap (S) terhadap hubungan seperti yang terlihat pada gambar 2.6 di bawah ini.
16
Gambar 2.6 Hubungan Koefisien Thoma, Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Spesifik Hisap (Santoso, Budi., Indarto., Deendarlianto Dan Thomas S.W. 2012. Fluktasi Beda Tekanan dari Pola Aliran Slug Air-Udara pada Aliran Dua Fase Searah Pipa Horizontal.) 2.9 Perhitungan 1. Kecepatan Fluida
v = QA
.......................................................................................... (2.1)
Dimana : v = kecepatan fluida (m/s) Q = debit fluida (m3/s) A = luas penampang pipa (m) 2. Head Pompa
Hpompa = (ρ P×d g + 2v×dg + Zd) − (ρ P×s g + 2v×sg + Zs) + Ht Dimana : Ht = head loss total pompa (m) vd = kecepatan fluida di saluran tekan (m/s) vs = kecepatan fluida di saluran isap (m/s) Pd = tekanan di saluran tekan (N/m 2)
........ (2.2)
17
Ps = tekanan di saluran isap (N/m 2) Zd = jarak pusat impeler pompa ke alat ukur pada saluran tekan (m) Zs = jarak pusat impeler pompa ke alat ukur pada saluran isap (m) = massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasi (9,81 m/s2) 3. Daya Hidrolisis
P = ρ × g × Q × H
....................................................................... (2.3)
Dimana : Ph = daya hidrolisis (watt) = massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasi (9,81 m/s2) Q = debit fluida (m3/s) H = head pompa (m) 4. Daya Poros Daya poros adalah daya yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa atau sering disebut (Break House Power ) BHP. (careca F., dkk., 2011). Daya poros ditunjukkan pada ditunjukkan pada persamaan dibawah ini :
BHP = 2 × π60× n × T
................................................................... (2.4)
Dimana : BHP = daya poros (watt) n
= putaran motor (rpm)
T
= torsi (Nm)
Berdasarkan Applied Industrial Technology , persamaan untuk Torsi adalah sebagai berikut :
T = 36,77 ×n Q × P
....................................................................... (2.5)
18
Dimana : T = torsi (lbs in) Q = debit fluida (GPM) P = tekanan (Psi) n = putaran mesin (rpm) 5. Daya Listrik/Motor Adalah besarnya daya yang dihasilkan oleh motor yang dipakai dalam menggerakkan pompa, yang dapat dirumuskan dengan :
Pmotor = V × I
.............................................................................. (2.6)
Dimana : Pmotor = daya listrik/motor (watt) V
= besar tegangan yang dipakai oleh motor listrik (volt)
I
= besar arus yang dipakai oleh motor listrik (ampere)
6. Efisiensi Motor dan Pompa Efisiensi motor :
ηmotor = PBHP × 100% motor
................................................................. (2.7)
Dimana : BHP = daya poros (watt) Pmotor = daya listrik/motor (watt) Efisiensi pompa :
P ×100% ηpompa = BHP
................................................................. (2.8)
Dimana : Ph
= daya hidrolisis (watt)
BHP = daya poros (watt)
19
7. Perhitungan NPSH yang tersedia (NPSH a)
hs = γPa × γP − hs − hls
................................................................. (2.9)
Dimana : Hsv = NPSHa (m) Pa = tekanan pada permuakaan fluida (kgf/m2) Pv
= tekanan uap jenuh (kgf/m2)
= berat jenis zat cair (kgf/m3)
hs
= head isap statis (m)
hls = kerugian head dalam pipa isap (m) 8. Perhitungan NPSH yang diperlukan (NPSH r ) a. Kecepatan spesifik
,5 Q Ns = n × H,5
....................................................................... (2.10)
Dimana : n = putaran dari impeler pompa (rpm) Q = debit fluida (m3/s) H = head pompa (m)
Hs = σ × Hpompa
................................................................. (2.11)
Dimana : = koefisien kavitasi thoma
b. Kecepatan spesifik hisap Kecepatan spesifik sisi hisap (S) dapat juga digunakan sebagai pengganti koefisien kavitasi Thoma dalam menghitung NPSH yang diperlukan. Nilai kecepatan spesifik diasumsikan 1200, berdasarkan Sularso Hubungannya dapat dilihat pada persamaan di bawah ini :
20
4 n Hs = S × Q
…………………………………
Dimana : n = putaran dari impeler pompa (rpm) Q = debit fluida (m3/s) S = kecepatan spesifik sisi hisap (m/s)
( 2.12)
21
BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1 Deskripsi Alat Praktikum
Gambar 3.1 Alat Praktikum
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebuah instalasi pompa sentrifugal yang dirancang khusus. Terdapat 2 buah katup pada instalasi pompa ini yaitu katup awal pada pipa isap yang berfungsi sebagai bukaan untuk fluida masuk dan katup akhir pada pipa untuk mengeluarkan fluida. Pada instalasi pompa ini juga terdapat 4 buah lubang yang digunakan untuk mengukur tekanan. Terdapat saklar untuk menghidupkan dan mematikan pompa serta saklar pengatur kecepatan pompa.
22
3.2 Alat dan Bahan Berikut alat dan bahan yang digunakan pada saat Praktikum Fenomena Dasar Mesin pada pompa sentrifugal 1. Pompa Sentrifugal merek Panasonic Spesifikasi pompa air Panasonic No model GP-129JXK: Daya motor
: 125 watt
Daya hisap
: 9 meter
Daya dorong
: 31 meter
Kapasitas
: 18 Liter/menit
Pipa
: 1 inch
Tegangan
: 220 Volt, 50 Hz
2. Bak penampungan 3. Flow Meter 4. Manometer 5. Tachometer
3.3 Prosedur Percobaan 3.3.1 Persiapan 1. Menyiapkan instalasi percobaan. 2. Memeriksa persediaan air di reservoir dan memastikan keadaannya layak untuk percobaan. 3. Pastikan semuakatup telah terbuka 4. Memeriksa kabel-kabel daya pompa. 5. Menjalankan mesin pompa sentrifugal.
23
3.3.2 Percobaan a. Perhatikan debit air dengan memperhatikan flow meter, pastikan flow meter tepat berada pada 4,5 LPM, 9 LPM, 13.5 LPM dan 18 LPM b. Lakukan pengukuran rpm pompa dengan menggunakan tachometer. c. Lakukan pengulangan sebanyak 3 kali pada masing-masing variasi debit (LPM). d. Ukur tekanan air pada lubang yang terdapat pada posisi P1, P2, P3, dan P4 dengan menggunakan Manometer. e. Pada saat mengukur tekanan pada posisi P1, lubang pada posisi P2, P3, dan P4 ditutup. Begitu pula pada saat mengukur tekanan pada posisi P2, maka lubang pada posisi P1, P3, dan P4 ditutup dan seterusnya. f.
Catat nilai tekanan pada Manometer di setiap posisi P1, P2, P3, dan P4.
3.3.3 Akhir Percobaan 1. Mematikan pompa 2. Membersihkan semua peralatan yang digunakan. 3. Mengembalikan semua peralatan ke tempatnya dalam keadaan baik seperti semula.
