Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
DAFTAR ISI BAB I
2
BAB II
6
BAB III
8
BAB IV
14
BAB V
20
LAMPIRAN
X
1
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
BAB I PENDAHULUAN
1. MAKSUD DAN TUJUAN Setiap pompa mempunyai karakteristik tersendiri, sesuai dengan apa yang telah direncanakan oleh pabrik pembuat atau si pperencananya (designer). Praktikum ini bertujuan mengetahui karakteristik dari pompa sentrifugal, sehingga para praktikan dapat langsung membandingkan antara hasil pengujian dengan teori yang pernah didapat. Praktikum pengujian ini juga bertujuan memberikan pengalaman praktis kepada setiap praktikan bagaimana mengoperasikan dan melakukan pengukuran terhadap parameter-parameter dari suatu pompa sentrifugal. Pengujian dilakukan untuk mengetahui i. Karakteristik pompa pada putaran motor yang konstan. ii. Karakteristik pompa dengan perubahan putaran motor. 2. TEORI Pompa adalah suatu alat yang dipakai untuk memberikan atau menambah tenaga dinamis (kinetis) dan tenaga potensial pada cairan. Cairan diisap melalui tengah impeller dan ke luar secara radial dengan kecepatan (absolute) yang merupakan kecepatan putar (tangensial) dan kecepatan air yang meluncur mengikuti impeller (relative). Didalam volute (rumah pompa), kecepatan air berkurang karena luas bidang yang dilalui bertambah besar dan tenaganya berubah menjadi tenaga tekanan, maka cairan akan mengalir ke luar pompa. Pompa dapat dijalnkan bila rumah pompa dan pipa isap telah terisi penuh dengan air. Pada pelaksanaannya, cairan masuk impeller dengan kecepatan resultante V1 pada radius R 1 dan meninggalkan impeller pada kecepatan resultante V2 dan radius R 2. Kecepatan-kecepatan yang terjadi mempunyai komponen-komponen yang arahnya tegak lurus satu dengan yang lain : 1. Aksial atau parallel dengan sumbu perputaran impeller. 2. Radial atau meronial tegak lurus dengan sumbu perputaran impeller (m) 3. Tangensial tegak lurus pada arah radial dan aksial (t).
Gambar 1. Resultance
2
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
Perubahan-perubahan momentum sudut atau momentum per-unit massa cairan/fluida yang melalui rotor/impeller adalah :
Berdasarkan Hukum Newton II, besaran tersebut akan sama dengan torsi pada impeller untuk steady flow, maka :
Dimana :
E
= energi transfer per-unit berat cairan.
g
= percepatan gravitasi
jika R=U (pheripheral velocity dari impeller), maka:
Persamaan ini biasa disebut dengan “Euler Equation”, untuk pompa yang menggambarkan besarnya energi yang ditransfer dari impeller ke cairan/fluida. Persamaan ideal di atas didasarkan atas asumsi-asumsi tertentu, yakni tidak terjadi aliran yang turbuken, tidak terjadi gesekan dan aliran fluida mengalir dengan arah yang sempurna. Energi maksimum yang dapat dirubah adalah saat momentum sudut pada inlet sama dengan 0, sehingga V 1t sama dengan 0, persamaannya menjadi :
Berdasarkan kontinuitas, maka volumetric flow yang melalui pompa adalah :
Dimana :
A2
= luas penampang sisi ke luar
V2m
= kecepatan radial ke sisi luar
D2
= diameter luar impeller
b2
= lebar sisi ke luar impeller
Pump Performance characteristic Karakteristik yang sebenarnya dari suatu instalasi pompa dapat diperoleh dari teori-teori tersebut diatas, akan tetapi diperoleh dari hasil pengamatan dan pengukuran yang langsung dilakukan pada pompa yang sebenarnya atau model pompa tersebut.
3
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
Karakteristik performance dari pompa biasanya merupakan gambaran dari head, efisiensi, dan brake horse power (BHP) sebagai fungsi dari kapasitas. Dan gambaran ini akan merupakan suatu tabel-tabel atau grafik-grafik. Di bawah ini adalah karakteristik pompa secara teoritis dari head terhadap kapasitas untuk lengkungan suatu forward, radial, atau backward. Di bawah ini dapat dilihat kurva kapasitas tinggi tekanan aktual. Kurva tinggi tekan (head) semu, akan dikurangi oleh beberapa kerugian yang terjadi. Pertama akibat pengaruh aliran sirkulasi, maka besarnya head akan berkurang seperti dapat dilihat pada gambar di bawah. Kerugian akibat gesekan yang terjadi pada laluan sisi masuk, bagian dalam dari impeller dan pada bagian laluan ke luar pada volute (keong). Kerugian akibat turbulensi aliran, akan mengakibakan head yang dicapai menjadi semakin berkurang. Turbulensi terjadi karena aliran fluida yang masuk impeller tidak mempunyai sudut yang sama dengan sudut sisi masuk β 1. Head yang terjadi setelah dikurangi oleh beberapa kerugian diatas digambarkan pada garis H. NPSH (Net Positive Suction Head) Istilah ini mempunyai hubungan dengan kondisi aliran pompa agar pompa dapat bekerja dengan baik, antara flensa pemasukan pompa dengan permulaan sudu harus terdapat perbedaan tekanan yang cukup besar, supaya air dapat masuk ke sudu.
Gambar 2. Impeller
4
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
Gambar 3. Kurva kapasitas-tinggi tekanan aktual Tekanan statis terendah dalam instalasi tercapai sedikit sebelum permukaan sudu kipas, karena sesudah itu tekanan meningkat kembali. Yang harus diusahakn adalah agar tekanan terendah ini tidak menjadi rendah dari tekanan di mana air yang dipompakan mulai mendidih pada suhu kerja atau tekanan uap jenuh. Bila keadaan demikian maka akan terjadi kavitasi. Berhubung dengan masalah tersebut di atas, maka dalam teknik pompa di masukan pengertian NSPH, disini diadakan perbedaan antara :
NPSHA (available), yang berhubungan dengan tekanan yang tersedia pada flensa siap pompa. NPSHR (required), yang berhubungan dengan tekanan yag diisyaratkan.
NPSHA besarnya tergantung dari pemasangan instalasi pompa sedang NPSHR tergantung dari pompanya sendiri yang biasanya telah ditentukan dari pabrik pembuatannya. Dalam prakteknya NPSHA harus lebih besar dari NPSHR supaya tidak terjadi kavitasi. Head Total Dalam istilah yang lain biasanya juga disebut head manometrik yang berarti head actual yang harus diatasi pompa supaya air dapat mengalir. Besarnya harga ini akan diterangkan saat briefing laporan akhir. WHP dan BHP WHP atau water horse power merupakan daya yang dihasilkan pompa. Besarnya sangat tergantung kapasitas pompa tersebut. BHP atau brake horse power merupakan daya masukkan ke pompa yaitu daya yang dibangkitkan oleh motor penggerak. Besarnya harga ini akan diterangkan saat briefing laporan akhir. Efisiensi Pompa Efisiensi pompa adalah perbandingan WHP dengan BHP.
5
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
BAB II SPESIFIKASI ALAT PRAKTIKUM DAN PROSEDUR
SPESIFIKASI ALAT PRAKTIKUM YANG DIGUNAKAN a. Pompa Pabrik pembuat : Gilbert Gilkes & Gordon Ltd. Kendal – England Serial No. EE 41441 Putaran : 3000 rpm Input : 9 kW Discharge : 300 GPM Rated Head : 28 meter Brake Arm Radius : 283 mm b. Pompa Penggerak Pabrik Pembuat
Jenis Daya Putaran Ampere Voltage Rating Date
: BKB Elektric motors Ltd. Birmingham – England Serial No. 50791/1-BS.2613/170 : DC motor : 12 HP : 3000 rpm : 22 A : 500 V : Compound : 12/73
PROSEDUR MENJALANKAN ALAT PRAKTIKUM c. Periksa semua sambungan listrik apakah sudah terpasang dengan baik, dan periksa apakah variable untuk motor sudah dalam posisi minimum “nol”. d. Sambungkan panel listrik ke jaringan kistrik tetap. e. Pasanglah switch utama dan lihat apakah lampu control nyala atau tidak, jika lampucontrol tidak menyala, berarti ada kerusakan pada jaringan listrik, jangan dilanjutkan dan segera beritahu asisten atau penganggung jawab praktikum. f. Bila lampu control telah menyala, motor penggerak dapat distart, variable putaran dinaikkan perlahan-lahan dan katup discharge dalam keadaan terbuka, sedangkan katup suction dalam keadaan penuh, katup suction dibuka sedikit demi sedikit bila putaran telah mencapai 1200 putaran per menit. Pengamatan dilakukan pada tiap kedudukan katup delivery dan perubahan kecepatan putar, yang diamati adalah :
6
Kecepata putar Kedudukan katup Momen torsi dari motor penggerak
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
Tinggi muka air raksa pada kedua kaki manometer Tinggi muka air dalam saluran flow-meter
Pengamatan yang dilaksanakan selama pengujian berlangsung dilakukan secara serentak dan dilaksanakan apabila keadaan pada parameter pengujian “ready”.
PROSEDUR MENGHENTIKAN ALAT PRAKTIKUM a. Apabila percobaan ttelah selesai dilaksanakan dan alat-alat yang dipergunakan hendak dimatikan, maka terlabih dahulu dilakukan : Penutupan semua alat ukur yang dipakai Penutupan katup suction dan discharge dengan terlebih dahulu menurunkan putaran motor sampai seminimum mungkin atau sampai penunjukkan angka “nol”. b. Matikan switch penggerak motor “off” c. Switch utama pada panel listrik dimatikan “off”, dapat dilihat bahwa lampu ikut mati. d. Hubungan panel listrik ke jaringan listrik tetap diputuskan.
Perhatian!!! Bila terdapat hal yang meragukan atau mencurigakan dalam mengoperasikan alat, maka segera lapor ke asisten atau penanggung jawab praktikum.
KEPUSTAKAAN
7
Pompa dan Blower Centrifugal, Church, A. H. Pompa dan kompresor, Tahara, Haruo Pump handbook, karassik, Igor J. Pompa, Bianchi, L. W. P. Ir. Pompa jilid 2, Ing. A. Nouwen
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
BAB III PENGOLAHAN DATA
Pada bukaan katup 4/6 dan rpm 850
1. Head Total Pump (Htot) Dimana :
(dianggap 0) (dianggap 0)
2. Kapasitas Aktual (Qact)
3. Daya yang diterima air (WHP)
4. Daya yang diberikan poros motor (BHP)
Dimana : F L n
= gaya yang dihasilkan motor (N) = brake arm radius (0,283 m) = putaran motor (rpm)
√ ( )
5. Efisiensi Pompa (η p) η
6. Kecepatan pada pipa venturi (V 2)
Dimana : Δp
8
Gilang A I V 0706267023
= perbedaan tekanan pada venturi (Pa)
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
A A a a
= luas penampang pipa besar (Ø=11,5 cm) = 0,0103911 m 2 = luas penampang pipa kecil (Ø=9,5 cm) = 0,0070911 m 2
√ ( ) ⁄
7. Kapasitas teoritis (Qteo)
8. Putaran spesifik (ns)
Dimana : n = kecepatan putaran pompa (rpm)
9
Gilang A I V 0706267023
Pompa sentrifugal
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
A. PERCOBAAN 1 Putaran konstan, bukaan katup berubah Tabel
n = 850 rpm H Katup total (m)
WHP
6/6 5/6 4/6 3/6 2/6 1/6
79,87302 79,87302 79,87302 79,87302 72,92754 65,98206
(watt)
1,15 1,15 1,15 1,15 1,05 0,95
BHP
(%)
Q aktual (m3/s)
Q teoristis (m3/s)
97,56333 90,59452 90,59452 90,59452 89,07956 87,31211
0,00708 0,00708 0,00708 0,00708 0,00708 0,00708
0,02184 0,02065 0,01874 0,01806 0,01584 0,00708
η
(watt) 81,86787 88,16540 88,16540 88,16540 81,86787 75,57034
Grafik
H total vs Q aktual 1.4 1.2 1 l a t 0.8 o t H 0.6
H total vs Q aktual
0.4 0.2 0 0.000000.002000.004000.006000.00800 Q aktual
BHP vs Q aktual 90.00000 85.00000
P 80.00000 H B75.00000 70.00000
BHP vs Q aktual
65.00000 8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
Q aktual
10
Gilang A I V 0706267023
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
ns (rpm) 64,40390 64,40390 64,40390 64,40390 68,95148 74,32636
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
WHP vs Q aktual 90.00000 80.00000 70.00000 60.00000 P 50.00000 H W40.00000 30.00000 20.00000 10.00000 0.00000
WHP vs Q aktual
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
Q aktual
Q aktual vs Bukaan Katup 0.00800 0.00700 0.00600 l a 0.00500 u t k 0.00400 a Q0.00300 0.00200 0.00100 0.00000
Q aktual vs Bukaan Katup
Bukaan Katup (%)
Q teoritis vs Bukaan Katup 0.02500 0.02000 s i t i r 0.01500 o e t 0.01000 Q 0.00500
Q teoritis vs Bukaan Katup
0.00000
Bukaan katup (%)
11
Gilang A I V 0706267023
Pompa sentrifugal
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
B. PERCOBAAN 2 Tabel
bukaan katup = 5/6 H n Q aktual total (rpm) (m) (watt) 600 1,05 0,00472 650 1,05 0,005192 700 1,05 0,005664 750 1,15 0,006136 800 1,15 0,006136
WHP
BHP
efisiensi
(watt) 48,61836 53,4802 58,34203 69,22328 69,22328
(watt) 39,9879 46,20824 51,83617 61,09263 67,53512
η (%) 82,248558 86,402526 88,848751 88,254445 97,561277
Grafik
H total vs n 1.16 1.14 1.12 1.1 l a t 1.08 o t 1.06 H
H total vs n
1.04 1.02 1 0.98 600
650
700
750
800
n (rpm)
WHP vs n 80 70 60 50 P H40 W 30
WHP vs n
20 10 0 600
650
700 n (rpm)
12
Gilang A I V 0706267023
750
800
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
η (%) vs n (rpm) 100 95 90 ) % ( η
85 η (%) vs n (rpm)"
80 75 70 600
650
700
750
800
n (rpm)
BHP vs n 80 70 60 50
P H40 B 30
BHP vs n
20 10 0 600
650
700
750
800
n (rpm)
Q aktual vs n 0.007 0.006 0.005 l a 0.004 u t k a 0.003 Q 0.002
Q aktual vs n
0.001 0 600
650
700 n (rpm)
13
Gilang A I V 0706267023
750
800
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
BAB IV ANALISA DAN KESIMPULAN
ANALISA Membandingkan grafik pada percobaan dengan grafik referensi PERCOBAAN 1
H total vs Q aktual 1.5
l 1 a t o t H 0.5
H total vs Q aktual
0 0.00000 0.00200 0.00400 0.00600 0.00800 Q aktual
14
Gilang A I V 0706267023
Pompa sentrifugal
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
BHP vs Q aktual 90.00000 85.00000 P 80.00000 H B75.00000 70.00000 65.00000 8 8 8 8 8 8 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . 0 0 0 0 0 0
BHP vs Q aktual
Q aktual
WHP vs Q aktual 100.00000 80.00000
P 60.00000 H W 40.00000 WHP vs Q aktual
20.00000 0.00000 8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
8 0 7 0 0 . 0
Q aktual
Q aktual, Q teoritis vs Bukaan Katup 0.03500 s i t 0.03000 i r 0.02500 o e t 0.02000 Q0.01500 & l 0.01000 a 0.00500 u t k 0.00000 a Q
Q teoritis Q aktual
Bukaan Katup (%)
15
Gilang A I V 0706267023
Pompa sentrifugal
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
PERCOBAAN 2
H total vs n 1.2
l a t 1.1 o t H 1
H total vs n
0.9 600 700 800 n (rpm)
WHP vs n 80 60 P H40 W 20
WHP vs n
0 600650700750800 n (rpm)
BHP vs n 80 60 P H40 B 20
BHP vs n
0 600 650 700 750 800 n (rpm)
16
Gilang A I V 0706267023
Pompa sentrifugal
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
η (%) vs n (rpm) 100 95 ) % ( η
90 85 η (%) vs n (rpm)"
80 75 70 600
650
700
750
800
n (rpm)
Q aktual vs n 0.007 0.006 0.005 l a u t 0.004 k a 0.003 Q 0.002
Q aktual vs n
0.001 0 600 650 700 750 800 n (rpm)
17
Gilang A I V 0706267023
Pompa sentrifugal
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
Analisa Grafik HTOT vs QAKT Pada grafik percobaan HTOT vs QAKT , grafik menunjukkan bahwa H pompa cenderung menurun walaupun Q aktual memiliki nilai yang tetap. Sedangkan referensi menunjukkan bahwa nilai head H akan berbanding terbalik dengan debit Q. Maka seharusnya apabila Q memiliki nilai yang sama, maka nilai H seharusnya tidak berubah. Perbedaan grafik praktikum dan referensi dapat disebebkan oleh beberapa hal berikut: o Terdapat kesalahan praktikan dalam pengambilan data o Kesalahan pada alat, yaitu ompa sentrifugal. Baik di alat inti ataupun bagian pengukurnya.
Analisa Grafik BHP vs n Pada grafik percobaan BHP vs n diatas menunjukkan bahwa kurva BHP meningkat dengan semakin besarnya nilai n, yaitu kecepatan putar pompa. Dan dapat kita lihat pula pada grafik referensi BHP juga meningkat seiring dengan naiknya nilai n. Hal ini dapat mengacu pada ketepatan pengambilan data oleh praktikan serta bekerja dengan baiknya alat praktikum.
Analisa Grafik QAKT dan QTEO vs pembukaan katup Terlihat perbedaan yang cukup signifikan pada Q AKT vs pembukaan katup dan Q TEO vs pembukaan katup. Dimana nilai Q yang teorinya semakin meningkat dengan melakukan pembukaan katup hingga 100% namun pada percobaan nilai Q tersebut tidak berubah sama sekali. Hal ini dapat disebabkan karena kesalahan dari sang praktikan ataupun error dari alat praktikum. Jika melihat superposisi grafik dari kedua grafik tersebut, terlihat bahwa antara Q aktual dan Q teoristis hanya berbeda sedikit nilainya. Dan tentu saja nilai Q teoristis lebih besar daripada Q aktual. Perbedaan ini akan dipengaruhi oleh efisiensi dari pompa sentrifugal itu sendiri yang didapat dari perhitungan yaitu sekitar 90%.
KESIMPULAN Saat kapasitas aliran flow rate Q bertambah, Head pompa sentrifugal akan menurun. Dan sebaliknya. Perubahan nilai laju kapasitas Q ataupun perubahan head H idak mempengaruhi nilai efisiensi. Efisiensi cenderung menurun apabila putaran pompa N dipercepat. Bertambahnya nilai kapasitas aliran Q dan atau meningkatnya putaran pompa berakibat meningkatnya nilai BPH dan WHP. Head H dan kapasitas aliran Q akan bertambah seiringnya bertambahnya nilai putaran pompa N. Pengaruh perubahan bukaan katup dan rpm pada pompa o Semakin besar bukaan katup, semakin besar pula head total pompa Semakin cepat putaran rpm pada pompa, semakin besar pula head totalnya. o
18
Gilang A I V 0706267023
Laporan akhir praktikum prestasi mesin 2010
Pompa sentrifugal
KESAN DAN PESAN Kesan saya sebagai seorang praktikan praktikum prestasi mesin di P2M FTUI salemba adalah bahwa alat-alat dan mesin-mesin yang digunakan sebagai inti utama dari praktikum ini memiliki kondisi yang tidak begitu baik. Entah dikarenakan umur alat yang sudah lama atau maintenancenya yang tidak teratur. Yang jelas dengan peralatan praktikum seperti itu sangatlah sulit dalam mendapat data-data yang valid dan sesuai dengan literatur. Contohnya seperti flow meter yang ada pada pompa sentrifugal yang sudah sangat kotor yang mengakibatkan sulitnya praktikan dalam menilai data yang ada. Pada kedepannya saya mengharapkan bahwa alati-alat tersebut dapat diperbaiki, dibersihkan, di maintenance secara berkala, atau bahkan diganti dengan yang lebih baru sehingga mahasiswa menjadi lebih bersemangat dan mendapatkan data yang lebih valid yang bisa dijadikan bahan pembelajaran.
19
Gilang A I V 0706267023
