Rancangan Pompa Sentrifugal Satu Tingkat III-VI

BAB III METODE PERENCANAAN

Dalam memilih suatu pompa untuk suatu maksud tertentu, terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair yang akan di pompa pada instalasi yang akan dibuat. Selain dari pada itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yang terpasang pada instalasinya. Atas dasar tekanan isap ini maka putaran pompa dapat ditentukan. Selanjutnya, untuk menentukan penggerak mula yang akan dipakai, harus lebih dahulu dilakukan penyelidikan tentang jenis sumber tenaga yang dapat dipergunakan di tempat yang bersangkutan. Pedoman dalam menentukan jenis pompa yang digunakan digunakan adalah instalasi yang direncanakan.

3.1

Skema Instalasi Pompa Yang Direncanakan

Instalasi yang direncanakan adalah sangat sederhana. Dimana instalasi yang direncanakan terdiri dari: 1. Roof Tank Roof Tank Roof tank atau tangki atas berfungsi ber fungsi sebagai tangki tempat penampungan air yang telah dipompakan dari ground tank dengan kapasitas maximum 400 liter dengan ukuran sebagai berikut: −

Panjang 100 cm

−

Lebar 80 cm

−

Tinggi 50 cm

2. Besi Besi ini digunakan sebagai penyangga atau dudukan dari roof tank sehingga roof tank tidak jatuh dan air dapat bersirkulasi dengan baik dimana penyangga ini memiliki tinggi 2 meter.

Universitas Sumatera Utara

3. Elbow Pada perencanaan ini dipakai 2 jenis elbow, yaitu: 1. Elbow 90 o long long regular ukuran ukuran 1 inchi sebanyak 6 elbow elbow ( satu dipasang pada pipa isap dan lima dipasang pada pipa t ekan ) 2. Elow 90 o long regular ukuran 1.5 inchi sebanyak 2 elbow yang dipasang pada pipa buang.

4. Pipa Pipa ini merupakan sarana penyaluran air dari ground tank ke roof tank. Ada 2 jenis ukuran dari pipa yang dipakai, yaitu: 1.Pipa isap dan pipa tekan yang berukuran 1 inchi. 2.Pipa buang yang berukuran 1,5 inchi. 5. Meja Meja yang dimaksud dalam hal ini berfungsi sebagai dudukan pompa, agar pompa tetap kokoh saat memompakan air. 6. Pompa Yaitu sebagai alat untuk memindahkan atau mentransfer air dari tangki bawah ke tangki atas. 7. Ground Tank Ground tank atau tangki bawah berfungsi sebagai sumber air yang akan dialirkan oleh pompa dengan kapasitas maximum 400 liter yang bentuk dan ukurannya sama dengan roof tank. t ank. 8. Gate Valve Gate valve digunakan untuk mengatur kapasitas yang dipompakan. Gate valve yang digunakan ada 2 ukuran yaitu: yaitu: 1. gate valve ukuran 1.5 inchi yang dipasang pada pipa buang 2. gate vale ukuran 1 inchi yang dipasang pada pipa isap


Adapun gambar dan bentuk instalasi yang akan dirancang adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1 Skema perencanaan instalasi pompa

3.2

Penentuan Kapasitas

Dalam menentukan kapasitas kita perlu memperhatikan bagaimana bentuk instalasi yang kita rencanakan. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan adalah volume roof tank yang digunakan yaitu 400 liter dan tinggi air yang hendak dipompakan yaitu setinggi 200 cm. Dengan mempertimbangkan data-data diatas dan melihat name plate dari pompa yang digunakan pada instalasi yang akan dirancang maka kapasitas yang ditetapkan adalah sebesar 90 ltr / mnt.


3.3

Penentuan Head Pompa pada Instalasi

Head pompa adalah besarnya energy yang diperlukan pompa untuk memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan akhir. Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa tersebut. Gambar system pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat pada gambar 3.1 . Dengan menyatakan bahwa titik A pada permukaan fluida tangki bawah dan titik B pada permukaan fluida tangki atas, maka head pompa secara umum dinyatakan dengan persamaan:

Hpompa = ∆HP + ∆HV + HS + HL Dimana: ∆HP = perbedaan head head tekanan ( m ) ∆HV = perbedaan head head kecepatan ( m )

3.3.1

HS

= head statis ( m )

HL

= kerugian head ( m )

Perbedaan Head Tekanan ( ∆HP )

Head tekanan merupakan energy yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam system kerja ini tekanan air memasuki pompa adalah sama dengan tekanan keluar yaitu 1 atmosfir, maka beda head tekanan pada sistem ini adalah no l.

3.3.2

Perbedaan Head Kecepatan ( ∆Hv )

Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Diameter pipa isapnya biasanya ditentukan sedemikian sehingga kecepatan alirannya 2 m/s sampai 3 m/s [Soufyan M. Noerbambang, Noerbambang, hal 98]. Untuk memperoleh memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa


isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata – rata rat a 3 m/s. Dari persamaan kontinuitas diperoleh: QP = VS AS Dimana: 3

× 10 −3 m3 / s

QP

=

kapasitas pompa = 90 ltr/mnt =

VS

=

kecepatan Aliran dalam pipa isap ( m/s )

AS

=

π/4 ( d isis ) = luas bidang aliran ( m )

d isis

=

diameter dalam pipa ( m )

2

2

2

sehingga diameter pipa isap adalah: 4Q p

d isis =

π V s 4×

=

3 2

× 10 −3

π × 3

=

0,02523 m

=

0,99 inchi

m

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa nominal 1 inchi dengan dimensi pipa: −

Diameter dalam ( d isis ) = 1,049 in = 0,0266 m

−

Diameter luar ( d os os ) = 1,318 in = 0,0335 m Dengan ukuran pipa standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang

sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah: VS =

QP AS

=

4QP 2

π (d is ) 4×

=

3

× 10 −3

2 m / s 2 π (0,0266)

= 2,6992 m /s


Diperoleh kecepatan aliran fluida masih sesuai. Maka Head kecepatan aliran adalah: HV =

V

2

2g

=

(2,6992)2 2 × 9.81

m

= 0,3713 m Perbedaan Head Kecepatan aliran adalah nol oleh karena besarnya head kecepatan pada sisi isap dan sisi tekan sama yaitu 0,3713 m. m.

3.3.3

Perbedaan Head Statis ( ∆Hs )

Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir atas dengan reservoir bawah seperti yang tampak pada gambar 3.1 diatas. Dalam perencanaan ini, besarnya head statis adalah: Hs = 2 m Nilai head statis ini diasumsikan bahwa tinggi air pada permukaan ground gro und tank dengan roof tank tetap. t etap.

3.3.4

Kerugian Head

Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2, yaitu yaitu kerugian ker ugian akibat gesekan sepanjang pipa / kerugian mayor ( h f ) dan kerugian akibat adanya kelengkapan pada instalasi pipa / kerugian minor ( hm ). Kerugian akibat gesekan tergantung pada kekasaran dalam pipa dan panjang pipa. Kerugian akibat kelengkapan adalah kerugian akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran.

3.3.4.1 Kerugian Head sepanjang Pipa Isap ( hls ) a

Kerugian Head Akibat Gesekan Pada Pipa Isap ( hfs )

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa isap menurut DarcyWeishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut [ Sularso, hal 28 ]: h fs = f

Ls d is

×

V s2 2g


Dimana: hfs

=

kerugian karena gesekan ( m )

f

=

factor gesekan ( diperoleh dari diagram Moody )

Ls

=

panjang pipa hisap = 1,08 m

d isis

=

diameter dalam pipa = 0,0266 m

Vs

=

kecepatan aliran fluida = 2,6992 m/s

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) terlebih dahulu ditentukan alirannya apakah laminar atau turbulen dengan mencari harga bilangan Reynold ( Re ), [Pump Handbook, hal 131 ] dimana: Re

=

V s d is υ

Dengan: Re

= Reynold number number

υ

=

viskositas kinematik, dimana harganya 1,02 x 10

-6

2

m /s untuk

tekanan 1 atm pada suhu 20 0C Sehingga diperoleh: R e =

=

2,6992 × 0,0266 1,02 × 10

−6

70390,9 ≥ 4000

Maka aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “ Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Galvanized Iron dimana bahan pipa yang direncanakan t ersebut mempunyai mempunyai kekasaran k ekasaran sebesar 0,00015 m sesuai dengan table 3.1 dibawah.


Table 3.1 Kekasaran relative ( ε ) dalam berbagai bahan pipa Absolute Rougness ( ε )

Pipeline Material Ft

mm

Glass and varicus plastic

0

0

( e.g, PVC and PE pipes )

( hydraulically smooth )

( hydraulically smooth )

Drawn tubings ( e.g.

5 x 10

-6

1.5 x 10

-6

coper or aluminium pipes or tubings ) Comersial steel or

1.5 x 10 -4

4.6 x 10 -2

4 x 10 -4

0.12

wrought iron Cast iron with asphalt lining -

Galvanized iron

5 x 10

0.15

Cast iron

8.5 x 10

-4

0.25

Wood stave

6 x 10-4 ÷ 3 x 10 -3

0.18 ÷ 0.9

Concrete

1 x 10-3 ÷ 1 x 10 -2

0.3 ÷ 3.0

Riveted steel

3 x 10-3 ÷ 3 x 10 -2

0.9 ÷ 9.0

Pump Handbook, Handbook, Igor Igor J. Karsik, Karsik, William C. C. Krutzsc, Waren Waren H. Frase, Frase, Joseph Joseph Messina

Maka kekasaran relative ( ε /d isis ) adalah: ε d is

=

0,00015 0,0266

= 0,005639


Selanjutnya dicari harga faktor gesekan dengan menggunakan diagram moody. Friction actor 0,04

f

15 mm

5,75 mm

5 mm

0,006 = - 2,2218 0 e/d isis = 0,005639 = -2,2487

0,03

0 0,004 = - 2,3979

0

10

x

37,5 mm

70390,9

10 5

Gambar 3.2 Diagram moody

Posisi Re = 70390,9 didalam garis horisontal diagram moody dapat dihitung dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga diperoleh:

0,15 = x

= 31,78 mm

Nilai kekasaran relative didalam garis vertikal diagram moody dapat diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga diperoleh:

0,1527 = y = 5 mm


Nilai koefisien gesek didalam garis vertikal diagram moody dapat diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga diperoleh:

log

= f = 0,033

Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 70390,9 dan e/ d is = 0,005639 dengan cara interpolasi maka akan diperoleh factor gesek ( f ) = 0,033, sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy-Weishbach adalah: h fs

= 0,033 ×

1,08 0,0266

×

(2,6992 )2 2 × 9,81

= 0,4975 m b

Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi ( hms )

Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan [ Pump Handbook, hal 152 ]: hms =

V s2

∑ nk 2 g

Dimana: hms

=

kerugian head akibat kelengkapan kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap

n

=

jumlah kelengkapan pipa

k

=

koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa

Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat adanya kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap, maka perlu diketehui terlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap. Adapun jenis dan dan jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut: −

Gate valve 1 buah

−

Elbow 90o long regular 1 buah


Tabel 3.2 Nilai koefisien K untuk tipe screwed Nominal

Screwed ½

1

2

4

Globe

14

8,2

6,9

5,7

Gate

0,30

0,24

0,16

0,11

Swing check

5,1

2,9

2,1

2,0

Angle

9,0

4,7

2,0

1,0

450 regular

0.39

0.32

0.30

0.29

90 regu regular lar

2.0

1.5

0.95

0.64

1.0

0.72

0.41

0.23

2.0

1.5

0.95

0.64

Diameter,in Valve (fully open):

Elbows

0

90 long radius 0

180 regular

Bruce R.Munson R.Munson ,Fundament ,Fundamental al Of Fluid Mechanics Mechanics 5Th Edition

Sesuai data dari table diatas maka koefisien kerugian ( k ) dari gate valve dan elbows 90o untuk jenis screwed dengan diameter nominal pipa 1 inci adalah sebagai berikut: Tabel 3.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa isap Jenis perlengkapan

Jumlah ( n )

K

nk

Mulut isap

1

0.4 ÷ 0.5

0.45

Gate valve

1

0.24

0.24

Elbow 90 o regular

1

1.5

1.5

Total koefisien kerugian

2.19

Maka besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebesar: hms = 2,19

(2,6992 )2 2 × 9,81

m

= 0,813 m


Dengan demikian diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa sebesar: hls = hfs + hms = 0,4975 m + 0,813 m = 1,3105 m

3.3.4.2 Kerugian Head sepanjang Pipa Tekan ( hld ) a

Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa Tekan ( hfd )

Pipa tekan dari pompa menuju roof tank direncanakan menggunakan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Shcedule 40 dengan ukuran pipa nominal 1 inci dan bahan pipa adalah Galvanized iron yang sama dengan pipa hisap. Ukuran pipa tersebut adalah: −

Diameter Dalam ( d isis ) = 1,049 inci = 0,0266 m

−

Diameter Luar ( d os os ) = 1,318 inci = 0,0335 m Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa hisap, maka

bilangan Reynold ( Re ) adalah 70390,9 dan factor gesekan ( f ) = 0,033 serta panjang pipa tekan adalah 4,6 m, maka besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan adalah: h fd

= 0,033

4,6 0,0266

×

(2,6992)2 2 × 9,81

= 2,1191 m

b

Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi pada pipa tekan ( hmd)

Dari gambar instalasi sebelumnya telah tertera bahwa perlengkapan yang diperlukan adalah elbow 90 0 regular sebanyak 5 buah. Oleh karena jenis elbow pipa tekan sama dengan jenis elbow pada pipa isap maka besarnya koefisien kerugian ( k ) dari instalasi pipa tekan seperti pada tabel 3.4 dibawah:


Tabel 3.4 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa tekan Jenis perlengkapan

Jumlah ( n )

o

K

nk

Elbow 90 regular

5

1.5

7.5

Pipa keluar

1

1

1


8.5

Maka harga kerugian head akibat perlengkapan instalasi pipa tekan adalah: 2

hmd =

V s

∑ nk 2 g

= 8,5 ×

(2,6992)2 2 × 9,81

m

= 3,156 m Dengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah: hld = hfd + hmd = 2,1191 m + 3,156 m = 5,2751 m Maka kerugian head gesekan total adalah: hL = hls + hld = 1,3105 m + 5,2751 m = 6,5856 m Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan untuk untuk melayani instalasi pemipaan: Htotal

= ∆HP + ∆HV + ∆HS + ∆HL = 0 + 0 + 2 m + 6,5856 m = 8,5856 m


Namun untuk pemakainnya dalam jangka waktu yang lama maka perlu diperhatikan hal – hal sebagai berikut: −

Kondisi permukaan p ipa yang dalam waktu wakt u jangka panjang akan semakin kasar, sehingga nantinya akan memperbesar kerugian yang terjadi.

−

Penurunan kinerja pompa yang dipakai dalam rentang waktu yang lama.

−

Kondisi – kondisi lain yang dapat mempengaruhi mempengaruhi operasional pompa po mpa. Maka dalam perencanaannya perencanaannya head pompa pompa perlu ditambah ( 10 ÷ 25 ) %

[ pump maka besarnya pump handbook , hal 248]. Dalam perencanaan ini dipilih 15 %, maka head pompa yang akan dirancang:

Htotal

3.4

=

8,5856 m x ( 1 + 0,15 )

=

9,87 m

Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan

Pada dasarnya pompa memerlukan penggerak mula untuk menggerakkan/ mengoperasikan pompa tersebut. Ada beberapa jenis alat penggerak motor yang akan digunakan untuk menggerakkan pompa, antara lain: turbin uap, motor bakar, dan motor listrik. Dalam perencanaan ini telah ditentukan motor penggerak yang dipakai adalah motor listrik listr ik dengan putaran motor 2850 rpm.

3.5

Putaran Spesifik dan Tipe Impeller

Impeller adalah roda atau rotor yang dilengkapi dengan sudu – sudu, dimana sudu – sudu ini berguna untuk memindahkan mekanis poros menjadi energy fluida. Tipe impeller suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut [ Khetagurov, hal hal 205 ]:

ns =

nP Q 3

H P 4

Dimana: ns =

putaran spesifik ( rpm )


nP =

putaran pompa pompa ( rpm )

Q =

kapasitas pompa ( gpm ) = 90 ltr / mnt = 23,778 gpm

HP =

head pompa ( ft ft ) = 9,87 m = 32,373 ft

Sehingga:

ns =

(23,778) 3 (32,373) 4

2850

= 1023,989 rpm = 1024 rpm Dari table dibawah diketahui bahwa untuk putaran spesifik, n s = 1024 rpm maka jenis impeller yang sesuai adalah jenis Radial flow. flow. Tabel 3.5 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik

Jenis impeller

ns

Radial flow

500 – 3000

Francis

1500 – 4500

Aliran campur

4500 – 8000

Aliran aksial

8000 ke atas

pump selection selection book, C.P Beaton, G.T Meiklejohn

3.6

Efisiensi Pompa Pada Instalasi Yang Dirancang

Efisiensi merupakan parameter yang sangat penting dalam merencanakan pompa. Dengan kondisi sistem yang ada pompa harus dirancang sedemikian hingga menghasilkan efisiensi yang optimal. Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diberikan pompa kepada fluida dengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa. Efisiensi total pompa dipengaruhi oleh efisiensi hidrolis, efisiensi mekanis dan efisiensi volumetric.


1. Efisiensi Hidrolis

Efisiensi hidrolis merupakan perbandingan antara head pompa sebenarnya dengan head pompa teoritis dengan jumlah sudu tak berhingga. Besarnya efisiensi hidrolis dapat ditentukan dengan cara interpolasi dari data dibawah ini: Tabel 3.6 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis nq ( 1 menit )

10

15

20

30

50

100

η h

0.86

0.91

0.94

0.96

0.97

0.98 0. 98

Sumber: Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 258

Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan [Turbin, Pompa dan Compresor . Fritz diesel hal: 248 ]: Q −1 nq = n menit 4 3 H

Dimana: nq = kecepatan spesifik ( 1 menit )

Q = kapasitas pompa ( m 3 s ) n

= kecepatan kerja / putar pompa

sehingga didapat: 0.0015 nq = 2850 menit −1 4 (9,87 )3

= 19,82 1 menit Tabel 3.7 Perhitungan kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis n q ( 1 menit )

15

19.82

20

η h

0.91

η h

0.94

(20 − 19,82) (0,94 − η h ) 20 − 15

=

0,94 − 0,91

η h = 0,9389


2. Efisiensi Volumetris

Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Efisiensi volumetris dapat ditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller: Table 3.8 hubungan antara kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi volimetr is ns

60 to 100

100 to 150

150 to 220

η v

0.94 to 0.97

0.97 to 0.99

0.98 to 995

( sumber: Marine sumber: Marine Auxiliary Machinery Khetagurov. Hal: 253 ) Machinery and and System,. System,. M. Khetagurov.

Kecepatan spesifik impeller dapat dicari dengan menggunkan persamaan ( Marine Marine AuxiliaryMac AuxiliaryMachinery hinery and System,. System,. M. Khetagurov. Hal: 205 ):

η s = 3,65

n Q 4

H 3

Dimana: n = kecepatan impeller pompa ( rpm ) spesifik impeler ns = kecepatan spesifik

Maka:

η s = 3,65

2850 0,0015 4

9,87

3

= 72,35 Tabel 3.9 Perhitungan kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi vo limetris ns

60

72,35

100

η v

0.94

η v

0.97

(100 − 72,35) 100 − 60

=

(0,97 − η v ) 0,97 − 0,94

η v = 0,94926


3. Efisiensi Mekanis

Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan gesekan pada paking. Besarnya efisiensi mekanis menurut M. Khetagurov berkisar antara 0.9 – 0.97. Dalam Da lam perancangan ini diambil harga efisiensi efis iensi mekanis 0.935. Dari perhitungan diatas didapat nilai efisiensi total pompa pada instalasi adalah: η total = η h η v η m = 0,9389 × 0,94926 × 0,935 = 0,833 3.7

Daya Pompa Pada Instalasi yang Dirancang

Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller yang dicari dengan persamaan [ Fritz Dietzel, hal 243 ]:

N p

=

ρ gHQ η P

Dimana : H

= Head pompa = 9,87 m

Q

= Kapasitas pompa = 0,0015 m3/s

g

= Massa jenis air pada temperatur 20 C = 1000 kg/m

0

3

η P = efisiensi motor pompa = 83,3% Sehingga: NP

= = 173,99 W

Sehingga daya pompa yang diperlukan untuk mengalirkan air atau daya yang untuk menggerakkan impeller pada instalasi yang dirancang ini adalah 173,99 W


3.8

Spesifikasi Pompa Yang Digunakan Pada Instalasi.

Untuk menentukan jenis pompa yang sesuai dengan instalasi perlu diperhatikan data-data data-data spesifikasi pompa perencanaan, sebagai berikut: berikut: Kapasitas Pompa ( Q )

:

90 ltr / mnt

Head Pompa ( H )

:

9,87 m

Jenis Pompa

:

Pompa Radial

Putaran Spesifik ( ns )

:

1024 rpm

Tipe impeller

:

Radial Flow

Efisiensi Pompa ( η P )

:

83,3 %

Daya Pompa ( N p )

:

173,99 W

Dengan memperhatikan data-data pada pompa perencanaan maka dapat ditetapkan pompa yang akan digunakan dalam instalasi adalah : Merk

: DMY water pump

Tipe

: AQUA - 175

Tinggi Tekan : 18 meter Kapasitas

: 90 Ltr/mnt

Daya

: 175 Watt

Putaran

: 2850 rpm

Gambar 3.3 Pompa Sentrifugal


3.9

Ukuran Impeller dan Rumah Pompa

3.9.1

Bentuk dan Ukuran Impeller

Untuk dapat memperoleh ukuran poros dan impeller pada pompa maka dilakukan pengukuran pada impeller. Adapun bentuk impeller yang akan diukur adalah seperti yang tertera terter a pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.4 Bentuk impeler yang digunakan dalam pompa po mpa

Gambar 3.5 Ukuran – ukuran utama utama pada impeler

Keterangan: a.Diameter Poros pompa ( d S ) = 10 mm

b. Diameter Hub Impeller (d H ) =27 mm c. Diameter Mata Impeller (d O ) =35 mm d. Diameter Sisi Masuk ( d 1 ) = 44,2 mm e. Diameter Sisi Keluar (d 2 ) = 129 mm


f. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk ( b 1 ) = 2,5 mm g. Lebar Impeler Impeler Pada Sisi Sisi Keluar ( b 2 ) = 2,5 mm h. Tebal Sudu Pada Sisi Masuk ( t 1 ) = 4 mm i. Tebal Sudu Pada Sisi Keluar ( t 2 ) = 1 mm j. Jumlah Sudu ( Z ) = 6 Buah

3.9.1.1 Kecepatan dan Sudut Aliran Aliran Fluida Impeler A. Kecepatan dan Sudut Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler 1. Kecepatan Aliran Absolute ( V1 )

Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absulute ( α1 ) = 900 dan kecepatan aliran absolute ( V 1 ) adalah sama dengan kecepatan radial pada sisi masuk ( Vr 1 ) Sebelum menghitung berapa kecepatan aliran absolute terlebih dahulu ditentukan besar diameter mata impeller dengan persamaan [Khetagoruv, hal 257]:

Qth = Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraan adanya kerugian yang disebabkan fluida dari sisi tekan yang mengalir kembali ke sisi isap melalui celah impeler, besarnya ( 1,02 ÷ 1,05 ) dari kapasitas pompa, diambil 1,05 [ Fritz Dietzel, hal 261 ] . = 1,05 x 0,0015 m3/s = 0.001575 m3/s do ={

-3

1,156.10 = 2,00535.10

V O

4 × 0.001575

π .V O 2,00535.10

−3

V O

2 + (0,027) }1/2

+ 7,29.10 −4

−3

= 4,27.10 -4

V O =

2,00535.10 4,27.10

−3

−4

V O = 4,043 m/s


Jadi dapat diperoleh nilai kecepatan fluida radial sisi masuk ( Vr1 ) dengan persamaan : Vr1

= V0 + (10% ÷ 15%) x V 0

( dipilih 12,5 % )

= 4,043 + (0,125 (0,125 x 4,043) 4,043) = 4,5 m/s m/s

2. Kecepatan Tangensial ( U1 )

Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler ditentukan dengan persamaan [ Magdy Abou Rayan, Rayan, hal 102 ] :2 U1

=

=

π .d 1 .n p 60 3 π x 43.10 − x 2850

60

= 6,6 m/s

3. Sudut Tangensial ( β1 )

Untuk aliran fluida masuk secara radial ( α = 90 ), maka sudut sisi masuk (β ) dapat dihitung dihitung dengan persamaan persa maan berikut [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ]:

β 1 = arctan

V r 1 V 1

 4,5    6,6 

= arc tan  = 34,28 0

Maka segitiga kecepatan diatas pada sisi masuk impeler dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 3.6 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk


Ket. W1 :

Kecepatan relatif pada sisi masuk impeler

:

Kecepatan fluida radial sisi masuk

U1

:

Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler

β1

:

Sudut sisi masuk

Dari gambar 3.6 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk impeler ( W1 ) adalah : W1 =

=

4,5 sin 34,28

= 7,988m/s B. Kecepatan dan Sudut Aliran Aliran Keluar Impeler 1. Kecepatan Radial Aliran ( Vr2)

Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler Vr2 adalah sebesar 4,5 m/s 2. Kecepatan Tangensial (U2)

U2

=

=

π .d 2 .n p 60 3,14 × 129.10

−3

× 2850

60

= 19,25 m/s 3. Sudut tangensial Keluar Impeler ( β2 )

Z = 6,5

[ Fritz Dietzel, hal 255 ]

Dimana Z ( Jumlah Sudu ) = 6

129 + 44,2   β 1 + β 2  Z = 6,5  . sin   2    129 − 44,2 


 β + β 2  sin  1  2 

= 26,9



β 1 + β 2 =53,8

0

0 0 β 2 = 53,8 - 34,28

β 2 = 19,52

0

4. Kecepatan Absolut Tangensial ( Vu2 )

Vu2

= U2 -

V r 2

[Stepanoff, hal 49]

tan β 2

= 19,25 -

4,5

Tan19,25

= 7,94 m/s 5. Sudut Absolut Keluar Impeler ( α 2 )

α 2

= arc tan

= arc tan

V r 2 V u 2 4,5 6,55

= 34,48 0 6. Kecepatan Sudut Absolut keluar impeler ( W2 )

W2

=

=

V r 2 sin β 2 4,5 sin 19,52

= 13,46 m/s 7. Kecepatan Absolut aliran keluar ( V2)

V2

=

=

V r 2

sin α 2 4,5 sin 34,48

= 7,95 m/s


Setelah didapat harga-harga diatas maka polygon kecepatan keluar impeler dapat digambarkan seperti gambar 3.7 berikut ini:

Gambar 3.7 Segitiga kecepatan pada sisi keluar

Keterangan gambar : V2 = komponen absolute keluar impeler Vu2 = komponen tangensial kecepatan absolute keluar impeler W2 = kecepatan relative keluar impeler U2 = kecepatan tangensial keluar impeler α2 = sudut absolute keluar impeler β2 = sudut tangensial keluar impeler.

3.9.1.2 Melukis Bentuk Sudu Sudu

Ada dua metode yang digunakan dalam melukis bentuk sudu, yaitu : 1. Metode arcus tangent 2. Metode koodinat polar Dalam melukis bentuk sudu sering digunakan metode arcus tangent, yaitu dengan membagi-bagi impeler beberapa ruang konsentris diantara jari-jari R 1 dan R 2. 2. Jarak masing-masing lingkaran adalah :

Dimana : R 1 = jari-jari lingkaran sudu sisi masuk impeler = d 1 / 2 = 44,2/2 = 22,1 mm R 2 = jari-jari lingkaran sudu sisi keluar = d 2/2 = 129/2 = 64,5 mm


i = jumlah bagian bagian yang dibentuk dibentuk oleh lingkaran lingkaran konsentris direncanakan 4 bagian. Maka diperoleh : R=

64,5 − 22,1 4

= 10,6mm Perubahan besar sudut kelengkungan ( =

) terhadap perubahan R adalah :

19,52 − 34,28 4

= - 3,740

Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan persamaan: = Dimana : i = menyatakan lingkaran bagian dalam o = menyatakan lingkaran bagian luar Harga-harga setiap jari-jari busur dan sudut pada setiap bagian lingkaran yang membentuk sudu impeler dihitung dan ditabelkan pada t abel berikut ini: Tabel 3.10 Jari-jari busur sudu impeler

Link

2

R

R

(mm)

(mm2)

1

22,1

488,41

34,48

B

32,7

1069,29

30,74

C

43,3

1874,89

D

53,9

2

64,5

R cos

R0 cos

R 0

2–

R i

2

(mm)

- R i cos -

-

-

28,11

9,88

580,88

29,37

27

38,58

10,47

805,6

38,45

2905,21

23,26

49,52

10,94

1030,32

47,09

4160,25

19,52

60,79

11,27

1255,04

55,65

Adapun langkah-langkah langkah-langkah melukis sudu impeler adalah ada lah sebagai berikut : 1. Gambaran lingkaran a,b dan c diantara R 1 dan R 2 dengan R = 10,6 mm 2. Tentukan sembarang titik A pada lingkaran d 1 lalu tarik garis sumbu OA kemudian lukis sudut OAA’ sebesar

= 34,8

0


3. Tentukan titik W sebagai pusat lingkaran 1 dan b pada garis AA’ dengan jari jari 29,37 mm dari t itik A, lukis busur lingkaran yang berpusat di W dari titik t itik A hingga berpotonan dengan lingkaran b, tandai t andai dengan dengan titik t itik C. 4. Tentukan titik CX sebagai pusat lingkaran b dan c pada garis BC dengan jari jari 38,45 mm dari titik C, lukis busur lingkaran yang berpusat di d i titik t itik X dari titik C hingga berpotongan dengan lingkaran c. t itik potongan tersebut ditandai dengan titik C. 5. Demikian seterusnya dilakukan dengan langkah 3 dan hingga dapat ditentukan titik D dan E pada lingkaran d dan 2 sehingga diperoleh tiktik A, B, C, D dan E yang membentuk sudut impeler. 6. Maka gambar sudu tersebut dapat dilihat seperti terdapat pada gambar 3.8 berikut :

Gambar 3.8 Bentuk sudu impeler


3.9.2

Bentuk dan Ukuran Rumah Pompa

Rumah pompa adalah bagian yang sangat penting dari sebuah pompa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dan mengubah energi kinetic fluida menjadi energi tekanan. Rumah pompa yang digunakan pada perencanaan ini adalah jenis rumah volut, jenis ini berbentuk spiral biasanya disebut rumah keong. Rumah pompa ini dibentuk sedemikian rupa sehingga luas penampang rumah pompa perlahan-lahan bertambah luas dalam da lam arah ara h radial. Jenis ini biasanya digunakan untuk pompa satu tingkat dan konstruksinya sangat sederhana.

3.9.2.1 Bentuk Rumah Pompa

Untuk menggambarkan rumah pompa volute, rumah pompa dibagi atas 8 bagian penampang masing- masing 45, 90, 135, 180, 225, 315, dan 360. Berdasarkan perbandingan kecepatan pada kerongkongan rumah keong (V thr /U /U2) dengan kecepatan keliling fluida keluar impeler adalah fungsi dari kecepatan spesifik seperti pada gambar dibawah ini [ Lobanoff, hal 31 ]:

Gambar 3.9 Perbandingan Kecepatan pada kerongkongan rumah keong

Pada perhitungan sebelumnya diperoleh Q = 0,0015 m 3 / S dan H p = 9,87 m dengan harga ns, = 1024 rpm, sehingga dari grafik di atas diperoleh bahwa harga C3 / U2 = 0,45 sehingga dari persamaan diperoleh :


Vthr = = ( C 3 / U2 ) x U2 = 0,45 x 19,25 = 8,6625 m/s

3.9.2.2 Luas Saluran Keluar ( throat ) Volute ( Athr )

Besar luas penampang kerongkongan rumah keong ( throat volute) (Athr ) adalah [ Stepanoff, hal 115 ]: Athr

= b3 D3 π sin α v

Dimana : Athr

= Luas Saluran keluar kerongkongan

b3

= lebar saluran keluar kerongkongan = b2 + 0,025 r 2

[ Khetagurov, hal 248 ]

= 8 mm + 0,025 ( 64,5 mm) = 4,1125 mm D3

= 2r 3, dimana nilai r 3 = ( 1,02

÷

1,05 )r 2 , dalam perencanaan ini

diambil nilai r 3 = 1,035 r 2 [ Khetagurov, hal 248 ]. = 2 x 1,035 x (64,5) = 133,515 mm sin α v = Sudut volute, nilai sin α v didapat dari hasil interpolasi grafik penentuan sudut volut volut [ Stepanoff, hal 113 ], sebesar 7,1 0.


Gambar 3.10 Grafik penentuan sudut volut

maka : Athr

= b3 . D3 . π . sin α v = 4,1125 x 133,515 x π x sin 7,1 = 213,211 mm

2

3.9.2.3 Penampang dan Jari-Jari Volute

Bentuk rumah pompa adalah rumah volute sehingga luas daerah diantara rumah pompa pompa dan impeler impeler merupakan merupakan fungsi fungsi sudut volu volute te ( v ) dalam dalam sistem sistem radial lingkaran, dapat dihitung dengan persamaan [ Stepanoff, hal 115 ] Av = Athr Dimana: r vi vi = jari-jari lintasan antara casing dengan impeler r vi vi = Untuk

v = 900, maka diperoleh : Av

= Athr


= 213,211 = 53,30 mm

2

Besarnya harga r v diperoleh dari r v

= r vi vi + r 2 + t

Dimana : r 2

= Jari – jari keluar impeler = 64,5 mm

t

= Jarak impeler dengan lidah volut, biasanya 8% dari jari – jari keluar impeler [Khetagurov, hal 246]. = 0,08.r 2 = 0,08 x 64,5 = 5,16 mm

maka : r v

= r vi vi + r 2 + t = 4,12 + 64,5 + 5,16 5,16 = 73,78 mm

Dengan cara yang sama harga dari A v, r v, r vi vi, dapat ditabelkan untuk harga tiap-tiap tiap-tiap sudut sudut volu volute te (

) yang yang telah ditentukan ditentukan.. Tabel Tabel berikut berikut memberikan memberikan jarijari-

jari saluran dan luas volute untuk setiap penampang penampang tiap-tiap sudut volute. Tabel 3.11 Jari – jari dan luas volut untuk setiap penampang 0

()

2

Av (mm )

R vi vi (mm)

r v (mm)

0

0

0

69,66

90

53,30

4,12

73,78

135

79,95

5,04

74,7

180

106,61

5,83

75,49

225

133,26

6,51

76,17

270

159,91

7,13

76,79

315

186,56

7,71

77,37

360

213,86

8,74

77,9

405

239,86

8,74

78,9

430

254,67

9,01

78,67


Adapun cara untuk melukis rumah keong ialah sebagai berikut: 1. Dengan pusat titik A, dilukis lingkaran-lingkaran dengan jarak yang telah ditentukan 2. Dimana besar jari-jari tiap lingkaran tersebut sudah ditentukan dan dilukis pada sudut tertentu, dimana diwakili pada sudut 0, 90, 180, 270 dan dan 360 3. Kemudian dilukis lingkaran yang menyinggung semua lingkaran dengan titik pusat A ( lingkaran terputus-putus ter putus-putus ) 4. Demikian juga dilukis lingkaran luar yang sama dengan titik pusat A 5. Maka dari titik M ditarik garis ke titik N dan dari titik N ke titik O dan seterusnya. 6. Maka terbentuklah sebuah rumah ru mah keong volute.

Gambar 3.11 Rumah pompa


3.10

Pelaksanaan Perancangan

3.10.1 Diagram Alir Perancangan

Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini dilaksanakan berurutan dan sistematis,seperti ditunjukkan pada gambar 3.12 START

-Perencanaan Bentuk Instalasi Pompa -Penyediaan Alat dan bahan yang dibutuhkan -Pengerjaan Instalasi Pompa -Pengujian terhadap Instalasi Pompa

- Kapasitas Kapasitas Pompa Pompa (m /s) - Kecepatan Aliran ( m/s ) - Head pompa pada Instalasi ( m ) - Putaran Pompa (rpm) - Efisiensi Pompa pada Instalasi (%) - Daya Pompa ( W ) - Pengukuran Pengukuran

bentuk impeller dan rumah pompa pompa

yang dipakai pada instalasi

Menggambar bentuk dari impeller dan rumah pompa dengan menggunakan AUTOCAD

SELESAI

Gambar 3.12 Diagram aliran pelaksanaan Perancangan


3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan.

Adapun hasil akhir dari perancangan Instalasi pompa ini dapat dilihat dari gambar dibawah ini :

Gambar 3.13 Pandangan Depan Instalasi Pompa


Gambar 3.14 Pandangan Samping Instalasi Pompa


BAB IV HASIL SIMULASI

4.1

Pendahuluan

Sistem yang dilakukan dalam analisa memprediksi aliran fluida yang terjadi pada pompa yaitu pengambilan data dari pengujian kapasitas pompa per menit pada Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin. Pengujian tersebut dilakukan dengan bukaan gate valve pada pipa isap 25% ( closed 75% ). Dari pengujian ini akan diperoleh data yang akan digunakan dalam analisa memprediksi aliran fluida yang terjadi pada pompa dengan menggunakan perangkat lunak CFD C FD Fluent 6.1.22. Dar i analisa a nalisa aliran fluida ini akan diketahui besar tekanan dan kecepatan disisi keluar ( outlet ) sehingga akan tampak bagian bagian pada impeller atau rumah pompa pompa yang kemungkinan akan terjadi kavitasi. kavitasi. Pengambilan data dari pengujian dilakukan dengan cara manual yaitu dengan menggunakan peralatan sebagai berikut: 1. Stopwatch Stopwatch digunakan untuk menghitung lamanya pompa beroperasi sehingga diketahui kapasitas fluida yang akan dialirkan pada pembukaan katub isap 25%.

Gambar 4.1 Stopwach


2. Meteran Meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air sebelum dan sesudah air dipompakan dengan waktu tertentu untuk mendapatkan beda ketinggian fluida sehingga diperoleh kapasitas pompa dengan bukaan katup isap 25 %.

Gambar 4.2 Meteran 4.2

Perhitungan Kapasitas Pompa setelah Pengujian

Adapun data yang diperoleh dari pengujian dengan gate valve closed 75% untuk mendapatkan mendapatkan besar kapasitas ( Q ) yaitu dengan mengetahui mengetahui beda tinggi air yang dipompakan dari ground tank ke roof t ank per menit. Tinggi awal air pada roof tank 15 cm Pengujian I: Tinggi air menjadi 21,4 cm sehingga beda tingginya adalah 6,4 Pengujian II: Tinggi air menjadi 27,3 cm sehingga beda tingginya adalah 5,9 Pengujian III: Tinggi air menjadi 33,3 cm sehingga beda tingginya adalah 6 Pengujian IV: Tinggi air menjadi 39 c m sehingga beda tingginya adalah 5,7 Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa tinggi rata – rata air yang dipompakan untuk gate valve closed 75% adalah

= 6 cm

dengan panjang dan lebar dari roof tank 100 x 80 cm sehingga volume roof tank yang dipompakan per menit adalah:

Q =

=

= 48000

=

= 8 x 10 -4


4.3

Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa

Besarnya tinggi tekan pompa dari sistem adalah penjumlahan dari tinggi tekan statik ( Head static ) dan kehilangan tinggi tekan ( head loss ) yang terjadi. Secara matematis tinggi tekan pompa dapat dihitung: H ( gate closed 75% ) = HV + HS + HL Dimana: H ( gate closed 75% ) = Tinggi tekan pompa dengan gate valve valve closed closed 75% 75% (m) HV

= Tinggi Tinggi Tekan ( head ) kecepatan ( m )

HS

= Tinggi Tinggi tekan statik, pada Bab 3 telah dibahas HS = 2 m

HL

= kerugian head ( m )

Untuk

mempermudah

perhitungan

tinggi

tekan,

maka

dibedakan

kehilangan tinggi tekan pada pipa isap ( h s ) dan kehilangan tinggi tekan pada pipa tekan ( hd ).

4.3.1

Tinggi Tekan ( Head ) Kecepatan

Head kecepatan dapat dihitung dengan terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran pada pipa isap instalasi yaitu sebagai berikut:

Dimana: VS

=

kecepatan aliran pada pipa isap ( m )

Q

=

kapasitas aliran untuk gate valve closed 25% = 8 x 10-4

A

=

luas pipa isap dengan diameter d isis = 0,0266 m VS =

= 1,4396 Kecepatan aliran pada sisi tekan adalah sama dengan kecepatan aliran sisi isap sehingga beda head kecepatan adalah nol.


4.3.2

Tinggi Tekan pada Pipa Isap

a. Kerugian Head Akibat Akibat Gesekan ( hfs )

Sesuai dengan persamaan pada BAB III untuk kecepatan aliran fluida pada gate valve closed 75 % sebesar 1,4396

maka besarnya bilangan Reynold

adalah: Re =

= 37542,5

Aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “. Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 37542,5 akan diperoleh factor gesek ( f ) = 0,03365. Sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy - Weishbac Weishbach h adalah: h fs = 0,03365 ×

1,08 0,0266

×

(1,4396 )2 2 × 9,81

= 0,1443 m b. Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi

Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan: hms =

V s2

∑ nk 2 g

Dimana: hms

=


n

=


k

= koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve closed 75%. Besarnya koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve

closed 75% dapat ditentukan dengan menggunakan table 4.1dibawah ini.


Tabel 4.1 Kenaikan kehilangan tinggi tekan dengan de ngan tipe bukaan katup Ratio

Condition

K K open

Gate Valve

Globe Valve

Open 100%

1,0

1,0

Closed 25 %

3,0 - 5,0

1,5 - 2,0

Closed 50%

12 – 22

2,0 - 3,0

Closed 75%

70 – 120

6,0 - 8,0

Sumber: Bruce R. Munson, Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition

Tabel 4.2 Nilai koefisien K open open untuk tipe screwed valve

Nominal

Screwed

Diameter,in

½

1

2

4

Globe

14

8,2

6,9

5,7

Gate

0,30

0,24

0,16

0,11

Swing check

5,1

2,9

2,1

2,0

Angle

9,0

4,7

2,0

1,0

Valve (fully open):

Sumber: Bruce R.Munson, Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition

Diameter pipa nominal pada pipa isap adalah 1 in. Ratio

untuk gate valve closed 75%:

= 95

Maka: K closed closed 75% = K open open x 0,24 K closed closed 75% = 95 x 0,24 = 22,8 Adapun perlengkapan dan nilai koefisien dari pipa isap adalah sebagai berikut


Tabel 4.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian pipa isap Jenis perlengkapan

Jumlah ( n )

K

nk

Mulut isap

1

0.4 ÷ 0.5

0.45

Gate valve closed 75%

1

22.8v

22.8

Elbow 90 o regular

1

1.5

1.5


24.75

Sehingga dapat dihitung besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebagai berikut: hms = 24,75 = 2,614 m Maka total tinggi tekan ( head ) pada pipa isap yaitu: hls = hfs + h ms = 0,1443 m + 2,614 m = 2,7583 m 4.3.3

Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

a. Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa

Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa isap, maka bilangan Reynold ( Re ) = 37542,5 dengan factor gesekan ( f ) = 0,03365 dan panjang pipa isap 460 cm adalah sama besarnya dengan perhitungan pada pipa isap. Sehingga: hfd

= 0,03365 = 0,6146 m

b. Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi

Adapun kelengkapan yang ada pada pada pipa tekan lebih lengkapnya dapat dilihat pada table dibawah ini.


Tabel 4.4 Perhitungan nilai koefisien kerugian pipa tekan Jenis perlengkapan

Jumlah ( n )

K

nk

Elbow 90 o regular

5

1.5

7.5

Pipa keluar

1

1

1


8.5

Sehingga dapat dihitung besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa tekan adalah sebagai berikut: berikut: hmd = 8,5 = 0,897 m Maka total tinggi tekan ( head ) pada pipa tekan yaitu: hld = hfd + hmd = 0,6146 + 0,897 = 1,5116 m Maka kerugian head gesekan total adalah: hL = hls + hld = 2,7583 m + 1,5116 m = 4,2699 m Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan melayani instalasi pemipaan dengan gate vale closed 75%, yaitu H ( gate closed 75% )

= HV + HS + HL = 0 + 2 + 4,2699 = 6,2699 m


Maka dalam perencanaannya perencanaannya head pompa pompa perlu ditambah ( 10 ÷ 25 ) % [ pump besarnya pump handbook , hal 248 ]. Dalam perencanaan ini dipilih 15%, maka besarnya head pompa dengan gate valve closed 75% yang akan dirancang adalah: H ( gate closed 75 % )

= 6,2699 x ( 1 + 0.15 ) = 7,21 m

4..4

Analisa Kavitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Gate Valve closed

75%

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair ketika dipompa yang dikarenakan tekanan di dalam pompa turun dibawah tekanan uap jenuh fluida yang dipompakan, dalam suatu pemompaan jika tekanan pada sembarang titik di dalam pompa itu menjadi lebih rendah dari tekanan uap pada temperatur cairnya maka fluida tersebut akan menguap dan membentuk suatu gelembung yang di dalamnya berisi uap tersebut. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp ( Karassik dkk, dkk, 1976 ) menemukan bahwa mulai

terbentuknya

gelembung sampai

gelembung pecah

hanya

memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Selanjutnya gelembung itu akan mengalir bersama - sama dengan aliran fluida f luida dan apabila sampai pada tekanan yang tinggi t inggi maka gelembung - gelembung tersebut akan mengecil secara tiba - tiba yang kemudian pecah ke arah dalam yang yang mengakibatkan suatu shock yang besar pada pada dinding didekatnya. Kavitasi terutama akan terjadi pada bagian sisi masuk sudu impeller, baik pada sudu maupun pada shroudnya. Akibat kavitasi yang dialami oleh pompa adalah akan timbul suara berisik dan getaran yang yang disebabkan oleh pecahnya gelembung - gelembung uap secara tiba - tiba tatkala memasuki daerah yang memiliki tekanan yang lebih tinggi. Kavitasi menyebabkan timbulnya getaran dan ketukan, serta menyebabkan turunnya kurva head kapasitas dan efesiensi, dan apabila terjadi secara terus menerus akan dapat merusak permukaan logam dari bahan pompa.


Gambar 4.3 Kerusakan pada permukaan sudu impeller akibat akibat kavitasi

Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada dinding namun bila hal itu terjadi berulang-ulang maka bisa mengakibatkan terbentuknya lubang-lubang lubang-lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material mater ial bisa rusak oleh kavitasi bila dibiarkan terjadi dalam jangka waktu yang lama. Adanya benda asing yang masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab akan menyebabkan erosi pada dinding impeller . Bagian dari pompa sentrifugal yang paling rawan terkena kavitasi adalah sisi impeller dekat sisi isap yang bertekanan rendah juga tutup impeller bagian depan yang berhubungan dengan sisi isap. Kavitasi pada pompa dengan gate valve closed 75% akan dianalisa dengan menghitung harga NPSH.

4.4.1

NPSH ( Net Positive Suction Head )

Kavitasi akan terjadi apabila tekanan zat cair yang dipompa berada dibawah tekanan uap jenuh zat cair tersebut, untuk menghindari terjadinya kavitasi maka diusahakan agar tidak ada satu daerahpun dalam proses pemompan yang memiliki tekanan dibawah tekanan uap jenuh cairan pada temperatur operasi pemompaan. Terjadinya kavitasi mempunyai kaitan dengan kondisi pompa pada sisi isap. Tekanan isap minimum yang dimiliki pompa sehingga mampu memasukkan cairan kepompa disebut net positive suction head ( NPSH ) . Besarnya NPSH dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain: 1. Tekanan absolut pada permukaan permukaan cairan yang dipompa. dipompa. 2. Tekanan uap jenuh jenuh dari fluida fluida yang dipompa pada pada temperatur cairannya. cairannya. 3. Ketinggian cairan dari poros pompa. pompa.


4. Kerugian yang yang disebabkan oleh gesekan atau turbulensi aliran dalam pipa isap antar permukaan cairan hingga ke pompa. NPSH dibedakan d ibedakan menjadi dua yaitu NPSH yang tersedia tersedia dan NPSH yang dibutuhkan . NPSH yang tersedia ditentukan oleh sistem atau instalasi pemompaan

sedangkan NPSH yang dibutuhkan oleh pompa yang ditentukan oleh perancang pompa. Agar pompa dapat bekerja tanpa terjadi gangguan kavitasi maka pompa harus beroperasi pada kondisi dimana NPSH yang tersedia > NPSH yang dibutuhkan.

4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available ( NPSH yang tersedia )

NPSH

valve closed 75% yang

tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair

pada sisi isap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut yang mana gate valve closed 75%. Dalam hal pompa yang mengisap zat cair dari tempat terbuka, maka besarnya NPSH

valve closed 75%

yang tersedia dapat

dituliskan sebagai berikut ( Sularso, Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor , Hal 44 ):

=

+

Dimana: = NPSH yang tersedia ( m ) Pa

= tekanan atmosfir

Pv

= tekanan uap jenuh air pada temperatur 20 0 C = 234 N/m2

γ

= berat zat cair per satuan volume = 9790 N/m

hs

= head isap statis ( m ),

3

hs adalah positif ( bertanda + ) jika jika pompa pompa terletak diatas permukaan zat cair, dan negatif ( bertanda - ) jika dibawah. = 0,78 m hls

= kerugian head pada pipa isap = 2,7583 m


Sehingga NPSH yang tersedia sesuai dengan persamaan diatas adalah: =

0,78

2,7583

= 6,5725 m

4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required ( NPSH yang dibutuhkan )

Tekanan terendah didalam pompa biasanya terdapat disuatu titik dekat setelah sisi masuk sudu impeller . Ditempat tersebut, tekanan adalah lebih rendah dari pada tekanan pada lubang isap pompa. Hal ini disebabkan oleh kerugian head dinosel isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu set empat. Agar tidak terjadi pengupan zat cair, maka tekanan pada lubang masuk pompa dikurangi dengan penurunan tekanan didalam pompa harus lebih tinggi dari pada tekanan uap zat cair. Head tekanan yang besar sama dengan penurunan tekanan ini disebut NPSH yang dibutuhkan / net positive suction head required . Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk set iap pompa. Untuk suatu pompa tertentu, NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan putarannya. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi syarat NPSH yang tersedia lebih besar dari pada NPSH yang dibutuhkan. Harga NPSH yang diperlukan harus diperoleh dari pabrikan pompa yang bersa ngkutan. Namun untuk penaksiran secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dengan persamaan ( Sularso, Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor , Hal 46 ): = Dimana: σ H

= Koefisien kavitasi Thoma = Head total pompa pada instalasi ( m )


Gambar 4.4 grafik hubungan antara kecepatan spesifik, efesiensi hidrolis sert a

koefisien kavitasiThoma. Sumber: Igr J karasik. Pump HandBook . hal 380

Berdasarkan gambar 4.4 dapat diketahui diketahui bahwa besar koefisien koefisien kavitas kavitasii Thoma pada kecepatan spesifik = 1024 rpm adalah sebesar 0.051 maka: NPSHR = 0.051 x 6,2699 = 0,32 Maka dari perhitungan diatas tampak bahwa NPSH yang tersedia ≥ NPSHyang diperlukan dengan

gate valve closed 75%, sehingga pompa yang digunakan untuk

melanyani instalasi yang dirancang dapat beroperasi tanpa kavitasi.

4.5

Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik

Pada pembahasan ini akan dianalisa prototype pompa sentrifugal yang digunakan pada instalasi yang direncanakan. Analisa prototype pompa sentrifugal ini

menggunakan

metode

perhitungan

komputasi

dinamika

fluida

atau

Computational Fluid Dynamics ( CFD ) dengan program komputer FLUENT

6.1.22. yang yang diproduksi diproduksi oleh Fluent.inc. Fluent.inc. Program tersebut mampu menganalisa menganalisa kemungkinan aliran fluida yang terjadi pada sebuah sistem, dengan menggunakan pendekatan metode elemen hingga. Proses simulasi CFD ini terdapat ter dapat tiga tahapan t ahapan yang harus dilakukan, yaitu :


a. Preprocessing Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket CAD ( Computer Aided Design ), membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya. b. Solving Solver ( program inti pencari solusi ) CFD menghitung kondisi – kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing. c. Postprocessing Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan

pada

langkah

ini

adalah

mengorganisasi

dan

menginterpretasikan data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. CFD FLUENT ini terbagi atas dua program pendukung yaitu: a. GAMBIT ( Geometry And Mesh Building Intelligent Toolkit ) GAMBIT merupakan salah satu preprocessor yang membantu untuk membuat geometri dan melakukan diskritisasi ( meshing ) pada model untuk dapat dianalisa pada program FLUENT.

b. FLUENT FLUENT merupakan solver dan dan postprocessor yang menggunakan metode postprocessor yang elemen hingga untuk menyelesaikan berbagai macam kasus aliran fluida dengan mesh yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relat if mudah.


Diagram Alir Untuk Simulasi MULAI

membuat gambar impeller pada Autocad sesuai dimensi untuk mendapatkan nilai nilai titik koordinat

Memasukkan file dari Autocad untuk membentuk GEOMETRI Impeller dan Housing Pump

Menetapkan ukuran MESH1,5 mm

Menentukan boundary condition dari GEOMETRI yang digambar

Mengeksport file geometri ke file msh

SELESAI Gambar 4.5 Diagram Alir Simulasi pada GAMBIT


MULAI

Mengimport1file msh yang telah dibuat dari GAMBIT

• • •

Melakukan Grid Check Menskalakakan ukuran Smooth / Swap

Pendefenisian Material • Satuan • • Kondisi batas • Fluida • Zona masuk fluida Zona keluar fluida • Kondisi dinding •

PROSES ITERASI

divergen Berhasil ? konvergen MENAMPILKAN HASIL • Distribusi tekanan • Distribusi turbulensi Distribusi kecepatan • Grafik tekanan vs jarak • posisi tekanan fluida

gambar 4.6 Diagram Alir Simulasi pada FLUENT


4.5.1

Proses pembuatan geometri impeler pompa sentrifugal

Permodelan geometri dari pompa sentrifugal ini dilakukan di program GAMBIT sebagai tahap preprocessing preprocessing. Dalam proses pembuatan geometri ini, prototype prototype pompa sentrifugal tersebut digambar dalam 2 – D ( 2 dimensi ), dan

juga menggunakan program AutoCAD untuk menentukan titik – titik ( vertices ) supaya lebih mudah menggambarnya. Adapun tahap –tahap yang harus dilakukan dalam menggambar prototype prototype geometri tersebut adalah: a. Memasukkan nilai titik – titik ( vertices ) Titik – titik yang telah digambar di AutoCAD dimasukkan ke GAMBIT melalui toolbox geometry , kemudian create real vertex. Untuk setiap sudu terdapat 10 titik ( vertices) yang harus diinput . Setelah memasukkan setiap titik, lalu titik tersebut di sambungkan satu sama lain dengan menggunakan create straight edge dan create circular arc seperti pada gambar dibawah d ibawah ini.

Gambar 4.7 Tampilan Hasil setelah memasukan titik-titiknya titik-tit iknya

b. Membuat lingkaran D h ( diameter hub ) dan lingkaran D 2 ( diameter sisi keluar impeller ) Lingkaran D h dan D2 dibuat pada toolbox geometry, kemudian pilih create real circular face , dengan D h = 27 mm dan D 2 = 64.45 mm kemudian apply

c. Memotong bidang geometri ( substract ) ) Setelah

lingkaran-lingkaran

terbentuk,

kemudian

bidang

geometri

lingkaran luar tersebut dipotong dengan sudu-sudu dan lingkaran dalam dengan menggunakan ikon substract face pada global substract face pada toolbox geometry dan shaded pada control


Gambar 4.8 Tampilan hasil dari substract face dan shaded

d. Membuat impeller geometri ( mesh ) Jaring geometri (mesh) ini dibuat dari toolbox mesh face kemudian pilih face yang akan dimesh. Kemudian pada dropdown list elements pilih quad, dan

pada dropdown list type pilih pave. Kemudian pada mesh spacing diketik 2, kemudian apply.

Gambar 4.9 Tampilan hasil mesh

e. Memberikan kondisi batas (boundary condition ) pada geometri Sebelum memberikan kondisi batas, terlebih dahulu menentukan jenis solver yang akan dipakai nantinya, pada menu solver pilih FLUENT 5/6.

Kemudian untuk mempermudah melihat tampilan geometri, tampilan meshnya harus disembunyikan dahulu, dengan menonaktifkan mesh pada toolbox global control pilih special display attributes kemudian menonaktifkan check box meshnya, lalu apply. Lalu klik toolbox operation pilih specify boundary types , dan

pada dropdown list type pilih velocity inlet , kemudian pilih edge 137 sebagai entity-nya lalu apply. Kemudian pada dropdown list type pilih outflow, dan pilih


edge 77, edge 129, edge 120, edge 107, edge 97 dan edge 87 sebagai entity -nya,

kemudian apply.

Gambar 4.10 Tampilan hasil boundary condition

f. Mengeksport geometri menjadi file mesh (.msh) Setelah geometri telah diberikan kondisi batasnya, kemudian pilih menu 2-D file kemudian klik export dan pilih mesh. Kemudian aktifkan checkbox export 2-D (X-Y) mesh dan accept .

4.5.2

Proses solving dan postprocessing postprocessing geometri impeller pompa sentrifugal

Proses solving dan postprocessing postprocessing diselesaikan dengan menggunakan program FLUENT. Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akan dieksekusi di program ini dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam program ini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akan menghasilkan data-data yang diinginkan, dalam hal ini akan dihasilkan distribusi tekanan, distribusi turbulensi dan distribusi impeler kecepatan. Proses analisa dalam FLUENT ini ini dilakukan pada impeller saja dan pada saat impeller dalam housing pompa sentrifugal tersebut.

Hasil analisa dari impeller pompa sentrifugal ini dapat juga memberitahu daerah- daerah yang kemungkinan terjadinya kavitasi akibat dari tekanan rendah yang terjadi dan daerah tersebut akan dapat dilihat pada distribusi tekanan nanti.


Adapun tahap-tahap yang harus dilaksanakan dalam proses eksekusi ini adalah sebagai berikut: a. Membuka file mesh File mesh yang sudah disimpan pada file directory GAMBIT dibuka pada tahap ini dengan membuka menu File kemudian read case, pilih nama file msh yang disimpan lalu OK. b. Memeriksa grid Geometri tersebut akan diperiksa nilai minimum dan maskimum dari x dan y dan juga memastikan bahwa luas dan volum yang terjadi adalah positif. Jikalau

nilai impeller yang terjadi negatif maka geometri harus di gambar ulang di GAMBIT. Grid akan akan diperiksa dengan membuka menu grid lalu lalu check. c. Menskalakan grid Pada dasarnya geometri tersebut belum memiliki satuan panjang apapun, maka grid akan akan diskalakan melalui menu grid kemudian kemudian scale , pada dropdown list pilih mm , kemudian scale. unit pilih d. Memperhalus Grid Grid akan diperhalus apabila masih kasar dengan membuka menu grid , pilih smooth/swap , maka akan muncul panel smooth/swap grid , klik smooth kemudian klik swap lagi bergantian sampai number swapped nya nya 0. Klik close jika sudah selesai. e. Mendefinisikan model 1. Mengatur solver yang yang digunakan Klik menu define lalu models, kemudian solver . Pada checkbox solver pilih segregated. Lalu klik OK. 2. Mengaktifkan model aliran viscous Membuka menu define lalu models kemudian viscous model , dan aktifkan model standard k – – ε , lalu klik OK. O K. f. Menentukan Sifat Material Material yang digunakan adalah air ( water liquid ), ), maka klik menu define lalu material kemudian klik database FLUENT nya. Pada dropdown list fluid list fluid material nya pilih water liquid, kemudian klik copy, setelah itu kembali ke panel

material dan klik change/create.


g. Mendefinisikan satuan Satuan untuk angular velocity masih dalam rad/s maka satuan tersebut akan diubah menjadi rpm dengan membuka menu define lalu klik unit , pilih angular velocity lalu klik rpm.

h. Menentukan kondisi batas Kondisi batas yang telah ditentukan di GAMBIT akan diisikan dengan data-data fisik dari fluida dan geometri tersebut pada FLUENT ini. Klik define lalu Boundary Condition. Maka akan muncul panel box boundary condition kemudian pilih Fluid pada pada panel box boundary condition pilih set. Kemudian pilih pada material name lalu OK water liquid pada 1. Mendefinisikan kondisi zona inlet Pilih inlet pada panel box boundary condition pilih set . Kemudian masukkan nilai kecepatan sisi masuk pompa pada kolom velocity magnitude sebesar 1.4396 m/s kemudian klik OK

2. Mendefinisikan kondisi zona outlet Pilih outlet pada pada panel box boundary condition kemudian klik condition pilih set kemudian OK. 3.

Mendefinisikan kondisi pada dinding impeller ( wall) Pilih wall pada panel box boundary condition kemudian pilih set . Kemudian pada tab momentum pilih moving wall dan pilih rotational sebagai gerakannya masukkan nilai kecepatan putarnya sebesar 2850 rpm.

i.

Memulai iterasi

1. Memilih pengontrol solusi Pilih menu solve kemudian pilih controls dan klik solution , lalu OK. 2. Menginisiasi iterasi Pilih menu solve kemudian pilih initialize , maka akan muncul panel solution initialization , pada dropdown list compute from pilih inlet

kemudian klik init lalu lalu close. 3. Mengaktifkan Pengeplotan residu iterasi iterasi selama proses iterasi iterasi


Pengeplotan residu iterasi dibuka dari menu solver lalu pilih monitors kemudian pilih residuals. Akan muncul panel residual monitors kemudian pada check box options klik plot lalu lalu klik OK. 4. Memulai iterasi Problem ini akan diiterasikan pada menu solver lalu pilih iterasi. Dan ketikkan number of iterations adalah 1000 lalu klik iterate

Gambar 4.11 Kurva residual iterasi 4.5.3

Proses solving dan postprocessing postprocessing geometri rumah pompa

Proses solving dan postprocessing postprocessing diselesaikan dengan menggunakan program FLUENT. Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akan dieksekusi di program ini dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam program ini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akan menghasilkan data-data yang diinginkan. Hasil analisa dari rumah pompa sentrifugal ini dapat juga memberitahukan distribusi kecepatan, distribusi turbulensi, serta distribusi tekanan pada rumah ( housing ) pompa tersebut. Adapun tahap-tahap yang harus dilaksanakan dalam proses eksekusi ini adalah sama dengan proses impeller diatas dengan diameter rumah pompa 144 mm dan diameter sisi keluar 26.6 mm seperti ta mpak pada gambar gambar dibawah ini.


Gambar 4.12 rumah pompa dalam GAMBIT

Diatas telah dibahas mengenai langkah – langkah pengerjaan Fluent sehingga dari hasil analisa rumah pompa sentrifugal ini akan diberitahukan distribusi kecepatan, distribusi turbulensi, serta distribusi tekanan pada rumah ( housing ) pompa tersebut.

Gambar 4.13 Kurva residual iterasi


4.6

Analisa kavitasi dan performansi dari pompa sentrifugal

4.6.1

Analisa kemungkinan kavitasi yang terjadi

Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan ( dimana suhu air yang digunakan adalah 20 o C, maka nilai tekanan uap air jenuh adalah sebesar 2340 N/m 2) pada suhu operasi pompa. Dari hasil analisa menggunakan CFD FLUENT distribusi tekanan dan turbulensi di bawah ini akan menunjukkan daerah-daerah yang kemungkinan akan terjadi kavitasi pada pompa yang dipakai pada instalasi. Daerah –daerah yang memiliki tekanan fluida dibawah tekanan uap air jenuh atau sebesar 2340 Pa maka daerah tersebut memiliki kemungkinan terjadinya kavitasi seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.14 Distribusi tekanan fluida pada rumah pompa sentrifugal

Dari hasil simulasi aliran fluida di atas, ditunjukkan bahwa tidak terdapat daerah-daerah yang berpeluang untuk mengalami kavitasi pada impeler pompa sentrifugal ini, ini, karena tidak terdapat daerah – daerah yang memiliki tekanan tekanan dibawah tekanan uap air jenuh. Namun kemungkinan terjadinya kavitasi terdapat pada sisi keluar rumah pompa sentrifugal tersebut, ter sebut, dikarenakan nilai tekanan pada sisi keluar rumah pompa tersebut berada dibawah tekanan uap a ir jenuh.


Gambar 4.15 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal

4.6.2

Analisa performansi dari pompa sentrifugal

Dari hasil hasil simulasi pompa sentrifugal tersebut dihasilkanlah

vektor –

vektor kecepatan dan nilai-nilai kecepatan yang terjadi pada rumah pompa sentrifugal tersebut. Distribusi kecepatan dihasilkan dengan meng input nilai kecepatan masuk sehingga akan dihasilkan nilai kecepatan pada sisi keluar pompa sentrifugal berdasarkan simulasi. Dengan menggunakan nilai kecepatan masuk untuk gate valve closed 75% V s = 1.4396 m/s m/s maka akan didapat kecepatan rata – rata yang berada di sisi keluar rumah pompa pompa ( Vd ). ). Dari hasil analisa diatas dapat ditentukan head ( ( tinggi tekan ) pada sisi tekan yang dihasilkan pompa tersebut.


Gambar 4.16 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentr ifugal

Maka dari hasil distribusi diatas didapatkan nilai kecepatan rata-rata pada sisi tekan pompa sentrifugal ( Vd ) tersebut sebesar 4,0228 m/s.

Sehingga

perhitungan head head ( tinggi tekan ) berdasarkan simulasi ( H sim ) dapat dihitung. Sedangkan kecepatan aliran pada impeller juga dapat ditentukan seperti tampak pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.17 Distribusi kecepatan fluida pada impeller


Gambar 4.18 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan t ekanan fluida

4.7

Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan Hasil Fluent

Berdasarkan hasil analisa Fluent diatas tampak bahwa kecepatan aliran fluida mengalir disisi pipa isap adalah 4,0228 m/s, sehingga dapat dihitung tinggi tekan (head) berdasarkan hasil simulasi.

4.7.1

Tinggi Tekan ( Head ) Kecepatan

Head kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini. = Dimana: =

beda head kecepatan

=

kecepatan aliran pada pipa tekan

=

keceparan aliran pada pipa isap

Maka: = = 0,719 m


4.7.2

Tinggi Tekan pada Pipa Isap

Dari pembahasan sebelumnya, untuk kecepatan aliran fluida pada pipa isap 1,4396 m/s telah dibahas tinggi tekan ( head ) yang terjadi yaitu sebesar h ls = 2,758 m

4.7.3

Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

a. Kerugian Head Akibat Gesekan pada Pipa Pipa

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan menurut DarcyWeishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut: hfd = f

Ls d is

2

×

V d

2g

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) terlebih dahulu ditentukan harga bilangan Reynold , dimana: Re

=

V d d is υ

Dengan: =

kecepatan aliran pada pipa tekan = 4,0228 m/s

Sehingga diperoleh: Re =

= 104908,3137

Aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “. Dari pembahasan Bab sebelumnya Kekasaran Relative (

) = 0,005639

dan selanjutnya akan dicari harga factor gesekan dengan menggunakan diagram moody. Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 104908,3137dan e/ d is = 0,005639 dengan cara interpolasi maka akan diperoleh factor gesek ( f ) = 0,032237. Sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut DarcyWeishbach adalah: H fd = 0,032237 ×

1,08 0,0266

×

(4,0228 )2 2 × 9,81

= 1,0785


b. Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi

Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan: hmd =

V d 2

∑ nk 2 g

Dimana: hms

=


n

=


k

=

koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve closed

75%, Besarnya koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve closed 75% adalah 8,5 m. Sehingga dapat dihitung besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa tekan adalah sebagai berikut: berikut: hmd = = 8,5 = 7,0109 m Maka total tinggi tekan ( head ) pada pipa tekan berdasarkan data hasil simulasi fluent adalah yaitu: hld = hfd + + hmd = 1,0795 m + 7,0109 m = 8,0904 m Maka kerugian head gesekan total berdasarkan data hasil simulasi CFD Fluent adalah: hL = hls + hld = 2,7583 m + 8,0904 m = 10,8487 m Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan melayani instalasi pemipaan dengan gate valve closed 75%, yaitu H ( gate closed 75% )

= HV + HS + HL = 0,719 + 2 + 10,8487 = 13,5677 m


BAB V KARAKTERISTIK POMPA

5.1

Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan

5.1.1

Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa

Karakteristik sebuah pompa perlu diketahui sebelum pompa dioperasikan, karakteristik pompa dapat diketahui diketahui

dengan melakukan eksperimen terhadap

pompa yang bersangkutan bersangkutan serta dengan melakukan pendekatan teoritis. a. Head Euler dengan Kapasitas

Head Euler merupakan head yang didapat dari suatu persamaan yang didasarkan pada pada asumsi yang ideal, yaitu yaitu aliran fluida dianggap dianggap tanpa gesekan, tanpa turbulensi dan dengan jumlah sudu yang tak berhingga dengan harapan diperoleh pengarahan pada fluida yang mengalir secara sempurna. Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor , hal 311):

=

-

Dimana: : Head Kapasitas Euler Q

: kapasitas pompa

U2

: kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 19,25 m/s )

β2

: sudut sudut sisi keluar impeller ( 19,52o )

d 2

: diameter sisi keluar impeller ( 0,129 m )

b2

: lebar sisi keluar dari impeller ( 0,0025 m )

g

: percepatan gravitasi


sehingga:

-

=

= 37,77 – 5463,26 Q b. Head Toritis dan Kapasitas

Aliran ideal menyatakan bahwa aliran mengalir tanpa gesekan dan diarahkan dengan sudu yang tak terbatas dan tanpa

turbulensi, tetapi dalam dalam

praktek yang terjadi adalah sebaliknya, yaitu terjadi gesekan dan jumlah sudu yang terbatas serta sudu mempunyai mempunyai ketebalan tertentu, dengan dengan kondisi tersebut maka akan menghasilkan head head yang lebih lebih rendah dari pada head Euler. Head yang dihasilkan ini disebut disebut sebagai head head teoritis ( Hth ). Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan dalam persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System, hal 267 ):

= Dimana: = factor sirkulasi Hth

= Head Teoritis =

=

= 10,51 m

Pompa yang direncanakan beroperasi pada kapasitas ( Q ) = 0,0015

dengan

head teoritis (Hth) sebesar 10,51 m, dengan data tersebut maka Head Euler dapat diketahui = 37,77 – 5463,26 ( 0,0015 ) = 29,575 m Sehingga: = = 0,355


berdasarkan hasil diatas maka hubungan antara a ntara head Euler dengan dengan head teoritis dapat digambarkan dengan persamaan : = 0,355 x ( 37,77 – 5463,26 Q) = 13,408 – 1939,45 Q c. Head Aktual dengan Kapasitas

Head aktual adalah head teoritis dikurangi dengan rugi-rugi hidrolis selama pemompaan, hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System, hal 267 ):

=

-

Dengan: =

rugi-rugi hidrolis selama pemompaan ( m )

Kerugian hidrolis disebabkan karena adanya adanya shock loss loss atau turbulence loss loss ( hs hs ) serta serta fricto ricton n and and diff diffusi usion on loss (

). Besa Besarr rugi rugi-ru -rugi gi hidrol hidrolis is diny dinyata ataka kan n

dengan persamaan : =

+

Gambar 5.1 Kerugian - Kerugian Hidrolis Sumber Sumber : AJ Stephanoff, Centrifugal And Axial Flow Pump, hal 164


Gambar di atas menunjukkan bahwa efisiensi terbaik terletak pada titik dimana rugi-rugi turbulensi sama dengan rugi-rugi gesekan, atau rugi-rugi turbulensi dan rugi-rugi gesekan sama dengan setengah dari rugi-rugi hidrolis. Titik dimana adalah titik dimana dimana kerugian hidrolis hidrolis paling kecil, sehingga sehingga pada titik inilah direncanakan kapasitas pompa ( Q ) sebesar 0,0015 m3/s dan dan head aktual sebesar 9,87 m, pada titik tersebut akan memberikan gambaran besar rugi-rugi hidrolis

yang terjadi yaitu sebesar: =

= 10,51 – 9,87 = 0,64 m

dan pada kondisi ini juga berlaku : =

= 0,5 hh

=

= 0,5 x 0,64

=

= 0,32 m Besar

shock loss

atau

turbulence loss

dapat diketahui dengan

menggunakan persamaan ( M. Khetagurov, Marine Marine Auxilary Machinery Machinery And System, hal 267 ):

[

=

+(

2

) ][1-

]

2

Dengan: =

faktor percobaan percobaan yang yang dibatasi besarnya besarnya antara 0,6 ÷ 0,8 = 0,7

U1

=

kecepatan keliling pada sisi masuk impeller ( 6,6 m/s )

U2

=

kecepatan keliling pada sisi keluar keluar impeller impeller ( 19,25 m/s )

K 2cu 2cu = d 3

faktor sirkulasi ( 0,355 )

= diameter masuk cincin diffuser =

( 1,02 ÷ 1,05 )

= 64,5 ( 1,035 ) = 66,7575 mm = 0,0667575 m


d 2

= diameter sisi keluar impeller impeller ( 0,129 m)

Q

=

kapasitas pompa ( 0,0015 m /s )

Qs

=

kapasitas pompa tanpa shockloss

g

=

percepatan gravitasi ( 9.81 m /s )

3

2

[ ( 6,6 ) 2 + ( 19,25 x 0,355

0,32 =

0,32 = 7,77565 [ 1 –

]

)2 ] [ 1 –

]

2

2

3

Qs = 0,001882 m /s Harga shock loss untuk sembarang sembarang harga harga Q adalah: 2

=

2

[ ( 6,6 ) + ( 19,25 x 0,355

= ( 7,77565 ) [ 1 –

]

) ][1–

]

2

2

= [ 7,77565 – 8263,177Q + 2195318,14Q 2 ] kemudian besar friction loss dan diffusion loss (

) dapat dinyatakan dengan

persamaan ( AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump , hal 164 ): =

= k 3Q2

+

Dengan: k 3

= suatu konstanta yang yang mana pada kondisi normal harga harga k 3 dapat

dinyatakan dengan :

=

= = 142222,22 berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion loss adalah : 2

= 142222,22Q m


Kerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah: =

+ = 7,77565 – 8263,177Q + 2195318,14Q 2 + 142222,22Q 2 = 7,77565 – 8263,177Q + 2337540,36Q 2

hubungan hubungan antara head aktual dengan kapasitas pompa adalah: =

-

= 13,408 – 1939,45 Q - 7,77565 + 8263,177Q - 2337540,36Q 2 = 5,63235 + 6323,727Q – 2337540,36Q

2

d. Head Sistem dengan Kapasitas

Head system (

) dibagi menjadi dua bagian yaitu yaitu bagian dinamis dan

bagian statis. Dimana bagian dinamis terdiri atas head loses dan perbedaan head kecepatan yang terjadi di instalasi berdasarkan hasil hasil simulasi CFD CFD Fluent. Dan bagian statis dari head system tersebut ialah head statis instalasi tersebut. Head system merupakan fungsi kuadrat terhadap Q dengan H sys = F Q dan membentuk kurva parabola dengan koordinat titik puncak minimumnya pada nilai sumbu Y pada head statis ( 0,2 ) dan salah sala h satu titik sembarang pada titik tit ik ( Kapasitas , Head Actual ) = ( 0,0015 ; 9,87 ). Maka dengan demikian fungsi kuadrat untuk head system ialah sebagai berikut: y =

2

a ( x – x puncak ) ) + y puncak

dengan mengganti y = f ( x ) diatas menjadi h sys = f ( Q ), hsys

=

9,87 = a

=

a ( Q – Qsys )2 + Hstatis a ( 0,0015 – 0 ) 2 + 2 3497777,778

dengan mensubstitusikan nilai a pada persamaan awal maka didapat fungsi H sys ialah: Hsys

=

2

3497777,778 ( Q – 0 ) + 2 2

= 3497777,778Q + 2


Dan hasil perhitungan head euler , head teoritis, head actual, dan head system pada berbagai kapasitas pompa. Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler Euler , Head Teoritis Head Teoritis, Head Actual Actual, dan Head

Berdasark an Hasil Perhitungan. System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan No

Q ( m3/s )

1

0

37.77

13.408

5.63235

2

2

0.00025 0.0 0025

36.40

12.92

7.067

2.21

3

0.00050 0.0 0050

35.04

12.43

8.209

2.87

4

0.00075 0.0 0075

33.67

11.95

9.060

3.96

5

0.0010

32.31

11.46

9.618

5.49

6

0.00125 0.0 0125

30.94

10.98

9.884

7.46

7

0.00150 0.0 0150

29.57

10.49

9.858

9.87

8

0.00175

28.21

10.01

9.540

12.71

9

0.0020

26.84

9.53

8.929

15.99

10

0.00225

25.47

9.04

8.027

19.71

11

0.00250

24.11

8.56

6.832

23.86

12

0.00275

22.74

8.07

5.345

28.45

13

0.0030

21.38

7.59

3.565

33.48

5.1.2

(m)

(m)

(m)

(m)

Hubungan efisiensi dan daya pompa dengan kapasitas pompa

Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q dan H act diambil dari tabel 5.1. a. Efisiensi Hidrolis

Efisiensi hidrolis merupakan perbandingan antara head pompa sebenarnya dengan head pompa teoritis dengan jumlah sudu tak berhingga. Besarnya efisiensi hidrolis dapat ditentukan dengan cara interpolasi dari data pada tabel 3.5. Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan [ Turbin, Pompa dan Compresor . Fritz diesel hal: 258 ]:


Q −1 nq = n menit 4 3 H

Dimana: nq = kecepatan spesifik ( 1 menit )

Q = kapasitas pompa ( m 3 s ) n

= kecepatan kerja / putar pompa

b. Efisiensi Volumetris

Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Efisiensi volumetris dapat ditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller pada tabel 3.6 dengan menggunakan rumus n s pada BAB III. Namun kerugian volumetris dapat dihitung dari persamaan berikut [AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump, hal 199]

ηv

=

Dimana: = Kapasitas pompa ( m3/s) = Jumlah kebocoran pipa yang terjadi pada pompa ( 0,02

Q QL

0,1 )Q

÷

c. Efisiensi Mekanis

Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan gesekan pada paking. Besarnya efisiensi mekanis menurut M. Khetagurov berkisar antara 0.9 – 0.97. Dalam Da lam perancangan ini diambil harga efisiensi efis iensi mekanis 0,935. Dari perhitungan diatas, maka didapat nilai efisiensi t otal pompa: η total = η h η v η m Setelah mendapatkan nilai efisiensi total dari pompa maka daya pompa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :


N p

=

Dimana: 0

γ

=

Berat jenis fluida pada temperature 20 C

H

=

Tinggi tekan ( head ) ) pompa

Q

= Kapasitas pompa

ηt

= Efisiensi total pompa

= 9790 N/m

3

Dari persamaan – persamaan diatas, maka hubungan antara kapasitas dengan efisiensi dan daya pompa dituliskan pada table 5.2 berikut: Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan

Hasil Perhitungan Q ( m³/s )

(% )

(W)

0

0

0

0.0005

76.4

63.23

0.0010

80.8

119.58

0.0015

83.3

173.99

0.0020

84.6

228.43

0.0025

85.8

241.56

0.0030

86.7

334.35

5.2

Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan

5.2.1


a. Head Euler dengan Kapasitas

Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor , hal 311): = 37,77 – 5463,26 Q


b. Head Toritis dan Kapasitas

Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan dalam persamaan (M. Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System, hal 267 ): = Dimana: Hth

= Head Teoritis untuk gate valve valve closed 75% =

=

= 7,68 m

Pompa pada gate valve yang beroperasi dengan kapasitas ( Q ) = 0,0008 dengan head teoritis ( H th ) sebesar 7,68 m, dengan data tersebut maka Head Euler dapat diketahui = 37,77 – 5463,26 ( 0,0008 ) = 33,399 m Sehingga: =

= 0,2597 berdasarkan hasil diatas maka hubungan antara head Euler dengan head teoritis dapat digambarkan dengan persamaan : = 0,2597 x ( 37,77 – 5463,26 Q) = 9,81 – 1418,81Q c. Head Aktual dengan Kapasitas

Head aktual adalah head teoritis dikurangi dengan rugi-rugi hidrolis selama pemompaan. hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System, hal 267 ):


=

-

Dengan: =


-

= =

7,68 – 7,21

=

0,47 m


= 0,235 m

Besar shock loss atau turbulence loss

dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System System , hal 267 ):

[

=

)2 ] [ 1 -

+(

[ ( 6,6 ) 2 + ( 19,25 x 0,2597

0,235 =

0,235 = 0,03567 [ 43,56 + 93,32] [ 1 – Qs

]2 )2 ] [ 1 – ]

]

2

2

3

= 0,001025 m /s

Harga shock loss untuk sembarang sembarang harga harga Q adalah: = ( 4,884 ) [ 1 –

]

2




+

2

= k 3Q

Dengan: k 3


dinyatakan dengan :


= = 367187,5 berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion loss adalah : = 367187,5Q 2 m Kerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah: =

+ = 4,884 – 9529,756Q + 4648661,511Q 2 + 367187,5Q 2 = 4,884 – 9529,756Q + 5015849,011Q 2


-

= 9,81 – 1418,81Q – ( 4,884 – 9529,756Q + 5015849,011Q 2 ) = 4,926 + 8110,946Q – 5015849,011Q 2 d. Head Sistem dengan Kapasitas

y =

a ( x – x puncak )2 + y puncak


=

a ( Q – Qsys )2 + Hstatis

7,21

=

a ( 0,0008 – 0 ) 2 + 2

a

=

8140625


2

=

8140625( Q – 0 ) + 2

=

8140625Q + 2

2

Dan hasil perhitungan head euler , head teoritis, head actual, dan head system pada berbagai kapasitas pompa.


Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Teoritis, Head Aktual dan Head

Perco baan. System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan. 3

No

Q ( m /s )

1

0

37.77

9.81

4.93

2

2

0.00016

36.89

9.58

6.09

2.21

3

0.00032

36.02

9.35

7.01

2.83

4

0.00048

35.14

9.13

7.66

3.87

5

0.00064

34.27

8.90

8.06

5.33

6

0.00080

33.39

8.67

8.20

7.21

7

0.00096

32.52

8.45

8.08

9.50

8

0.00112 0.00 112

31.65

8.22

7.72 7 .72

12.21

9

0.00128 0.00 128

30.77

7.99

7.09 7 .09

15.34

10

0.00144

29.90

7.77

6.25

18.88

11

0.00160

29.02

7.54

5.06

22.84

5.2.2

(m)

(m)

(m)

(m)

Hubungan Efisiensi dengan Kapasitas Pompa

Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q diambil dari tabel 5.3 Dari persamaan – persamaan tersebut, maka hubungan antara kapasitas dengan efisiensi dan daya pompa dituliskan pada table 5.4 berikut: Tabel 5.4 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan

Hasil Percobaan. Q ( m³/s )

(% )

(W)

0

0

0

0.0004

79.7

30.75

0.0008

83.6

58.64

0.0012

85.5

86.01

0.0016

87.0

112.7


5.3

Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi

5.3.1


a. Head Euler dengan Kapasitas

Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor , hal 311):

=

-

= 37,77 – 5463,26 Q b. Head Toritis dan Kapasitas

Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan dalam persamaan (M. Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System, hal 267 ): = Dimana: Hth

= Head Teoritis hasil simulasi simulasi

=

=

= 14,45 m

Pompa pada gate valve yang beroperasi dengan kapasitas ( Q ) = 0,0008 dengan head teoritis (Hth) sebesar 13,5677 m, dengan data tersebut maka Head Euler dapat diketahui = 37,77 – 5463,26 ( 0,0008 ) = 33,399 m Sehingga: =

= 0,43


berdasarkan hasil diatas maka hubungan antara head Euler dengan head teoritis dapat digambarkan dengan persamaan : = 0,43 x ( 37,77 – 5463,26 Q) = 16,24 – 2349,2Q c. Head Aktual dengan Kapasitas

Head aktual adalah head teoritis dikurangi dengan rugi-rugi hidrolis selama pemompaan, hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System, hal 267 ):

=

-

Dengan: =


=

=

14,45 – 13,5677

=

0,8823 m


= 0,44 m

Besar shock loss atau turbulence loss

dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Auxilary Machinery Machinery And System System , hal 267 ): =

0,44 =

[

+(

2

) ][1-

]

2

[ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,43

0,44 = 0,03568 [ 43,5759 + 255,85] [ 1 –

)2 ] [ 1 –

]

]

2

2

Qs = 0,001004 m3/s


Harga shock loss untuk sembarang sembarang harga harga Q adalah: [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,43

=

= ( 10.683 ) [ 1 –

]

)2 ] [ 1 –

]2

2




= k 3Q2

+

Dengan: k 3


dinyatakan dengan :

=

= = 687500 berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion loss adalah : = 687500Q2 Kerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah: =

+ = 10,683 – 21280,876Q + 10598046,06Q 10598046,06 Q 2 + 687500Q 2 = 10,683 – 21280,876Q + 11285546,06Q 11285546,06 Q 2


-


= 16,24 – 2349,2Q - 10,683 + 21280,876Q - 11285546,06Q = 5,557 + 18931,676Q – 11285546,06Q

2

2

d. Head Sistem dengan Kapasitas

y

=

a ( x – x puncak )2 + y puncak


=

13,5677 = a

=

a ( Q – Qsys )2 + Hstatis a ( 0,0008 – 0 ) 2 + 2 18074531,25 18074531,2 5


=

2

18074531,25 ( Q – 0 ) + 2 2

= 18074531,25Q + 2 Dan hasil perhitungan head euler , head teoritis, head actual, dan head system pada berbagai kapasitas pompa. Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi. No.

Q ( m3/s )

1

0

37.77

16.24

5.557

2

2

0.00016

36.89

15.86

8.297

2.46 2. 46

3

0.00032

36.02

15.48

10.459

3.85

4

0.00048

35.14

15.11

12.044

6.16

5

0.00064

34.27

14.73

13.051

9.40

6

0.00080

33.39

14.36

13.479

13.56

7

0.00096

32.52

13.98

13.331

18.65

8

0.00112

31.65

13.60

12.604

24.67

9

0.00128

30.77

13.23

11.299

31.61

10

0.00144

29.90

12.85

9.417

39.47

11

0.00160

29.02

12.48

6.957

48.27


5.3.2

Hubungan Efisiensi dengan Kapasitas Pompa

Dari persamaan – persamaan sebelumnya, maka hubungan antara kapasitas dengan efisiensi dan daya pompa dituliskan pada table 5.6 berikut: Tabel 5.6 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan

Hasil Simulasi. Q ( m³/s )

(% )

(W)

0

0

0

0.0004

70.3

75.53

0.0008

74.3

142.95

0.0012

77

206.89

0.0016

79.3

267.85

Dari hasil – hasil tabulasi diatas dihasilkan dalam bentuk grafik – grafik karakteristik pompa berikut:

Perbandingan Karakteristik Pompa Hasil Perhitungan

40 35 30 ) 25 m ( d 20 a e H 15

Head Actual

10

Head System / Instalasi

5 0 0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

0,003

0,0035

Kapasitas ( m3/s )

Gambar 5.2 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarka n Hasil

Perhitungan


Dengan memperhatikan grafik diatas dapat kita dapat analisa Hubungan antara Kapasitas dengan Head System serta Kapasitas dengan Head Actual pada analisa Perhitungan Pompa. 1. Pada Grafik Karakterist Karakteristik ik Kapasitas vs vs Head System

diatas, dapat

disimpulkan bahwa kapasitas pompa berbanding lurus dengan Head System, dimana semakin

besar kapasitasnya, head systemnya semakin tinggi dan

sebaliknya, semakin kecil kapasitasnya maka head syste mnya semikin rendah. 2.

Pada

Grafik

Karakteristik

Kapasitas

vs

Head

Actual

diatas,

membuktikan bahwa kapasitas pompa akan berbanding terbalik dengan head pompa. Jika head pompa membesar maka kapasitasnya mengecil dan begitu sebaliknya jika head pompa mengecil maka kapasitasnya bertambah. Dari grafik diatas dapat kita lihat titik perpotongan antara Head Actual dengan Head System. Dimana titik perpotongan tersebut dinamakan titik operasional pompa. Titik operasional dapat didefenisikan sebagai titik kerja pompa maksimum atau dengan kata lain kemampuan pompa tersebut untuk menaikkan fluida dari ground tank ke roof tank. .

Untuk memperoleh nilai operasional tersebut maka dilakukan interpolasi

pada grafik diatas. Titik Operasional Pompa : [ Q( m 3/s ) ; H (m ) ] -3

3

[ 1,5.10 m /s ; 9,87 m ]


Perbandingan Karakteristik Pompa Hasil Percobaan

25 20 ) 15 m ( d a e H 10

Head Actual Head System / Instalasi

5 0 0

0,0005

0,001 Kapasitas ( m3/s )

0,0015

0,002

Gambar 5.3 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasi l

Percobaan Untuk memperoleh nilai operasional tersebut maka dilakukan interpolasi pada grafik diatas. 3

Titik Operasional Pompa : [ Q ( m /s ) ; H ( m ) ] [ 0,8065.10 -3 m3/s ; 7,201 m ]


Perbandingan Karakteristik Pompa Hasil Simulasi

60 50 40 ) m ( d30 a e H 20

Head Atual Head System / Instalasi

10 0 0

0,0005

0,001 Kapasitas ( m3/s )

0,0015

0,002

Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarka n Hasil Simulasi

Fluent Untuk memperoleh nilai operasional tersebut maka dilakukan interpolasi pada grafik diatas. Titik Operasional Pompa : 3

[ Q( m /s ) ; H ( m ) ] [ 0,82.10 -3 m3/s ; 18,02 m ]


Perbandingan Efisiensi Pompa 1 0,9 0,8 ) 0,7 % ( a 0,6 p m o 0,5 P i s n 0,4 e i s i f E 0,3

Efisiensi Pompa Hasil Percobaan

Efisiensi Pompa Hasil Simulasi

0,2 0,1 0 0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

Kapasitas ( m3/s )

Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa

Perbandingan Daya Pompa 300

250 ) 200 W ( a p m150 O P a y A D100

Daya Pompa Hasil Percobaan Daya Pompa Hasil Simulasi

50

0 0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

Kapasitas ( m3/s )

Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa


Berdasarkan grafik – grafik karakteristik pompa di atas Head yang mampu dihasilkan pompa dari hasil simulasi lebih besar dari hasil percobaan, namun efisiensi hasil percobaan lebih besar dari hasil simulasi sehingga daya yang dihasilkan hasil simulasi lebih besar dari dar i hasil perhitungan. Berdasarkan kapasitas aliran yang dipompakan untuk gate valve closed 75% 3

yaitu sebesar 0,0008 m /s, pada grafik perbandingan head actual membuktikan bahwa head yang mampu dilayani oleh pompa berdasarkan simulasi ter sebut lebih besar daripada head

berdasarkan instalasi dan Percobaan hal ini dikarenakan

analisa kecepatan aliran pada pipa tekan tidak sama antara simulasi dengan percobaan.


BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1

Kesimpulan

Berdasarkan hasil perhitungan dan perencanaan serta simulasi yang telah dilakukan pada bab – bab sebelumnya, maka diambil kesimpulan sebagai berikut: 1.

2.

Spesifikasi pompa yang direncanakan dalam instalasi: Kapasitas Pompa ( Q )

:

90 ltr / mnt

Head Pompa ( H )

:

9,87 m

Jenis Pompa

:

Pompa Radial

Putaran Spesifik ( ns )

:

1024 rpm

Tipe impeller

:

Radial Flow

Efisiensi Pompa ( η P )

:

83,3 %

Daya Pompa ( N p )

:

173,99 kW

Spesifikasi pompa yang digunakan dalam instalasi pompa: Merk

: DMY water pump

Tipe

: AQUA - 175

Tinggi Tekan : 18 meter

3.

Kapasitas

: 90 Ltr/mnt

Daya

: 175 Watt ( 0,24 Hp )

Putaran

: 2850 rpm

Nilai kapasitas pompa pada percobaan semakin besar nilainya sesuai dengan pertambahaan suction gate valve open. Besarnya kapasitas dan head yang terjadi pada percobaan lebih rendah dari pada nilai kapasitas dan head pada perancangan/perhitungan. Sedangkan pada simulasi nilai headnya lebih besar dari pada hasil percobaan walau pun kapasitasnya


sama. Hal ini diakibatkan karena kecepatan fluida di pipa tekan diasumsikan sama dengan di pipa isap. 4.

Nilai efisiensi dan daya pompa memiliki nilai tertinggi pada gate valve open open 100 % baik pada percobaan maupun simulasi. Hal ini disebabkan karena gate valve open 100 % memiliki nilai kapasitas dan head yang lebih tinggi t inggi dibanding dibanding gate valve open yang lain.

5.

Dengan menggunakan program CFD FLUENT versi 6.1.22 ini akan mempermudah dalam menghitung performansi dari pompa yang digunakan untuk melayani instalasi serta mampu menunjukkan daerah – daerah kemungkinan terjadinya kavitasi. Pompa yang digunakan pada perancangan instalasi insta lasi ini sangat sa ngat kecil kec il untuk terjadi t erjadi kapitasi. Hal ini dapat dibuktikan melalui hasil simulasi dan perhitungan yaitu nilai NPSH A ≥ NPSHR.

6.

Berdasarkan dari hasil karakteristik pompa dapat disimpulkan bahwa besar Kapasitas (Q) berbanding terbalik dengan besar Tinggi tekan ( H ). Semakin besar kapasitas maka semakin kecil tinggi tekannya, atau sebaliknya semakin kecil kapasitas maka semakin besar tinggi tekannya.

6.1

Saran

Setelah dilakukan penelitian ini, maka saran yang bisa penulis sampaikan yaitu: 1.

Melanjutkan penelitian yang telah dilakukan dengan menambah hal – hal yang akan dianalisa dengan menggunakan program CFD Fluent 6.1.22

2.

Diharapkan bagi yang menggunakan program CFD Fluent 6.1.22 untuk lebih teliti dalam memasukkan data – data agar hasil akhir lebih akurat.

3.

Diharapkan bagi pemakai program ini agar dapat mengembangkan program ini dalam menganalisa masalah – masalah keteknikan.


Rancangan Pompa Sentrifugal Satu Tingkat III-VI

Recommend Documents