Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Perangkat Komputer CFD Fluent 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 50%

Gratis

9
80
120
2 years ago
Preview
Full text

KATA PENGANTAR

  Berbagai ilmu yang berkaitan dengan sub program studi konversi energy seperti mesin fluida, mekanika fluida dan pompa kompresor diaplikasikan dalam menyelesaikanperencanaan instalasi, percobaaan dan simulasi pompa sentrifugal yang digunakan. Yang menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas( Q ) dan Tinggi Tekan ( H ) yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut.

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

  Yang menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas( Q ) dan Tinggi Tekan ( H ) yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut. Berdasarkankarakteristik akan diperoleh bahwa semakin besar suction gate valve open maka kapasitas akan semakin besar pula dan head simulasi lebih besar dari pada headpercobaan.

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Dalam pemilihan jenis pompa sangat diiginginkan suatu jenis pompa sentrifugal yang dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangkawaktu yang lama, hal ini tidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya. Pompa sentrifugal ini akan digunakan pada instalasi yang akan dirancang di Laboratorium Mesin FluidaDepartemen Teknik Mesin dan bertujuan untuk memompakan air dari reservoir bawah ( ground tank ) ke reservoir atas ( roof tank ).

1.2. Batasan Masalah

  1.3 Maksud dan Tujuan Maksud dari perencanaan dan simulasi ini adalah untuk mengetahui analisa performansi dari pompa sentrifugal yang dipakai dengan menggunakanperhitungan matematis dan bantuan simulasi komputer sehingga diketahui kavitasi yang terjadi didalam rumah pompa ( housing pump ) pada instalasi yangdirancang. Tujuan dari perencanaan dan simulasi ini adalah untuk mensimulasikan aliran fluida yang terjadi didalam rumah pompa ( housing pump ) menggunakansoftware CFD Fluent 6.1.22 dengan menampilkan virtual ptototype dari pompa sentrifugal sehingga akan diberikan data – data, gambar – gambar, atau kurvayang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan pompa sentrifugal yang digunakan pada instalasi yang dirancang.

1.5 Sistematika Penulisan

  BAB III : Metode Perencanaan, berisikan urutan dan cara yang dilakukan secara jelas dan sistematis dalam perancangan sebuahinstalasi pompa sentrifugal dan melaksanakan survey dalam pemilihan pompa sentrifugal yang digunakan pada instalasi yang akan dibuatserta perhitungan head pompa pada instalasi yang dirancang. BAB IV : Hasil Simulasi, berisikan hasil analisis dari perencanaan yang telah dilaksanakan dan serta disimulasikan supaya mendapatkanhasil yang maksimal dengan perbandingan hasil analisa manual dan simulasi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan -

  Salah satu jenis pompa kerja dinamis adalah pompa sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetik ( kecepatan ) cairan menjadi energi potensial ( dinamis ) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Pompa sentrifugal merupakan pompa kerja dinamis yang paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan hargayang relatif murah.

2.1 Prinsip -Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

  Gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat. Kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa ( volute atau diffuser ) menjadi tekanan atau head.

2.2 Aliran fluida

Aliran dalam pemipaan akan terjadi dari titik yang mempunyai head hidrolik yang lebih tinggi (energi internal per satu-satuan berat air) ke head yanglebih rendah, dimana terjadi kehilangan energi hidrolik di sepanjang pipa. Kehilangan energi hidrolik sepanjang pipa secara umum disebabkan oleh:

A. Kerugian head mayor

  Kerugian head ini terjadi akibat adanya gesekan antara dinding pipa dengan fluida yang mengalir di dalamnya. Persamaan umum yang dapatdigunakan untuk mencari headlosses akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan dengan menggunakan: 1.

2. Persamaan Hazen - Williams

  Persamaan Darcy - Weisbach Memberikan hasil yang lebih baik untuk pipa yang relatif pendek. Persamaan Hazen-Williams :Umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatf − sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum.

B. Kerugian Minor

Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliran seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan saluran masuk dan keluarpipa

2.3 Head Pompa

  Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasipompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang. Menurut persamaan Bernoulli yang berbunyi“bila fluida inkompresibel mengalir sepanjang pipa yang penampangnya mempunyai beda ketinggian, perbedaan tekanan tidak hanya tergantung pada perbedaan ketinggian tetapi juga pada perbedaan antara kecepatan dimasing -masing titik tersebut”.

2 V

  Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus: P P P B A= − γ γ γ Dimana: P = Head tekanan ( m ) γP B = Energi tekanan pada permukaan zat cair pada sisi tekan ( m ) γP A = Energi tekanan pada permukaan zat cair pada sisi isap ( m ) γ 2.3.2 Head Kecepatan Head kecepatan adalah perbedaan antar energi kecepatan zat cair pada saluran tekan dengan energi kecepatan zat cair pada saluran isap. Head kecepatandapat dinyatakan dengan rumus: 2 2 V V B A H V= − 2 g 2 gDimana: H = Head kecepatan V 2 V B = Energi kecepatan zat cair pada saluran tekan 2 g 2 V A = Energi kecepatan zat cair pada saluran isap 2 g 2.3.3 Head Statis Total Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap.

2.3.4.1 Mayor Head Loss ( Mayor Loss )

  Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus [ Pump Handbook, hal 131 ]:= Dimana:Re = Reynold Number = Kecepatan aliran ( m/s )= Diameter dalam pipa ( mm ) 2 = viskositas kinematik ( m/s ) Apabila aliran laminar ( Re < 2100 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari dengan pendekatan rumus: 64 f= ReApabila aliran turbulen ( Re > 4000 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari dengan diagram moody. Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan ( Fritz dietzel.Hal 243 ) = Total minor loss (m) 2.5 Daya pompa /min)H = Head total pompa (m) 3 Dimana:N S = Kecepatan spesifik pompa ( m/min ) n p = Putaran pompa ( rpm )Q = Kapasitas pompa (m = p 1 H QNs n 2 3 4 Performansi pompa sentrifugal ( kecuali turbin regenerative ) dihubungkan pada suatu parameter yang disebut kecepatan spesifik ( specific speed ).

2.7.1 Proses simulasi CFD

  Pada uumnya terdapat tiga thapan yang harus dilakukan ketika kita melakukan simulasi CFD, yaitu:a) Pre-processing Komponen pre-processor merupakan komponen input dari permasalahan aliran ke dalam program CFD dengan menggunakan interface yang memudahkanoperator, berfungsi sebagai transformer input berikutnya ke dalam bentuk yang sesuai dengan pemecahan oleh solver. Pada tahapan pre-processor, dapatdilakukan hal-hal sebagai berikut: 1) mendefinisikan geometri daerah yang dikehendaki ( perhitungan domain );2) pembentukan grid ( mesh ) pada setiap domain;3) pemilihan fenomena kimia dan fisik yang dibutuhkan;4) menentukan sifat-sifat fluida ( konduktivitas, viskositas, panas jenis, massa jenis dan sebagainya );5) menentukan kondisi batas yang sesuai dengan keperluan.

2.7.2 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal

Pada pompa sentrifugal, yang dapat dianalisa oleh CFD Fluent ini adalah airan fluidanya, dimana dengan CFD Fluent ini kita dapat mensimulasikan vektor Gambar 2.2 Hasil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yang terjadi Gambar 2.3 Hasil simulasi untuk distribusi tekanan yang terjadi

BAB II I 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 yangterpasang pada instalasinya.

3.1 Skema Instalasi Pompa Yang Direncanakan

  Roof TankRoof tank atau tangki atas berfungsi sebagai tangki tempat penampungan air yang telah dipompakan dari ground tank dengan kapasitas maximum400 liter dengan ukuran sebagai berikut: Panjang 100 cm − Lebar 80 cm − Tinggi 50 cm − 2. Ground TankGround tank atau tangki bawah berfungsi sebagai sumber air yang akan dialirkan oleh pompa dengan kapasitas maximum 400 liter yang bentukdan ukurannya sama dengan roof tank.

3.2 Penentuan Kapasitas

3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi

  Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akandilayani oleh pompa tersebut. 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 = + H + H ∆H V S L Dimana:= perbedaan head tekanan ( m ) P∆H V = perbedaan head kecepatan ( m )∆H H S = head statis ( m )H L = kerugian head ( m ) 3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( P ) ∆H Head tekanan merupakan energy yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan.

3.3.4.1 Kerugian Head sepanjang Pipa Isap ( h ls ) a Kerugian Head Akibat Gesekan Pada Pipa Isap ( h ) fs

  = 0266 ,00015 , ε ε /dis ) adalah: isd Maka kekasaran relative ( Pump Handbook, Igor J. Adapun jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut: Gate valve 1 buah −o Elbow 90 long regular 1 buah − Tabel 3.2 Nilai koefisien K untuk tipe screwed Nominal Screwed Diameter,in ½ 1 2 4 Valve (fully open):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 2,0Angle 9,0 4,7 2,0 1,0 Elbows 45 regular 0.39 0.32 0.30 0.29 90 regular 2.0 1.5 0.95 0.64 90 long radius 1.0 0.72 0.41 0.23 180 regular 2.0 1.5 0.95 Th 0.64 Bruce R.

3.3.4.2 Kerugian Head sepanjang Pipa Tekan ( h ld ) a Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa Tekan ( h ) fd

  Dalam perencanaan ini dipilih 15 %, maka besarnya head pompa yang akan dirancang:H total = 8,5856 m x ( 1 + 0,15 )= 9,87 m 3.4 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan Pada dasarnya pompa memerlukan penggerak mula untuk menggerakkan/ mengoperasikan pompa tersebut. Tipe impeller suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut [ Khetagurov, hal 205 ]:n s =4P 3 P H Q n Dimana: n s = putaran spesifik ( rpm ) Sehingga: 2850 23 , 778( ) n s =34 32 , 373( ) = 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.

3.6 Efisiensi Pompa Pada Instalasi Yang Dirancang

  Besarnya efisiensihidrolis dapat ditentukan dengan cara interpolasi dari data dibawah ini: Tabel 3.6 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis 10 15 20 30 50 100 1 menit n ( ) q 0.86 0.91 0.94 0.96 0.97 0.98 η hSumber: Turbin, Pompa dan Compresor. 00151 −n 2850 menit q =43 9 , 87 ( ) = 19,82 1 menit Tabel 3.7 Perhitungan kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis 15 19.82 20 n (q 1 menit ) h 0.91 h 0.94 η η , 94 20 19 , 82 h − − η( ) ( ) = 20 15 , 94 , 91 − − h η = 0,9389 Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap.

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, hal243 ]: gHQρ Np = η P Dimana :H = Head pompa = 9,87 m 3 Q = Kapasitas pompa = 0,0015 m /s 3 g = Massa jenis air pada temperatur 20 C = 1000 kg/m P η = efisiensi motor pompa = 83,3% Sehingga:N = P = 173,99 WSehingga 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 spesifikasi pompa perencanaan, sebagai berikut:Kapasitas Pompa ( Q ) : 90 ltr / mntHead Pompa ( H ) : 9,87 mJenis Pompa : Pompa RadialPutaran Spesifik ( n s ) : 1024 rpmTipe impeller : Radial FlowEfisiensi Pompa ( : 83,3 % P η ) Daya Pompa ( N ) : 173,99 W p Dengan memperhatikan data-data pada pompa perencanaan maka dapat ditetapkan pompa yang akan digunakan dalam instalasi adalah :Merk : DMY water pumpTipe : AQUA - 175Tinggi Tekan : 18 meterKapasitas : 90 Ltr/mntDaya : 175 WattPutaran : 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 diukuradalah seperti yang tertera pada gambar dibawah ini : Gambar 3.4 Bentuk impeler yang digunakan dalam pompa Gambar 3.5 Ukuran – ukuran utama pada impeler Keterangan: a.

3.9.1.1 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Impeler

A. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler

  001575× 2 1/2 ( ) . Kecepatan Tangensial ( U ) 1 Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler ditentukan dengan persamaan [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ] :2.

3. Sudut Tangensial ( 1 ) β

Untuk aliran fluida masuk secara radial ( α = 90 ), maka sudut sisi masuk ( ) dapat dihitung dengan persamaan berikut [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ]: β V r11 arctanβ = V1 4 , 5   = arc tan   6 , 6   = 34,28Maka segitiga kecepatan diatas pada sisi masuk impeler dapat digambarkan sebagai berikut: Gambar 3.6 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk

B. Kecepatan dan Sudut Aliran Keluar Impeler

  1 ) adalah : W 1 : Kecepatan relatif pada sisi masuk impeler : Kecepatan fluida radial sisi masukU 1 : Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler β1 : Sudut sisi masuk Dari gambar 3.6 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk impeler ( W W 2. Kecepatan Absolut aliran keluar ( V2 ) V r2 V = 2 sin2 α 4 , 5= sin 34 , 48= 7,95 m/s Gambar 3.7 Segitiga kecepatan pada sisi keluar Keterangan gambar : V 2 = komponen absolute keluar impeler V u2 = komponen tangensial kecepatan absolute keluar impelerW 2 = kecepatan relative keluar impelerU 2 = kecepatan tangensial keluar impelerα 2 = sudut absolute keluar impelerβ 2 = sudut tangensial keluar impeler.

3.9.1.2 Melukis Bentuk Sudu

  Metode arcus tangent Ada dua metode yang digunakan dalam melukis bentuk sudu, yaitu : 1 danR 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 2.

4 Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan

  Tentukan titik W sebagai pusat lingkaran 1 dan b pada garis AA’ dengan jari- jari 29,37 mm dari titik A, lukis busur lingkaran yang berpusat di W dari titikA hingga berpotonan dengan lingkaran b, tandai dengan titik C. 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 danE yang membentuk sudut 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 menjadienergi tekanan. Rumah pompa yang digunakan pada perencanaan ini adalah jenis rumah volut, jenis ini berbentuk spiral biasanya disebut rumah keong.

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 2 ) 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 3 Pada perhitungan sebelumnya diperoleh Q = 0,0015 m / S dan H = 9,87 p m dengan harga ns, = 1024 rpm, sehingga dari grafik di atas diperoleh bahwa harga C 3 / U 2 = 0,45 sehingga dari persamaan diperoleh : 3 / U 2 ) x U 2 = 0,45 x 19,25= 8,6625 m/s

3.9.2.2 Luas Saluran Keluar ( throat ) Volute ( A thr )

Besar luas penampang kerongkongan rumah keong (throat volute) (A thr ) adalah [ Stepanoff, hal 115 ]:A thr = b 3π sin α v

3 D

  = Luas Saluran keluar kerongkongan b 3 = lebar saluran keluar kerongkongan thr 2 + 0,025 r 2 [ Khetagurov, hal 248 ] = 8 mm + 0,025 ( 64,5 mm)= 4,1125 mm D 3 = 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 sinα = Sudut volute, nilai sin v v α didapat dari hasil interpolasi grafik penentuan sudut volut [ Stepanoff, hal 113 ], sebesar 7,1 .

3.9.2.3 Penampang dan Jari-Jari Volute

  = 0,08.r 2 = 0,08 x 64,5= 5,16 mm maka :r v = r vi + r 2 + t = 4,12 + 64,5 + 5,16= 73,78 mm Dengan cara yang sama harga dari A v , r v , r vi , dapat ditabelkan untuk harga tiap-tiap sudut volute ( ) yang telah ditentukan. Tabel 3.11 Jari – jari dan luas volut untuk setiap penampang 2 ( ) A v (mm ) R vi (mm) r v (mm)69,66 90 53,30 4,12 73,78 135 79,95 5,04 74,7 180 106,61 5,83 75,49225 133,26 6,51 76,17 270 159,91 7,13 76,79315 186,56 7,71 77,37 360 213,86 8,74 77,9405 239,86 8,74 78,9 430 254,67 9,01 78,67 1.

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 3 Menggambar bentuk dari impeller dan rumah pompa dengan menggunakanAUTOCAD 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 ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Pendahuluan

  MeteranMeteran digunakan untuk mengukur ketinggian air sebelum dan sesudah air dipompakan dengan waktu tertentu untuk mendapatkan beda Gambar 4.2 Meteran 4.2 Perhitungan Kapasitas Pompa Adapun data yang diperoleh dari pengujian dengan gate valve open 50% untuk mendapatkan besar kapasitas ( Q ) yaitu dengan mengetahui beda tinggi airyang dipompakan dari ground tank ke roof tank per menit. Secara matematis tinggi tekan pompa dapat dihitung: H ( Open 50 % ) = H V + H S + H L Dimana:H ( Open 50 % ) = Tinggi tekan pompa dengan gate valve closed 50 % ( m )H V = Tinggi Tekan ( head ) kecepatan ( m ) H S = Tinggi tekan statik, pada Bab 3 telah dibahas H S = 2 mH L = kerugian head ( m )Untuk mempermudah perhitungan tinggi tekan, maka dibedakan kehilangan tinggi tekan pada pipa isap ( h s ) dan kehilangan tinggi tekan pada pipatekan ( h d ).

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: V S = kecepatan aliran pada pipa isap ( m )Q = kapasitas aliran untuk gate valve open 50 % = 1,053.10 m 3 /sA = luas pipa isap dengan diameter d is = 0.0266 m V S == 1,89 Sehingga head kecepatan dapat dicari dengan menggunakan persamaan: H = = V = 0,18 m

4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap

a. Kerugian Head Akibat Gesekan ( h fs )

  Kerugian Head Akibat Gesekan PipaKarena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa isap, maka bilangan Reynold ( Re ) = 37542.5 dengan factor gesekan ( f ) = 0.0343 dan = 1,078 m b. Dalam perencanaan ini dipilih 15%, maka besarnya head pompa dengan gate valve closed 50 % yang akan dirancang adalah:H ( gate closed 50% ) = 6,159 x ( 1 + 0.15 ) = 7,08 m 4.4 Analisa Kavitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Gate Valve closed 50% Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekananuap jenuh cairan pada suhu operasi pompa.

4.4.1 Net Positive Suction Head (NPSH)

  Untuk menghindari kavitasi diusahakan agar tidak ada satubagianpun dari aliran didalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Dalam hal iniperlu diperhatikan dua macam tekanan yang memegang peran Berhubungan dengan dua hal diatas maka didefinisikanlah suatu Net Positive Suction Head (NPSH) atau Head Isap Positif Neto yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.

4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available ( NPSH yang tersedia )

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair valve closed 50% pada sisi isap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut yang mana gate valve closed 50%. Dalam hal pompa yang mengisap zatcair dari tempat terbuka, maka besarnya NPSH valve closed 50 % yang tersedia dapat dituliskan sebagai berikut: =Dimana: = NPSH yang tersedia ( m )P a = tekanan atmosfirP v = tekanan uap jenuh air pada temperatur 20 2 = 2340 N/m= berat zat cair per satuan volume γ 3 = 9790 N/m = 0,78 m h ls = kerugian head didalam pipa isap = 5,75 mSehingga NPSH yang tersedia sesuai dengan persamaan diatas adalah: = 0,78 5,75 m= 3,58 m

4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required (NPSH yang diperlukan)

  Agar tidak terjadi pengupan zat cair, maka tekanan pada lubang masuk pompa dikurangi dengan penurunan tekanan didalam pompa harus lebih tinggidari pada tekanan uap zat cair. Namun untuk Hsv N σ =H N Dimana: σ = Koefisien kavitasi Thoma H = NPSH yang diperlukan (m) svN H N = Head total pompa pada titik efisiensi maksimum (m).

4.5 Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik

  Diagram Alir Untuk SimulasiMULAI membuat gambarimpeller pada Autocad sesuai dimensi untukmendapatkan nilai - nilai titik koordinat Memasukkan file dariAutocad untuk membentukGEOMETRI Impeller danHousing Pump Menetapkan ukuranMESH1,5 mm Menentukan boundary condition dari GEOMETRI yang digambarMengeksport file geometri ke file msh Gambar 4.5 Diagram Alir Simulasi pada GAMBIT 1 divergenkonvergen Permodelan geometri dari pompa sentrifugal ini dilakukan di programGAMBIT sebagai tahap preprocessing. Dalam proses pembuatan geometri ini, prototype pompa sentrifugal tersebut digambar dalam 2 – D ( 2 dimensi ), dan juga menggunakan program AutoCAD untuk menentukan titik – titik ( vertices ) supaya lebih mudah menggambarnya.

4.5.1 Proses permodelan pompa sentrifugal

  Membuat lingkaran D ( diameter hub ) dan lingkaran D ( diameter sisi h 2 keluar impeller )Lingkaran D h dan D 2 dibuat pada toolbox geometry, kemudian pilih createreal circular face, dengan D h = 27 mm dan D 2 = 64.45 mm kemudian apply Gambar 4.8 Tampilan hasil pembuatan lingkaran D dan D h 2 c. Memotong bidang geometri ( substract )Setelah lingkaran-lingkaran terbentuk, kemudian bidang geometri lingkaran luar tersebut dipotong dengan sudu-sudu dan lingkaran dalamdengan menggunakan ikon substract face pada toolbox geometry dan shaded pada global control Gambar 4.9 Tampilan hasil dari substract face dan shaded d.

4.5.2 Proses solving dan postprocessing geometri impeller pompa sentrifugal

  Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akandieksekusi di program ini dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam program ini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akanmenghasilkan data-data yang diinginkan, dalam hal ini akan dihasilkan distribusi tekanan, distribusi turbulensi dan distribusi impeler kecepatan. Hasil analisa dari impeller pompa sentrifugal ini dapat juga memberitahu daerah- daerah yang kemungkinan terjadinya kavitasi akibat dari tekanan rendahyang terjadi dan daerah tersebut akan dapat dilihat pada distribusi tekanan nanti.

4.5.3. Proses solving dan postprocessing geometri rumah pompa

  Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akandieksekusi di program ini dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam program ini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akanmenghasilkan data-data yang diinginkan. Gambar 4.13 rumah pompa dalam GAMBIT Diatas telah dibahas mengenai langkah – langkah pengerjaan Fluent sehingga dari hasil analisa rumah pompa sentrifugal ini akan diberitahukandistribusi kecepatan, distribusi turbulensi, serta distribusi tekanan pada rumah ( housing ) pompa tersebut.

4.6 Analisa kavitasi dan performansi dari pompa sentrifugal

  4.6.1 Analisa kemungkinan kavitasi yang terjadiKavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan o uap jenuh cairan ( dimana suhu air yang digunakan adalah 20 C, maka nilai 2 tekanan uap air jenuh adalah sebesar 2340 N/m ) pada suhu operasi pompa. Gambar 4.17 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal Gambar 4.18 Distribusi kecepatan fluida pada impeller Gambar 4.19 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida Maka dari hasil distribusi diatas didapatkan nilai kecepatan rata-rata pada sisi tekan pompa sentrifugal ( V ) tersebut sebesar 4,47 m/s.

4.7 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan Hasil Fluent

  Dari pembahasan Bab sebelumnya Kekasaran Relative ( ) = 0,005639 dan selanjutnya akan dicari harga factor gesekan dengan menggunakan diagrammoody. Sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy-Weishbach adalah:2 V L s H fd = f×dis 2 g2 1 , 08 4,47 ( ) = 0,03214 × × 0,0266 2 9 , 81 × = 1,3289 m b.

BAB V KARAKTERISTIK POMPA

5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan

  Head Toritis dan Kapasitas g : percepatan gravitasi sehingga:= 2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,0025 m ) b 2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,129 m ) o Karakteristik sebuah pompa perlu diketahui sebelum pompa dioperasikan, karakteristik pompa dapat diketahui dengan melakukan eksperimen terhadappompa yang bersangkutan serta dengan melakukan pendekatan teoritis. Titik dimana adalah titik dimana kerugian hidrolis paling kecil, sehingga pada titik inilah direncanakan kapasitas pompa ( Q ) sebesar 0,0015m3/s dan head aktual sebesar 9,87 m, pada titik tersebut akan memberikan gambaran besar rugi-rugi hidrolis yang terjadi yaitu sebesar: = = 0,5 hh= = 0,5 x 0,64= = 0,32 m Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan persamaan ( M.

3 No Q ( m /s ) ( m ) ( m ) ( m ) ( m )

  1 37.77 13.408 5.63235 2 2 0.00025 36.40 12.92 7.067 1 )Q = kapasitas pompa ( s m3 ) n = kecepatan spesifik ( menit Dimana: q Q n nq −=menit H Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan[ Turbin, Pompa dan Compresor. Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q dan H act diambil dari tabel 5.1.

5.1.2 Hubungan efisiensi dan daya pompa dengan kapasitas pompa

  n = kecepatan kerja / putar pompa Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Efisiensi volumetris dapatditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller pada tabel3.6 dengan menggunakan rumus n s pada BAB III.

3 Q = Kapasitas pompa ( m /s)

  Q L= Jumlah kebocoran pipa yang terjadi pada pompa ( 0,02 ÷0,1 )Q Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dangesekan pada paking. Dalam perancangan ini diambil harga efisiensi mekanis0,935.

5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan

  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. hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ): = rugi-rugi hidrolis selama pemompaan ( m ) = 7,54 – 7,08= 0,46 m dan pada kondisi ini juga berlaku : = = 0,23 mBesar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan persamaan ( M.

3 Qs = 0,00169 m /s

Harga shock loss untuk sembarang harga Q adalah: 2 = ( 4,279 ) [ 1 – ] 2 = [ 4,279 – 6251,27Q + 2283154,969Q ] kemudian besar friction loss dan diffusion loss ( ) dapat dinyatakan denganpersamaan ( AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump, hal 164 ): 2 Dengan: k 3 = suatu konstanta yang mana pada kondisi normal harga k 3 dapat dinyatakan dengan := = 207429,77 berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion lossadalah : 2 = 207429,77Q mKerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah: 2 2 = 4,279 – 6251,27Q + 2283154,969Q + 207429,77Q 2 = 4,279 – 6251,27Q + 2303584,739Q hubungan antara head aktual dengan kapasitas pompa adalah: 2 2303584,739Q ) 2 = 4,5969+ 4967,404Q – 2303584,739Q 2 y = a ( x – x puncak ) + y puncak dengan mengganti y = f ( x ) diatas menjadi h = f ( Q ), sys 2 h sys = a ( Q – Q sys ) + H statis 2 7,08 = a ( 0,001053 – 0 ) + 2 a = 4581492,394dengan mensubstitusikan nilai a pada persamaan awal maka didapat fungsi H sys ialah: 2 H sys = 4581492,394( Q – 0 ) + 2 2 = 4581492,394Q + 2Dan hasil perhitungan head euler, head teoritis, head actual, dan head system pada berbagai kapasitas pompa. Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Aktual dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan.

3 Q ( m /s )

No ( m ) ( m ) ( m ) ( m ) 1 37.77 8.87 7.29 2 2 0.000351 35.85 8.42 7.22 2.56 3 0.000702 33.93 7.97 7.16 4.25 4 0.00105332.01 7.52 7,08 7.08 5 0.001404 30.09 7.07 6.97 11.03 6 0.001755 28.18 6.62 6.89 16.11 7 0.002106 26.26 6.17 6.70 22.32 Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q diambil dari tabel 5.3Dari 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 ) 0.000526 80.8 39.20.001053 84.9 74.70.001579 87 109.40.002105 87.8 144.5

5.3 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi

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

3 Qs = 0,0010 m /s

  Kapasitas (m3/s) H e a d ( m )Head actual pompa Head system /instalasi Karakteristik pompa hasil simulasi 600,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 50 40 30 20 10 Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa Berdasarkan grafik – grafik karakteristik pompa di atas, tinggi tekan actual pompa, efisiensi serta daya pompa sangat dipengaruhi oleh kapasitas pompa yangdialirkan dari tangki bawah ke tangki atas. Pada Grafik Karakteristik head vs kapasitas berdasarkan perhitungan percobaan, maupun simulasi, membuktikan bahwa kapasitas pompa akan Berdasarkan kapasitas aliran yang dipompakan untuk gate valve closed 50 % 3 yaitu sebesar 0,001053 m /s, pada grafik perbandingan head actual, dapat disimpulkan bahwa head yang mampu dilayani oleh pompa berdasarkan simulasitersebut lebih besar daripada head yang dirancang berdasarkan instalasi dan Percobaan.

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

  Spesifikasi pompa yang direncanakan dalam instalasi:Kapasitas Pompa ( Q ) : 90 ltr / mntHead Pompa ( H ) : 9,87 mJenis Pompa : Pompa RadialPutaran Spesifik ( n s ) : 1024 rpmTipe impeller : Radial FlowEfisiensi Pompa ( : 83,3 % P η ) Daya Pompa ( N ) : 173,99 kW p 2. Besarnya kapasitas danhead yang terjadi pada percobaan lebih rendah dari pada nilai kapasitas dan head pada perancangan/perhitungan.

6.1 Saran

  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.

DAFTAR PUSTAKA

  Pompa dan Kompresor, Pradnya Paramita, Jakarta, 2000. Lampiran 3 : Koefisien kerugian gesek pada kelengkapan pipaSumber : Lobanoff, Val S., Robert R.

Dokumen baru

Dokumen yang terkait

Perancangan Pompa Sentrifugal dengan Kapasitas 100m3 /jam dan Head Pompa 44m untuk Suplai Air Barometrik Condenser
97
462
77
Simulasi Pengaruh NPSH Terhadap Terbentuknya Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Program Komputer Computational Fluid Dyanamic Fluent
13
124
124
Analisa Performansi Pompa Sentrifugal Susunan Tunggal, Seri Dan Paralel
78
296
85
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve Open 100 %
14
71
132
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Perangkat Komputer CFD Fluent 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 50%
9
80
120
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22. Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 25%
12
112
153
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22 pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 75%
9
91
119
Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22
12
63
119
Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 1500 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22
21
121
102
Analisa Performance Pompa Sentrifugal Terhadap Kapasitas Aliran
109
438
70
Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal Pada Instalasi Hotel Aryaduta Medan Dengan Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22
5
53
195
Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal pada Instalasi Rumah Sakit G.L.Tobing Tj.Morawa dengan Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT versi 6.1.22
8
62
187
Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Pompa Sentrifugal Skala Rumah Tangga Menggunakan Perangkat Lunak FEM
3
67
111
Optimasi Desain Impeller Pompa Sentrifugal Menggunakan Pendekatan CFD
1
1
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin- mesin Fluida - Simulasi Pengaruh NPSH Terhadap Terbentuknya Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Program Komputer Computational Fluid Dyanamic Fluent
0
0
30
Show more