Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 1500 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22

Gratis

21
121
102
2 years ago
Preview
Full text

ANALISA PERANCANGAN INSTALASI POMPA SENTRIFUGAL PADA PUTARAN 1500 RPM DENGAN MENGGUNAKAN

  Pompa yang dirancang ini akan dimodelkan dan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT v 6.1.22 yangkemudian akan dibandingkan dengan performansi yang dihasilkan secara perhitungan manual. Lalu kesimpulannya Berdasarkan dari hasil karakteristikpompa yang telah dibuat dengan bentuk impeler dan putaran pompa yang sama, dapat disimpulkan bahwa besar Kapasitas ( Q ) berbanding terbalik dengan besar Tinggitekan ( H ).

KATA PENGANTAR

  Berbagai ilmu yang berkaitan dengan sub program studi konversi energy seperti mesin fluida, mekanika fluida dan pompa kompresor diaplikasikan dalam menyelesaikan perencanaan instalasi, percobaaan dan simulasipompa sentrifugal yang digunakan. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin, ST, MT.selaku Ketua dan Sekretaris serta seluruh Dosen dan Pegawai DepartemenTeknik Mesin USU yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL

i LEMBAR PENGESAHANii LEMBAR PERSETUJUANiii SPESIFIKASI TUGASiv LEMBARAN EVALUASIv KATA PENGANTARvi ABSTRAKvii DAFTAR ISIviii DAFTAR TABELx DAFTAR GAMBARxi DAFTAR NOTASIxiii 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan dan Batasan Masalah 2 1.3 Maksud dan Tujuan 3 1.4 Sistematika Penulisan 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Prinsip – prinsip Pompa Sentrifugal 4 2.2 Head Pompa 5 2.3 Putaran Spesifik 7 2.4 Daya Pompa 7 2.5 Aliran Fluida 8 2.6 Computational Fluid Dynamic (CFD) Fluent) 9 2.6.1 Proses Simulasi CFD 10 2.6.2 Metode Diskritisasi CFD 10 BAB III PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA 3.1 Skema Instalasi Pompa yang Direncakan 12 3.2 Penentuan Kapasitas 14 3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi 15 3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( P ) 15 ∆H 3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( V ) 15 ∆H 3.3.3 Perbedaan Head Statis ( S ) 17 ∆H 3.3.4 Kerugian Head 17 3.4 Pemilihan Jenis Pompa 23 3.5 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan 5.1.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 65 4.3.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap 66 4.3.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan 66 4.4 Analisa Kecepatan pada pipa instalasi dengan CFD 69 4.4.1 Hasil Simulasi Fluent untuk Pipa dan Elbow pada instalasi 69 BAB V KARAKTERISTIK POMPA 5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan 74 74 64 5.1.2 Hubungan Efisiensi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 80 5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 82 5.2.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 82 5.2.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 88 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan 95 6.2 Saran 96 DAFTAR PUSTAKA 4.3.3.1 Tinggi Tekan Kecepatan 4.3.3 Perhitungan ( Head ) Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 24 32 BAB IV PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK 3.6 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller 26 3.7 Efisiensi Pompa pada Instalasi yang Dirancang 27 3.8 Daya Pompa dan Motor Penggerak 29 3.9 Spesifikasi Hasil Perencanaan 31 3.10.1 Ukuran-ukuran Utama Pompa 32 3.10.1 Ukuran Poros dan Impeler Pompa 4.1 Pendahuluan 64 38 4.2 Proses Permodelan Pompa Sentrifugal yang direncanakan 39 4.2.1 Proses Permodelan Impeller Pompa Sentrifugal 40 4.2.2 Proses Solving dan Postprocessing Geometri Rumah Pompa 51 4.3 Analisa Kavitasi dan Performansi dari Pompa Sentrifugal 61 4.3.1 Analisa Kemungkinan Kavitasi yang Terjadi 61 4.3.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal LAMPIRAN DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Kekasaran relative ( ε ) dalam berbagai bahan pipa 19 Tabel 3.2 Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap 20 Tabel 3.3 Koefisien kerugian kelengkapan pipa 22 Tabel 3.4 Harga putaran dan kutubnya 25 Tabel 3.5 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik 26 Tabel 3.6 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis 27 Table 3.7 Hubungan antara kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi volumetris 28 Tabel 3.8 Jari-jari busur sudut impeler 37 Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan 80 Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya PompaBerdasarkan Hasil Perhitungan 82 Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 88 Tabel 5.4 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya PompaBerdasarkan Hasil Simulasi 90 DAFTAR GAMBAR 56 Gambar 4.30 Kotak dialog fluid rumah pompa 50 Gambar 4.20 Tampilan hasil file mesh rumah pompa 51 Gambar 4.21 Tampilan hasil grid check rumah pompa 52 Gambar 4.22 Tampilan hasil Grid scale rumah pompa 53 Gambar 4.23 Tampilan hasil smooth/swap grid rumah pompa 53 Gambar 4.24 Kotak dialog solver rumah pompa 54 Gambar 4.25 Kotak dialog viscous model rumah pompa 54 Gambar 4.26 Kotak dialog energy rumah pompa 55 Gambar 4.27 Kotak dialog material rumah pompa 55 Gambar 4.28 Kotak dialog unit rumah pompa 56 Gambar 4.29 Kotak dialog boundary condition rumah pompa 57 Gambar 4.31 Kotak dialog Zona inlet 50 Gambar 4.18 Kotak panel iterasi 57 Gambar 4.32 Kotak Dialog Zona Outlet 58 Gambar 4.33 Kotak dialog zona impeller 58 Gambar 4.34 Kotak Dialog zona wall 59 Gambar 4.35 Kotak dialog solution control 59 Gambar 4.36 Kotak dialog solution initialization 60 Gambar 4.37 Kotak dialog residual monitors 60 Gambar 4.38 Kotak panel iterasi 61 Gambar 4.39 Kurva hasil residual iterasi 61 Gambar 4.40 Kerusakan pada permukaan sudu impeller akibat kavitasi 62 Gambar 4.41 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal 50 Gambar 4.19 Kurva residual iterasi 49 Gambar 4.17 Kotak dialog residual monitors Gambar 2.1 43 Gambar 4.4 Tampilan hasil smooth/swap grid Prinsip hukum Bernoulli 5 Gambar 3.1 Skema instalasi perancangan pompa 13 Gambar 3.2 Pompa Sentrifugal yang digunakan 13 Gambar 3.3 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa 24 Gambar 3.4 Ukuran – ukuran utama pada impeler 32 Gambar 4.1 Tampilan awal GAMBIT 39 Gambar 4.2 Tampilan awal FLUENT 39 Gambar 4.1 Tampilan hasil file 42 Gambar 4.2 Tampilan hasil grid check 42 Gambar 4.3 Tampilan hasil Grid scale 43 Gambar 4.5 Kotak dialog solver 49 Gambar 4.16 Kotak dialog solution initialization 44 Gambar 4.6 Kotak dialog viscous model 44 Gambar 4.7 Kotak dialog energy 45 Gambar 4.8 Kotak dialog material 45 Gambar 4.9 Kotak dialog unit 46 Gambar 4.10 Kotak dialog boundary condition 46 Gambar 4.11 Kotak dialog fluid 47 Gambar 4.12 Kotak dialog Zona inlet 47 Gambar 4.13 Kotak Dialog Zona Outlet 48 Gambar 4.14 Kotak dialog zona wall 48 Gambar 4.15 Kotak dialog solution control 63 Gambar 4.42 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal 63 Gambar 4.43 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal 64 Gambar 4.44 Distribusi kecepatan fluda pada pipa tekan I 69 Gambar 4.45 Distribusi kecepatan fluda pada elbow I 70 Gambar 4.46 Distribusi kecepatan fluda pada pipa tekan II 70 Gambar 4.47 Distribusi kecepatan fluda pada elbow II 71 Gambar 4.45 Distribusi kecepatan fluda pada pipa tekan III 71 Gambar 4.46 Distribusi kecepatan fluda pada elbow III 72 Gambar 4.47 Distribusi kecepatan fluda pada pipa tekan IV 72 Gambar 5.1 Kerugian - kerugian hidrolis 76 Gambar 5.2 Kerugian - kerugian hidrolis 85 Gambar 5.3 Grafik Karakteristik Head vs Kapasitas berdasarkan hasil perhitungan 91 Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head vs Kapasitas berdasarkan hasil simulasi 92 Gambar 5.5. Grafik Perbandingan Efisiensi Pompa 93 Gambar 5.6 Grafik Perbandingan Daya Pompa 94

DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN

  Pompa yang dirancang ini akan dimodelkan dan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT v 6.1.22 yangkemudian akan dibandingkan dengan performansi yang dihasilkan secara perhitungan manual. Lalu kesimpulannya Berdasarkan dari hasil karakteristikpompa yang telah dibuat dengan bentuk impeler dan putaran pompa yang sama, dapat disimpulkan bahwa besar Kapasitas ( Q ) berbanding terbalik dengan besar Tinggitekan ( H ).

1.1 Latar Belakang

  Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa sentrifugal yang dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yang lama, hal initidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya. Fluentmenyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh ( grid ) yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang 1.2.

1.4. Sistematika Penulisan

  Bab selanjutnya akan menguraikan tentang pandangan umum berisikan tentang teori - teori yang mendasari perancangan pompa sentrifugalBab III akan menguraikan urutan cara kerja yang dilakukan secara jelas dan sistematis untuk melaksanakan perancangan pompa sentrifugal, perhitungan dayapompa, penentuan laju aliran pada pipa tekan dan perhitungan loses yang terjadi. Hasil perancangan dan pembahasan pompa akan dijelaskan pada bab IV, berisikan hasil dari perancangan yang telah dilaksanakan dan data dianalisis sertadisimulasikan supaya mendapatkan hasil yang maksimal dengan perbandingan hasil analisa manual dan simulasi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari

  Klasifikasi pompa secara umum dapatdiklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non positive displacement pump). 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.

2.1 Dasar-dasar Pemilihan Pompa

  Dasar pertimbangan pemilihan pompa, didasarkan pada sistem ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dan dapat memenuhi kebutuhanpemindahan fluida sesuai dengan kondisi yang direncanakan. Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini, maka dengan mempertimbangkan sifat pompa dan cara kerjanya, dipilih pompasentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni : a.

2.2 Head Pompa Head pompa adalah energi yang diberikan ke dalam fluida dalam bentuk tinggi tekan

  g (m/s ), maka persamaan (2) dapat disederhanakan Jika ρ (kg/m ) = γ (N/m menjadi := + ( h 2 -h 1 ) Atau persamaan untuk mencari head pompa digunakan hukum Bernoulli yaitu: 1 + H p = + + Z 2 + H L Maka :H + P = + Z 2 - Z 1 + H L Dimana : adalah perbedaan head tekanan. adalah perbedaan head kecepatanZ - Z adalah perbedaan head potensial 2 1 H adalah kerugian head ( head losses ) L Dari rumus di atas dapat dilihat bahwa head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head tekanan, head kecepatan, head potensial, dan head losses yangtimbul dalam instalasi pompa.

2.3 Putaran spesifik

  Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan pompa untuk menghasilkan 1 m degan3 kapasitas 1 m /s, dan dihitung berdasarkan (Khetagurov. hal 205)n Q n s =34 HtDimana : n s = putaran spesifik [rpm] n = putaran pompa [rpm] Q = kapasitas pompa [gpm]H p = head pompa [ft] 2.4 Daya pompaDaya pompa ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar impeler didalam memindahkan sejumlah fluida denga kondisi yang diinginkan. Besarnya daya porosyang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan ( Fritz dietzel. Hal 243 ) N p =Dimana : N p = daya pompa [watt] 3 Q = kapasitas pompa [m /s] H p = head pompa [m] 3 ] ρ = rapat jenis fluida [kg/mp = effisiensi pompa η 2.5 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 yang lebih rendah,dimana terjadi kehilangan energi hidrolik di sepanjang pipa.

A. Kerugian head mayor

  Kerugian head ini terjadi akibat adanya gesekan antara dinding pipa dengan fluida yang mengalir di dalamnya. Persamaan umum yang dapat digunakan untukmencari headlosses akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan dengan menggunakan: a.

a. Persamaan Darcy - Weisbach 1. Memberikan hasil yang lebih baik untuk pipa yang relatif pendek

  Populer atau sering dipakai untuk perhitungan dengan beda energi besar. Persamaan ini secara teori paling bagus dan dapat digunakan ke semua jenis fluida.

b. Persamaan Hazen-Williams :

  Umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatf sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Persamaan Hazen - Williams paling banyak digunakan untuk menghitung headlosses, tetapi biasa digunakan untuk semua fluida selai dari air dandigunakan hanya untuk aliran turbulen.

B. Kerugian Minor

Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliran seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan saluran masuk dan keluar pipa. Dan kerugianminor dapat dihitung berdasarkan h m = KDimana : V = Kecepatan rata-rata aliran fluida dala suatu pipa [m/s] 2 g = gravitasi bumi [m/s ]K = Koefisien minor loses

2.6 Computational Fluid Dynamic (CFD) Fluent

  Computational : Segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metode numerik atau komputasi. Dan Fluent adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode elemen hingga dan Fluent jugamenyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh (grid) yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yangrelatif mudah.

2.6.1 Proses simulasi CFD

  PreprocessingPreprocessing merupakan langkah pertama dala membangun dan menganalisissebuah model dalam paket CAD (Computer Aided Design), membuat mesh yang sesuai kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya. Hal yang dilakukan padalangkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi.

2.6.2 Metode Diskritisasi CFD

  CFD sebenarnya mengganti persamaan-persamaan diferensial parsial dari kontinuitas, momentum, dan energi dengan persamaan-persamaan aljabar. CFD merupakan pendekatndari persoalan yang asalnya kontinum (memiliki jumlah sel tak terhingga) menjadi model yang diskrit (jumlah sel terhingga).

BAB II I PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA Dalam memilih suatu pompa untuk suatu maksud tertentu, terlebih dahulu

  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. Selanjutnya, untuk menentukan penggerak mula yang akan dipakai, harus lebih dahulu dilakukan penyelidikan tentang jenis sumber tenaga yang dapatdipergunakan di tempat yang bersangkutan.

3.1 Skema Instalasi Pompa Yang Direncanakan

  Instalasi yang direncanakan terdiri dari : Ground Tank− Ground tank atau tangki bawah berfungsi sebagai sumber air yang akan dialirkan oleh pompa dengan kapasitas maximum 2255 liter. Roof Tank− Roof tank atau tangki atas berfungsi sebagai tangki tempat penampungan air yang telah dipompakan dari ground tank dengan kapasitas maximum 800 liter.

3.2 Penentuan Kapasitas

Sesuai dengan percobaan yang di lakukan di Laboratorium Mekanika Fluida diperoleh waktu yang diperlukan untuk mengisi penuh air pada roof tank dengan V Q p=t Dimana: Q kapasitas pompa p = V = volume reservoir atas t = waktusehingga kapasitas pompa adalah : V Q p=t 800L Q p = 36 det33 L m mQ p = = = 22 , 3 , 0223 80 , 28s s jam Dari hasil perhitungan yang diatas, maka didapat jumlah kebutuhan air pada 3 instalasi turbin adalah 80,23 m /jam. Dalam perencanaan ini perlu diperhitungkan kebocoran-kebocoran pipa dan kapasitas pompa sehingga diperlukan factor koreksi (1,1 sampai 1,15 ) kapasitas total [ Sularso, Haruo Tahara hal 15] sehingga kapasitas pompa adalah : 3 Q = 1,15 x 80,23 m /jam p 3 = 92,322 m /jam 3 3 = 92 m /jam = 0,0256 m /s

3.3 Penentuan Head Pompa

  Dengan menyatakan bahwa titik 1 pada permukaan fluida tangki bawah dan titik 2 pada permukaan fluida tangki atas, maka head pompa secara umum dinyatakandengan persamaan Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa nominal 1 inchi dengan dimensi pipa: Dari persamaan kontinuitas diperoleh:Q P = V S A S ) d is = diameter dalam pipa ( m )diameter dalam pipa isap diketahui dari data instalasi turbin pada Laboratorium Mekanika Fluida, sebesar 4 inch. 3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( ∆H P ) = head statis ( m )H L = kerugian head ( m ) S H ∆HV = perbedaan head kecepatan ( m ) ∆HP = perbedaan head tekanan ( m ) Dimana: ∆HV + H S + H L ∆HP + Dengan ukuran pipa standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah: Q P P V S = =2 AS d π is( ) 4 , 0256× = m / s2 , 1023π ( ), 1024 = , 0328 = 3,122 m /s Diperoleh kecepatan aliran fluida masih sesuai.

3.4 Pemilihan Jenis Pompa

  Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang3 m akan direncanakan sebelumnya. Dengan harga kapasias Q = 92 = 404,84 gpm jam dan head H = 18 m, maka dari gambar dapat dilihat jenis pompa yang cocok total digunakan adalah jenis pompa radial.

3.5 Perhitungan Daya Motor Penggerak

  Pada instalasi ini dipilih motor listrik sebagai alat penggerak mula pompa dengan pertimbangan sebagai berikut [ Pompa dan kompresor : Sularso, Haruo Kerugian Besarnya putaran motor listrik dapat ditentukan dengan mengetahui frekuensi dan jumlah kutub pada motor listrik. − Pengoperasiannya lebih mudah, − Jika tenaga listrik dari PLN atau sumber lain tersedia dengan tegangan yang sesuai di sekitar tempat tersebut, maka penggunaan motor listrikdapat memberikan ongkos yang murah, − Keuntungan Ringan dan hampir tidak menimbulkan suara, Tabel 3.4 Harga putaran dan kutubnya Jumlah kutub Putaran ( rpm ) 2 3000 4 15006 1000 8 750 10 600 12 500 Pompa dan kompresor, Sularso, Haruo Tahara, hal 50.

3.6 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller

  Putaran spesifik untuk pompa jenis saluran roda adalah: n Q n = s34 H t Dimana : n s = putaran spesifik [rpm] n = putaran pompa [rpm] = 1450 rpmQ = kapasitas pompa [gpm] = 404,84 gpmH p = head pompa [ft] = 59 ft Sehingga: 1450 404 , 84( ) n = s34 59( ) = 1370,486 rpm Tabel 3.5 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik Jenis impeler n sRadial flow 500 - 3000 Francis 3000 - 4500 Aliran campur 4500 - 8000 8000 ke atas Aliran aksialPump selection book, C. P Beaton, G.

3.7 Efisiensi Pompa

  Besarnya efisiensi hidrolis 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 n ( menitq 1 ) h 0.86 0.91 0.94 0.96 0.97 0.98 ηSumber: Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 258 ]: Q1−n n menit q =43 H Dimana: n = kecepatan spesifik ( menit q 1 ) 3 Q = kapasitas pompa ( m s ) n = kecepatan kerja / putar pompa sehingga didapat:, 02561 −n 1450 menit q =43 18 ( ) = 26,548 menit 1 Maka akan didapat nilai efisiensi hidrolis sebesar: 20 26,548 30 n ( menitq 1 ) 0.94 0.96 η hη h .

3.8 Daya Pompa dan Daya Motor Penggerak

  Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller yang dicari dengan persamaan:N = p Dimana :H = Head pompa = 18 m 3 Q = Kapasitas pompa = 0,0256 m /s o 3 C = 1000 kg/mρ = massa jenis air pada temperature 20 Untuk motor induksi diambil 0.1 t 1 20 , ηp = efisiensi pompa = 0,8691 sehingga : 8691 ,1000 189.81 0.0256 × × × =p N = 5,20 kWDalam perencanaan ini, motor listrik dikopel secara langsung dengan poros pompa. Daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitungdengan persamaan: ( )t pm N Nη α + = 1 Dimana:N m = daya motor penggerak ( kW )N p = daya pompa α = factor cadangan daya = ( 0.1 ÷ 0.2 ) 5 η = efisiensi transmisi = 1.0 dikopel langsung Sehingga: 1 1 .

3.9 Spesifikasi Hasil Perencanaan

Dari hasil perhitungan diatas dapat ditetapkan spesifikasi perencanaan, sebagai berikut: 3 /jam η )

3.10.1 Ukuran-Ukuran Utama Pompa

3.10.1.1 Ukuran Poros dan Impeller pompa

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 Ukuran – ukuran utama pada impeler Keterangan:

1. Diameter Poros pompa ( D ) = 10 mm

  Diameter Sisi Masuk ( d 1 ) = 127 mm d. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk ( b ) = 8 mm1 f.

3. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Impeler

  a. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler 1.

1 Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak

  lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absulute ( 1 ) = 90α C dan kecepatan aliran absolute ( V ) adalah sama dengan kecepatan radial pada sisi 1 masuk ( Vr 1 ) Q th = Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraan adanya kerugian yang disebabkan fluida dari sisi te kan yang mengalir kembali ke sisiisap melalui celah impeler, besarnya ( 1,02 ÷ 1,05 ) dari kapasitas pompa, diambil 1,05 [ Fritz Dietzel, hal 261 ]. Sudut tangensial Keluar Impeler ( β2 ) Z = 6,5Dimana Z ( Jumlah Sudu ) = 6 Z = 6,5 2 V r2α = arc tan V u2 4 , 8270= arc tan 9 , 823= 26,16 6.

4. Melukis Bentuk Sudu

  Jarak masing-masing lingkaran adalah :Dimana : D 132,875 17655,7656 21,035 124,020 22,913 5610,7031 122,434 2 156 24336 19,18 147,340 23,32 6680,2344 143,229 = - 1,855Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan persamaan :Dimana : i = menyatakan lingkaran bagian dalamo = menyatakan lingkaran bagian luarHarga-harga setiap jari-jari busur dan sudut pada setiap bagian lingkaran yang membentuk sudu impeler dihitung dan ditabelkan pada tabel 4.2. Jari-jari busur sudu impeler 19− R 4 60 ,26 18 , = = 23,125 mmPerubahan besar sudut kelengkungan ( ) terhadap perubahan R adalah : − 4 5 ,63 156 R = i = jumlah bagian yang dibentuk oleh lingkaran konsentris direncanakan 4 bagian.

BAB IV PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK

4.1 Pendahuluan

  Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasikan data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. FLUENTFLUENT merupakan solver dan postprocessor yang menggunakan metode elemen hingga untuk menyelesaikan berbagai macam kasus aliran fluidadengan mesh yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah.

4.2 Proses permodelan pompa sentrifugal yang telah direncanakan

4.2.1 Proses permodelan impeler pompa sentrifugal

A. Proses pembuatan geometri impeler pompa sentrifugal

  Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akan dieksekusi di program ini dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam programini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akan menghasilkan data- data yang diinginkan,dalam hal ini akan dihasilkan distribusi tekanan, distribusiturbulensi dan distribusi vektor kecepatan. Memeriksa gridGeometri tersebut akan diperiksa nilai minimum dan maskimum dari x dan y dan juga memastikan bahwa luas dan volum yang terjadi adalah positif.

4.2.2 Proses solving dan postprocessing geometri rumah pompa sentrifugal

  Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akan dieksekusi di program ini dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam programini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akan menghasilkan data- data yang diinginkan. Maka hasil distribusi tekanan dan turbulensi di bawah ini akanmenunjukkan daerah-daerah yang kemungkinan akan terjadi kavitasi pada pompa Gambar 4.41 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal Gambar 4.42 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal Gambar 4.43 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal a.

4.3.3 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan Hasil simulasi

Berdasarkan hasil analisa Fluent diatas tampak bahwa kecepatan aliran fluida mengalir disisi pipa isap adalah 7,21 m/s, sehingga dapat dihitung tinggi tekan ( head) berdasarkan hasil simulasi.

1. Perbedaan Head Kecepatan

  Head kecepatan pada sisi isap ( - 2 ( V ) s H vs = ( m ) 2 g2( 3 , 122 ) = 2 (9 , 81 ) = 0,4968 m a. Head kecepatan pada sisi tekan ( H vd )2( V ) d H vd = ( m ) 2 g2( 7 , 21 ) = 2 (9 , 81 ) = 2,6495 mMaka nilai perbedaan head kecepatannya adalah : Hvd - H vs ∆ = H v = 0,4968 m – 2,6495 m= 2.1527 m 4.3.3.1 Tinggi Tekan ( Head ) Kecepatan Head kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini.

4.4 Analisa Kecepatan pada pipa instalasi dengan CFD

  Skema Instalasi Perancangan Pompa 6 Air 4 5 3 Keterangan Gambar : 1. Pipa I Gambar 4.44 Distribusi kecepatan fluida pada pipa tekan I 2.

4.4.1 Hasil Simulasi Fluent untuk Pipa dan Elbow pada Instalasi Pada Pipa (1)

7 Menampilkan hasil

  Pipa V Pada pipa tekan yang pertama (dalam gambar no.1) dimasukkan kecepatan 2 (Vd) yang didapat dari hasil simulasi Pompa yaitu 7,21 m/s . Kemudian kecepatan 2 yang keluar dari pipa yang pertama 6,945 m/s , dimasukkan sebagai kecepatan awal pada elbow berikutnya.

2 A = luas bidang aliran )

π/4 ( d d pipa = 0,1023 mV = kecepatan hasil simulasi = 5,416 m/s Maka ; Q = A . V 2 Q = ) x 5,416π/4 ( 0,1023 3 Q = 0,0444 m /s

BAB V KARAKTERISTIK POMPA

5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan

  Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311 ): : head Kapasitas EulerQ : kapasitas pompaU 2 : kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 23,67 m/s ) o2 : sudut sisi keluar impeller ( 19,18 ) β d 2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,312 m ) b 2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,008 m ) g : percepatan gravitasi sehingga: = 57,11 – 885,051 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 praktek yang terjadiadalah sebaliknya, yaitu terjadi gesekan dan jumlah sudu yang terbatas serta sudu mempunyai ketebalan tertentu, dengan kondisi tersebut maka akan menghasilkanhead yang lebih rendah dari pada head Euler.

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 Machinery And System, hal 267 ): = rugi-rugi hidrolis selama pemompaan ( m )Kerugian hidrolis disebabkan karena adanya shock loss atau turbulence loss (hs) serta fricton and diffusion loss ( ). Titik dimana adalah titik dimana kerugian hidrolis paling kecil, sehingga pada titikinilah direncanakan kapasitas pompa ( Q ) sebesar 0,0256 m3/s dan head aktual sebesar 18 m, pada titik tersebut akan memberikan gambaran besar rugi-rugi hidrolisyang terjadi yaitu sebesar: = = 0,5 hh= = 0,5 x 0,88= = 0,44 m Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan persamaan ( M.

3 Qs = 0,040270 m /s

  Q ( m³/s ) ( m ) ( m ) ( m ) ( m ) Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan. 2 2 sys = 10681,15234 ( Q – 0 ) H 2 2 dengan mengganti y = f ( x ) diatas menjadi h sys = f ( Q ), h sys = a ( Q – Q sys ) puncak 2 ) puncak parabola dengan koordinat titik puncak minimumnya pada nilai sumbu Y pada head statis (0,11) dan salah satu titik sembarang pada titik ( Kapasitas , Head Actual ) = (0,0256 ; 18 ).

5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi

  Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311) : head Kapasitas EulerQ : kapasitas pompaU 2 : kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 23,67 m/s ) o2 : sudut sisi keluar impeller ( 19,18 ) β d 2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,312 m ) b 2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,008 m ) = 57,11 – 885,051 Q b. Titik dimana adalah titik dimana kerugian hidrolis paling kecil, sehingga pada titikinilah direncanakan kapasitas pompa ( Q ) sebesar 0,0256 m3/s dan head aktual sebesar 18 m, pada titik tersebut akan memberikan gambaran besar rugi-rugi hidrolisyang terjadi yaitu sebesar: = -= 20,02 – 19,08= 0,94 m dan pada kondisi ini juga berlaku : = = 0,5 hh= = 0,5 x 0,94= = 0,47 m Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan persamaan ( M.

2 K cu = faktor sirkulasi ( 1,139 )

d 3 = diameter masuk cincin diffuser = ( 1,02 ÷ 1,05 )= 156 ( 1,03 ) = 160,68 = 0,16068 m d = diameter sisi keluar impeller ( 0,312 m) 2 3 Q = kapasitas pompa ( 0,0444 m /s ) Qs = kapasitas pompa tanpa shockloss 2 g = percepatan gravitasi ( 9.81 m /s ) 2 2 0,47 = [ ( 9,6371 ) + ( 23,67 x 1,1239 ) ] [ 1 – ] 2 0,47 = 0,03567 [ 92,9253 ] [ 1 – ]

3 Qs = 0,0712 m /s

Harga shock loss untuk sembarang harga Q adalah: 2 2 = [ ( 9,6371 ) + ( 23,67 x 1,1239 ) ] [ 1 – ] 2 = ( 3,3146 ) [ 1 – ] 2 = [ 3,3146 – 93,1067Q + 653,8446Q ] kemudian besar friction loss dan diffusion loss ( ) dapat dinyatakan denganpersamaan ( AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump, hal 164 ): 2 = = k Q +

3 Dengan:

  Head system 2 y = a ( x – x puncak ) + y puncak dengan mengganti y = f ( x ) diatas menjadi h sys = f ( Q ), 2 h sys = a ( Q – Q sys ) + H statis 2 19,08 = a ( 0,0444 ) + 11 a = 4098,6932dengan mensubstitusikan nilai a pada persamaan awal maka didapat fungsi H ialah: sys 2 H = 4098,6932 ( Q – 0 ) + 11 sys 2 = 4098,6932 Q + 11Dan hasil perhitungan head euler, head teoritis, head actual, dan head system pada berbagai kapasitas pompa. No Q ( m³/s ) ( m ) ( m ) ( m ) ( m ) 1 57.11 63.632 60.6486 11 2 0.0074 50.56062 56.2967 55.87678 11.224443 0.0148 44.01125 48.9614 49.78795 11.89778 4 0.0222 37.46187 41.62609 42.9655 13.02 5 0.0296 30.91249 34.29079 35.7867 14.591116 0.037 24.36311 26.95549 27.7869 16.61111 7 0.0444 17.81374 19.62019 19.01176 19.08 8 0.0518 11.26436 12.28489 9.6784 21.99778 Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q dan H act diambil dari tabel 5.1.

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

  Impeler PompaDiameter poros (ds) - = 10 mmDiameter hub (d ) = 48 mm - hDiameter mata impeler (d ) = 101,6 mm -Diameter sisi masuk (d - 1 ) = 127 mm Diameter sisi keluar (d - 2 ) = 312 mm Lebar impeler pada sisi masuk (b - 1 ) = 8 mm Lebar impeler pada sisi keluar (b ) = 8 mm - 2 Sudut tangensial pada sisi masuk ( = 26,6 - Sudut tangensial pada sisi keluar = 19,18 - Jumlah sudu (Z) = 6 buah -Tebal sudu pada sisi masuk (t - 1 ) = 19 mm Tebal sudu pada sisi keluar (t - 2 ) = 8 mm 4. Berdasarkan dari hasil karakteristik pompa yang telah dibuat dengan bentuk impeler dan putaran pompa yang sama, dapat disimpulkan bahwa besarKapasitas ( Q ) berbanding terbalik dengan besar Tinggi tekan ( H ).

6.2 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 tidak terjadi kesalahan pada saat iterasi.

DAFTAR PUSTAKA

  Centrifugal Pumps : Design and Application, 2 edition, Butterworth – Heinemann, Amerika Serikat, 1985. Pompa dan Kompresor, Pradnya Paramita, Jakarta, 2000.

Dokumen baru

Dokumen yang terkait

Simulasi Pengaruh NPSH Terhadap Terbentuknya Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Program Komputer Computational Fluid Dyanamic Fluent
13
124
124
Mesin-Mesin Fluida : Rancang Bangun Pompa Sentrifugal Untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air Dengan Daya 2 KW Dan Putaran 500 RPM
5
73
109
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 Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi PLTG Dengan Putaran 3000 RPM Dan Daya Terpasang Generator 130 MW
17
76
115
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
Perancangan Dan Pembuatan Rumah Pompa Sentrifugal Dengan Kapasitas 20 M3/ Jam Air Dengan Proses Pengecoran Menggunakan Cetakan Pasir
9
79
124
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