Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22

Gratis

12
63
119
3 years ago
Preview
Full text

ANALISA PERANCANGAN INSTALASI POMPA SENTRIFUGAL PADA PUTARAN 3000 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 ).

6.1.22. Pada instalasi Pompa Sentrifugal di Lab.Mesin Fluida Departemen

  Taqwa, Amd., Dewi) dan keponakanku (N’dit, Nio, Syauqi, Syuza, Narisha, Firza) yang telah memberikansemangat dan dukungan terbesar dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demipenyempurnaan di masa mendatang.

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL

i LEMBAR PENGESAHANii LEMBAR PERSETUJUANiii SPESIFIKASI TUGASiv LEMBARAN EVALUASIv KATA PENGANTARvi ABSTRAKviii DAFTAR ISIix DAFTAR TABELxi DAFTAR GAMBARxii DAFTAR NOTASIxiv 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan dan Batasan Masalah 2 1.3 Maksud dan Tujuan 3 1.4 Manfaat Perancangan 3 1.5 Sistematika Penulisan 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Prinsip-prinsip Dasar Pompa Sentrifugal 6 2.2 Head Pompa 6 2.3 Putaran Spesifik 8 2.4 Daya Pompa 8 2.5 Aliran Fluida 9 2.6 Computational Fluid Dynamic (CFD) Fluent 10 2.6.1 Proses Simulasi CFD 11 2.6.2 Metode Diskritisasi CFD 11 BAB III PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA 3.1 Spesifikasi Pompa yang Akan Digunakan dalam Percobaan 13 3.2 Penentuan Kapasitas 14 3.3 Penentuan Head Pompa 15

3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( P )

17 ∆H 3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan (∆H 77 BAB V KARAKTERISTIK POMPA 70 4.3.3 Perhitungan Head Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 72 72 4.3.3.2 Tinggi Tekan Kecepatan 73 4.3.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Isap 73 4.3.3.4 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan 73 4.4 Analisa Kecepatan pada Pipa Instalasi dengan CFD 76 4.4.1 Hasil Simulasi Fluent untuk Pipa dan Elbow pada Instalasi 5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan V ) 82 5.1.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 82 5.1.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 89 5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 92 5.2.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 92 96 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan 102 6.2 Saran 104 4.3.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal 69 4.3.1 Analisa Kemungkinan Kavitasi yang Terjadi 69 17 3.3.3 Perbedaan Head Statis (∆H S ) 18 3.3.4 Kerugian Head 18 3.4 Pemilihan Jenis Pompa 25 3.5 Perhitungan Motor Penggerak 25 3.6 Putaran Spesifik dan Tipe Impeler 27 3.7 Efisiensi Pompa 28 3.8 Daya Pompa dan Motor Penggerak 31 4.3 Analisa Kavitasi dan Performansi dari Pompa Sentrifugal 56 4.2.2 Prose Solving dan Postprocessing Geometri Rumah Pompa 44 4.2.1 Proses Permodelan Impeler Pompa Sentrifugal 44 4.2 Proses Permodelan Pompa Sentrifugal yang Direncanakan 42 4.1 Pendahuluan 33 BAB IV PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK 3.9.1 Ukuran – ukuran Utama Pompa 32 3.9 Spesifikasi Hasil Perencanaan

5.2.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR 60 Gambar 4.28 Kotak dialog energy 55 Gambar 4.19 Kotak dialog residual monitors 55 Gambar 4.20 Kotak panel iterasi 56 Gambar 4.21 Kurva residual iterasi 56 Gambar 4.22 Tampilan hasil file mesh 57 Gambar 4.23 Tampilan hasil grid check 58 Gambar 4.24 Tampilan hasil Grid scale 58 Gambar 4.25 Tampilan hasil smooth/swap grid 59 Gambar 4.26 Kotak dialog solver 59 Gambar 4.27 Kotak dialog viscous model 60 Gambar 4.29 Kotak dialog material 54 Gambar 4.17 Kotak dialog solution control 61 Gambar 4.30 Kotak dialog unit 61 Gambar 4.31 Kotak dialog boundary condition 62 Gambar 4.32 Kotak dialog fluid 62 Gambar 4.33 Kotak dialog Zona inlet 63 Gambar 4.34 Kotak Dialog Zona Outlet 63 Gambar 4.35 Kotak Dialog Zona impeller 64 Gambar 4.36 Kotak Dialog Zona wall 64 Gambar 4.37 Kotak dialog solution control 65 Gambar 4.38 Kotak dialog solution initialization 65 Gambar 4.39 Kotak dialog residual monitors 54 Gambar 4.18 Kotak dialog solution initialization 53 Gambar 4.16 Kotak dialog zona wall Gambar 2.1 Prinsip hukum Bernoulli 43 Gambar 4.3 Tampilan hasil file meshnya 6 Gambar 3.1 Pompa Sentrifugal 12 Gambar 3.2 Skema Instalasi Perancangan Pompa 16 Gambar 3.3 Daerah Kerja Beberapa Jenis Konstruksi Pompa 25 Gambar 3.4 Bentuk impeler dan sudu yang digunakan dalam pompa 33 Gambar 3.5 Ukuran – ukuran utama pada impeler 34 Gambar 3.6 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk 36 Gambar 3.7 Segitiga kecepatan pada sisi keluar 39 Gambar 4.1 Tampilan awal GAMBIT 43 Gambar 4.2 Tampilan awal FLUENT 47 Gambar 4.4 Tampilan hasil grid check 53 Gambar 4.15 Kotak Dialog Zona Outlet 48 Gambar 4.5 Tampilan hasil Grid scale 48 Gambar 4.6 Tampilan hasil smooth/swap grid 49 Gambar 4.7 Kotak dialog solver 49 Gambar 4.8 Kotak dialog viscous model 50 Gambar 4.9 Kotak dialog energy 50 Gambar 4.10 Kotak dialog material 51 Gambar 4.11 Kotak dialog unit 51 Gambar 4.12 Kotak dialog boundary condition 52 Gambar 4.13 Kotak dialog fluid 52 Gambar 4.14 Kotak dialog Zona inlet 66 Gambar 4.40 Kotak panel iterasi 78 Gambar 4.50 Simulasi pada elbow kedua 99 Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa 100 97 Gambar 5.3 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Simulasi 85 Gambar 5.2 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Perhitungan 80 Gambar 5.1 Kerugian - kerugian hidrolis 80 Gambar 4.53 Simulasi pada pipa keempat 79 Gambar 4.52 Simulasi pada elbow ketiga 79 Gambar 4.51 Simulasi pada pipa ketiga 78 Gambar 4.49 Simulasi pada pipa kedua 66 Gambar 4.41 Kurva hasil residual iterasi 77 Gambar 4.48 Simulasi pada elbow pertama 76 Gambar 4.47 Simulasi Pada Pipa Pertama 71 Gambar 4.46 Skema Instalasi Pompa 71 Gambar 4.45 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal 70 Gambar 4.44 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal 79 Gambar 4.43 Distribusi tekanan fluida pada rumah pompa sentrifugal 67 Gambar 4.42 Kerusakan pada sudu impeller Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa 100 DAFTAR TABEL 41 Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head 96 Tabel 5.4.Hubungan kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan HasilSimulasi System pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi. 91 Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head 89 Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan HasilPerhitungan pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan System 30 Tabel 3.8 Jari-jari Busur Sudu Impeler Tabel 3.1 Kekasaran Relative ( 28 Tabel 3.7 Hubungan antara Kecepatan Spesifik Impeller dengan Efisiensi Volimetris 28 Tabel 3.6 Hubungan antara Kecepatan Spesifik dengan Efisiensi Hidrolis 26 Tabel 3.5 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik 23 Tabel 3.4 Harga Putaran dan Kutubnya 21 Tabel 3.3 Nilai Koefisien Kerugian Kelengkapan Pipa 20 Tabel 3.2 Nilai Koefisien Kerugian Kelengkapan Pipa Hisap ε ) dalam Berbagai Bahan Pipa 9

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

  Manfaat Perancangan Manfaat dari perancangan ini bagi pengembangan IPTEK adalah dengan analisa menggunakan program komputer CFD Fluent ini bisa menampilkan virtual prototype dari pompa sentrifugal atau bagaimana aliran fluida itu di dalam housing pompa sehingga akan diberikan data - data, gambar - gambar, atau kurva - kurva yang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan sistem yang dirancang. 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.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pompa adalah mesin yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi

  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 yangsederhana dan harga yang relatif murah.

2.1 Prinsip -Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

2.2 Head Pompa

  Q Sedangkan pada setiap kondisi tersebut terdapat juga suatu bentuk energi, yaitu energi kinetik (E k ) dan energi potensial (E p ) atau dapat dituliskan sebagaiberikut : Untuk titik 1 : -Energi yang terkandung E 1 = E k1 + E p1 2 -P 1 ) = 1= ρ 2 Sehingga persamaan (1) di atas dapat dituliskan sebagai berikut : (P 2 -P 1 )A. V , dimana ρ 2 .g.h 2 ) - (m 1 .g.h 1 )}…......…(1) γ − −= + + − + (P = 1 2 m 1 .21v 1 .g.h 1 Energi yang terkandung E 2 = E k2 + E p2 =22222 1 m .v m .g.h 2 2 - E 1 , atau dapat dituliskan: 2 -P 1 ).

1 H L adalah kerugian head ( head losses )

  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. Sementara head losses sendiri merupakan jumlah kerugian head mayor (h f ) dan kerugian head minor (h m ).

2.3 Putaran spesifik

Jenis impeler yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada putaran spesifiknya. Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan pompa untuk 3 menghasilkan 1 m degan kapasitas 1 m /s, dan dihitung berdasarkan (Khetagurov. hal205) n Qp n 3, 65s = 3/ 4 H PDimana : n s = putaran spesifik [rpm] n = putaran pompa [rpm]

3 Q = kapasitas pompa [m /s]

2 O]

  H p = head pompa [mH 2.4 Daya pompa Daya pompa ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar impeler didalam memindahkan sejumlah fluida denga kondisi yang diinginkan. H .g p ρ NP =η p Dimana : N = daya pompa [watt] p 3 Q = kapasitas pompa [m /s] H p = head pompa [m] 3 ] ρ = rapat jenis fluida [kg/m = effisiensi pompa η p 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.

B. Kerugian Minor

Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliran seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan saluran masuk dan keluar pipa.Dan kerugian minor dapat dihitung berdasarkan2 vh m = K 2gDimana : 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

  Ditinjau dari istilah di atas, CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat yangmengalir. 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

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

2.6.2 Metode Diskritisasi CFD

  CFDmerupakan pendekatn dari persoalan yang asalnya kontinum (memiliki jumlah sel tak terhingga) menjadi model yang diskrit (jumlah sel terhingga). Relasi yang jelas antara algoritma numeric dan prinsip konservasi fisis dasar memberikan sebuahketertarikan dan konsep yang lebih mudah bagi para enginer.

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. 3.1 Spesifikasi Pompa Yang Akan Digunakan Dalam PercobaanDalam percobaan ini, spesifikasi pompa yang akan digunakan dalam instalasi turbin air, kapasitas aliran terhadap housing pump / impeller yang akan disimulasikan dengan menggunakan bantuan software CFD fluent seperti yang tampak pada Gambar 3.1 dibawah.

3 Q p = 1,15 x 80,2 m /jam

3 = 92,322 m /jam 3 = 92 m /jam= 0,0256

3.3 Penentuan Head Pompa

  Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayanioleh pompa tersebut. Gambar sistem pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat pada gambar sebagai berikut (gambar 3.2), dimana keterangan dari unit – unit padainstalasi tersebut adalah sebagai berikut: Ground Tank− Ground tank atau tangki bawah berfungsi sebagai sumber air yang akan dialirkan oleh pompa dengan kapasitas maximum 2255 liter.

3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( P ) ∆H

3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆Hv )

  π 4is Pd Q 2 ( ) = S P A Q V S = ) = 4,5 in = 0,1143 mDengan ukuran standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah: os Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa nominal 4 inch dengan dimensi pipa: is pompa adalah sama dengan tekanan keluar yaitu 1 atmosfir, maka beda head tekanan pada sistem ini adalah nol. ) d 2 = luas bidang aliran ( m 2 π/4 ( dis ) = kapasitas pompa = s m / 0256 ,3 V S = kecepatan Aliran dalam pipa isap ( m/s )A S = P Dimana:Q Dari persamaan kontinuitas diperoleh:Q P = V S A S Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa.

3.3.4 Kerugian Head

  Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan:2 Vsh = ms nk∑ 2 g Dimana: h ms = kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isapn = 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 diketehuiterlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap. 81× = 0,4968 mDengan demikian diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa sebesar:h ls = h fs + h ms = 0,0250 m + 0,4968 m= 0,5218 m Kerugian Head sepanjang Pipa Tekan ( h ld ) fd ) Pipa tekan dari pompa menuju roof tank direncanakan menggunakan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Shcedule 40 dengan ukuran pipa nominal 4 inci danbahan pipa adalah Glass and varicus plastic (e.g, PVC and PE pipes) yang sama dengan pipa hisap.

3.6 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller

  Putaran spesifik untuk pompa jenis saluran roda adalah: n s =43 t H Q n Dimana : n s = putaran spesifik [rpm] n = putaran pompa [rpm] = 2950 rpmQ = kapasitas pompa [gpm] = 404,84 gpmH p = head pompa [ft] = 59 ft Sehingga: n s = ( ) ( )43 59 2950 404 84 , = 2788 rpmDari table 3.5 dibawah diketahui bahwa untuk putaran spesifik, n s = 2788 rpm maka jenis impeller yang sesuai adalah jenis Radial flow. Tabel 3.5 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik Jenis impeler ns Radial flow 500 - 3000 Francis 3000 - 4500Aliran campur 4500 - 8000 Aliran aksial 8000 ke ataspump selection book, C.

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( 1 menit ) n qh 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: = kecepatan spesifik ( 1 menit ) n q3 Q = kapasitas pompa ( m s ) n = kecepatan kerja / putar pompa sehingga didapat: , 02561 −n 2950 menit q =43 18 ( ) = 54 ( 1 menit )Maka akan didapat nilai efisiensi hidrolis sebesar: 50 54 100( 1 menit ) n qh 0.97 h 0.98 η η .

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: gHQρ Np = η P Dimana :H = Head pompa = 18 m 3 Q = Kapasitas pompa = 0,0256 m /s 3 = massa jenis air pada temperature 20 C = 1000 kg/m P = efisiensi pompa = 91,23%η Sehingga:1000 9.81 18 0.0256 × × ×Np = . 9123= 4,955 kW Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel secara langsung dengan poros pompa.

3.9 Spesifikasi Hasil Perencanaan

Dari hasil perhitungan diatas dapat ditetapkan spesifikasi perencanaan, sebagai berikut: 3 Kapasitas Pompa ( Q ) : 92 m /jam− − Head Pompa ( H ) : 18 m Gambar 3.4 Bentuk impeler dan sudu yang digunakan dalam 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 : ) : 5,4505 kW m Daya Motor ( N − Daya Pompa ( N p ) : 4,955 kW − 91,23 % η) : Efisiensi Pompa ( P − Tipe impeller : Radial Flow − ) : 2788 rpm s Putaran Spesifik ( n − Jenis Pompa : Pompa Radial −

3.9.1 Ukuran-Ukuran Utama Pompa

3.9.1.1 Ukuran Poros dan Impeller pompa

  Kecepatan Aliran Absolute (V 1 ) 1 ) = 90α C dan kecepatan aliran absolute ( V 1 ) adalah sama dengan kecepatan radial pada sisi masuk ( Vr ) 1 4Qth 2  = H   V π   Q th = Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraan adanya kerugian yang disebabkan fluida dari sisi tekan yang mengalir kembali ke sisiisap melalui celah impeler, besarnya ( 1,02 ÷ 1,05 ) dari kapasitas pompa, diambil 1,05 [ Fritz Dietzel, hal 261 ]. Vπ O   = 4,27171 m/s V OJadi dapat diperoleh nilai V r1 dengan persamaan : V = kecepatan fluida radial sisi masuk r1 = V + (10% ÷ 15%) .

2 V u = komponen tangensial kecepatan absolute keluar impeler

W = kecepatan relative keluar impeler 2 U 2 = kecepatan tangensial keluar impeler 2 = sudut absolute keluar impelerα = sudut tangensial keluar impeler.β 2

4. Melukis Bentuk Sudu

  − ρ β β β− = 2 R cos cos i ( )11 R R Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan persamaan : β β β− − ∆ = = 31, 64 14,14 = 4, 3754 i = 92,5mmPerubahan besar sudut kelengkungan ( ) terhadap perubahan R adalah :21 − 4 5 ,63 156 Maka diperoleh :R = 2 /2 = 312/2 = 156 mm 1. Metode koodinat polarDalam melukis bentuk sudu sering digunakan metode arcus tangent, yaitu dengan membagi-bagi impeler beberapa ruang konsentris diantara jari-jari R Dimana : i = menyatakan lingkaran bagian dalam o = 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.

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

  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.

B. Asumsi yang digunakan untuk input data pada FLUENT

3 Memasukkan nlai titik-titik

Viskositas (υ) : 0,001003 cP

C. Proses solving dan postprocessing 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. Hasil analisa dari impeler pompa sentrifugal ini dapat juga memberitahu daerah- daerah yang kemungkinan terjadinya kavitasi akibat dari tekanan rendah yangterjadi dan daerah tersebut akan dapat dilihat pada distribusi tekanan nanti.

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- 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. Memeriksa gridGeometri tersebut akan diperiksa nilai minimum dan maskimum dari x dan y dan juga memastikan bahwa luas dan volum yang terjadi adalah positif.

4.3.1 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 o cairan ( dimana suhu air yang digunakan adalah 20 C, maka nilai tekanan uap air 2 jenuh adalah sebesar 2340 N/m ) pada suhu operasi pompa. Maka hasil distribusi tekanan dan turbulensi di bawah iniakan menunjukkan daerah-daerah yang kemungkinan akan terjadi kavitasi pada pompa yang telah direncanakan sebelumnya ini.

4.3.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal

  Gambar 4.44 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal Gambar 4.45 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal Maka dari hasil distribusi diatas didapatkan nilai kecepatan rata-rata pada sisi tekan pompa sentrifugal ( V d ) tersebut sebesar 7,42 m/s. Dengan menggunakan nilai kecepatan masuk pada BAB III V s = 3,122 m/s maka akan didapat kecepatan rata –rata yang berada di sisi keluar rumah pompa ( V ).

4.3.3 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan Hasil simulasi

  Head kecepatan pada sisi isap ( -2( V ) s H vs = ( m ) 2 g2( 3 , 122 ) = 2 (9 , 81 ) = 0,4968 m a. Sehinggabesarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy-Weishbach adalah:2 V L s H fd = f×dis 2 g2 , 35 7,42 ( ) = 0,032237 × × 0,1023 2 9 , 81 × = 0,141590575 m b.

4.4 Analisa Kecepatan pada pipa instalasi dengan CFD

  Pipa tekan keempat air Pada Pipa (1) Gambar 4.47 Simulasi pada pipa pertama Pada pipa tekan yang pertama (dalam gambar no.1) dimasukkan kecepatan 2 (Vd) yang didapat dari hasil simulasi Pompa yaitu 7,42 m/s . Kemudian kecepatan 2 yang keluar dari pipa yang pertama 7,15 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 = 6,4 m/s Maka ; Q = A . V 2 Q = ) x 6,4π/4 ( 0,1023 3 Q = 0,0526 m /s

BAB V KARAKTERISTIK POMPA

5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan

Karakteristik sebuah pompa perlu diketahui sebelum pompa dioperasikan, karakteristik pompa dapat diketahui dengan melakukan eksperimen terhadap pompayang bersangkutan serta dengan melakukan pendekatan teoritis.

a. Head Euler dengan Kapasitas

β π∞ = − Dimana: thH ∞ : Head Kapasitas EulerQ : kapasitas pompaU Head Euler merupakan head yang didapat dari suatu persamaan yang didasarkan pada asumsi yang ideal, yaitu aliran fluida dianggap tanpa gesekan, tanpaturbulensi dan dengan jumlah sudu yang tak berhingga dengan harapan diperoleh pengarahan pada fluida yang mengalir secara sempurna. 2 : sudut sisi keluar impeller ( 31,66 o ) d 2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,312 m ) b 2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,008 m ) g : percepatan gravitasi sehingga: H g g d b 22 U U Qcot Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311 ):2222 th 2 : kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 48,17 m/s )β 248,17 Q 31, 66 48,17 ( ) ( )H th = − ∞9,81 9,81 3,14 0, 312 0, 008 ( )( )( )( ) = 236,53 – 976,5 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. Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalahdinyatakan dalam persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ): H k .

3 Qs = 0,0 m /s

  Head systemmerupakan fungsi kuadrat terhadap Q dengan H = F Q dan membentuk kurva sys parabola dengan koordinat titik puncak minimumnya pada nilai sumbu Y pada head statis ( 0,2 ) dan salah satu titik sembarang pada titik ( Kapasitas , Head Actual ) = (0,0256 ; 18 ). Maka dengan demikian fungsi kuadrat untuk head system ialah sebagai berikut: 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 18 = a ( 0,0256 – 0 ) + 11 a = 10681,15dengan mensubstitusikan nilai a pada persamaan awal maka didapat fungsi H ialah: sys 50,02048 243,5013 19,49012 17,54768 15,48 Q n nq =menit H Turbin, Pompa dan Compresor.

5.1.2 Hubungan efisiensi dan daya pompa dengan kapasitas pompa

a. Efisiensi Hidrolis

Dimana: n = kecepatan spesifik (q 1 menit )

3 Q = kapasitas pompa ( m 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 dapatditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller pada tabel 3.6 dengan menggunakan rumus n s pada BAB III.

3 Q = Kapasitas pompa ( m /s)

Q = Jumlah kebocoran pipa yang terjadi pada pompa ( 0,02 ÷0,1 )Q L

c. Efisiensi Mekanis

  Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan gesekanpada paking. Dari perhitungan diatas , maka didapat nilai efisiensi total 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 : .

5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi

  Head Euler dengan Kapasitas Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311 ):2 U U Qcot2 2 β2 H th = − ∞ g g d b π22 = 236,52 – 976,5 QH th ∞ b. Head Toritis dan Kapasitas Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan dalam persamaan (M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):H k .

3 Q = 0,0 m /s

sHarga shock loss untuk sembarang harga Q adalah:22  2  0, 7 0, 312 Q     1  ( ) (  )( )    2(9,81) 0,161 0, 03       

2 Q

  = 18, 91 1 −( )   0,03   2 = [ 18,91 – 1260,67Q + 21011,11Q ] kemudian besar friction loss dan diffusion loss ( ) dapat dinyatakan denganpersamaan ( AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump, hal 164 ):2 h h + h k Q fd f d3= = Dengan: k = suatu konstanta yang mana pada kondisi normal harga k dapat dinyatakan 3 3 dengan : hfd k3 =2 Q 0, 31 112, 04= 2 = 0, 0526( ) berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion loss adalah : 2 h = 112,04Q fdKerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah: h h + hh = s fd 2 2 = 18,91 – 1260,67Q + 21011,11Q + 112,04Q 2 = 18,91 – 1260,67Q + 21123,15Q hubungan antara head aktual dengan kapasitas pompa adalah:H H H act = th − h 2 = 26,01 – 107,42Q – (18,91 – 1260,67Q + 21123,15Q ) 2 = 7,1 + 1153,25Q – 21123,15Q ∞ th 110,1052 133,7922 26,01563 3,8457 40,2087 100,09468 144,065 15,83947 7,6741 35,0491 90,08416 154,3378 16,96953 11,0497 30,5358 80,07364 164,6105 18,09959 14,6522 26,9227 70,06312 174,8833 19,22965 17,5417 23,5514 60,0526 185,1561 20,35971 20,6645 20,1218 50,04208 195,4289 21,48977 23,5891 17,7339 40,03156 205,7017 22,61982 26,5152 15,5878 30,02104 215,9744 23,74988 29,3745 13,7835 20,01052 226,2472 24,87994 31,8946 12,0209 11 1236,52 26,01 34,1524 H H actH sys /s ) thH y = a ( x – x 2 puncak ) 2 puncak dengan mengganti y = f ( x ) diatas menjadi h sys = f ( Q ), h sys = a ( Q – Q sys ) 2 H 3 sys = 3252,90 ( Q – 0 ) 2 2 Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi. No. Q ( m

5.2.2 Hubungan Efisiensi dengan Kapasitas Pompa

  Dari persamaan – persamaan sebelumnya, 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 Simulasi. Dari hasil – hasil tabulasi diatas dihasilkan dalam bentuk grafik – grafik karakteristik pompa berikut: Q ( m³/s ) ( % ) ( W ) 0,01052 89,376 1291 0,02104 90,307 27350,0256 89,376 3321 0,04208 89,376 50670,0526 91,229 5921 Gambar 5.2 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Perhitungan Dengan memperhatikan grafik diatas dapat dianalisa Hubungan antaraKapasitas dengan Head System serta Kapasitas dengan Head Actual pada analisa Perhitungan Pompa.

3 Titik Operasional Pompa : [ Q( m /s ) ; H (m ) ]

  Pada Grafik Karakteristik head vs kapasitas berdasarkan perhitungan, maupun simulasi, membuktikan bahwa kapasitas pompa akan berbanding terbalik dengan headaktual pompa, jika head pompa membesar maka kapasitasnya mengecil dan begitu sebaliknya. Namun efisiensi berdasarkan percobaan simulasi lebih besar dari efisiensi berdasarkan perhitungan dan yang dihasilkan dari hasil simulasi sehingga daya pompayang dibutuhkan pun lebih besar dibandingkan hasil perhitungan dan percobaan yang telah dibahas pada bab III.

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

  Spesifikasi pompa yang direncanakan dalam instalasi: 3 Kapasitas Pompa ( Q ) : 0,0256 m /s Head Pompa ( H ) : 18 mJenis Pompa : Pompa RadialPutaran operasi : 3000 rpmPutaran Spesifik ( n s ) : 2788 rpm Tipe impeller : Radial FlowEfisiensi Pompa ( : 82 % P η ) Daya Pompa ( N ) : 4,955 kW p Daya Motor ( N m ) : 5,4505 kW 2. Spesifikasi pompa hasil simulasi : 3 Kapasitas Pompa ( Q ) : 0,0526 m /s Head Pompa ( H ) : 20 mJenis Pompa : Pompa RadialPutaran operasi : 3000 rpmPutaran Spesifik ( n s ) : 3694,7 rpmTipe impeller : Radial Flow ) : Efisiensi Pompa ( 91,23 % P η Daya Pompa ( N p ) : 5,92 kWDaya Motor ( N m ) : 6,11 kWIterasi rumah pompa converged pada iterasi ke-90 3.

2 Lebar impeler pada sisi masuk (b ) -

  = 8 mm 1 Lebar impeler pada sisi keluar (b - 2 ) = 8 mm Sudut tangensial pada sisi masuk ( = 14,14 - Sudut tangensial pada sisi keluar = 45,78 -Jumlah sudu (Z) = 6 buah -Tebal sudu pada sisi masuk (t ) = 19 mm - 1 Tebal sudu pada sisi keluar (t - 2 ) = 8 mm 3. 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 hasil akhir lebih akurat.sehingga tidak terjadi kesalahan pada saat iterasi.

DAFTAR PUSTAKA

  Lampiran 3 : Koefisien kerugian gesek pada kelengkapan pipaSumber : Lobanoff, Val S., Robert R. Lampiran 4 : Koefisen kerugian gesek pada kelengkapan sambungan pipaSumber : Lobanoff, Val S., Robert R.

Dokumen baru

Dokumen yang terkait

Simulasi Pengaruh NPSH Terhadap Terbentuknya Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Program Komputer Computational Fluid Dyanamic Fluent
13
127
124
Mesin-Mesin Fluida : Rancang Bangun Pompa Sentrifugal Untuk Mensirkulasikan Air pada Instalasi Turbin Air Dengan Daya 2 KW Dan Putaran 500 RPM
5
74
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
73
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%
13
113
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%
10
93
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
22
125
102
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
63
187
Perancangan Turbin Uap Untuk PLTGU dengan Daya Generator Listrik 80 MW pada Putaran Turbin 3000 RPM
0
60
138
Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi PLTG Dengan Putaran 3000 Rpm Dan Daya Terpasang Generator 132 Mw
3
55
144
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