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

Full text

(1)

ANALISA PERANCANGAN INSTALASI POMPA SENTRIFUGAL

PADA PUTARAN 3000 RPM DENGAN MENGGUNAKAN

SOFTWARE CFD FLUENT 6.1.22

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

ZULFIRMAN NIM : 050401062

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISA PERANCANGAN INSTALASI POMPA SENTRIFUGAL

PADA PUTARAN 3000 RPM DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE

CFD FLUENT 6.1.22

ZULFIRMAN

NIM : 050401062

Diketahui / Disahkan: Disetujui:

Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU

Ketua,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri Ir. Mulfi Hazwi, Msc.

(3)

ANALISA PERANCANGAN INSTALASI POMPA SENTRIFUGAL

PADA PUTARAN 3000 RPM DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE

CFD FLUENT 6.1.22

ZULFIRMAN

NIM. 05 0401 062

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi

Periode Ke-569 tanggal 20 Maret 2010

Disetujui Oleh:

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

Tulus B. Sitorus,ST,MT. Ir.Isril Amir

(4)

ANALISA PERANCANGAN INSTALASI POMPA SENTRIFUGAL

PADA PUTARAN 3000 RPM DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE

CFD FLUENT 6.1.22

ZULFIRMAN

NIM. 050401062

Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/Penguji

Ir. Mulfi Hazwi, MSc. NIP. 194910121981031002

Diketahui Oleh:

Ketua Departemen Teknik Mesin

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP.1964 1224 1992 111001 Penguji I

Tulus B. Sitorus, ST,MT. NIP. 197209232000121003

Penguji II

Ir. Isril Amir

(5)

ABSTRAK

Untuk mengalir air dari reservoir bawah ke reservoir atas maka dibutuhkan sebuah pompa untuk memindahkannya.Pompa akan bekerja secara optimal jika pompa tersebut memiliki instalasi yang sesuai dengan kemampuan pompa itu bekerja.Yang menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas ( Q ) dan Tinggi Tekan ( H ) yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut.

Air ini terlebih dahulu ditampung pada reservoir bawah dan kemudian dikirim ke reservoir atas.

Pompa adalah mesin yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi tekanan. Menurut beberapa literatur terdapat beberapa jenis pompa, namun yang biasa digunakan pada ialah jenis pompa sentrifugal. Pompa yang dirancang ini akan dimodelkan dan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT v 6.1.22 yang kemudian akan dibandingkan dengan performansi yang dihasilkan secara perhitungan manual.

Dalam hal ini CFD FLUENT sangat mempermudah untuk menyesuaikan sesuai dengan kondisi nyata. Lalu kesimpulannya Berdasarkan dari hasil karakteristik pompa yang telah dibuat dengan bentuk impeler dan putaran pompa yang sama, dapat disimpulkan bahwa besar Kapasitas ( Q ) berbanding terbalik dengan besar Tinggi tekan ( H ). Semakin besar kapasitas maka semakin kecil tinggi tekannya, atau sebaliknya semakin kecil kapasitas maka semakin besar tinggi tekannya dan kemampuan head yang mampu dilayani pompa berdasarkan simulasi lebih besar dari hasil perhitungan.

(6)

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim

Assalamualaikum Wr.Wb

Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat dan hidayahNya yang telah memelihara dan memberikan kekuatan dan kesehatan kepada penulis selama penyelesaian skripsi yang berjudul “Simulasi & Analisa

Perancangan Pompa dengan Putaran 3000 rpm Menggunakan CFD Fluent v 6.1.22. Pada instalasi Pompa Sentrifugal di Lab.Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin.” yang merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk dapat lulus

menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam penulisan skripsi ini,tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis.Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada dosen pembimbing Ir.Mulfi Hazwi,MSc., serta Ir.Isril Amir dan Ir.Tulus Burhanuddin S,ST.MT sebagai dosen pembanding. yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.

Selama penulisan skripsi ini,penulis banyak mendapat bantuan materil maupun moril dari berbagai pihak.Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis khusus mengucapkan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda tercinta Alm.Sumarno dan Ibunda Sutria. Yang telah begitu berjasa membimbing dan membuka cakrawala ilmu pengetahuan serta memberikan kesempatan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Fakultas Teknik USU.

2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,ST.MT,selaku Ketua dan sekertaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 4. Bapak Ir.Isril Amir selaku pimpinan proyek instalasi turbin air di Lab. Mesin

Fluida

5. Saudaraku yang tercinta (M.Aris & Nurhidayah, M.Taufiq, ST. & I.Amunah, SE., Saiful Bahri,ST. & Z.Rahmah, Fauziah, Spd., F.Taqwa, Amd., Dewi) dan keponakanku (N’dit, Nio, Syauqi, Syuza, Narisha, Firza) yang telah memberikan semangat dan dukungan terbesar dalam menyelesaikan skripsi ini.

6. My best partner ever (Fransdolin,Eben & Aykel, Erics & A’cel, Lucky & Abel) 7. Sahabat penulis, Baskoro, Amd., Yanci, Santri, Yudi, ST., Azin, S.Sos., Husni,

S.STG., Ipda. Ade., Astrie, S.Farm., Ranap, Said, Mimi, Alfred, ST., Dapot, ST., IR Sinaga. ”They are the best friends I ever have”.

(7)

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.

Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Wassalamualaikum Wr.Wb.

Medan, April 2010 Penulis,

(8)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

LEMBAR PENGESAHAN ii

LEMBAR PERSETUJUAN iii

SPESIFIKASI TUGAS iv

LEMBARAN EVALUASI v

KATA PENGANTAR vi

ABSTRAK viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR TABEL xi

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR NOTASI xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang 1

1.2Rumusan dan Batasan Masalah 2

1.3Maksud dan Tujuan 3

1.4Manfaat Perancangan 3

1.5Sistematika 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

(9)

3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆HV ) 17

3.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆HS ) 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

3.9 Spesifikasi Hasil Perencanaan 32

3.9.1 Ukuran – ukuran Utama Pompa 33

BAB IV PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK

4.1 Pendahuluan 42

4.2 Proses Permodelan Pompa Sentrifugal yang Direncanakan 44

4.2.1 Proses Permodelan Impeler Pompa Sentrifugal 44 4.2.2 Prose Solving dan Postprocessing Geometri Rumah Pompa 56

4.3 Analisa Kavitasi dan Performansi dari Pompa Sentrifugal 69

4.3.1 Analisa Kemungkinan Kavitasi yang Terjadi 69 4.3.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal 70 4.3.3 Perhitungan Head Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 72

4.3.3.1 Perbedaan Head Kecepatan 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 77

BAB V KARAKTERISTIK POMPA

5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan 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

5.2.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 96

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan 102

6.2 Saran 104

DAFTAR PUSTAKA

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip hukum Bernoulli 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 43 Gambar 4.3 Tampilan hasil file meshnya 47 Gambar 4.4 Tampilan hasil grid check 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 53 Gambar 4.15 Kotak Dialog Zona Outlet 53 Gambar 4.16 Kotak dialog zona wall 54 Gambar 4.17 Kotak dialog solution control 54 Gambar 4.18 Kotak dialog solution initialization 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 4.28 Kotak dialog energy 60 Gambar 4.29 Kotak dialog material 61

Gambar 4.30 Kotak dialog unit 61

(11)
(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Kekasaran Relative (ε) dalam Berbagai Bahan Pipa 20 Tabel 3.2 Nilai Koefisien Kerugian Kelengkapan Pipa Hisap 21 Tabel 3.3 Nilai Koefisien Kerugian Kelengkapan Pipa 23 Tabel 3.4 Harga Putaran dan Kutubnya 26 Tabel 3.5 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik 28 Tabel 3.6 Hubungan antara Kecepatan Spesifik dengan Efisiensi Hidrolis 28 Tabel 3.7 Hubungan antara Kecepatan Spesifik Impeller dengan Efisiensi Volimetris 30 Tabel 3.8 Jari-jari Busur Sudu Impeler 41 Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head

System

pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan 89 Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan Hasil

Perhitungan 91

Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System

pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi. 96 Tabel 5.4.Hubungan kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan Hasil

(13)

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

A Luas Penampang Pipa m2

b1 Lebar impeller pada sisi masuk mm

b2 Lebar impeler pada sisi keluar mm

b3 Lebar Penampang masuk saluran throat mm

Dis Diameter dalam pipa mm

Ds Diameter poros mm

Dh Diameter hub mm

D1 Diameter sisi masuk impeller mm

D2 Diameter sisi keluar impeller mm

fc Faktor koreksi -

K Kerugian akibat kelengkapan pipa - Kt Faktor Koreksi pembebanan -

k Konstanta Hidrolik -

Sf1 Faktor keamanan kelelahan puntir -

Sf2 Faktor Keamanan alur bahan -

t Tebal sudu impeller mm

U1 Kecepatan tangensial sisi masuk impeller m/s

U2 Kecepatan tangensial sisi keluar impeller m/s

V Kecepatan aliran pada pipa m/s Vo Kecepatan aliran masuk impeller m/s

Vr1 Kecepatan radial masuk impeller m/s

Vr2 Kecepatan radial keluar impeller m/s

Vthr Kecepatan pada kerongkongan rumah keong m/s

Z Jumlah sudu -

(14)

β Sudut tangensial o

γ Berat jenis fluida N/m3

ηp Efisiensi pompa %

υ Viskositas Kinematik m2/s

π konstanta (phi) -

ρ Kerapatan fluida kg/m3

τg Tegangan Geser kg/m2

σb Kekuatan Tarik Bahan kg/m2

(15)

ABSTRAK

Untuk mengalir air dari reservoir bawah ke reservoir atas maka dibutuhkan sebuah pompa untuk memindahkannya.Pompa akan bekerja secara optimal jika pompa tersebut memiliki instalasi yang sesuai dengan kemampuan pompa itu bekerja.Yang menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas ( Q ) dan Tinggi Tekan ( H ) yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut.

Air ini terlebih dahulu ditampung pada reservoir bawah dan kemudian dikirim ke reservoir atas.

Pompa adalah mesin yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi tekanan. Menurut beberapa literatur terdapat beberapa jenis pompa, namun yang biasa digunakan pada ialah jenis pompa sentrifugal. Pompa yang dirancang ini akan dimodelkan dan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT v 6.1.22 yang kemudian akan dibandingkan dengan performansi yang dihasilkan secara perhitungan manual.

Dalam hal ini CFD FLUENT sangat mempermudah untuk menyesuaikan sesuai dengan kondisi nyata. Lalu kesimpulannya Berdasarkan dari hasil karakteristik pompa yang telah dibuat dengan bentuk impeler dan putaran pompa yang sama, dapat disimpulkan bahwa besar Kapasitas ( Q ) berbanding terbalik dengan besar Tinggi tekan ( H ). Semakin besar kapasitas maka semakin kecil tinggi tekannya, atau sebaliknya semakin kecil kapasitas maka semakin besar tinggi tekannya dan kemampuan head yang mampu dilayani pompa berdasarkan simulasi lebih besar dari hasil perhitungan.

(16)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Beberapa keunggulan pompa sentrifugal adalah: harga yang lebih murah, kontruksi pompa sederhana, mudah pemasangan maupun perawatan, kapasitas dan tinggi tekan (head) yang tinggi, kehandalan dan ketahanan yang tinggi.

Pompa sentrifugal memiliki bagian terpenting yang berguna untuk mendorong air tersebut, yaitu Impeler. Bagian itu juga akan dibahas pada bab-bab selanjutnya. Pompa sentrifugal ini memiliki dimensi sudu-sudu yang dirancang sesuai kebutuhan pendistribusian air bersih tersebut.

Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa sentrifugal yang dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yang lama, hal ini tidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya. Dalam hal ini akan dirancang sebuah pompa Sentrifugal yang akan memompakan air bersih dari reservoir bawah ke reservoir atas dimana instalasi ini terdapat pada laboratorium mesin fluida Departemen Teknik Mesin.

Beberapa pabrikan pompa menggunakan analisa serta simulasi menggunakan perangkat lunak ( software ) guna mendesain pompa tersebut. Dan biasanya beberapa pabrikan pompa tersebut menggunakan program simulasi Computational Fluid Dynamic atau sering disebut dengan CFD. CFD dapat memberikan kekuatan untuk

(17)

CFD yang akan digunakan ialah CFD Fluent versi 6.1.22. Fluent adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode elemen hingga. Fluent menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh ( grid ) yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relative mudah. Setelah menggunakan program ini,maka akan didapat hasil-hasil yang mendekati dengan kasus yang akan dijumpai di lapangan dan dapat mempermudah dalam perancangan pompa tersebut

1.2.Rumusan dan Batasan Masalah

Pompa Sentrifugal yang dirancang untuk memompakan air dari reservoir bawah ke reservoir atas dimana instalasi ini akan dibuat di laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin. Pembahasan perencanaan ini dititikberatkan pada perancangan komponen system mekanis pompa sentrifugal dan perhitungan prestasi pompa tersebut secara teoritis, yang secara umum terdiri dari :

a. Mensimulasikan sebuah pompa untuk memenuhi kebutuhan reservoar atas dari reservoar bawah, dengan daya motor penggerak 5500 Watt pada putaran 3000 rpm.

b. Penentuan spesifikasi pompa pada instalasi yang akan dibuat di Laboratorium Mesin Fluida.

c. Dalam perencanaan ini yang akan dibahas adalah perencanaan pompa dengan instalasi dari reservoar bawah ke reservoar atas dengan tidak menganalisa baliknya aliran fluida dari resorvoar atas ke reservoar bawah.

d. Perencanaan impeler meliputi jenis serta dimensi, rumah pompa, poros, pasak, pemilihan penggerak, dan bagian-bagian lain yang akan ditentukan pada bab selanjutnya.

e. Perhitungan karakteristik, efisiensi dan sifat-sifat lainnya.

1.3. Maksud dan Tujuan Perancangan

(18)

perkuliahan dan juga mampu mensimulasikannya dengan menggunakan program komputer Computational Fluid Dynamic ( CFD ) Fluent versi 6.1.22

1.4. 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. Setelah menggunakan program ini,maka akan didapat hasil-hasil yang mendekati dengan kasus yang akan dijumpai di lapangan dan dapat mempermudah dalam perancangan pompa tersebut

1.5. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan dalam tugas sarjana ini pada bab I yaitu menguraikan tentang latar belakang perencanaan, tujuan perencanaan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan perencanaan.

Bab selanjutnya akan menguraikan tentang pandangan umum berisikan tentang teori - teori yang mendasari perancangan pompa sentrifugal

Bab III akan menguraikan urutan cara kerja yang dilakukan secara jelas dan sistematis untuk melaksanakan perancangan pompa sentrifugal, perhitungan daya pompa, 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 serta disimulasikan supaya mendapatkan hasil yang maksimal dengan perbandingan hasil analisa manual dan simulasi. Perangkat lunak CFD Fluent juga akan digunakan untuk penyempurnaan.

Bab V akan membahas rakteristi pompa dan isi ringkasan dan garis besar dari perencanaan karakteristik pompa sentrifugal yang dirancang.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Pompa adalah mesin yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi tekanan. Menurut beberapa literatur terdapat beberapa jenis pompa, namun yang akan dibahas dalam perancangan pompa ini ialah jenis pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal adalah jenis pompa yang sangat banyak dipakai oleh industri, terutama industri pengolahan dan pendistribusian air. Pompa 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-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek. Klasifikasi pompa secara umum dapat diklasifikasikan 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. Pada Instalasi Pengolahan Air (IPA),sebagian besar pompa yang digunakan ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar). Pompa sentrifugal merupakan pompa kerja dinamis yang paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga yang relatif murah. Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa perpindahan positif adalah gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa ,keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan tidak adanya katup-katup,kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap ukuran kecil sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya instalasi ringan,harga murah dan biaya perawatan murah.

2.1 Prinsip -Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

(20)

kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head.

2.2 Head Pompa

Head pompa adalah energi yang diberikan ke dalam fluida dalam bentuk tinggi tekan. Dimana tinggi tekan merupakan ketinggian fluida harus naik untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Untuk lebih jelasnya perhitungan dari head pompa dapat dilihat pada gambar 2.13 berikut ini.

Gambar 2.1. Prinsip hukum Bernoulli

Pada gambar ini terdapat dua buah titik dengan perbedaan kondisi letak, luas penampang, tekanan serta kecepatan aliran fluida. Fluida kerja mengalir dari kondisi pertama (titik 1) ke kondisi yang kedua (titik 2), aliran ini disebabkan oleh adanya suatu energi luar . Energi luar ini terjadi merupakan perbedaan tekanan yang terjadi pada kedua kondisi operasi (titik 1 dan 2), atau = ( - ).Q

Sedangkan pada setiap kondisi tersebut terdapat juga suatu bentuk energi, yaitu energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep) atau dapat dituliskan sebagai

berikut :

- Untuk titik 1 :

(21)

= 1

Sehingga persamaan (1) di atas dapat dituliskan sebagai berikut :

(P2-P1)A.V =

Atau persamaan untuk mencari head pompa digunakan hukum Bernoulli yaitu:

(22)

Dimana : p2 p1

adalah perbedaan head kecepatan

Z2 - Z1 adalah perbedaan head potensial

HL 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 yang timbul dalam instalasi pompa. Sementara head losses sendiri merupakan jumlah kerugian head mayor (hf) dan kerugian head minor (hm).

HL = hf + hm

2.3 Putaran spesifik

(23)

2.4 Daya pompa

Daya pompa ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar impeler didalam memindahkan sejumlah fluida denga kondisi yang diinginkan. Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan ( Fritz dietzel. Hal 243 )

p P

p Q.H .g

N ρ

η

=

Dimana : Np = daya pompa [watt]

Q = kapasitas pompa [m3/s] Hp = head pompa [m]

ρ = rapat jenis fluida [kg/m3] ηp = effisiensi pompa

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.

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 dapat digunakan untuk mencari headlosses akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan dengan menggunakan:

a. Persamaan Darcy - Weisbach b. Persamaan Hazen - Williams

(24)

a. Persamaan Darcy - Weisbach

1. Memberikan hasil yang lebih baik untuk pipa yang relatif pendek.

2. Untuk sistem terdiri dari bermacam-macam pipa akan lebih rumit perhitungannya.

3. Populer atau sering dipakai untuk perhitungan dengan beda energi besar. 4. Persamaan ini secara teori paling bagus dan dapat digunakan ke semua

jenis fluida.

b. Persamaan Hazen-Williams :

1. Umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatf sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum.

2. Untuk sistem yang terdiri dari bermacam-macam pipa, perhitungannya akan lebih mudah disbanding Darcy - Weisbach.

3. Persamaan Hazen - Williams paling banyak digunakan untuk menghitung headlosses, tetapi biasa digunakan untuk semua fluida selai dari air dan digunakan 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 kerugian minor dapat dihitung berdasarkan

hm = K 2 v 2g Dimana :

V = Kecepatan rata-rata aliran fluida dala suatu pipa [m/s] g = gravitasi bumi [m/s2]

K = Koefisien minor loses

2.6 Computational Fluid Dynamic (CFD) Fluent

(25)

a. Computational : Segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metode numerik atau komputasi.

b. Fluid Dynamic : Dinamika dari segala sesuatu yang mengalir. Ditinjau dari istilah di atas, CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat yang mengalir.

Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi n fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya denga menyelesaikan persamaan-persamaan matematika (model matematika). Dan Fluent adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode elemen hingga dan Fluent juga menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh (grid) yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah. Penggunaan CFD umumya berhubungan dengan keempat hal berikut:

1. Studi konsep dari desain baru 2. Pengembangan produk secara detail 3. Analisis kegagalan atau troubleshooting 4. Desain ulang

2.6.1 Proses simulasi CFD

Pada umumnya terdapat tiga thapan yang harus dilakukan ketika kita melakukan simulasi CFD, yaitu:

a. 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.

b. Solving

Solvers (program inti pencari solusi) CFD menghitung kondisi-kondisi yang

(26)

Postprocessing adalah langkah akhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan

pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi.

2.6.2Metode Diskritisasi CFD

CFD sebenarnya mengganti persamaan-persamaan diferensial parsial dari kontinuitas, momentum, dan energi dengan persamaan-persamaan aljabar. CFD merupakan pendekatn dari persoalan yang asalnya kontinum (memiliki jumlah sel tak terhingga) menjadi model yang diskrit (jumlah sel terhingga). Dalam hal ini menggunakan metode volume hingga.

Adapun bentuk volume hingga tersebut yaitu :

- Integrasi persamaan atur aliran fluida di seluruh volume atur (hingga) dari domain solusi.

- Diskretisasi dengan substitusi beragam aproksimasi beda hingga untuk suku-suku persamaan terintegrasi proses aliran seperti konveksi, difusi dan sumber. Akan dikonversikan persamaan integral menjadi sebuah istem persamaan aljabar.

Solusi persamaan-persamaan aljabar dengan metode iterative

- Langkah awal, integrasi volume atur, membedakan metode volume hingga dari seluruh teknik CFD. Hasilnya menggambarkan konservasi (eksak) properties relevan di setiap sel ukuran hingga. Relasi yang jelas antara algoritma numeric dan prinsip konservasi fisis dasar memberikan sebuah ketertarikan dan konsep yang lebih mudah bagi para enginer.

(27)

BAB III

PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA

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.

Selain dari pada itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yang terpasang pada instalasinya. Atas dasar tekanan isap ini maka putaran pompa dapat ditentukan.

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

3.1 Spesifikasi Pompa Yang Akan Digunakan Dalam Percobaan

Dalam 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.

Gambar 3.1 Pompa Sentrifugal

(28)

Sesuai dengan percobaan yang di lakukan di Laboratorium Mekanika Fluida diperoleh waktu yang diperlukan untuk memenuhi air pada roof tank dengan volume 800 L adalah 36 detik, maka dengan menggunakan rumus perhitungan debit air (Q=kapasitas) dapat diketahui bahwa :

t

Q kapasitas pompa V = volume reservoir atas t = waktu

sehingga kapasitas pompa adalah :

t

Dari hasil perhitungan yang diatas, maka didapat jumlah kebutuhan air pada instalasi turbin adalah 80,23 m3/jam. Dalam perencanaan ini perlu diperhitungkan kebocoran-kebocoran pipa dan kapasitas pompa sehingga diperlukan faktor koreksi ( 1,1 sampai 1,15 ) kapasitas total [ Sularso, Haruo Tahara hal 15] sehingga kapasitas pompa adalah :

Qp = 1,15 x 80,23 m3/jam

= 92,322 m3/jam = 92 m3/jam = 0,0256

(29)

Head pompa adalah besarnya energi yang diperlukan pompa untuk memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan akhir. Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa tersebut.

Gambar sistem pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat pada gambar sebagai berikut (gambar 3.2), dimana keterangan dari unit – unit pada instalasi 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.

Pompa

Yaitu sebagai alat untuk memindahkan atau mentransfer air dari tangki bawah ke tangki atas.

Roof Tank

(30)

Gambar 3.2. Skema instalasi perancangan pompa Hpompa = ∆HP + ∆HV + HS + HL

Dimana:

∆HP = perbedaan head tekanan ( m ) ∆HV = perbedaan head kecepatan ( m )

HS = head statis ( m )

HL = kerugian head ( m )

3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( ∆HP )

(31)

pompa adalah sama dengan tekanan keluar yaitu 1 atmosfir, maka beda head tekanan pada sistem ini adalah nol.

3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆Hv )

Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Diameter pipa isapnya biasanya ditentukan sedemikian sehingga kecepatan alirannya 2 m/s sampai 3 m/s [ Soufyan M. Noerbambang, hal 98 ]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata – rata 3 m/s.

Dari persamaan kontinuitas diperoleh: QP = VS AS

diameter dalam pipa isap diketahui dari data instalasi turbin pada Laboratorium Mekanika Fluida, sebesar 4 inch.

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa nominal 4 inch dengan dimensi pipa:

• Diameter dalam ( dis ) = 4,026 in = 0,1023 m

• Diameter luar ( dos ) = 4,5 in = 0,1143 m

Dengan ukuran standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah:

(32)

=

Diperoleh kecepatan aliran fluida masih sesuai.

Untuk mempermudah perhitungan diasumsikan bahwa kecepatan pada sisi masuk sama dengan kecepatan sisi tekan pompa, maka perbedaan Head kecepatan aliran adalah nol (∆Hv=0)

Perbedaan Head Statis ( ∆Hs )

Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir atas dengan reservoir bawah seperti yang tampak pada gambar 3.2. diatas.

Dalam perencanaan ini, besarnya head statis adalah: Hs = 11 m

Nilai head statis ini diasumsikan bahwa tinggi air pada permukaan ground tank dengan roof tank tetap.

3.3.4 Kerugian Head

Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2, yaitu kerugian akibat gesekan sepanjang pipa / kerugian mayor ( hf ) dan kerugian akibat adanya kelengkapan pada

instalasi pipa / kerugian minor ( hm ). Kerugian akibat gesekan tergantung pada

kekasaran dalam pipa dan panjang pipa. Kerugian akibat kelengkapan adalah kerugian akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran.

Kerugian Head sepanjang Pipa Isap ( hls )

• Kerugian Head Akibat Gesekan Pada Pipa Isap ( hfs )

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa isap menurut Darcy-Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut:

(33)

Dimana:

hfs = kerugian karena gesekan ( m )

f = factor gesekan ( diperoleh dari diagram Moody ) Ls = panjang pipa hisap = 0,35 m

dis = diameter dalam pipa = 0,1023 m

Vs = kecepatan aliran fluida = 3,122 m/s

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) dapat diperoleh dari diagram moody dengan terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold ( Re ) [ Pump Handbook, hal 131 ] dimana:

υ = viskositas kinematik, dimana harganya 1.02 x 10-6 m2/s untuk tekanan 1 atm pada suhu 200C

Maka aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “

Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Glass and varicus plastic (e.g, PVC and PE pipes) dimana bahan pipa yang direncanakan tersebut mempunyai kekasaran

sebesar 0 m sesuai dengan table dibawah.

Tabel 3.1 Kekasaran relatif ( e ) dalam berbagai bahan pipa

(34)

Pipeline Material ft mm

Glass and various plastics ( e.g.,PVC and PE pipes

Drawn turbings (e.g., copper or aluminum pipes or turbings

Commercial steel or wrought iron Cast iron with asphalt lining Galvanized iron

(hydraulically smooth )

5 x 10-6

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

Dari diagram moody untuk Re = 313118 dan (e/di) = 0 dengan cara interpolasi,

diperoleh faktor gesekan (f) = 0,014748. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy Weisbach adalah :

hfs = f

• Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi pada pipa isap ( hms ).

Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan:

hms = kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap

n = jumlah kelengkapan pipa

(35)

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

Tabel 3.2. Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap

Jenis Jumlah K nK

Mulut isap ( sharp-edged) 2 1,0 2,0 Total koefisien kerugian 2,0

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

Maka besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebesar:

hms =

(

)

Dengan demikian diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa sebesar:

hls = hfs + hms

= 0,0250 m + 0,4968 m = 0,5218 m

Kerugian Head sepanjang Pipa Tekan ( hld )

Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa Tekan ( hfd )

Pipa tekan dari pompa menuju roof tank direncanakan menggunakan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Shcedule 40 dengan ukuran pipa nominal 4 inci dan bahan pipa adalah Glass and varicus plastic (e.g, PVC and PE pipes) yang sama dengan pipa hisap.

(36)

• Diameter dalam ( dis ) = 4,026 in = 0,1023 m

• Diameter luar ( dos ) = 4,5 in = 0,1143 m

Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa hisap, maka bilangan Reynold ( Re ) adalah 313118 dan factor gesekan ( f ) = 0,014748 serta panjang pipa tekan adalah 10,94 m, maka besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan adalah:

hfd = f

• Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi pada pipa tekan ( hmd)

Tabel 3.3 Koefisien kerugian kelengkapan pipa

Jenis Jumlah K nK Gate valve (katup gerbang) 1 0,136 0,136

Ball valve (katup bola) 1 0,05 0,05 Elbow long 90o (standard) 3 0,51 1,53 Flanged (inward projecting) 1 0,78 0,78

Tee 1 0,34 0,34

Total koefisien kerugian 2,836

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

Maka harga kerugian head akibat perlengkapan instalasi pipa tekan adalah:

hmd =

(37)

hld =hfd + hmd

= 0,7835 m + 1,4089 m = 2,1924 m Maka kerugian head gesekan total adalah:

HL = hls + hld

= 0,5218 m + 2,1924 m = 2,7142 m

Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan:

Htotal = ∆HP + ∆HV + ∆HS + ∆HL

= 0 + 0,4968 m + 11 m + 2,7142 m = 13,71 m

≈ 14 m

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

− Kondisi permukaan pipa yang dalam waktu jangka panjang akan semakin kasar, sehingga nantinya akan memperbesar kerugian yang terjadi.

− Penurunan kinerja pompa yang dipakai dalam rentang waktu yang lama.

− Kondisi – kondisi lain yang dapat mempengaruhi operasional pompa.

Maka dalam perencanaannya head pompa perlu ditambah ( 10 ÷ 25 ) % [ pump handbook, hal 248 ]. Dalam perencanaan ini dipilih 15 %, maka besarnya head

pompa yang akan dirancang:

Htotal = 14 m x ( 1 + 0,25 )

(38)

3.4 Pemilihan Jenis Pompa

Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan harga kapasias Q =

jam m3

92 = 404,84 gpm dan head Htotal = 18 m, maka dari gambar dapat dilihat jenis pompa yang cocok

digunakan adalah jenis pompa radial.

Gambar 3.3 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa

Sumber: Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz dietzel

3.5 Perhitungan Daya Motor Penggerak

Pada dasarnya pompa memerlukan penggerak mula untuk menggerakkan / mengoperasikan pompa tersebut. Ada beberapa jenis alat penggerak motor yang akan digunakan untuk menggerakkan pompa, antara lain: turbin uap, motor bakar, dan motor listrik. Pada instalasi ini dipilih motor listrik sebagai alat penggerak mula pompa dengan pertimbangan sebagai berikut [ Pompa dan kompresor : Sularso, Haruo Tahara , hal 59 ]:

(39)

− Jika tenaga listrik dari PLN atau sumber lain tersedia dengan tegangan yang sesuai di sekitar tempat tersebut, maka penggunaan motor listrik dapat memberikan ongkos yang murah,

− Pengoperasiannya lebih mudah,

− Pemeliharaan dan pengaturan mudah.

• Kerugian

− Jika pompa jarang dipakai, maka biaya operasinya akan tinggi karena biaya beban tetap harus dibayar,

− Jika lokasi pompa jauh dari jaringan distribusi listrik yang ada, maka biaya penyambungan tenaga listrik akan mahal.

Besarnya putaran motor listrik dapat ditentukan dengan mengetahui frekuensi dan jumlah kutub pada motor listrik. Pada umumnya frekuensi listrik di Indonesia adalah 50 Hz. Putaran motor listrik dengan frekuensi 50 Hz dapat dilihat pada table dibawah ini:

Tabel 3.4 Harga putaran dan kutubnya

Jumlah kutub Putaran ( rpm )

2 3000

4 1500

6 1000

8 750

10 600

12 500

Pompa dan kompresor, Sularso, Haruo Tahara, hal 50.

Pada pemilihan kali ini dipilih motor listrik dengan 2 buah kutub dan putaran 3000 rpm. Akibat adanya terjadi slip pada motor maka akan terjadi penurunan, besarnya ( 0 ÷ 1)%, sehingga putaran menjadi 2950 rpm.

(40)

3.6 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller

Putaran spesifik untuk pompa jenis saluran roda adalah:

ns =

Dari table 3.5 dibawah diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 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 - 4500

Aliran campur 4500 - 8000

Aliran aksial 8000 ke atas

(41)

3.7 Efisiensi Pompa

Pada pemakaian pompa yang terus menerus, masalah efisiensi pompa menjadi perhatian khusus. Efisiensi pompa tergantung pada kapasitas tinggi tekan ( head ) dan kecepatan aliran yang kesemuanya sudah termasuk dalam putaran spesifik. Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diberikan pompa kepada fluida dengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa. Efisiensi total pompa dipengaruhi oleh efisiensi hidrolis, efisiensi mekanis dan efisiensi volumetric.

1. Efisiensi Hidrolis

Efisiensi hidrolis merupakan perbandingan antara head pompa sebenarnya dengan head pompa teoritis dengan jumlah sudu tak berhingga. Besarnya efisiensi hidrolis dapat ditentukan dengan cara interpolasi dari data dibawah ini:

Tabel 3.6 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis

q

n ( 1 menit ) 10 15 20 30 50 100

h

η 0.86 0.91 0.94 0.96 0.97 0.98

Sumber: Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz dietzel

Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan [Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 258 ]:

(42)

( )

1

Maka akan didapat nilai efisiensi hidrolis sebesar:

q

2.Efisiensi Volumetris.

Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Efisiensi volumetris dapat ditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller:

Table 3.7 hubungan antara kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi volimetris

s

n 60 to 100 100 to 150 150 to 220

v

η 0.94 to 0.97 0.97 to 0.99 0.98 to 0,995

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

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

(43)

Maka: 3. Efisiensi Mekanis.

Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan gesekan pada paking. Besarnya efisiensi mekanis menurut M. Khetagurov berkisar antara 0.90 – 0.97. Dalam perancangan ini diambil harga efisiensi mekanis 0,95.

Dari perhitungan diatas didapat nilai efisiensi total pompa:

total

η = ηh ηv ηm

= 0.97×0.99×0.90 = 0.9123

= 91,23 %

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:

(44)

P

Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel secara langsung dengan poros pompa. Daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan persamaan:

ηt = efisiensi transmisi = 1,0 (dikopel langsung) sehingga :

Berdasarkan perhitungan diatas maka dipilih motor listrik dengan daya 5,4505 kW

3.9 Spesifikasi Hasil Perencanaan

Dari hasil perhitungan diatas dapat ditetapkan spesifikasi perencanaan, sebagai berikut:

(45)

− Head Pompa ( H ) : 18 m

− Jenis Pompa : Pompa Radial

− Putaran Spesifik ( ns ) : 2788 rpm

− Tipe impeller : Radial Flow

− Efisiensi Pompa (ηP) : 91,23 %

− Daya Pompa ( Np ) : 4,955 kW

− Daya Motor ( Nm ) : 5,4505 kW

3.9.1 Ukuran-Ukuran Utama Pompa

3.9.1.1 Ukuran Poros dan Impeller pompa

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

(46)

Gambar 3.5 Ukuran – ukuran utama pada impeler Keterangan:

1. Diameter Poros pompa ( DS ) = 10 mm

2. Bentuk dan ukuran impeller.

a. Diameter Hub Impeller (dH ) =48 mm

b. Diameter Mata Impeller (dO ) =101,6 mm

c. Diameter Sisi Masuk ( d1 ) = 127 mm

d. Diameter Sisi Keluar (d2 ) = 312 mm

e. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk ( b1 ) = 8 mm f. Lebar Impeler Pada Sisi Keluar ( b2) = 8 mm g. Tebal Sudu Pada Sisi Masuk ( t1 ) = 19 mm h. Tebal Sudu Pada Sisi Keluar ( t2 ) = 8 mm i. Jumlah Sudu ( Z ) = 6 Buah

3. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Impeler

(47)

Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absulute ( α1 ) = 900 C dan kecepatan aliran absolute ( V1 ) adalah sama dengan kecepatan radial pada sisi

masuk ( Vr1 )

Qth = Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraan adanya

kerugian yang disebabkan fluida dari sisi tekan yang mengalir kembali ke sisi isap melalui celah impeler, besarnya ( 1,02 ÷ 1,05 ) dari kapasitas pompa, diambil 1,05 [ Fritz Dietzel, hal 261 ].

(Qth = 1,05 x 0,0256 m3/s = 0.02688 m3/s)

Jadi dapat diperoleh nilai Vr1 dengan persamaan :

Vr1 = kecepatan fluida radial sisi masuk

= V0 + (10% ÷ 15%) . V0 ( dipilih 13 % )

= 4,27171m/s + (0,13 x 4,27171) = 4,8270 m/s

2. Kecepatan Tangensial (U1)

(48)

= 19,16 m/s 3. Sudut Tangensial (β1)

Untuk aliran fluida masuk secara radial ( α = 90 ), maka sudut sisi masuk ( β1 ) dapat dihitung dengan persamaan berikut [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ]:

1

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

Gambar 3.6 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk

Dari gambar 3.5 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk impeler (W1) adalah :

b. Kecepatan dan Sudut Aliran Keluar Impeler 1. Kecepatan Radial Aliran (Vr2)

Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler Vr2

(49)

2. Kecepatan Tangensial (U2)

3. Sudut tangensial Keluar Impeler (β2)

2 1 1 2 4. Kecepatan Absolut Tangensial ( Vu2 )

Vu2 = U2 -

6. Kecepatan Sudut Absolut keluar impeler ( W2 )

(50)

=

7. Kecepatan Absolut aliran keluar ( V2)

V2 =

Setelah didapat harga-harga diatas maka polygon kecepatan keluar impeler dapat digambarkan seperti gambar 3.6 berikut ini:

Gambar 3.7 Segitiga kecepatan pada sisi keluar Keterangan gambar :

V2 = komponen absolute keluar impeler

Vu2 = komponen tangensial kecepatan absolute keluar impeler

W2 = kecepatan relative keluar impeler

U2 = kecepatan tangensial keluar impeler α2 = sudut absolute keluar impeler

(51)

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

2. Metode koodinat polar

Dalam melukis bentuk sudu sering digunakan metode arcus tangent, yaitu dengan membagi-bagi impeler beberapa ruang konsentris diantara jari-jari R1 dan R2.

Jarak masing-masing lingkaran adalah :

2 1

R1 = jari-jari lingkaran sudu sisi masuk impeler

= d1 / 2 = 127/2 = 63,5 mm

R2 = jari-jari lingkaran sudu sisi keluar

= d2/2 = 312/2 = 156 mm

i = jumlah bagian yang dibentuk oleh lingkaran konsentris direncanakan 4 bagian.

Maka diperoleh :

R =

Perubahan besar sudut kelengkungan ( ) terhadap perubahan R adalah :

0

Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan persamaan :

(

0 00 1 1

)

(52)

o = menyatakan lingkaran bagian luar

Harga-harga setiap jari-jari busur dan sudut pada setiap bagian lingkaran yang membentuk sudu impeler dihitung dan ditabelkan pada tabel 4.2. berikut :

Tabel 3.8 Jari-jari busur sudu impeler

Link

R (mm)

R2 (mm2)

β R cosβ

R0 cos β0 - Ri cos β1

R02 – Ri 2

ρ

(53)

BAB IV

PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK

4.1 Pendahuluan

Dalam bab ini akan dianalisa prototype pompa sentrifugal yang telah dirancang dengan menambah putaran pompa sebesar 3000 rpm untuk pompa pada bab-bab sebelumnya. Analisa prototype pompa sentrifugal ini menggunakan metode perhitungan komputasi dinamika fluida atau Computational Fluid Dynamics ( CFD ) dengan program komputer FLUENT 6.1.22. yang diproduksi oleh Fluent.inc. Program tersebut mampu menganalisa kemungkinan aliran fluida yang terjadi pada sebuah sistem, dengan menggunakan pendekatan metode elemen hingga. Proses simulasi CFD ini terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan , yaitu :

a. Preprocessing

Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan

menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket CAD ( Computer Aided Design ), membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya.

b. Solving

Solver (program inti pencari solusi) CFD menghitung kondisi - kondisi yang

diterapkan pada saat preprocessing. c. Postprocessing

Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang

dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasikan data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi.

CFD FLUENT ini terbagi atas dua program pendukung yaitu :

a. GAMBIT ( Geometry And Mesh Building Intelligent Toolkit )

(54)

Gambar 4.1. Tampilan awal GAMBIT b. FLUENT

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

Gambar 4.2. Tampilan awal FLUENT

4.2 Proses permodelan pompa sentrifugal yang telah direncanakan

4.2.1 Proses permodelan impeler pompa sentrifugal

A. Proses pembuatan geometri impeler pompa sentrifugal

(55)

prototype pompa sentrifugal tersebut digambar dalam 2 - D (2 dimensi), dan juga

menggunakan program AutoCAD untuk menentukan titik - titik ( vertices) supaya lebih mudah menggambarnya. Adapun tahap -tahap yang harus dilakukan dalam menggambar prototype geometri tersebut ditampilkan dalam bentuk flow chart sebagai berikut :

Flow Chart pada GAMBIT

Membuat gambar impeller pada Auto CAD untuk mendapatkan nilai-nilai titik

(56)

B. Asumsi yang digunakan untuk input data pada FLUENT

Adapun asumsi yang digunakan untuk kelengkapan data input pada software FLUENT yaitu :

- Air sebagai material berada pada kondisi steady state (keadaan tunak) - Temperatur lingkungan dianggap pada suhu kamar (200 C)

- Massa jenis (ρ) air : 998,2 kg/m3

Memasukkan nlai titik-titik yang didapat dari Auto CAD

ke dalam GAMBIT

Membuat jaring Geometri (Mesh)

Membuat kondisi batas pada impeller yang digambar

(57)

- Viskositas (υ) : 0,001003 cP

- Kecepatan (V) masuk pompa sesuai dengan hasil perhitungan sebelumnya : 3,122 m/s

C. Proses solving dan postprocessing geometri impeler pompa sentrifugal

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

Hasil analisa dari impeler pompa sentrifugal ini dapat juga memberitahu daerah- daerah yang kemungkinan terjadinya kavitasi akibat dari tekanan rendah yang terjadi dan daerah tersebut akan dapat dilihat pada distribusi tekanan nanti. Adapun tahap-tahap yang harus dilaksanakan dalam proses eksekusi ini adalah sebagai berikut:

a. Membuka file mesh

(58)

Gambar 4.3 Tampilan hasil file meshnya b. Memeriksa grid

Geometri tersebut akan diperiksa nilai minimum dan maskimum dari x dan y dan juga memastikan bahwa luas dan volum yang terjadi adalah positif. Jikalau nilai negatif yang terjadi maka geometri harus di gambar ulang di GAMBIT. Grid akan diperiksa dengan membuka menu grid lalu check.

(59)

Pada dasarnya geometri tersebut belum memiliki satuan panjang apapun,maka grid akan diskalakan melalui menu grid kemudian scale, pada dropdown list

unit pilih mm , kemudian scale.

Gambar 4.5 Tampilan hasil Grid scale d. Memperhalus Grid

Grid akan diperhalus apabila masih kasar dengan membuka menu grid,pilih smooth/swap, maka akan muncul panel smooth/swap grid, klik smooth

kemudian klik swap lagi bergantian sampai number swappednya 0. Klik close jika sudah.

Gambar 4.6 Tampilan hasil smooth/swap grid e. Mendefinisikan model

1. Mengatur solver yang digunakan

(60)

Gambar 4.7 Kotak dialog solver 2. Mengaktifkan model aliran viscous

Membuka menu define lalu models kemudian viscous model, dan aktifkan model standard k – ε , lalu klik OK.

Gambar 4.8 Kotak dialog viscous model

(61)

Membuka menu define lalu models dan kemudian energy, maka akan muncul kotak dialog energy dan mengaktifkan energy equation nya, kemudian klik OK.

Gambar 4.9 Kotak dialog energy f. Mendefinisikan material

Material yang digunakan adalah air ( water liquid ), maka klik menu define lalu material kemudian klik database FLUENT nya. Pada dropdown list fluid materialnya pilih water liquid, kemudian klik copy, setelah itu kembali ke

panel material dan klik change/create.

Gambar 4.10 Kotak dialog material g. Mendefinisikan satuan

(62)

Gambar 4.11 Kotak dialog unit

h. Mendefinisikan kondisi batas

Kondisi batas yang telah ditentukan di GAMBIT akan diisikan dengan data-data fisik dari fluida dan geometri tersebut pada FLUENT ini. Klik define lalu Boundary Condition. Maka akan muncul panel box boundary condition.

Gambar 4.12 Kotak dialog boundary condition 1. Mendefinisikan kondisi fluida

(63)

Gambar 4.13 Kotak dialog fluid 2. Mendefinisikan kondisi zona inlet

Pilih inlet pada panel box boundary condition pilih set. Kemudian masukkan nilai kecepatan sisi masuk pompa pada kolom velocity magnitude sebesar 3,122 m/s kemudian klik OK.

Gambar 4.14 Kotak dialog Zona inlet 3. Mendefinisikan kondisi zona outlet

(64)

Gambar 4.15 Kotak Dialog Zona Outlet 4. Mendefinisikan kondisi pada dinding impeller (wall)

Pilih wall pada panel box boundary condition kemudian pilih set. Kemudian pada tab momentum pilih moving wall dan pilih rotational sebagai gerakannya masukkan nilai kecepatan putarnya sebesar 2950 rpm.

Gambar 4.16 Kotak dialog zona wall i. Memulai iterasi

1. Memilih pengontrol solusi

(65)

Gambar 4.17 kotak dialog solution control 2. Menginisiasi iterasi

Pilih menu solve kemudian pilih initialize, maka akan muncul panel solution initialization, pada dropdown list compute from pilih inlet

kemudian klik init lalu close.

Gambar 4.18 kotak dialog solution initialization 3. Mengaktifkan Pengeplotan residu iterasi selama proses iterasi

(66)

4. Memulai iterasi

Problem ini akan diiterasikan pada menu solver lalu pilih iterasi. Dan ketikkan number of iterations adalah 1000 lalu klik iterate.

Gambar 4.20 Kotak panel iterasi

Gambar 4.21 Kurva residual iterasi

4.2.2 Proses solving dan postprocessing geometri rumah pompa sentrifugal

(67)

data-data yang diinginkan. Hasil analisa dari rumah pompa sentrifugal ini dapat juga memberitahukan distribusi kecepatan, distribusi turbulensi, serta distribusi tekanan pada rumah ( housing) pompa tersebut. Adapun tahap-tahap yang harus dilaksanakan dalam proses eksekusi ini adalah sebagai berikut:

a. Membuka file mesh

File mesh yang sudah disimpan pada file directory GAMBIT dibuka pada tahap ini dengan membuka menu File kemudian read case, pilih nama file .msh yang disimpan lalu OK.

Gambar 4.22 Tampilan hasil file mesh b. Memeriksa grid

(68)

Gambar 4.23 Tampilan hasil grid check c. Menskalakan grid

Pada dasarnya geometri tersebut belum memiliki satuan panjang apapun,maka grid akan diskalakan melalui menu grid kemudian scale, pada dropdown list

unit pilih mm , kemudian scale.

(69)

Grid akan diperhalus apabila masih kasar dengan membuka menu grid,pilih smooth/swap, maka akan muncul panel smooth/swap grid, klik smooth

kemudian klik swap lagi bergantian sampai number swappednya 0. Klik close jika sudah.

Gambar 4.25 Tampilan hasil smooth/swap grid e. Mendefinisikan model

4. Mengatur solver yang digunakan

Klik menu define lalu models, kemudian solver. Pada checkbox solver pilih segregated. Lalu klik OK.

(70)

Membuka menu define lalu models kemudian viscous model, dan aktifkan model standard k – ε , lalu klik OK.

Gambar 4.27 Kotak dialog viscous model

6. Mengaktifkan persamaan energi untuk menghitung perpindahan panas Membuka menu define lalu models dan kemudian energy, maka akan muncul kotak dialog energy dan mengaktifkan energy equation nya, kemudian klik OK.

Gambar 4.28 Kotak dialog energy f. Mendefinisikan material

Material yang digunakan adalah air ( water liquid ), maka klik menu define lalu material kemudian klik database FLUENT nya. Pada dropdown list fluid materialnya pilih water liquid, kemudian klik copy, setelah itu kembali ke

(71)

Gambar 4.29 Kotak dialog material g. Mendefinisikan satuan

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

Gambar 4.30 Kotak dialog unit h. Mendefinisikan kondisi batas

(72)

Gambar 4.31 Kotak dialog boundary condition 1. Mendefinisikan kondisi fluida

Pilih Fluid pada panel box boundary condition pilih set. Kemudian pilih water liquid pada material name lalu OK.

Gambar 4.32 Kotak dialog fluid

(73)

Pilih inlet pada panel box boundary condition pilih set. Kemudian masukkan nilai kecepatan sisi masuk pompa pada kolom velocity magnitude sebesar 3,122 m/s kemudian klik OK.

Gambar 4.33 Kotak dialog Zona inlet 3. Mendefinisikan kondisi zona outlet

Pilih outlet pada panel box boundary condition pilih set, Lalu ketikkan diameter sisi tekan ( diameter dalam pipa tekan ) kemudian klik OK.

Gambar 4.34 Kotak Dialog Zona Outlet 4. Mendefinisikan kondisi pada dinding impeller (impeler)

(74)

Gambar 4.35 Kotak dialog zona impeller 5. Mendefinisikan kondisi pada dinding rumah pompa (wall)

Pilih wall pada panel boundary condition pilih set, karena dinding tidak mengalami pergerakan apapun ( stationary ), maka biarkan panel pada kondisi defaultnya lalu klik OK.

Gambar 4.36 Kotak Dialog zona wall i. Memulai iterasi

1. Memilih pengontrol solusi

(75)

Gambar 4.37 kotak dialog solution control 2. Menginisiasi iterasi

Pilih menu solve kemudian pilih initialize, maka akan muncul panel solution initialization, pada dropdown list compute from pilih inlet

kemudian klik init lalu close.

Gambar 4.38 kotak dialog solution initialization

3. Mengaktifkan Pengeplotan residu iterasi selama proses iterasi

(76)

Gambar 4.39 Kotak dialog residual monitors 4. Memulai iterasi

Problem ini akan diiterasikan pada menu solver lalu pilih iterasi. Dan ketikkan number of iterations adalah 1000 lalu klik iterate.

(77)

Gambar 4.41 Kurva hasil residual iterasi

Dari gambar 4.41 di atas dapat dilihat iterasi converged pada iterasi ke 90.

Flow Chart pada Fluent

Membuka file Mesh yang telah dibuat pada GAMBIT

Membuka file Mesh yang telah dibuat pada GAMBIT

Grid Check

• Menskalakan ukuran

(78)

TIDAK

YA

4.3 Analisa kavitasi dan performansi dari pompa sentrifugal yang telah

direncanakan

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 cairan ( dimana suhu air yang digunakan adalah 20o C, maka nilai tekanan uap air jenuh adalah sebesar 2340 N/m2) pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan

Memulai iterasi (converged)

(79)

masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa.

Gambar 4.42 Kerusakan pada permukaan sudu impeller akibat kavitasi

(80)

Gambar 4.43 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal

4.3.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal

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

(81)

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 ( Vd ) tersebut sebesar 7,42 m/s. Sehingga perhitungan head

( tinggi tekan ) berdasarkan simulasi ( Hsim) dapat dihitung.

b. Analisa performansi dari pompa sentrifugal

Dalam hasil simulasi pompa sentrifugal tersebut dihasilkanlah vektor – vektor kecepatan dengan terdapat nilai-nilai kecepatan yang terjadi pada rumah pompa sentrifugal tersebut. Distribusi kecepatan dihasilkan dengan menginput nilai kecepatan masuk maka akan dihasilkannya nilai kecepatan pada sisi keluar pompa sentrifugal berdasarkan simulasi. Dengan menggunakan nilai kecepatan masuk pada BAB III Vs = 3,122 m/s maka akan didapat kecepatan rata –rata yang berada di sisi

keluar rumah pompa ( Vd ). Dengan menggunakan nilai Vs dan Vd maka dihasilkan head (tinggi tekan) yang mampu dihasilkan pompa tersebut berdasarkan dari hasil

simulasi

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 7,42 m/s, sehingga dapat dihitung tinggi tekan ( head ) berdasarkan hasil simulasi.

4.3.3.1Perbedaan Head Kecepatan

Dari hasil simulasi didapat nilai tidak sama dengan nilai , sehingga akan terjadi head kecepatan akibat perbedaan kecepatan tersebut.

(82)

Hvd =

Maka nilai perbedaan head kecepatannya adalah :

v H

∆ = Hvd - Hvs

= 0,4968 m – 2,8061 m = 2,3093 m

4.3.3.2 Tinggi Tekan ( Head ) Kecepatan

Head kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini. =

4.3.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Isap

Dari pembahasan sebelumnya, untuk kecepatan aliran fluida pada pipa isap

3,122 m/s head losses yang terjadi sebesar 0,5218 m

4.3.3.4 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

Gambar

Gambar 3.2. Skema instalasi perancangan pompa
Gambar 3 2 Skema instalasi perancangan pompa . View in document p.30
Gambar 3.3 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa
Gambar 3 3 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa . View in document p.38
Gambar 4.7 Kotak dialog solver
Gambar 4 7 Kotak dialog solver . View in document p.60
Gambar 4.18 kotak dialog solution initialization
Gambar 4 18 kotak dialog solution initialization . View in document p.65
Gambar 4.19 Kotak dialog residual monitors
Gambar 4 19 Kotak dialog residual monitors . View in document p.65
Gambar 4.20 Kotak panel iterasi
Gambar 4 20 Kotak panel iterasi . View in document p.66
Gambar 4.21 Kurva residual iterasi
Gambar 4 21 Kurva residual iterasi . View in document p.66
Gambar 4.23 Tampilan hasil grid check
Gambar 4 23 Tampilan hasil grid check . View in document p.68
Gambar 4.24 Tampilan hasil Grid scale
Gambar 4 24 Tampilan hasil Grid scale . View in document p.68
Gambar 4.25 Tampilan hasil smooth/swap grid
Gambar 4 25 Tampilan hasil smooth swap grid . View in document p.69
Gambar 4.26 Kotak dialog solver
Gambar 4 26 Kotak dialog solver . View in document p.69
Gambar 4.28 Kotak dialog energy
Gambar 4 28 Kotak dialog energy . View in document p.70
Gambar 4.29 Kotak dialog material
Gambar 4 29 Kotak dialog material . View in document p.71
Gambar 4.31 Kotak dialog boundary condition
Gambar 4 31 Kotak dialog boundary condition . View in document p.72
Gambar 4.32 Kotak dialog fluid
Gambar 4 32 Kotak dialog fluid . View in document p.72
Gambar 4.35 Kotak dialog zona impeller
Gambar 4 35 Kotak dialog zona impeller . View in document p.74
Gambar 4.36 Kotak Dialog zona wall
Gambar 4 36 Kotak Dialog zona wall . View in document p.74
Gambar 4.39 Kotak dialog residual monitors
Gambar 4 39 Kotak dialog residual monitors . View in document p.76
Gambar 4.40 Kotak panel iterasi
Gambar 4 40 Kotak panel iterasi . View in document p.76
Gambar 4.44 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal
Gambar 4 44 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal . View in document p.80
Gambar 4.43 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal
Gambar 4 43 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal . View in document p.80
Gambar 4.46 Skema instalasi pompa
Gambar 4 46 Skema instalasi pompa . View in document p.85
Gambar 4.47 Simulasi pada pipa pertama
Gambar 4 47 Simulasi pada pipa pertama . View in document p.86
Gambar 4.48 Simulasi pada elbow pertama
Gambar 4 48 Simulasi pada elbow pertama . View in document p.87
Gambar 4.50 Simulasi pada elbow kedua
Gambar 4 50 Simulasi pada elbow kedua . View in document p.88
Gambar 4.52 Simulasi pada elbow ketiga
Gambar 4 52 Simulasi pada elbow ketiga . View in document p.89
Gambar  5.1 Kerugian - Kerugian Hidrolis
Gambar 5 1 Kerugian Kerugian Hidrolis . View in document p.93
Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis,  Head Actual, dan Head
Tabel 5 1 Hasil Perhitungan Head Euler Head Teoritis Head Actual dan Head . View in document p.97
Gambar 5.2 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Perhitungan
Gambar 5 2 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Perhitungan . View in document p.105
Gambar 5.3 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Simulasi
Gambar 5 3 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Simulasi . View in document p.106

Referensi

Memperbarui...

Download now (119 pages)
Lainnya : Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22 Latar Belakang 1 Rumusan dan Batasan Masalah 2 Maksud dan Tujuan 3 Manfaat Perancangan 3 Sistematika Penulisan 3 Head Pompa 6 Putaran Spesifik 8 Daya Pompa 8 Aliran Fluida 9 Computational Fluid Dynamic CFD Fluent 10 Penentuan Kapasitas 14 Penentuan Head P Latar Belakang Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22 Rumusan dan Batasan Masalah Maksud dan Tujuan Perancangan Manfaat Perancangan TINJAUAN PUSTAKA Sistematika Penulisan Prinsip -Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal Head Pompa Putaran spesifik Daya pompa Aliran fluida Spesifikasi Pompa Yang Akan Digunakan Dalam Percobaan Penentuan Kapasitas Penentuan Head Pompa Pemilihan Jenis Pompa Perhitungan Daya Motor Penggerak Putaran Spesifik dan Tipe Impeller Efisiensi Pompa Daya Pompa dan Daya Motor Penggerak Pendahuluan Analisa kavitasi dan performansi dari pompa sentrifugal yang telah direncanakan Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan Head Euler dengan Kapasitas Head Toritis dan Kapasitas Head Aktual dengan Kapasitas Head Sistem dengan Kapasitas Efisiensi Hidrolis Efisiensi Volumetris Efisiensi Mekanis Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi Head Euler dengan Kapasitas Head Toritis dan Kapasitas Head Aktual dengan Kapasitas Kesimpulan Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22