Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve Open 100 %

Gratis

14
71
132
2 years ago
Preview
Full text

KATA PENGANTAR

  Adapun yang menjadi pembahasan dalam tugas sarjana ini adalah mengenai “Perancangan instalasi pompa sentrifugal dan analisa numerik menggunakan program komputer CFD FLUENT 6.1.22 pada pompasentrifugal dengan suction gate valve open 100 %” Berbagai ilmu yang berkaitan dengan sub program studi konversi energy seperti mesin fluida,mekanika fluida dan pompa kompresor diaplikasikan dalam menyelesaikanperencanaan instalasi, percobaaan dan simulasi pompa sentrifugal yang digunakan. Yang menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas( Q ) dan Tinggi Tekan ( H ) yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut.

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL

i LEMBAR PENGESAHANii LEMBAR PERSETUJUANiii SPESIFIKASI TUGASiv LEMBARAN EVALUASIv KATA PENGANTARvi ABSTRAKvii DAFTAR ISIviii DAFTAR TABELxi DAFTAR GAMBARxii DAFTAR NOTASIxiv 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan dan Batasan Masalah 2 1.3 Maksud dan Tujuan Perencanaan 3 1.4 Metode Penulisan 3 1.5 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin-mesin Fluida 5 2.2 Pengertian Pompa 5 2.3 Klasifikasi Pompa 5 2.4 Unit penggerak pompa 14 2.5 Dasar-dasar pemilihan pompa 15 2.6 Head Pompa 15 2.7 Putaran Spesifik 17 2.8 Daya Pompa 18 2.9 Aliran Fluida 18 2.10 Computational Fluid Dynamik ( CFD ) Fluent 19 2.10.1 Proses Simulasi CFD 20 2.10.2 Metode Diskritasi CFD 25 2.10.3 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal 25

BAB II I PERENCANAAN INSTALASI POMPA

  Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal 88 Gambar 4.14. Distribusi kecepatan fluida pada impeller 89 Gambar 4.16 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida 90 Gambar 5.1 Kerugian - kerugian hidrolis 97 Gambar 5.2.

DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN

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

1.1 Latar Belakang

  Beberapa keunggulanpompa sentrifugal adalah: harga yang lebih murah, kontruksi pompa sederhana, mudah pemasangan maupun perawatan, kapasitas dan tinggi tekan ( head ) yangtinggi, kehandalan dan ketahanan yang tinggi. Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa sentrifugal yang dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yanglama, hal ini tidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya.

1.2. Rumusan dan Batasan Masalah

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

1.5 Sistematika Penulisan

  BAB III : Perencanaan Instalasi, berisikan urutan dan cara yang dilakukan secara jelas dan sistematis dalam perancangansebuah instalasi pompa sentrifugal dan melaksanakan survey dalam pemilihan pompa sentrifugal yang digunakan padainstalasi yang akan dibuat. BAB IV : Hasil dan pembahasan, berisikan hasil analisis dari perencanaan yang telah dilaksanakan dan data dianalisis sertadisimulasikan supaya mendapatkan hasil yang maksimal dengan perbandingan hasil analisa manual dan simulasi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  Mesin - mesin fluida Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis poros menjadi energi potensial atau sebaliknya mengubah energi fluida( energi kinetik dan energi potensial ) menjadi energi mekanik poros. Mesin Tenaga yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida ( energipotensial dan energi kinetik ) menjadi energi mekanis poros.

2.3.1. Pompa Tekanan Statis

  Pompa jenis ini bekerja dengan menggunakan prinsip memberi tekanan secara periodik pada fluida yang terkurung dalam rumah pompa. Pompa Putar ( rotary pump )Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung di antara ruangan rotor, sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akandikeluarkan melalui sisi tekan.

2.3.2. Pompa Tekanan Dinamis

  Pompa yang termasuk dala kategori ini adalah : pompa jet dan pompa sentrifugalCiri - ciri utama dari pompa ini adalah : Mempunyai bagian utama yang berotasi berupa roda dengan sudu-sudu - sekelilingnya yang sering disebut dengan impeler. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan energi kinetik akan berubah menjadi energi tekanan di sudu-sudu pengarah atau dalam rumahpompa.

a. Klasifikasi menurut jenis impeler

  Impeler jenis radial digunakan untuk tinggi tekan (head) yang sedang dan tinggi, sedangkan impeler jenis francis digunakan untuk head yang lebih rendahdengan kapasitas besar. Pompa Aliran AksialPompa ini menggunakan impeler jenis aksial dan zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder rumah pompakearah luar.

b. Klasifikasi menurut bentuk rumah pompa

  Difuser ini sering digunakan pada pmopa bertingkat banyak dengan head yang tinggi. Dengan demikian pompa ini tidak mudah tersumbat dan cocok untuk pemakaian pada pengolahan cairan limbah.

c. Klasifikasi menurut jumlah tingkat

  Pompa bertingkat banyakPompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasanag berderet pada satu poros (gambar 2.9). Dengan demikian head total pompa ini relatif tinggi dibandingdengan pompa satu tingkat, namun konstruksinya lebih rumit dan besar.

d. Klasifikasi menurut letak poros

  Pompa poros mendatarPompa ini mempunyai poros dengan posisi horizontal (gambar 2.4 s/d 2.9), pompa jenis ini memerlukan tempat yang relatif lebih luas. Pompa jenis poros tegakPoros pompa ini berada pada posisi vertikal, seperti terlihat pada gambar 2.10.

e. Klasifikasi menurut belahan rumah

  Pompa belahan mendatarPompa ini mempuyai belahan rumah yang dapat yang dibelah dua menjadi bagian atas dan bagian bawah oleh bidang mendatar yang melalui sumbuporos. Pompa jenis berderetJenis ini terdapat pada pompa bertingkat banyak, dimana rumah pompa terbagi oleh bidang-bidang tegak lurus poros sesuai dengan jumlah tingkatyang ada.

f. Klasifikasi menurut sisi masuk impeler

  Dasar-dasar Pemilihan Pompa Dasar pertimbangan pemilihan pompa, didasarkan pada sistem ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dandapat memenuhi kebutuhan pemindahan fluida sesuai dengan kondisi yang direncanakan. Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini, maka dengan mempertimbangkan sifat pompa dan cara kerjanya,dipilih pompa sentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni :a.

2.6. Head Pompa

  g (m/s 2) = γ (N/m 3 ), maka persamaan (2) dapat disederhanakan menjadi := + ( h 2 -h 1 ) Atau persamaan untuk mencari head pompa digunakan hukum Bernoulli yaitu : 1 + H p = + + Z 2 + H L 3 (P Maka : k2 Pada gambar ini terdapat dua buah titik dengan perbedaan kondisi letak, luas penampang, tekanan serta kecepatan aliran fluida. adalah perbedaan head kecepatanZ - Z adalah perbedaan head potensial 2 1 H adalah kerugian head ( head losses ) L Dari rumus di atas dapat dilihat bahwa head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head tekanan, head kecepatan, head potensial, dan head lossesyang timbul dalam instalasi pompa.

2.7. 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. hal 205) n s = 3,65 Dimana : n s = putaran spesifik [rpm] n = putaran pompa [rpm] 3 Q = kapasitas pompa [m /s] H p = head pompa [mH

2 O]

2.8. 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 ) N = P 3 Q = kapasitas pompa [m /s] H p = head pompa [m] 3 ] ρ = rapat jenis fluida [kg/m = effisiensi pompa η p

2.9. Aliran fluida

  Aliran dalam pemipaan akan terjadi dari titik yang mempunyai head hidrolik yang lebih tinggi (energi internal per satu-satuan berat air) ke head yanglebih rendah, dimana terjadi kehilangan energi hidrolik di sepanjang pipa. Kerugian head mayorKerugian head ini terjadi akibat adanya gesekan antara dinding pipa dengan fluida yang mengalir di dalamnya.

2.10. Computational Fluid Dynamic (CFD) Fluent

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

2.10.1. Proses simulasi CFD

  Gambar 2.14 Diagram Alir Algoritma Numerik volume hingga dengan metode SIMPLEProses pemecahan matematika pada solver memiliki 3 tahapan yaitu:1) aproksimasi aliran yang tidak diketahui dilakukan dengan menggunakan fungsi sederhana; 2) diskretisasi dengan mensubstitusi hasil aproksimasi ke dalam persamaan aliran disertai dengan manipulasi matematis;3) penyelesaian persamaan aljabar. Pada proses solver, terdapat 3 persamaan atur aliran fluida yang menyatakan hukum kekekalan fisika,yaitu : 1) massa fluida kekal; 2) laju perubahan momentum sama dengan resultansi gaya pada partikel fluida (Hukum II Newton); 3) lajuperubahan energi sama dengan resultansi laju panas yang ditambahkan dan laju kerja yang diberikan pada partikel fluida (Hukum ITermodinamika).

2.10.2. Metode Diskritisasi CFD

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

2.10.3 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal

Pada pompa sentrifugal, yang dapat dianalisa oleh CFD Fluent ini adalah airan fluidanya, dimana dengan CFD Fluent ini kita dapat mensimulasikan vektor Pada gambar 2.14 dan gambar 2.15 merupakan contoh hasil dari simulasi pompa sentrifugal dengan massa alir 0,5 kg/s dan tekanan pompa 0,5 atm. Gambar 2.15 Hasil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yang terjadi Gambar 2.16 Hasil simulasi untuk distribusi tekanan yang terjadi

BAB II I PERENCANAAN INSTALASI 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 pada instalasi yang akan dibuat. Selain dari pada itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yangterpasang pada instalasinya.

3.1 Skema Instalasi Pompa Yang Direncanakan

  gate vale ukuran 1 inchi yang dipasang pada pipa isap Adapun gambar dan bentuk instalasi yang akan dirancang adalah sebagai berikut: Gambar 3.1 Skema perencanaan instalasi pompa Pada instalasi dilakukan pengambilan data,dimana pengambilandata dari pengujian dilakukan dengan cara manual yaitu dengan menggunakan peralatansebagai berikut: 1. Dengan menyatakan bahwa titik 1 pada permukaan fluida tangki bawah dan titik 2 pada permukaan fluida tangki atas, maka head pompa secara umum dinyatakan dengan persamaan: V + H S + H L∆H ∆H Dimana: P = perbedaan head tekanan ( m )∆H V = perbedaan head kecepatan ( m )∆H H = head statis ( m ) S H L = kerugian head ( m ) 3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( P ) ∆H Head tekanan merupakan energy yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan.

3.4 Perhitungan Motor Penggerak Pada Pompa Yang Akan Digunakan

  − Jika pompa jarang dipakai, maka biaya operasinya akan tinggi karena biaya beban tetap harus dibayar, − Jika listrik padam, maka pompa tidak dapat bekerja sama sekali, − Pada dasarnya pompa memerlukan penggerak mula untuk menggerakkan/ mengoperasikan pompa tersebut. Dalam perencanaan ini dipilih motor listrik sebagai alat penggerak mula pompa dengan pertimbangan sebagai berikut [ Pompa dan kompresor : Sularso, Ringan dan hampir tidak menimbulkan suara, − Pengoperasiannya lebih mudah, − Jika tenaga listrik dari PLN atau sumber lain tersedia dengan tegangan yang sesuai di sekitar tempat tersebut, maka penggunaanmotor listrik dapat memberikan ongkos yang murah, − a.

3.5 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller

  Impeller adalah roda atau rotor yang dilengkapi dengan sudu – sudu, dimana sudu – sudu ini berguna untuk memindahkan mekanis poros menjadienergy fluida. Tipe impeller suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut.

3.6 Efisiensi Pompa Pada Instalasi Yang Dirancang

  00151 −n 2850 menit q =43 9 , 87 ( ) = 19,82 1 menitMaka akan didapat nilai efisiensi hidrolis sebesar: 15 19.82 20( 1 menit ) n qh 0.91 h 0.94 η η 20 19 , 82 , 94 h − − η( ) ( ) = 20 15 , 94 , 91 − − h η = 0,9389 2. Hal: 205 ): n Qs = 3 , 65 η43 H Dimana: n = kecepatan impeller pompa ( rpm ) n = kecepatan spesifik impeler s Maka: 2850 , 0015s 3 , 65 η =43 9 , 87= 72,35 Dengan menginterpolasikan harga dibawah ini, maka akan didapat: 60 72,35 100 n sv 0.94 v 0.97 η η , 97100 72 , 35 v − − η( ) ( ) = 100 60 , 97 , 94 − − v η = 0,94926 3.

3.7 Daya Pompa dan Daya Motor Penggerak Pada Instalasi

  Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller yang dicari dengan persamaan: HQγ Np = η P Dimana :H = Head pompa = 9,87 m 3 Q = Kapasitas pompa = 0,0015 m /s 3 C = 9790 N/mγ = Berat jenis air pada temperatur 20 P η = efisiensi motor pompa = 84% Sehingga: 9790 9,87 0,0015 × ×Np = , 833= 173,99 W Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel secara langsung dengan poros pompa. Daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapatdihitung dengan persamaan: 1 pα ( )N =m η t Dimana:N m = daya motor penggerak ( kW )N p = daya pompa α = factor cadangan daya = ( 0.1 ÷ 0.2 ) Untuk motor induksi diambil 0.1 η = efisiensi transmisi = 1.0 dikopel langsung t Sehingga: 99 1 .

3.8 Spesifikasi Pompa Yang Digunakan Pada Instalasi

Untuk menentukan jenis pompa yang sesuai dengan instalas perlu diperhatikan data-data spesifikasi pompa perencanaan, sebagai berikut:Kapasitas Pompa ( Q ) : 90 ltr / mntHead Pompa ( H ) : 9,87 mJenis Pompa : Pompa RadialPutaran Spesifik ( n s ) : 1024 rpmTipe impeller : Radial FlowEfisiensi Pompa ( : 83,3 % P η ) Daya Pompa ( N ) : 173,99 W p Daya Motor ( N m ) : 191,389 WDengan memperhatikan data-data pada pompa perencanaan maka dapat ditetapkan pompa yang akan digunakan dalam instalasi adalah :Merk : DMY water pumpTipe : AQUA - 175Tinggi Tekan : 18 meterKapasitas : 90 Ltr/mntDaya : 175 Watt ( 0,24 Hp )Putaran : 2850 rpm Gambar 3.5 Pompa Sentrifugal

3.9. Ukuran-Ukuran Utama Pompa

3.9.1. Ukuran Poros dan Impeller pompa

  Adapun bentuk impeller yang akandiukur adalah seperti yang tertera pada gambar dibawah ini : Gambar 3.6 Bentuk impeler dan sudu yang digunakan dalam pompa Gambar 3.7 Ukuran – ukuran utama pada impeler 1. Kecepatan Sudut Absolut keluar impeler ( W V 2 = kecepatan tangensial keluar impelerα U 2 = kecepatan relative keluar impeler = komponen absolute keluar impelerV u2 = komponen tangensial kecepatan absolute keluar impelerW 2 V Keterangan gambar : Gambar 3.9 Segitiga kecepatan pada sisi keluar Setelah didapat harga-harga diatas maka polygon kecepatan keluar impeler dapat digambarkan seperti gambar 3.6 berikut ini: 4= 7,95 m/s = 48 ,34 sin 5 , α r 2 ) sin 2 =22 V 2 ) 7.

4. Melukis Bentuk Sudu

  2 = - 3,74 19− 4 28 ,34 52 , = = 10,6mmPerubahan besar sudut kelengkungan ( ) terhadap perubahan R adalah : 64− 4 1 ,22 5 , R = /2= 129/2= 64,5 mm i = jumlah bagian yang dibentuk oleh lingkaran konsentris direncanakan 4bagian. Demikian seterusnya dilakukan dengan langkah 3 dan hingga dapat ditentukan titik D dan E pada lingkaran d dan 2 sehingga diperoleh tiktikA, B, C, D dan E yang membentuk sudut impeler.

3.9.2 Bentuk dan Ukuran Rumah Pompa

  Rumah pompa adalah bagian yang sangat penting dari sebuah pompa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dan mengubah energi kinetic fluida menjadienergi tekanan. Rumah pompa yang digunakan pada perencanaan ini adalah jenis rumah volut, jenis ini berbentuk spiral biasanya disebut rumah keong.

3.9.2.1 Bentuk Rumah Pompa

Untuk menggambarkan rumah pompa volute, rumah pompa dibagi atas 8 bagian penampang masing- masing 45, 90, 135, 180, 225, 315, dan 360.Berdasarkan perbandingan kecepatan pada kerongkongan rumah keong (V thr /U 2 ) dengan kecepatan keliling fluida keluar impeler adalah fungsi dari kecepatan spesifik seperti pada gambar dibawah ini [ Lobanoff, hal 31 ]: Gambar 3.11 Perbandingan Kecepatan pada kerongkongan rumah keong 3 Pada perhitungan sebelumnya diperoleh Q = 0,0015 m / S dan H = 9,87 p m dengan harga ns, = 1024 rpm, sehingga dari grafik di atas diperoleh bahwa harga C 3 / U 2 = 0,45 sehingga dari persamaan diperoleh : 3 / U 2 ) x U 2 = 0,45 x 19,25= 8,6625 m/s

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

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

3 D

  = Luas Saluran keluar kerongkongan b 3 = lebar saluran keluar kerongkongan thr 2 + 0,025 r 2 [ Khetagurov, hal 248 ] = 8 mm + 0,025 ( 64,5 mm)= 4,1125 mm D 3 = 2r 3 , dimana nilai r 3 = ( 1,02÷ 1,05 )r 2 , dalam perencanaan ini diambil nilai r 3 = 1,035 r 2 [ Khetagurov, hal 248 ]. = 2 x 1,035 x (64,5)= 133,515 mm sinα = Sudut volute, nilai sin v v α didapat dari hasil interpolasi grafik penentuan sudut volut [ Stepanoff, hal 113 ], sebesar 7,1 .

3.9.2.3 Penampang dan Jari-Jari Volute

  Bentuk rumah pompa adalah rumah volute sehingga luas daerah diantara rumah pompa dan impeler merupakan fungsi sudut volute ( v ) dalam sistemradial lingkaran, dapat dihitung dengan persamaan [ Stepanoff, hal 115 ] vi = jari-jari lintasan antara casing dengan impeler r vi =Untuk v = 90 , maka diperoleh : A v = A thr = 213,211= 53,30 mm 2 A v = A thrDimana: r Dengan cara yang sama harga dari A ) R vi (mm) r v (mm)69,66 90 53,30 4,12 73,78 2 Tabel.3.8. vi , r v , r v = 4,12 + 64,5 + 5,16= 73,78 mm Besarnya harga r v diperoleh dari r 2 + t = 0,08 x 64,5= 5,16 mm maka :r v = r vi + r 2 = 0,08.r t = Jarak impeler dengan lidah volut, biasanya 8% dari jari – jari keluar impeler [Khetagurov, hal 246].

3.10. Pelaksanaan Perancangan

3.10.1 Diagram Alir Perancangan

Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini dilaksanakan berurutan dan sistematis,seperti ditunjukkan pada gambar 3.14. STARTIndentifikasi masalah dan menetapkan tujuan perancangan

STUDI AWAL:

Studi literatur PERSIAPAN:

PENGUMPULAN DATA:

3 Tidak PENGOLAHAN DATA: Simulasi data statistik (CFD Fluent 6.1.22 ) ANALISA DATA Ya KESIMPULAN SELESAI Gambar 3.10 Diagram aliran pelaksanaan Perancangan

3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan

  Adapun hasil akhir dari perancangan Instalasi pompa ini dapat dilihat dari gambar dibawah ini :Gambar 3.11. Pandangan depan Instalasi pompa Gambar 3.12..

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

  4.1 Pendahuluan Sistem yang dilakukan dalam analisa memprediksi aliran fluida yang terjadi pada pompa yaitu pengambilan data dari pengujian kapasitas pompa permenit pada Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin. Dari analisa aliran fluida ini akan diketahui besar tekanan dan kecepatan disisi keluar ( outlet ) sehingga akan tampak bagian -bagian pada impeller atau rumah pompa yang kemungkinan akan terjadi kavitasi.

4.3 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa

  Besarnya tinggi tekan pompa dari sistem adalah penjumlahan dari tinggi tekan statik (head static ) dan kehilangan tinggi tekan ( head loss ) yang terjadi. Secara matematis tinggi tekan pompa dapat dihitung: H ( Open 100 % ) = H V + H S + H L Dimana:H ( Open 100 % ) = Tinggi tekan pompa dengan gate valve closed 100 % ( m )H V = Tinggi Tekan ( head ) kecepatan ( m ) H S = Tinggi tekan statik, pada Bab 3 telah dibahas H S= 2 m H L = kerugian head ( m )Untuk mempermudah perhitungan tinggi tekan, maka dibedakan kehilangan tinggi tekan pada pipa isap ( h s ) dan kehilangan tinggi tekan pada pipatekan ( h ).

4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap

a. Kerugian Head Akibat Gesekan ( h fs )

  Kerugian Head Akibat Perlengkapan InstalasiBesarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan:2 Vsh = ms nk∑ 2 g Dimana: h = kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap ms n = jumlah kelengkapan pipa Besarnya koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve closed 100% dapat ditentukan dengan menggunakan table dibawah dibawah ini. 2 K closed 100 % = K open x 0.24K closed 100 % = 1 x 0.24 Ratio untuk gate valve closed 100 %: = 1Maka: Edition Diameter pipa nominal pada pipa isap adalah 1 in.

4.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

  Kerugian Head Akibat Gesekan PipaKarena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa isap, maka bilangan Reynold ( Re ) = 37542.5 dengan factor gesekan ( f ) = 0.0343 danpanjang pipa isap 460 cm adalah sama besarnya dengan perhitungan pada pipa isap. Dalam perencanaan ini dipilih 15%, maka besarnya head pompa dengan gate valve closed 100 % yang akan dirancang adalah:H ( gate closed 100 % ) = 6,619 x ( 1 + 0.15 ) = 7,6118 m 4.4 Analisa Kavitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Gate Valve open 100% Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairaPn yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawahtekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa.

4.4.1 Net Positive Suction Head (NPSH)

  Untuk menghindari kavitasi diusahakan agar tidak ada satubagianpun dari aliran didalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Ada dua macam NPSH, yaitu NPSH yang tersedia pada sistem ( instalasi ), dan NPSH yang diperlukan oleh pompa.

4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available ( NPSH yang tersedia )

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair valve closed 100% pada sisi isap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut yang mana gate valve closed 100%. Dalam hal pompa yang mengisap zatcair dari tempat terbuka, maka besarnya NPSH valve closed 100 % yang tersedia dapat dituliskan sebagai berikut: =Dimana: = NPSH yang tersedia ( m )P a = tekanan atmosfirP v = tekanan uap jenuh air pada temperatur 20 2 = 2340 N/m = berat zat cair per satuan volume γ 3 = 9790 N/m h s = head isap statis (m), h s adalah positif (bertanda + ) jika pompa terletak diatas permukaan zat cair,dan negatif ( bertanda - )jika dibawah.= 0,78 m h ls = kerugian head didalam pipa isap= 0,919 m Sehingga NPSH yang tersedia sesuai dengan persamaan diatas adalah:= 0,78 0,919 = 8,4118 m

4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required (NPSH yang diperlukan)

  Namun untuk penaksiran secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung denganpersamaan: Hsv N σ =H N σ = Koefisien kavitasi Thoma H svN = NPSH yang diperlukan (m) H N = Head total pompa pada titik efisiensi maksimum (m). hal 380 Berdasarkan gambar 4.2 dapat diketahui bahwa besar koefisien kavitasiThoma pada kecepatan spesifik = 1024 rpm adalah sebesar 0.051 maka:Sehingga besarnya NPSH yang diperlukan adalah: N svH = 0,051 x 7,6118 = 0,3882 mMaka dari perhitungan diatas tampak bahwa NPSH yang tersedia ≥ NPSHyang diperlukan dengan gate valve closed 100%, sehingga pompa yang digunakan untuk melanyani instalasi yang dirancang dapat beroperasi tanpa kavitasi.

4.5 Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik

  GAMBIT ( Geometry And Mesh Building Intelligent Toolkit )GAMBIT merupakan salah satu preprocessor yang membantu untuk membuat geometri dan melakukan diskritisasi ( meshing ) pada model untukdapat dianalisa pada program FLUENT. FLUENTFLUENT 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.

4.5.1 Proses pembuatan geometri impeler pompa sentrifugal

  Membuat lingkaran D h ( diameter hub ) dan lingkaran D 2 ( diameter sisi keluar impeller )Lingkaran D h dan D 2 dibuat pada toolbox geometry, kemudian pilih createreal circular face, dengan D h = 27 mm dan D 2 = 64.45 mm kemudian apply c. Memotong bidang geometri ( substract )Setelah lingkaran-lingkaran terbentuk, kemudian bidang geometri lingkaran luar tersebut dipotong dengan sudu-sudu dan lingkaran dalam denganmenggunakan ikon substract face pada toolbox geometry dan shaded pada global control Gambar 4.7 Tampilan hasil dari substract face dan shaded d.

4.5.2 Proses solving dan postprocessing geometri impeller pompa sentrifugal

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

4.5.3 Proses solving dan postprocessing geometri rumah pompa

  Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akandieksekusi di program ini dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam program ini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akanmenghasilkan data-data yang diinginkan. Gambar 4.11 rumah pompa dalam GAMBIT Diatas telah dibahas mengenai langkah – langkah pengerjaan Fluent sehingga dari hasil analisa rumah pompa sentrifugal ini akan diberitahukandistribusi kecepatan, distribusi turbulensi, serta distribusi tekanan pada rumah ( housing ) pompa tersebut.

4.6. Analisa performansi dari pompa sentrifugal

4.6.1 Analisa kemungkinan kavitasi yang terjadi

  Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan o uap jenuh cairan ( dimana suhu air yang digunakan adalah 20 C, maka nilai 2 tekanan uap air jenuh adalah sebesar 2340 N/m ) pada suhu operasi pompa. Distribusi tekanan fluida pada rumah pompa sentrifugal Dari hasil simulasi aliran fluida di atas, ditunjukkan bahwa tidak terdapat daerah-daerah yang berpeluang untuk mengalami kavitasi pada impeler pompasentrifugal ini, karena tidak terdapat daerah – daerah yang memiliki tekanan dibawah tekanan uap air jenuh.

4.6.2 Analisa performansi dari pompa sentrifugal

  Dengan menggunakan nilai kecepatan masuk untuk gate valve open 100% V s = 2,256 m/s maka akan didapat kecepatan rata –rata yang berada di sisi keluar rumah pompa ( V d ). Dari hasil analisa diatas dapat ditentukan head ( tinggi tekan ) pada sisi tekan yang dihasilkan pompa tersebut.

4.7. Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan Hasil Fluent

  =Dimana: = beda head kecepatan= kecepatan aliran pada pipa tekan = keceparan aliran pada pipa isapMaka: == 1,2149 m 4.7.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap Dari pembahasan sebelumnya, untuk kecepatan aliran fluida pada pipa isap 2,062 m/s telah dibahas tinggi tekan ( head ) yang terjadi yaitu sebesar h ls =0,919 m 4.7.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan a. Kerugian head akibat gesekanBesarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan menurut Darcy- Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut:2 Ls d V h fd = f ×dis 2 g Untuk menentukan factor gesekan ( f ) terlebih dahulu ditentukan harga bilangan Reynold, dimana: V dd is Re =υ Dengan:= kecepatan aliran pada pipa tekan = 5,3 m/s Sehingga diperoleh:Re = = 138215,6863 Aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “.

BAB V KARAKTERISTIK POMPA

  Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311): ∞ : head Kapasitas Euler Q : kapasitas pompaU 2 : kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 19,25 m/s ) o2 : sudut sisi keluar impeller ( 19,52 ) β d 2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,129 m ) b 2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,0025 m ) g : percepatan gravitasi sehingga: = 37,77 – 5463,26 Q b. Head toritis dan kapasitasAliran ideal menyatakan bahwa aliran mengalir tanpa gesekan dan diarahkan dengan sudu yang tak terbatas dan tanpa turbulensi, tetapi dalampraktek yang terjadi adalah sebaliknya, yaitu terjadi gesekan dan jumlah sudu yang terbatas serta sudu mempunyai ketebalan tertentu, dengan kondisi tersebutmaka akan menghasilkan head yang lebih rendah dari pada head Euler.

3 Qs = 0,002745 m /s

  Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Actual dan Head System Pada Berbagai 12 0.002 9.55 15.99 10 0.00225 9.17 19.7 11 0.0025 8.77 23.86 0.00275 12.71 8.34 28.45 13 0.003 7.9 33.48 5.1.2 Hubungan efisiensi dan daya pompa dengan kapasitas pompaPerhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q dan H act diambil dari tabel 5.1. Q ( m³/s ) ( m ) ( m ) 1 11.8534 2 2 0.00025 11.64 2.21 3 0.0005 11.4 2.87 11.15 8 0.00175 3.96 5 0.001 10.87 5.49 6 0.00125 10.57 7.46 7 0.0015 10.26 9.87 Dimana: n = kecepatan spesifik (q 1 menit )3 Q = kapasitas pompa ( m s ) n = kecepatan kerja / putar pompa b.

3 Q = Kapasitas pompa ( m /s)

  Q L = Jumlah kebocoran pipa yang terjadi pada instalasi ( 0,02 ÷0,1 )Q, diambil 0,1 Qc. Efisiensi Mekanis Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dangesekan pada paking.

5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan

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

a. Head Euler dengan Kapasitas

  Head Euler merupakan head yang didapat dari suatu persamaan yang didasarkan pada asumsi yang ideal, yaitu aliran fluida dianggap tanpa gesekan,tanpa turbulensi dan dengan jumlah sudu yang tak berhingga dengan harapan diperoleh pengarahan pada fluida yang mengalir secara sempurna. Head aktual dengan kapasitas Head aktual adalah head teoritis dikurangi dengan rugi-rugi hidrolis selama pemompaan, hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ): = -Dengan: = rugi-rugi hidrolis selama pemompaan ( m )Kerugian hidrolis disebabkan karena adanya shock loss atau turbulence loss (hs) serta fricton and diffusion loss ( ).

3 Qs = 1,6142.10 m /s

  6.89 7.6118 Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q dan H act diambil dari tabel 5.3. Dari persamaan-persamaan tersebut maka hubungan antara kapasitas dengan efisiensi dan daya pompa dituliskan pada tabel 5.4 berikut : 3.74 24.4467 11 2.506 4.81 20.1818 10 2.2554 5.66 16.3659 9 2.0048 6.29 12.9988 8 1.7542 6.7 10.0808 7 1.5036 6 1.253 No.

5.3 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi

  Karakteristik sebuah pompa perlu diketahui sebelum pompa dioperasikan, karakteristik pompa dapat diketahui dengan melakukan eksperimen terhadappompa yang bersangkutan serta dengan melakukan pendekatan teoritis. Head Euler dengan Kapasitas Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311): = 37,77 – 5463,26 Q b.

c. Head aktual dengan kapasitas

Head aktual adalah head teoritis dikurangi dengan rugi-rugi hidrolis selama pemompaan, hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ): = 19,3299 – 18,1489= 1,181 m dan pada kondisi ini juga berlaku : = = 0,5 hh= = 0,5 x 1,181= = 0,5902 m Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):= + ( ) ] [ 1 - ] [ 2 2 0,5902 = [ ( 6,6 ) + ( 19,25 x 0,6251 ) ] [ 1 – 2 ] 2 0,5902 = 0,03567 [ 584,2393] [ 1 – ]

3 Qs = 1,506 m /s

Harga shock loss untuk sembarang harga Q adalah: 2 2 = [ ( 6,6 ) + ( 19,25 x 0,6251 ) ][ 1 – 2 ] 2 = ( 20,8398) [ 1 – ] 2 3 6 .Q ] kemudian besar friction loss dan diffusion loss ( ) dapat dinyatakan dengan persamaan ( AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump, hal 164 ): 2

3 Dengan:

  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 = f ( Q ), sys 2 h = a ( Q – Q ) + H sys sys statis 2 18,1489 = a ( 0,001253 – 0 ) + 2 a = 10,2859.10 2 H sys = 10,2859.10 ( Q – 0 ) + 2 6 2 = 10,2859.10 Q + 2 Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Head Actual dan Head System Pada Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi. Hasil SimulasiTitik Operasional Pompa/Operating Point ( OPT ) : [ X ; Y ] 3 [ Q ( m /s ) ; H ( m ) ] 3 [ 1,25.10 m /s ; 18,7 m ] Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa Berdasarkan grafik – grafik karakteristik pompa di atas, tinggi tekan actual pompa, efisiensi serta daya pompa sangat dipengaruhi oleh kapasitas pompa yangdialirkan dari tangki bawah ke tangki atas.

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

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

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.

DAFTAR PUSTAKA

  Lampiran 3 : Koefisien kerugian gesek pada kelengkapan pipaSumber : Lobanoff, Val S., Robert R. Lampiran 4 : Kerugian gesek pada katup pompaSumber : Karasik, Igor J., William C.

Dokumen baru

Dokumen yang terkait

Perancangan Pompa Sentrifugal dengan Kapasitas 100m3 /jam dan Head Pompa 44m untuk Suplai Air Barometrik Condenser
97
462
77
Simulasi Pengaruh NPSH Terhadap Terbentuknya Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Program Komputer Computational Fluid Dyanamic Fluent
13
124
124
Analisa Performansi Pompa Sentrifugal Susunan Tunggal, Seri Dan Paralel
78
296
85
Studi Eksperimental Deteksi Fenomena Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Parameter Sinyal Getaran Dan Perubahan Temperatur
8
90
173
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve Open 100 %
14
71
132
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Perangkat Komputer CFD Fluent 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 50%
9
80
120
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22. Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 25%
12
112
153
Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22 pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 75%
9
91
119
Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22
12
63
119
Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 1500 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22
20
119
102
Analisa Performance Pompa Sentrifugal Terhadap Kapasitas Aliran
109
438
70
Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal Pada Instalasi Hotel Aryaduta Medan Dengan Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22
5
53
195
Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal pada Instalasi Rumah Sakit G.L.Tobing Tj.Morawa dengan Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT versi 6.1.22
8
62
187
Perancangan Dan Pembuatan Rumah Pompa Sentrifugal Dengan Kapasitas 20 M3/ Jam Air Dengan Proses Pengecoran Menggunakan Cetakan Pasir
9
79
124
Optimasi Desain Impeller Pompa Sentrifugal Menggunakan Pendekatan CFD
1
1
6
Show more