Rancangan Pompa Sentrifugal Satu Tingkat III-VI

BAB III

METODE PERENCANAAN

Dalam memilih suatu pompa untuk suatu maksud tertentu, terlebih dahulu

harus diketahui kapasitas aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat

cair yang akan di pompa pada instalasi yang akan dibuat.

Selain dari pada itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi,

perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa 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. Pedoman dalam menentukan jenis

pompa yang digunakan adalah instalasi yang direncanakan.

3.1 Skema Instalasi Pompa Yang Direncanakan

Instalasi yang direncanakan adalah sangat sederhana. Dimana instalasi

yang direncanakan terdiri dari:

1. Roof Tank

Roof tank atau tangki atas berfungsi sebagai tangki tempat penampungan

air yang telah dipompakan dari ground tank dengan kapasitas maximum

400 liter dengan ukuran sebagai berikut:

− Panjang 100 cm

− Lebar 80 cm

− Tinggi 50 cm

2. Besi

Besi ini digunakan sebagai penyangga atau dudukan dari roof tank

sehingga roof tank tidak jatuh dan air dapat bersirkulasi dengan baik

dimana penyangga ini memiliki tinggi 2 meter.

Universitas Sumatera Utara

3. Elbow

Pada perencanaan ini dipakai 2 jenis elbow, yaitu:

1. Elbow 90o long regular ukuran 1 inchi sebanyak 6 elbow ( satu

dipasang pada pipa isap dan lima dipasang pada pipa tekan )

2. Elow 90o long regular ukuran 1.5 inchi sebanyak 2 elbow yang

dipasang pada pipa buang.

4. Pipa

Pipa ini merupakan sarana penyaluran air dari ground tank ke roof tank.

Ada 2 jenis ukuran dari pipa yang dipakai, yaitu:

1.Pipa isap dan pipa tekan yang berukuran 1 inchi.

2.Pipa buang yang berukuran 1,5 inchi.

5. Meja

Meja yang dimaksud dalam hal ini berfungsi sebagai dudukan pompa,

agar pompa tetap kokoh saat memompakan air.

6. Pompa

Yaitu sebagai alat untuk memindahkan atau mentransfer air dari tangki

bawah ke tangki atas.

7. Ground Tank

Ground tank atau tangki bawah berfungsi sebagai sumber air yang akan

dialirkan oleh pompa dengan kapasitas maximum 400 liter yang bentuk

dan ukurannya sama dengan roof tank.

8. Gate Valve

Gate valve digunakan untuk mengatur kapasitas yang dipompakan. Gate

valve yang digunakan ada 2 ukuran yaitu:

1. gate valve ukuran 1.5 inchi yang dipasang pada pipa buang

2. 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

3.2 Penentuan Kapasitas

Dalam menentukan kapasitas kita perlu memperhatikan bagaimana bentuk

instalasi yang kita rencanakan. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan adalah

volume roof tank yang digunakan yaitu 400 liter dan tinggi air yang hendak

dipompakan yaitu setinggi 200 cm. Dengan mempertimbangkan data-data diatas

dan melihat name plate dari pompa yang digunakan pada instalasi yang akan

dirancang maka kapasitas yang ditetapkan adalah sebesar 90 ltr / mnt.


3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi

Head pompa adalah besarnya energy 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 system pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat pada

gambar 3.1 . Dengan menyatakan bahwa titik A pada permukaan fluida tangki

bawah dan titik B pada permukaan fluida tangki atas, maka head pompa secara

umum dinyatakan dengan persamaan:

Hpompa = ∆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 )

Head tekanan merupakan energy yang dibutuhkan untuk mengatasi

perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam system kerja ini

tekanan air memasuki 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

Dimana:

QP = kapasitas pompa = 90 ltr/mnt = 31023 −× m3 / s

VS = kecepatan Aliran dalam pipa isap ( m/s )

AS = π/4 ( dis )2 = luas bidang aliran ( m2 )

dis = diameter dalam pipa ( m )

sehingga diameter pipa isap adalah:

dis = s

p

VQπ4

= 3

10234 3

×

×× −

π m

= 0,02523 m

= 0,99 inchi

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa

nominal 1 inchi dengan dimensi pipa:

− Diameter dalam ( dis ) = 1,049 in = 0,0266 m

− Diameter luar ( dos ) = 1,318 in = 0,0335 m

Dengan ukuran pipa standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang

sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah:

VS = S

P

AQ =

( )2

4

is

P

dQ

π

= ( )2

3

0266,0

10234

π

−×× m / s

= 2,6992 m /s


Diperoleh kecepatan aliran fluida masih sesuai.

Maka Head kecepatan aliran adalah:

HV = g

V2

2

= ( )81.92

6992,2 2

× m

= 0,3713 m

Perbedaan Head Kecepatan aliran adalah nol oleh karena besarnya head kecepatan

pada sisi isap dan sisi tekan sama yaitu 0,3713 m.

3.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆Hs )

Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir atas

dengan reservoir bawah seperti yang tampak pada gambar 3.1 diatas.

Dalam perencanaan ini, besarnya head statis adalah:

Hs = 2 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.

3.3.4.1 Kerugian Head sepanjang Pipa Isap ( hls )

a Kerugian Head Akibat Gesekan Pada Pipa Isap ( hfs )

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa isap menurut Darcy-

Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut [ Sularso, hal 28 ]:

hfs = f g

VdL s

is

s

2

2

×


Dimana:

hfs = kerugian karena gesekan ( m )

f = factor gesekan ( diperoleh dari diagram Moody )

Ls = panjang pipa hisap = 1,08 m

dis = diameter dalam pipa = 0,0266 m

Vs = kecepatan aliran fluida = 2,6992 m/s

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) terlebih dahulu ditentukan alirannya

apakah laminar atau turbulen dengan mencari harga bilangan Reynold ( Re ),

[Pump Handbook, hal 131 ] dimana:

υ

issdV=Re

Dengan:

Re = Reynold number

υ = viskositas kinematik, dimana harganya 1,02 x 10-6 m2/s untuk

tekanan 1 atm pada suhu 200C

Sehingga diperoleh:

Re = 61002,10266,06992,2−×

×

= 70390,9 ≥ 4000

Maka aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “

Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Galvanized Iron dimana bahan

pipa yang direncanakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,00015 m sesuai

dengan table 3.1 dibawah.


Table 3.1 Kekasaran relative (ε ) dalam berbagai bahan pipa

Pipeline Material Absolute Rougness (ε )

Ft mm

Glass and varicus plastic

( e.g, PVC and PE pipes )

0

( hydraulically smooth )

0

( hydraulically smooth )

Drawn tubings ( e.g.

coper or aluminium pipes

or tubings )

5 x 10-6 1.5 x 10-6

Comersial steel or

wrought iron

1.5 x 10-4 4.6 x 10-2

Cast iron with asphalt

lining

4 x 10-4 0.12

Galvanized iron 5 x 10-6 0.15

Cast iron 8.5 x 10-4 0.25

Wood stave 6 x 10-4 ÷ 3 x 10-3 0.18 ÷ 0.9

Concrete 1 x 10-3 ÷ 1 x 10-2 0.3 ÷ 3.0

Riveted steel 3 x 10-3 ÷ 3 x 10-2 0.9 ÷ 9.0 Pump Handbook, Igor J. Karsik, William C. Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina

Maka kekasaran relative (ε /dis ) adalah:

isdε =

0266,000015,0 = 0,005639


Selanjutnya dicari harga faktor gesekan dengan menggunakan diagram moody.

0 x 37,5 mm

Gambar 3.2 Diagram moody

Posisi Re = 70390,9 didalam garis horisontal diagram moody dapat

dihitung dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga

diperoleh:

0,15 =

x = 31,78 mm

Nilai kekasaran relative didalam garis vertikal diagram moody dapat

diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga

diperoleh:

0,1527 =

y = 5 mm

Friction factor

0,04

0,03

f

15 mm

0

5 mm 0,006 = - 2,2218

e/dis = 0,005639 = -2,2487

0,004 = - 2,3979

5,75 mm

y

0

104

70390,9 105


Nilai koefisien gesek didalam garis vertikal diagram moody dapat

diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga

diperoleh:

log =

f = 0,033

Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 70390,9 dan e/ dis =

0,005639 dengan cara interpolasi maka akan diperoleh factor gesek ( f ) = 0,033,

sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy-Weishbach

adalah:

hfs = 0,033 ( )81,92 2,6992

0,026608,1 2

×××

= 0,4975 m

b Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi ( hms )

Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh

dengan persamaan [ Pump Handbook, hal 152 ]:

hms = g

Vnk s

2

2

∑

Dimana:

hms = kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap

n = jumlah kelengkapan pipa

k = koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa

Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat

adanya kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap, maka perlu

diketehui terlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur

pipa isap. Adapun jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut:

− Gate valve 1 buah

− Elbow 90o long regular 1 buah


Tabel 3.2 Nilai koefisien K untuk tipe screwed

Nominal Screwed

Diameter,in ½ 1 2 4

Valve (fully open):

Globe 14 8,2 6,9 5,7

Gate 0,30 0,24 0,16 0,11

Swing check 5,1 2,9 2,1 2,0

Angle 9,0 4,7 2,0 1,0

Elbows

450 regular 0.39 0.32 0.30 0.29

900 regular 2.0 1.5 0.95 0.64

900 long radius 1.0 0.72 0.41 0.23

1800 regular 2.0 1.5 0.95 0.64 Bruce R.Munson ,Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition

Sesuai data dari table diatas maka koefisien kerugian ( k ) dari gate valve

dan elbows 90o untuk jenis screwed dengan diameter nominal pipa 1 inci adalah

sebagai berikut:

Tabel 3.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa isap

Jenis perlengkapan Jumlah ( n ) K nk

Mulut isap 1 0.4 ÷ 0.5 0.45

Gate valve 1 0.24 0.24

Elbow 90o regular 1 1.5 1.5

Total koefisien kerugian 2.19

Maka besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah

sebesar:

hms = ( )81,92

6992,22,192

× m

= 0,813 m


Dengan demikian diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa

sebesar:

hls = hfs + hms

= 0,4975 m + 0,813 m

= 1,3105 m

3.3.4.2 Kerugian Head sepanjang Pipa Tekan ( hld )

a 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 1

inci dan bahan pipa adalah Galvanized iron yang sama dengan pipa hisap.

Ukuran pipa tersebut adalah:

− Diameter Dalam ( dis ) = 1,049 inci = 0,0266 m

− Diameter Luar ( dos ) = 1,318 inci = 0,0335 m

Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa hisap, maka

bilangan Reynold ( Re ) adalah 70390,9 dan factor gesekan ( f ) = 0,033 serta

panjang pipa tekan adalah 4,6 m, maka besarnya kerugian head akibat gesekan

pada pipa tekan adalah:

hfd = 0,033 ( )81,92

6992,20266,0

6,4 2

××

= 2,1191 m

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

Dari gambar instalasi sebelumnya telah tertera bahwa perlengkapan yang

diperlukan adalah elbow 900 regular sebanyak 5 buah.

Oleh karena jenis elbow pipa tekan sama dengan jenis elbow pada pipa

isap maka besarnya koefisien kerugian ( k ) dari instalasi pipa tekan seperti pada

tabel 3.4 dibawah:


Tabel 3.4 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa tekan



Pipa keluar 1 1 1


Maka harga kerugian head akibat perlengkapan instalasi pipa tekan adalah:

hmd = g

Vnk s

2

2

∑

= ( )81,92

6992,25,82

×× m

= 3,156 m

Dengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah:

hld = hfd + hmd

= 2,1191 m + 3,156 m

= 5,2751 m

Maka kerugian head gesekan total adalah:

hL = hls + hld

= 1,3105 m + 5,2751 m

= 6,5856 m

Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang

dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan:

Htotal = ∆HP + ∆HV + ∆HS + ∆HL

= 0 + 0 + 2 m + 6,5856 m

= 8,5856 m


Namun untuk pemakainnya dalam jangka waktu yang lama maka perlu

diperhatikan hal – hal sebagai berikut:

− Kondisi permukaan p ipa 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 = 8,5856 m x ( 1 + 0,15 )

= 9,87 m

3.4 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan

Pada dasarnya pompa memerlukan penggerak mula untuk menggerakkan/

mengoperasikan pompa tersebut. Ada beberapa jenis alat penggerak motor yang

akan digunakan untuk menggerakkan pompa, antara lain: turbin uap, motor bakar,

dan motor listrik.

Dalam perencanaan ini telah ditentukan motor penggerak yang dipakai

adalah motor listrik dengan putaran motor 2850 rpm.

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 menjadi

energy fluida. Tipe impeller suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik

pompa tersebut [ Khetagurov, hal 205 ]:

ns = 4

3

P

P

H

Qn

Dimana:

ns = putaran spesifik ( rpm )


nP = putaran pompa ( rpm )

Q = kapasitas pompa ( gpm ) = 90 ltr / mnt = 23,778 gpm

HP = head pompa ( ft ) = 9,87 m = 32,373 ft

Sehingga:

ns = ( )

( ) 43

373,32

778,232850

= 1023,989 rpm

= 1024 rpm

Dari table dibawah diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 1024 rpm

maka jenis impeller yang sesuai adalah jenis Radial flow.

Tabel 3.5 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik

Jenis impeller ns

Radial flow 500 – 3000

Francis 1500 – 4500

Aliran campur 4500 – 8000

Aliran aksial 8000 ke atas pump selection book, C.P Beaton, G.T Meiklejohn

3.6 Efisiensi Pompa Pada Instalasi Yang Dirancang

Efisiensi merupakan parameter yang sangat penting dalam merencanakan

pompa. Dengan kondisi sistem yang ada pompa harus dirancang sedemikian

hingga menghasilkan efisiensi yang optimal. 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

qn ( menit1 ) 10 15 20 30 50 100

hη 0.86 0.91 0.94 0.96 0.97 0.98

Sumber: Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 258

Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan

[Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 248 ]:

1

4 3

−= menitH

Qnnq

Dimana:

qn = kecepatan spesifik ( menit1 )

Q = kapasitas pompa ( sm3 )

n = kecepatan kerja / putar pompa

sehingga didapat:

( )

1

4 387,9

0015.02850 −= menitnq

= 19,82 menit1

Tabel 3.7 Perhitungan kecepatan spesifik dengan efisiensi hidrolis

qn ( menit1 ) 15 19.82 20

hη 0.91 hη 0.94

( ) ( )91,094,0

94,01520

82,1920−−

=−

− hη

hη = 0,9389


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 3.8 hubungan antara kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi volimetris

sn 60 to 100 100 to 150 150 to 220

vη 0.94 to 0.97 0.97 to 0.99 0.98 to 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 ):

4 3

65,3H

Qns =η

Dimana:

n = kecepatan impeller pompa ( rpm )

sn = kecepatan spesifik impeler

Maka:

4 387,9

0015,0285065,3=sη

= 72,35

Tabel 3.9 Perhitungan kecepatan spesifik impeller dengan efisiensi volimetris

sn 60 72,35 100

vη 0.94 vη 0.97

( ) ( )94,097,0

97,060100

35,72100−−

=−

− vη

vη = 0,94926


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 0.9 – 0.97. Dalam perancangan ini diambil harga efisiensi mekanis

0.935.

Dari perhitungan diatas didapat nilai efisiensi total pompa pada instalasi

adalah:

totalη = hη vη mη = 935,094926,09389,0 ××

= 0,833

3.7 Daya Pompa Pada Instalasi yang Dirancang

Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan

untuk menggerakkan impeller yang dicari dengan persamaan [ Fritz Dietzel, hal

243 ]:

Pp

gHQNη

ρ=

Dimana :

H = Head pompa = 9,87 m

Q = Kapasitas pompa = 0,0015 m3/s

g = Massa jenis air pada temperatur 200 C = 1000 kg/m3

Pη = efisiensi motor pompa = 83,3%

Sehingga:

NP =

= 173,99 W

Sehingga daya pompa yang diperlukan untuk mengalirkan air atau daya

yang untuk menggerakkan impeller pada instalasi yang dirancang ini adalah

173,99 W


3.8 Spesifikasi Pompa Yang Digunakan Pada Instalasi.

Untuk menentukan jenis pompa yang sesuai dengan instalasi perlu

diperhatikan data-data spesifikasi pompa perencanaan, sebagai berikut:

Kapasitas Pompa ( Q ) : 90 ltr / mnt

Head Pompa ( H ) : 9,87 m

Jenis Pompa : Pompa Radial

Putaran Spesifik ( ns ) : 1024 rpm

Tipe impeller : Radial Flow

Efisiensi Pompa ( Pη ) : 83,3 %

Daya Pompa ( Np ) : 173,99 W

Dengan memperhatikan data-data pada pompa perencanaan maka dapat

ditetapkan pompa yang akan digunakan dalam instalasi adalah :

Merk : DMY water pump

Tipe : AQUA - 175

Tinggi Tekan : 18 meter

Kapasitas : 90 Ltr/mnt

Daya : 175 Watt

Putaran : 2850 rpm

Gambar 3.3 Pompa Sentrifugal


3.9 Ukuran Impeller dan Rumah Pompa

3.9.1 Bentuk dan Ukuran Impeller

Untuk dapat memperoleh ukuran poros dan impeller pada pompa maka

dilakukan pengukuran pada impeller. Adapun bentuk impeller yang akan diukur

adalah seperti yang tertera pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.4 Bentuk impeler yang digunakan dalam pompa

Gambar 3.5 Ukuran – ukuran utama pada impeler

Keterangan:

a.Diameter Poros pompa ( dS ) = 10 mm

b. Diameter Hub Impeller (dH ) =27 mm

c. Diameter Mata Impeller (dO ) =35 mm

d. Diameter Sisi Masuk ( d1 ) = 44,2 mm

e. Diameter Sisi Keluar (d2 ) = 129 mm


f. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk ( b 1 ) = 2,5 mm

g. Lebar Impeler Pada Sisi Keluar ( b 2 ) = 2,5 mm

h. Tebal Sudu Pada Sisi Masuk ( t 1 ) = 4 mm

i. Tebal Sudu Pada Sisi Keluar ( t 2 ) = 1 mm

j. Jumlah Sudu ( Z ) = 6 Buah

3.9.1.1 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Impeler

A. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler

1. Kecepatan Aliran Absolute ( V1 )

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

lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absulute ( α1 ) =

900 dan kecepatan aliran absolute ( V1 ) adalah sama dengan kecepatan radial pada

sisi masuk ( Vr1 )

Sebelum menghitung berapa kecepatan aliran absolute terlebih dahulu

ditentukan besar diameter mata impeller dengan persamaan [Khetagoruv, hal

257]:

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 ].

= 1,05 x 0,0015 m3/s = 0.001575 m3/s

do ={ ( )2027,0.001575.04

+×

OVπ}1/2

1,156.10-3 = 43

10.29,710.00535,2 −−

+OV

OV

310.00535,2 −

= 4,27.10-4

OV = 4

3

10.27,410.00535,2−

−

OV = 4,043 m/s


Jadi dapat diperoleh nilai kecepatan fluida radial sisi masuk ( Vr1 ) dengan

persamaan :

Vr1 = V0 + (10% ÷ 15%) x V0 ( dipilih 12,5 % )

= 4,043 + (0,125 x 4,043) = 4,5 m/s

2. Kecepatan Tangensial ( U1 )

Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler ditentukan dengan

persamaan [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ] :2

U1 = 60

.. 1 pndπ

= 60

285010.43 3 xx −π

= 6,6 m/s

3. Sudut Tangensial ( β1 )

Untuk aliran fluida masuk secara radial ( α = 90 ), maka sudut sisi masuk

(β ) dapat dihitung dengan persamaan berikut [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ]:

1

11 arctan

VVr=β

= arc tan

6,65,4

= 34,28 0

Maka segitiga kecepatan diatas pada sisi masuk impeler dapat digambarkan

sebagai berikut:

Gambar 3.6 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk


Ket.

W1 : Kecepatan relatif pada sisi masuk impeler

: Kecepatan fluida radial sisi masuk

U1 : Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler

β1 : Sudut sisi masuk

Dari gambar 3.6 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk

impeler ( W1 ) adalah :

W1 =

= 28,34sin

5,4

= 7,988m/s

B. Kecepatan dan Sudut Aliran Keluar Impeler

1. Kecepatan Radial Aliran ( Vr2)

Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler Vr2

adalah sebesar 4,5 m/s

2. Kecepatan Tangensial (U2)

U2 = 60

.. 2 pndπ

= 60

285010.12914,3 3 ×× −

= 19,25 m/s

3. Sudut tangensial Keluar Impeler ( β2 )

Z = 6,5 [ Fritz Dietzel, hal 255 ]

Dimana Z ( Jumlah Sudu ) = 6

Z = 6,5

−+

2,441292,44129 . sin

+

221 ββ


sin

+

221 ββ = 26,9

1β + 2β =53,80

2β = 53,80- 34,280

2β = 19,520

4. Kecepatan Absolut Tangensial ( Vu2 )

Vu2 = U2 - 2

2

tan βrV [Stepanoff, hal 49]

= 19,25 - 25,19

5,4Tan

= 7,94 m/s

5. Sudut Absolut Keluar Impeler ( 2α )

2α = arc tan 2

2

u

r

VV

= arc tan 55,65,4

= 34,48 0

6. Kecepatan Sudut Absolut keluar impeler ( W2 )

W2 = 2

2

sin βrV

= 52,19sin

5,4

= 13,46 m/s

7. Kecepatan Absolut aliran keluar ( V2)

V2 = 2

2

sinαrV

= 48,34sin

5,4

= 7,95 m/s


Setelah didapat harga-harga diatas maka polygon kecepatan keluar impeler

dapat digambarkan seperti gambar 3.7 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

β2 = sudut tangensial keluar impeler.

3.9.1.2 Melukis Bentuk Sudu

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 :

Dimana :

R1 = jari-jari lingkaran sudu sisi masuk impeler

= d1 / 2 = 44,2/2 = 22,1 mm

R2 = jari-jari lingkaran sudu sisi keluar

= d2/2 = 129/2 = 64,5 mm


i = jumlah bagian yang dibentuk oleh lingkaran konsentris direncanakan

4 bagian.

Maka diperoleh :

R = 4

1,225,64 −

= 10,6mm

Perubahan besar sudut kelengkungan ( ) terhadap perubahan R adalah :

= 4

28,3452,19 − = - 3,740

Jari-jari kelengkungan busur pada setiap lingkaran dapat dihitung dengan

persamaan:

=

Dimana :

i = menyatakan lingkaran bagian dalam

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 berikut ini:

Tabel 3.10 Jari-jari busur sudu impeler

Link R

(mm)

R2

(mm2) R cos R0 cos

- Ri cos

R0 2 – Ri 2

(mm)

1 22,1 488,41 34,48 - - -

B 32,7 1069,29 30,74 28,11 9,88 580,88 29,37

C 43,3 1874,89 27 38,58 10,47 805,6 38,45

D 53,9 2905,21 23,26 49,52 10,94 1030,32 47,09

2 64,5 4160,25 19,52 60,79 11,27 1255,04 55,65

Adapun langkah-langkah melukis sudu impeler adalah sebagai berikut :

1. Gambaran lingkaran a,b dan c diantara R1 dan R2 dengan R = 10,6 mm

2. Tentukan sembarang titik A pada lingkaran d1 lalu tarik garis sumbu OA

kemudian lukis sudut OAA’ sebesar = 34,80


3. Tentukan titik W sebagai pusat lingkaran 1 dan b pada garis AA’ dengan jari-

jari 29,37 mm dari titik A, lukis busur lingkaran yang berpusat di W dari titik

A hingga berpotonan dengan lingkaran b, tandai dengan titik C.

4. Tentukan titik CX sebagai pusat lingkaran b dan c pada garis BC dengan jari-

jari 38,45 mm dari titik C, lukis busur lingkaran yang berpusat di titik X dari

titik C hingga berpotongan dengan lingkaran c. titik potongan tersebut ditandai

dengan titik C.

5. Demikian seterusnya dilakukan dengan langkah 3 dan hingga dapat ditentukan

titik D dan E pada lingkaran d dan 2 sehingga diperoleh tiktik A, B, C, D dan

E yang membentuk sudut impeler.

6. Maka gambar sudu tersebut dapat dilihat seperti terdapat pada gambar 3.8

berikut :

Gambar 3.8 Bentuk sudu 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 menjadi

energi tekanan.

Rumah pompa yang digunakan pada perencanaan ini adalah jenis rumah

volut, jenis ini berbentuk spiral biasanya disebut rumah keong. Rumah pompa ini

dibentuk sedemikian rupa sehingga luas penampang rumah pompa perlahan-lahan

bertambah luas dalam arah radial. Jenis ini biasanya digunakan untuk pompa satu

tingkat dan konstruksinya sangat sederhana.

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 (Vthr/U2)

dengan kecepatan keliling fluida keluar impeler adalah fungsi dari kecepatan

spesifik seperti pada gambar dibawah ini [ Lobanoff, hal 31 ]:

Gambar 3.9 Perbandingan Kecepatan pada kerongkongan rumah keong

Pada perhitungan sebelumnya diperoleh Q = 0,0015 m3 / S dan Hp = 9,87

m dengan harga ns, = 1024 rpm, sehingga dari grafik di atas diperoleh bahwa

harga C3 / U2 = 0,45 sehingga dari persamaan diperoleh :


Vthr = ( C3 / U2 ) x U2

= 0,45 x 19,25

= 8,6625 m/s

3.9.2.2 Luas Saluran Keluar ( throat ) Volute ( Athr )

Besar luas penampang kerongkongan rumah keong (throat volute) (Athr)

adalah [ Stepanoff, hal 115 ]:

Athr = b3 D3 π sin vα

Dimana :

Athr = Luas Saluran keluar kerongkongan

b3 = lebar saluran keluar kerongkongan

= b2 + 0,025 r2 [ Khetagurov, hal 248 ]

= 8 mm + 0,025 ( 64,5 mm)

= 4,1125 mm

D3 = 2r3, dimana nilai r3 = ( 1,02 ÷ 1,05 )r2 , dalam perencanaan ini

diambil nilai r3 = 1,035 r2 [ Khetagurov, hal 248 ].

= 2 x 1,035 x (64,5)

= 133,515 mm

sin vα = Sudut volute, nilai sin vα didapat dari hasil interpolasi grafik

penentuan sudut volut [ Stepanoff, hal 113 ], sebesar 7,1 0.


Gambar 3.10 Grafik penentuan sudut volut

maka :

Athr = b3 . D3 . π . sin vα

= 4,1125 x 133,515 x π x sin 7,1

= 213,211 mm2

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 sistem

radial lingkaran, dapat dihitung dengan persamaan [ Stepanoff, hal 115 ]

Av = Athr

Dimana:

rvi = jari-jari lintasan antara casing dengan impeler

rvi =

Untuk v = 900, maka diperoleh :

Av = Athr


= 213,211

= 53,30 mm2

Besarnya harga rv diperoleh dari

rv = rvi + r2 + t

Dimana :

r2 = Jari – jari keluar impeler = 64,5 mm

t = Jarak impeler dengan lidah volut, biasanya 8% dari jari – jari

keluar impeler [Khetagurov, hal 246].

= 0,08.r2

= 0,08 x 64,5

= 5,16 mm

maka :

rv = rvi + r2 + t

= 4,12 + 64,5 + 5,16

= 73,78 mm

Dengan cara yang sama harga dari Av, rv, rvi, dapat ditabelkan untuk harga

tiap-tiap sudut volute ( ) yang telah ditentukan. Tabel berikut memberikan jari-

jari saluran dan luas volute untuk setiap penampang tiap-tiap sudut volute.

Tabel 3.11 Jari – jari dan luas volut untuk setiap penampang

(0) Av (mm2) Rvi (mm) rv (mm)

0 0 0 69,66

90 53,30 4,12 73,78

135 79,95 5,04 74,7

180 106,61 5,83 75,49

225 133,26 6,51 76,17

270 159,91 7,13 76,79

315 186,56 7,71 77,37

360 213,86 8,74 77,9

405 239,86 8,74 78,9

430 254,67 9,01 78,67


Adapun cara untuk melukis rumah keong ialah sebagai berikut:

1. Dengan pusat titik A, dilukis lingkaran-lingkaran dengan jarak yang telah

ditentukan

2. Dimana besar jari-jari tiap lingkaran tersebut sudah ditentukan dan dilukis

pada sudut tertentu, dimana diwakili pada sudut 0, 90, 180, 270 dan 360

3. Kemudian dilukis lingkaran yang menyinggung semua lingkaran dengan

titik pusat A ( lingkaran terputus-putus )

4. Demikian juga dilukis lingkaran luar yang sama dengan titik pusat A

5. Maka dari titik M ditarik garis ke titik N dan dari titik N ke titik O dan

seterusnya.

6. Maka terbentuklah sebuah rumah keong volute.

Gambar 3.11 Rumah pompa


3.10 Pelaksanaan Perancangan

3.10.1 Diagram Alir Perancangan

Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini dilaksanakan berurutan dan

sistematis,seperti ditunjukkan pada gambar 3.12

Gambar 3.12 Diagram aliran pelaksanaan Perancangan

- Kapasitas Pompa (m3/s)

- Kecepatan Aliran ( m/s )

- Head pompa pada Instalasi ( m )

- Putaran Pompa (rpm)

- Efisiensi Pompa pada Instalasi (%)

- Daya Pompa ( W )

- Pengukuran bentuk impeller dan rumah pompa

yang dipakai pada instalasi

Menggambar bentuk dari impeller dan rumah pompa dengan menggunakan AUTOCAD

-Perencanaan Bentuk Instalasi Pompa

-Penyediaan Alat dan bahan yang dibutuhkan

-Pengerjaan Instalasi Pompa

-Pengujian terhadap Instalasi Pompa

START

SELESAI


3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan.

Adapun hasil akhir dari perancangan Instalasi pompa ini dapat dilihat dari

gambar dibawah ini :

Gambar 3.13 Pandangan Depan Instalasi Pompa


Gambar 3.14 Pandangan Samping Instalasi Pompa


BAB IV

HASIL SIMULASI

4.1 Pendahuluan

Sistem yang dilakukan dalam analisa memprediksi aliran fluida yang

terjadi pada pompa yaitu pengambilan data dari pengujian kapasitas pompa per

menit pada Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin. Pengujian

tersebut dilakukan dengan bukaan gate valve pada pipa isap 25% ( closed 75% ).

Dari pengujian ini akan diperoleh data yang akan digunakan dalam analisa

memprediksi aliran fluida yang terjadi pada pompa dengan menggunakan

perangkat lunak CFD Fluent 6.1.22. 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.

Pengambilan data dari pengujian dilakukan dengan cara manual yaitu

dengan menggunakan peralatan sebagai berikut:

1. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk menghitung lamanya pompa beroperasi

sehingga diketahui kapasitas fluida yang akan dialirkan pada pembukaan

katub isap 25%.

Gambar 4.1 Stopwach


2. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air sebelum dan sesudah

air dipompakan dengan waktu tertentu untuk mendapatkan beda

ketinggian fluida sehingga diperoleh kapasitas pompa dengan bukaan

katup isap 25 %.

Gambar 4.2 Meteran

4.2 Perhitungan Kapasitas Pompa setelah Pengujian

Adapun data yang diperoleh dari pengujian dengan gate valve closed 75%

untuk mendapatkan besar kapasitas ( Q ) yaitu dengan mengetahui beda tinggi air

yang dipompakan dari ground tank ke roof tank per menit.

Tinggi awal air pada roof tank 15 cm

Pengujian I: Tinggi air menjadi 21,4 cm sehingga beda tingginya adalah 6,4

Pengujian II: Tinggi air menjadi 27,3 cm sehingga beda tingginya adalah 5,9

Pengujian III: Tinggi air menjadi 33,3 cm sehingga beda tingginya adalah 6

Pengujian IV: Tinggi air menjadi 39 cm sehingga beda tingginya adalah 5,7

Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa tinggi rata – rata air yang

dipompakan untuk gate valve closed 75% adalah = 6 cm

dengan panjang dan lebar dari roof tank 100 x 80 cm sehingga volume roof tank

yang dipompakan per menit adalah:

Q = = = 48000 =

= 8 x 10-4


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 ( gate closed 75% ) = HV + HS + HL

Dimana:

H ( gate closed 75% ) = Tinggi tekan pompa dengan gate valve closed 75% (m)

HV = Tinggi Tekan ( head ) kecepatan ( m )

HS = Tinggi tekan statik, pada Bab 3 telah dibahas HS = 2 m

HL = kerugian head ( m )

Untuk mempermudah perhitungan tinggi tekan, maka dibedakan

kehilangan tinggi tekan pada pipa isap ( hs ) dan kehilangan tinggi tekan pada pipa

tekan ( hd ).

4.3.1 Tinggi Tekan ( Head ) Kecepatan

Head kecepatan dapat dihitung dengan terlebih dahulu menentukan

kecepatan aliran pada pipa isap instalasi yaitu sebagai berikut:

Dimana:

VS = kecepatan aliran pada pipa isap ( m )

Q = kapasitas aliran untuk gate valve closed 25% = 8 x 10-4

A = luas pipa isap dengan diameter dis = 0,0266 m

VS =

= 1,4396

Kecepatan aliran pada sisi tekan adalah sama dengan kecepatan aliran sisi

isap sehingga beda head kecepatan adalah nol.


4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap

a. Kerugian Head Akibat Gesekan ( hfs )

Sesuai dengan persamaan pada BAB III untuk kecepatan aliran fluida pada

gate valve closed 75 % sebesar 1,4396 maka besarnya bilangan Reynold

adalah:

Re = = 37542,5

Aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “.

Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 37542,5 akan diperoleh

factor gesek ( f ) = 0,03365. Sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa

isap menurut Darcy - Weishbach adalah:

hfs = 0,03365 ( )81,92 1,4396

0,026608,1 2

×××

= 0,1443 m

b. Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi


dengan persamaan:

hms = g

Vnk s

2

2

∑

Dimana:



k = koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve closed

75%.

Besarnya koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve

closed 75% dapat ditentukan dengan menggunakan table 4.1dibawah ini.


Tabel 4.1 Kenaikan kehilangan tinggi tekan dengan tipe bukaan katup

openKKRatio

Condition Gate Valve Globe Valve

Open 100% 1,0 1,0

Closed 25 % 3,0 - 5,0 1,5 - 2,0

Closed 50% 12 – 22 2,0 - 3,0

Closed 75% 70 – 120 6,0 - 8,0

Sumber: Bruce R. Munson, Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition

Tabel 4.2 Nilai koefisien Kopen untuk tipe screwed valve

Nominal Screwed

Diameter,in ½ 1 2 4

Valve (fully open):

Globe 14 8,2 6,9 5,7

Gate 0,30 0,24 0,16 0,11

Swing check 5,1 2,9 2,1 2,0

Angle 9,0 4,7 2,0 1,0 Sumber: Bruce R.Munson, Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition

Diameter pipa nominal pada pipa isap adalah 1 in.

Ratio untuk gate valve closed 75%: = 95

Maka:

Kclosed 75% = Kopen x 0,24

Kclosed 75% = 95 x 0,24

= 22,8

Adapun perlengkapan dan nilai koefisien dari pipa isap adalah sebagai berikut


Tabel 4.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian pipa isap


Mulut isap 1 0.4 ÷ 0.5 0.45

Gate valve closed 75% 1 22.8v 22.8



Sehingga dapat dihitung besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa

pada pipa isap adalah sebagai berikut:

hms = 24,75

= 2,614 m

Maka total tinggi tekan ( head ) pada pipa isap yaitu:

hls = hfs + hms

= 0,1443 m + 2,614 m

= 2,7583 m

4.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

a. Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa

Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa isap, maka

bilangan Reynold ( Re ) = 37542,5 dengan factor gesekan ( f ) = 0,03365 dan

panjang pipa isap 460 cm adalah sama besarnya dengan perhitungan pada pipa

isap. Sehingga:

hfd = 0,03365

= 0,6146 m


Adapun kelengkapan yang ada pada pada pipa tekan lebih lengkapnya

dapat dilihat pada table dibawah ini.


Tabel 4.4 Perhitungan nilai koefisien kerugian pipa tekan



Pipa keluar 1 1 1



pada pipa tekan adalah sebagai berikut:

hmd = 8,5

= 0,897 m

Maka total tinggi tekan ( head ) pada pipa tekan yaitu:

hld = hfd + hmd

= 0,6146 + 0,897

= 1,5116 m

Maka kerugian head gesekan total adalah:

hL = hls + hld

= 2,7583 m + 1,5116 m

= 4,2699 m


dibutuhkan melayani instalasi pemipaan dengan gate vale closed 75%, yaitu


= 0 + 2 + 4,2699

= 6,2699 m


Maka dalam perencanaannya head pompa perlu ditambah ( 10 ÷ 25 ) %

[pump handbook, hal 248 ]. Dalam perencanaan ini dipilih 15%, maka besarnya

head pompa dengan gate valve closed 75% yang akan dirancang adalah:

H ( gate closed 75 % ) = 6,2699 x ( 1 + 0.15 )

= 7,21 m

4..4 Analisa Kavitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Gate Valve closed

75%

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair ketika dipompa yang

dikarenakan tekanan di dalam pompa turun dibawah tekanan uap jenuh fluida

yang dipompakan, dalam suatu pemompaan jika tekanan pada sembarang titik di

dalam pompa itu menjadi lebih rendah dari tekanan uap pada temperatur cairnya

maka fluida tersebut akan menguap dan membentuk suatu gelembung yang di

dalamnya berisi uap tersebut. 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. Selanjutnya gelembung itu akan mengalir

bersama - sama dengan aliran fluida dan apabila sampai pada tekanan yang tinggi

maka gelembung - gelembung tersebut akan mengecil secara tiba - tiba yang

kemudian pecah ke arah dalam yang mengakibatkan suatu shock yang besar pada

dinding didekatnya.

Kavitasi terutama akan terjadi pada bagian sisi masuk sudu impeller, baik

pada sudu maupun pada shroudnya. Akibat kavitasi yang dialami oleh pompa

adalah akan timbul suara berisik dan getaran yang disebabkan oleh pecahnya

gelembung - gelembung uap secara tiba - tiba tatkala memasuki daerah yang

memiliki tekanan yang lebih tinggi. Kavitasi menyebabkan timbulnya getaran dan

ketukan, serta menyebabkan turunnya kurva head kapasitas dan efesiensi, dan

apabila terjadi secara terus menerus akan dapat merusak permukaan logam dari

bahan pompa.


Gambar 4.3 Kerusakan pada permukaan sudu impeller akibat kavitasi

Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada

dinding namun bila hal itu terjadi berulang-ulang maka bisa mengakibatkan

terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material bisa rusak

oleh kavitasi bila dibiarkan terjadi dalam jangka waktu yang lama. Adanya benda

asing yang masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab

akan menyebabkan erosi pada dinding impeller. Bagian dari pompa sentrifugal

yang paling rawan terkena kavitasi adalah sisi impeller dekat sisi isap yang

bertekanan rendah juga tutup impeller bagian depan yang berhubungan dengan

sisi isap. Kavitasi pada pompa dengan gate valve closed 75% akan dianalisa

dengan menghitung harga NPSH.

4.4.1 NPSH ( Net Positive Suction Head )

Kavitasi akan terjadi apabila tekanan zat cair yang dipompa berada

dibawah tekanan uap jenuh zat cair tersebut, untuk menghindari terjadinya

kavitasi maka diusahakan agar tidak ada satu daerahpun dalam proses pemompan

yang memiliki tekanan dibawah tekanan uap jenuh cairan pada temperatur operasi

pemompaan.

Terjadinya kavitasi mempunyai kaitan dengan kondisi pompa pada sisi

isap. Tekanan isap minimum yang dimiliki pompa sehingga mampu memasukkan

cairan kepompa disebut net positive suction head ( NPSH ). Besarnya NPSH

dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain:

1. Tekanan absolut pada permukaan cairan yang dipompa.

2. Tekanan uap jenuh dari fluida yang dipompa pada temperatur cairannya.

3. Ketinggian cairan dari poros pompa.


4. Kerugian yang disebabkan oleh gesekan atau turbulensi aliran dalam pipa

isap antar permukaan cairan hingga ke pompa.

NPSH dibedakan menjadi dua yaitu NPSH yang tersedia dan NPSH yang

dibutuhkan. NPSH yang tersedia ditentukan oleh sistem atau instalasi pemompaan

sedangkan NPSH yang dibutuhkan oleh pompa yang ditentukan oleh perancang

pompa. Agar pompa dapat bekerja tanpa terjadi gangguan kavitasi maka pompa

harus beroperasi pada kondisi dimana NPSH yang tersedia > NPSH yang

dibutuhkan.

4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available ( NPSH yang tersedia )

NPSH valve closed 75% yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair

pada sisi isap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat

tersebut yang mana gate valve closed 75%. Dalam hal pompa yang mengisap zat

cair dari tempat terbuka, maka besarnya NPSH valve closed 75% yang tersedia dapat

dituliskan sebagai berikut ( Sularso, Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, Hal

44 ):

= +

Dimana:

= NPSH yang tersedia ( m )

Pa = tekanan atmosfir

Pv = tekanan uap jenuh air pada temperatur 200 C = 234 N/m2

γ = berat zat cair per satuan volume = 9790 N/m3

hs = head isap statis ( m ),

hs adalah positif ( bertanda + ) jika pompa terletak diatas

permukaan zat cair, dan negatif ( bertanda - ) jika

dibawah.

= 0,78 m

hls = kerugian head pada pipa isap = 2,7583 m


Sehingga NPSH yang tersedia sesuai dengan persamaan diatas adalah:

= 0,78 2,7583

= 6,5725 m

4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required ( NPSH yang dibutuhkan )

Tekanan terendah didalam pompa biasanya terdapat disuatu titik dekat

setelah sisi masuk sudu impeller. Ditempat tersebut, tekanan adalah lebih rendah

dari pada tekanan pada lubang isap pompa. Hal ini disebabkan oleh kerugian head

dinosel isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit,

dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat.

Agar tidak terjadi pengupan zat cair, maka tekanan pada lubang masuk

pompa dikurangi dengan penurunan tekanan didalam pompa harus lebih tinggi

dari pada tekanan uap zat cair. Head tekanan yang besar sama dengan penurunan

tekanan ini disebut NPSH yang dibutuhkan / net positive suction head required.

Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap pompa. Untuk suatu pompa

tertentu, NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan putarannya. Agar

pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi syarat NPSH

yang tersedia lebih besar dari pada NPSH yang dibutuhkan. Harga NPSH yang

diperlukan harus diperoleh dari pabrikan pompa yang bersangkutan. Namun untuk

penaksiran secara kasar, NPSH yang diperlukan dapat dihitung dengan persamaan

( Sularso, Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, Hal 46 ):

=

Dimana:

σ = Koefisien kavitasi Thoma

H = Head total pompa pada instalasi ( m )


Gambar 4.4 grafik hubungan antara kecepatan spesifik, efesiensi hidrolis serta

koefisien kavitasiThoma. Sumber: Igr J karasik. Pump HandBook. hal 380

Berdasarkan gambar 4.4 dapat diketahui bahwa besar koefisien kavitasi

Thoma pada kecepatan spesifik = 1024 rpm adalah sebesar 0.051 maka:

NPSHR = 0.051 x 6,2699

= 0,32

Maka dari perhitungan diatas tampak bahwa NPSHyang tersedia ≥ NPSHyang

diperlukan dengan gate valve closed 75%, sehingga pompa yang digunakan untuk

melanyani instalasi yang dirancang dapat beroperasi tanpa kavitasi.

4.5 Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik

Pada pembahasan ini akan dianalisa prototype pompa sentrifugal yang

digunakan pada instalasi yang direncanakan. 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 )

GAMBIT merupakan salah satu preprocessor yang membantu untuk

membuat geometri dan melakukan diskritisasi ( meshing ) pada model untuk dapat

dianalisa pada program FLUENT.

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.


Diagram Alir Untuk Simulasi

Gambar 4.5 Diagram Alir Simulasi pada GAMBIT

MULAI

membuat gambar impeller pada Autocad sesuai dimensi untuk mendapatkan nilai - nilai titik koordinat

SELESAI

Memasukkan file dari Autocad untuk membentuk GEOMETRI Impeller dan Housing Pump

Menetapkan ukuran MESH1,5 mm

Menentukan boundary condition dari GEOMETRI yang digambar

Mengeksport file geometri ke file msh


1

divergen

konvergen

gambar 4.6 Diagram Alir Simulasi pada FLUENT

MULAI

Mengimport file msh yang telah dibuat dari GAMBIT

• Melakukan Grid Check • Menskalakakan ukuran • Smooth / Swap

Pendefenisian • Material • Satuan • Kondisi batas • Fluida • Zona masuk fluida • Zona keluar fluida • Kondisi dinding

Berhasil ?

PROSES ITERASI

MENAMPILKAN HASIL • Distribusi tekanan • Distribusi turbulensi • Distribusi kecepatan • Grafik tekanan vs jarak

posisi tekanan fluida


4.5.1 Proses pembuatan geometri impeler pompa sentrifugal Permodelan geometri dari pompa sentrifugal ini dilakukan di program

GAMBIT sebagai tahap preprocessing. Dalam proses pembuatan geometri ini,

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

juga menggunakan program AutoCAD untuk menentukan titik – titik ( vertices )

supaya lebih mudah menggambarnya. Adapun tahap –tahap yang harus dilakukan

dalam menggambar prototype geometri tersebut adalah:

a. Memasukkan nilai titik – titik ( vertices )

Titik – titik yang telah digambar di AutoCAD dimasukkan ke GAMBIT

melalui toolbox geometry, kemudian create real vertex. Untuk setiap sudu

terdapat 10 titik (vertices) yang harus diinput.

Setelah memasukkan setiap titik, lalu titik tersebut di sambungkan satu

sama lain dengan menggunakan create straight edge dan create circular arc

seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.7 Tampilan Hasil setelah memasukan titik-titiknya

b. Membuat lingkaran Dh ( diameter hub ) dan lingkaran D2 ( diameter sisi

keluar impeller )

Lingkaran Dh dan D2 dibuat pada toolbox geometry, kemudian pilih create

real circular face, dengan Dh = 27 mm dan D2 = 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 dengan

menggunakan ikon substract face pada toolbox geometry dan shaded pada global

control


Gambar 4.8 Tampilan hasil dari substract face dan shaded

d. Membuat impeller geometri ( mesh )

Jaring geometri (mesh) ini dibuat dari toolbox mesh face kemudian pilih

face yang akan dimesh. Kemudian pada dropdown list elements pilih quad, dan

pada dropdown list type pilih pave. Kemudian pada mesh spacing diketik 2,

kemudian apply.

Gambar 4.9 Tampilan hasil mesh

e. Memberikan kondisi batas (boundary condition) pada geometri

Sebelum memberikan kondisi batas, terlebih dahulu menentukan jenis

solver yang akan dipakai nantinya, pada menu solver pilih FLUENT 5/6.

Kemudian untuk mempermudah melihat tampilan geometri, tampilan meshnya

harus disembunyikan dahulu, dengan menonaktifkan mesh pada toolbox global

control pilih special display attributes kemudian menonaktifkan check box

meshnya, lalu apply. Lalu klik toolbox operation pilih specify boundary types, dan

pada dropdown list type pilih velocity inlet, kemudian pilih edge 137 sebagai

entity-nya lalu apply. Kemudian pada dropdown list type pilih outflow, dan pilih


edge 77, edge 129, edge 120, edge 107, edge 97 dan edge 87 sebagai entity-nya,

kemudian apply.

Gambar 4.10 Tampilan hasil boundary condition

f. Mengeksport geometri menjadi file mesh (.msh)

Setelah geometri telah diberikan kondisi batasnya, kemudian pilih menu

file kemudian klik export dan pilih mesh. Kemudian aktifkan checkbox export 2-D

(X-Y) mesh dan accept.

4.5.2 Proses solving dan postprocessing geometri impeller 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 impeler kecepatan. Proses analisa

dalam FLUENT ini dilakukan pada impeller saja dan pada saat impeller dalam

housing pompa sentrifugal tersebut.

Hasil analisa dari impeller 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

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.

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 impeller yang terjadi negatif maka geometri harus di gambar ulang di

GAMBIT. Grid akan diperiksa dengan membuka menu grid lalu 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.

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 selesai.

e. Mendefinisikan model

1. Mengatur solver yang digunakan

Klik menu define lalu models, kemudian solver. Pada checkbox solver

pilih segregated. Lalu klik OK.

2. Mengaktifkan model aliran viscous

Membuka menu define lalu models kemudian viscous model, dan

aktifkan model standard k – ε , lalu klik OK.

f. Menentukan Sifat 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.


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.

h. Menentukan 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

kemudian pilih Fluid pada panel box boundary condition pilih set. Kemudian pilih

water liquid pada material name lalu OK

1. 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 1.4396 m/s kemudian klik OK

2. Mendefinisikan kondisi zona outlet

Pilih outlet pada panel box boundary condition pilih set kemudian klik

OK.

3. 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 2850

rpm.

i. Memulai iterasi

1. Memilih pengontrol solusi

Pilih menu solve kemudian pilih controls dan klik solution, lalu OK.

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.

3. Mengaktifkan Pengeplotan residu iterasi selama proses iterasi


Pengeplotan residu iterasi dibuka dari menu solver lalu pilih monitors

kemudian pilih residuals. Akan muncul panel residual monitors kemudian

pada check box options klik plot lalu klik OK.

4. Memulai iterasi

Problem ini akan diiterasikan pada menu solver lalu pilih iterasi. Dan

ketikkan number of iterations adalah 1000 lalu klik iterate

Gambar 4.11 Kurva residual iterasi

4.5.3 Proses solving dan postprocessing geometri rumah pompa

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. 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 sama

dengan proses impeller diatas dengan diameter rumah pompa 144 mm dan

diameter sisi keluar 26.6 mm seperti tampak pada gambar dibawah ini.


Gambar 4.12 rumah pompa dalam GAMBIT

Diatas telah dibahas mengenai langkah – langkah pengerjaan Fluent

sehingga dari hasil analisa rumah pompa sentrifugal ini akan diberitahukan

distribusi kecepatan, distribusi turbulensi, serta distribusi tekanan pada rumah (

housing ) pompa tersebut.

Gambar 4.13 Kurva residual iterasi


4.6 Analisa kavitasi dan 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

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. Dari

hasil analisa menggunakan CFD FLUENT distribusi tekanan dan turbulensi di

bawah ini akan menunjukkan daerah-daerah yang kemungkinan akan terjadi

kavitasi pada pompa yang dipakai pada instalasi. Daerah –daerah yang memiliki

tekanan fluida dibawah tekanan uap air jenuh atau sebesar 2340 Pa maka daerah

tersebut memiliki kemungkinan terjadinya kavitasi seperti yang ditunjukkan pada

gambar dibawah ini.

Gambar 4.14 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 pompa

sentrifugal ini, karena tidak terdapat daerah – daerah yang memiliki tekanan

dibawah tekanan uap air jenuh. Namun kemungkinan terjadinya kavitasi terdapat

pada sisi keluar rumah pompa sentrifugal tersebut, dikarenakan nilai tekanan pada

sisi keluar rumah pompa tersebut berada dibawah tekanan uap air jenuh.


Gambar 4.15 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal

4.6.2 Analisa performansi dari pompa sentrifugal

Dari hasil simulasi pompa sentrifugal tersebut dihasilkanlah vektor –

vektor kecepatan dan nilai-nilai kecepatan yang terjadi pada rumah pompa

sentrifugal tersebut. Distribusi kecepatan dihasilkan dengan menginput nilai

kecepatan masuk sehingga akan dihasilkan nilai kecepatan pada sisi keluar pompa

sentrifugal berdasarkan simulasi. Dengan menggunakan nilai kecepatan masuk

untuk gate valve closed 75% Vs = 1.4396 m/s maka akan didapat kecepatan rata –

rata yang berada di sisi keluar rumah pompa ( Vd ). Dari hasil analisa diatas dapat

ditentukan head ( tinggi tekan ) pada sisi tekan yang dihasilkan pompa tersebut.


Gambar 4.16 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 4,0228 m/s. Sehingga

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

Sedangkan kecepatan aliran pada impeller juga dapat ditentukan seperti

tampak pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.17 Distribusi kecepatan fluida pada impeller


Gambar 4.18 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida

4.7 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan Hasil Fluent

Berdasarkan hasil analisa Fluent diatas tampak bahwa kecepatan aliran

fluida mengalir disisi pipa isap adalah 4,0228 m/s, sehingga dapat dihitung tinggi

tekan (head) berdasarkan hasil simulasi.

4.7.1 Tinggi Tekan ( Head ) Kecepatan

Head kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah

ini.

=

Dimana:

= beda head kecepatan

= kecepatan aliran pada pipa tekan = keceparan aliran pada pipa isap

Maka:

=

= 0,719 m


4.7.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap

Dari pembahasan sebelumnya, untuk kecepatan aliran fluida pada pipa

isap 1,4396 m/s telah dibahas tinggi tekan ( head ) yang terjadi yaitu sebesar hls =

2,758 m

4.7.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

a. Kerugian Head Akibat Gesekan pada Pipa

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan menurut Darcy-

Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut:

hfd = f g

VdL d

is

s

2

2

×

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) terlebih dahulu ditentukan harga

bilangan Reynold, dimana:

υ

isd dV=Re

Dengan:

= kecepatan aliran pada pipa tekan = 4,0228 m/s

Sehingga diperoleh:

Re = = 104908,3137

Aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “.

Dari pembahasan Bab sebelumnya Kekasaran Relative ( ) = 0,005639

dan selanjutnya akan dicari harga factor gesekan dengan menggunakan diagram

moody.

Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 104908,3137dan e/ dis =

0,005639 dengan cara interpolasi maka akan diperoleh factor gesek ( f ) =

0,032237. Sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy-

Weishbach adalah:

Hfd = 0,032237 ( )81,92 4,0228

0,026608,1 2

×××

= 1,0785




dengan persamaan:

hmd = g

Vnk d

2

2

∑

Dimana:



k = koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve closed

75%,

Besarnya koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve

closed 75% adalah 8,5 m.


pada pipa tekan adalah sebagai berikut:

hmd = 8,5

= 7,0109 m

Maka total tinggi tekan ( head ) pada pipa tekan berdasarkan data hasil

simulasi fluent adalah yaitu:

hld = hfd + hmd

= 1,0795 m + 7,0109 m

= 8,0904 m

Maka kerugian head gesekan total berdasarkan data hasil simulasi CFD

Fluent adalah:

hL = hls + hld

= 2,7583 m + 8,0904 m

= 10,8487 m


dibutuhkan melayani instalasi pemipaan dengan gate valve closed 75%, yaitu


= 0,719 + 2 + 10,8487

= 13,5677 m


BAB V

KARAKTERISTIK POMPA

5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan

5.1.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa

Karakteristik sebuah pompa perlu diketahui sebelum pompa dioperasikan,

karakteristik pompa dapat diketahui dengan melakukan eksperimen terhadap

pompa 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.

Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan

persamaan (Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311):

= -

Dimana:

: Head Kapasitas Euler

Q : kapasitas pompa

U2 : kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 19,25 m/s )

β2 : sudut sisi keluar impeller ( 19,52o )

d2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,129 m )

b2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,0025 m )

g : percepatan gravitasi


sehingga:

= -

= 37,77 – 5463,26 Q

b. Head Toritis dan Kapasitas

Aliran ideal menyatakan bahwa aliran mengalir tanpa gesekan dan

diarahkan dengan sudu yang tak terbatas dan tanpa turbulensi, tetapi dalam

praktek yang terjadi adalah sebaliknya, yaitu terjadi gesekan dan jumlah sudu

yang terbatas serta sudu mempunyai ketebalan tertentu, dengan kondisi tersebut

maka akan menghasilkan head yang lebih rendah dari pada head Euler. Head

yang dihasilkan ini disebut sebagai head teoritis ( Hth ). Hubungan antara head

Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan dalam persamaan ( M. Khetagurov,

Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):

=

Dimana:

= factor sirkulasi

Hth = Head Teoritis

= = = 10,51 m

Pompa yang direncanakan beroperasi pada kapasitas ( Q ) = 0,0015 dengan

head teoritis (Hth) sebesar 10,51 m, dengan data tersebut maka Head Euler dapat

diketahui

= 37,77 – 5463,26 ( 0,0015 )

= 29,575 m

Sehingga:

=

= 0,355


berdasarkan hasil diatas maka hubungan antara head Euler dengan head teoritis

dapat digambarkan dengan persamaan :

= 0,355 x ( 37,77 – 5463,26 Q)

= 13,408 – 1939,45 Q

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,


= -

Dengan:

= rugi-rugi hidrolis selama pemompaan ( m )

Kerugian hidrolis disebabkan karena adanya shock loss atau turbulence loss ( hs

) serta fricton and diffusion loss ( ). Besar rugi-rugi hidrolis dinyatakan

dengan persamaan :

= +

Gambar 5.1 Kerugian - Kerugian Hidrolis

Sumber : AJ Stephanoff, Centrifugal And Axial Flow Pump, hal 164


Gambar di atas menunjukkan bahwa efisiensi terbaik terletak pada titik dimana

rugi-rugi turbulensi sama dengan rugi-rugi gesekan, atau rugi-rugi turbulensi dan

rugi-rugi gesekan sama dengan setengah dari rugi-rugi hidrolis. Titik dimana

adalah titik dimana kerugian hidrolis paling kecil, sehingga pada titik

inilah direncanakan kapasitas pompa ( Q ) sebesar 0,0015 m3/s dan head aktual

sebesar 9,87 m, pada titik tersebut akan memberikan gambaran besar rugi-rugi

hidrolis yang terjadi yaitu sebesar:

= -

= 10,51 – 9,87

= 0,64 m

dan pada kondisi ini juga berlaku :

= = 0,5 hh

= = 0,5 x 0,64

= = 0,32 m

Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan

menggunakan persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And

System, hal 267 ):

= [ + ( )2 ] [ 1 - ]2

Dengan:

= faktor percobaan yang dibatasi besarnya antara 0,6 ÷ 0,8 = 0,7

U1 = kecepatan keliling pada sisi masuk impeller ( 6,6 m/s )

U2 = kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 19,25 m/s )

K2cu = faktor sirkulasi ( 0,355 )

d3 = diameter masuk cincin diffuser

= ( 1,02 ÷ 1,05 )

= 64,5 ( 1,035 )

= 66,7575 mm = 0,0667575 m


d2 = diameter sisi keluar impeller ( 0,129 m)

Q = kapasitas pompa ( 0,0015 m3/s )

Qs = kapasitas pompa tanpa shockloss

g = percepatan gravitasi ( 9.81 m2/s )

0,32 = [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,355 )2 ] [ 1 – ] 2

0,32 = 7,77565 [ 1 – ] 2

Qs = 0,001882 m3/s

Harga shock loss untuk sembarang harga Q adalah:

= [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,355 )2 ] [ 1 – ] 2

= ( 7,77565 ) [ 1 – ] 2

= [ 7,77565 – 8263,177Q + 2195318,14Q2 ]

kemudian besar friction loss dan diffusion loss ( ) dapat dinyatakan dengan

persamaan ( AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump, hal 164 ):

= + = k3Q2

Dengan:

k3 = suatu konstanta yang mana pada kondisi normal harga k3 dapat

dinyatakan dengan :

=

=

= 142222,22

berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion loss

adalah :

= 142222,22Q2 m


Kerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah:

= +

= 7,77565 – 8263,177Q + 2195318,14Q2 + 142222,22Q2

= 7,77565 – 8263,177Q + 2337540,36Q2

hubungan antara head aktual dengan kapasitas pompa adalah:

= -

= 13,408 – 1939,45 Q - 7,77565 + 8263,177Q - 2337540,36Q2

= 5,63235 + 6323,727Q – 2337540,36Q2

d. Head Sistem dengan Kapasitas

Head system ( ) dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian dinamis dan

bagian statis. Dimana bagian dinamis terdiri atas head loses dan perbedaan head

kecepatan yang terjadi di instalasi berdasarkan hasil simulasi CFD Fluent. Dan

bagian statis dari head system tersebut ialah head statis instalasi tersebut. Head

system merupakan fungsi kuadrat terhadap Q dengan Hsys = F Q dan membentuk

kurva parabola dengan koordinat titik puncak minimumnya pada nilai sumbu Y

pada head statis ( 0,2 ) dan salah satu titik sembarang pada titik ( Kapasitas , Head

Actual ) = ( 0,0015 ; 9,87 ). Maka dengan demikian fungsi kuadrat untuk head

system ialah sebagai berikut:

y = a ( x – xpuncak )2 + ypuncak

dengan mengganti y = f ( x ) diatas menjadi hsys = f ( Q ),

hsys = a ( Q – Qsys )2 + Hstatis

9,87 = a ( 0,0015 – 0 )2 + 2

a = 3497777,778

dengan mensubstitusikan nilai a pada persamaan awal maka didapat fungsi Hsys

ialah:

Hsys = 3497777,778 ( Q – 0 )2 + 2

= 3497777,778Q2 + 2


Dan hasil perhitungan head euler, head teoritis, head actual, dan head

system pada berbagai kapasitas pompa.

Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head

System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan.

No Q ( m3/s ) ( m ) ( m ) ( m ) ( m )

1 0 37.77 13.408 5.63235 2

2 0.00025 36.40 12.92 7.067 2.21

3 0.00050 35.04 12.43 8.209 2.87

4 0.00075 33.67 11.95 9.060 3.96

5 0.0010 32.31 11.46 9.618 5.49

6 0.00125 30.94 10.98 9.884 7.46

7 0.00150 29.57 10.49 9.858 9.87

8 0.00175 28.21 10.01 9.540 12.71

9 0.0020 26.84 9.53 8.929 15.99

10 0.00225 25.47 9.04 8.027 19.71

11 0.00250 24.11 8.56 6.832 23.86

12 0.00275 22.74 8.07 5.345 28.45

13 0.0030 21.38 7.59 3.565 33.48

5.1.2 Hubungan efisiensi dan daya pompa dengan kapasitas pompa

Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III,

dimana hasil dari Q dan Hact diambil dari tabel 5.1.

a. 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 pada tabel 3.5.

Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan [

Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 258 ]:


1

4 3

−= menitH

Qnnq

Dimana:

qn = kecepatan spesifik ( menit1 )

Q = kapasitas pompa ( sm3 )

n = kecepatan kerja / putar pompa

b. Efisiensi Volumetris

Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui

impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Efisiensi volumetris dapat

ditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller pada tabel

3.6 dengan menggunakan rumus ns pada BAB III. Namun kerugian volumetris

dapat dihitung dari persamaan berikut [AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow

pump, hal 199]

ηv = Dimana:

Q = Kapasitas pompa ( m3/s) QL = Jumlah kebocoran pipa yang terjadi pada pompa ( 0,02 ÷0,1 )Q

c. 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 0.9 – 0.97. Dalam perancangan ini diambil harga efisiensi mekanis

0,935.

Dari perhitungan diatas, maka didapat nilai efisiensi total pompa:

totalη = hη vη mη

Setelah mendapatkan nilai efisiensi total dari pompa maka daya pompa

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :


Np =

Dimana:

γ = Berat jenis fluida pada temperature 200C = 9790 N/m3

H = Tinggi tekan ( head ) pompa

Q = Kapasitas pompa

ηt = Efisiensi total pompa

Dari persamaan – persamaan diatas, maka hubungan antara kapasitas

dengan efisiensi dan daya pompa dituliskan pada table 5.2 berikut:

Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan

Hasil Perhitungan

Q ( m³/s ) ( % ) ( W )

0 0 0

0.0005 76.4 63.23

0.0010 80.8 119.58

0.0015 83.3 173.99

0.0020 84.6 228.43

0.0025 85.8 241.56

0.0030 86.7 334.35

5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan





= 37,77 – 5463,26 Q



Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan

dalam persamaan (M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal

267 ):

=

Dimana:

Hth = Head Teoritis untuk gate valve closed 75%

= = = 7,68 m

Pompa pada gate valve yang beroperasi dengan kapasitas ( Q ) = 0,0008

dengan head teoritis ( Hth ) sebesar 7,68 m, dengan data tersebut maka Head Euler

dapat diketahui

= 37,77 – 5463,26 ( 0,0008 )

= 33,399 m

Sehingga:

=

= 0,2597



= 0,2597 x ( 37,77 – 5463,26 Q)

= 9,81 – 1418,81Q



selama pemompaan. hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov,



= -

Dengan:


= -

= 7,68 – 7,21

= 0,47 m


= = 0,235 m

Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):

= [ + ( )2 ] [ 1 - ]2

0,235 = [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,2597 )2 ] [ 1 – ] 2

0,235 = 0,03567 [ 43,56 + 93,32] [ 1 – ] 2

Qs = 0,001025 m3/s


= ( 4,884 ) [ 1 – ] 2

= [ 4,884 – 9529,756Q + 4648661,511Q2 ]



= + = k3Q2

Dengan:


dinyatakan dengan :


=

= 367187,5


adalah :

= 367187,5Q2 m


= +

= 4,884 – 9529,756Q + 4648661,511Q2 + 367187,5Q2

= 4,884 – 9529,756Q + 5015849,011Q2


= -

= 9,81 – 1418,81Q – ( 4,884 – 9529,756Q + 5015849,011Q2 )

= 4,926 + 8110,946Q – 5015849,011Q2





7,21 = a ( 0,0008 – 0 )2 + 2

a = 8140625


ialah:

Hsys = 8140625( Q – 0 )2 + 2

= 8140625Q2 + 2

Dan hasil perhitungan head euler, head teoritis, head actual, dan head system

pada berbagai kapasitas pompa.


Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Aktual dan Head

System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan.

No Q ( m3/s ) ( m ) ( m ) ( m ) ( m )

1 0 37.77 9.81 4.93 2

2 0.00016 36.89 9.58 6.09 2.21

3 0.00032 36.02 9.35 7.01 2.83

4 0.00048 35.14 9.13 7.66 3.87

5 0.00064 34.27 8.90 8.06 5.33

6 0.00080 33.39 8.67 8.20 7.21

7 0.00096 32.52 8.45 8.08 9.50

8 0.00112 31.65 8.22 7.72 12.21

9 0.00128 30.77 7.99 7.09 15.34

10 0.00144 29.90 7.77 6.25 18.88

11 0.00160 29.02 7.54 5.06 22.84

5.2.2 Hubungan Efisiensi dengan Kapasitas Pompa

Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III,

dimana hasil dari Q diambil dari tabel 5.3

Dari persamaan – persamaan tersebut, maka hubungan antara kapasitas



Hasil Percobaan.

Q ( m³/s ) ( % ) ( W )

0 0 0

0.0004 79.7 30.75

0.0008 83.6 58.64

0.0012 85.5 86.01

0.0016 87.0 112.7


5.3 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi





= -

= 37,77 – 5463,26 Q


Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan

dalam persamaan (M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal

267 ):

=

Dimana:

Hth = Head Teoritis hasil simulasi

= = = 14,45 m

Pompa pada gate valve yang beroperasi dengan kapasitas ( Q ) = 0,0008

dengan head teoritis (Hth) sebesar 13,5677 m, dengan data tersebut maka Head

Euler dapat diketahui

= 37,77 – 5463,26 ( 0,0008 )

= 33,399 m

Sehingga:

=

= 0,43




= 0,43 x ( 37,77 – 5463,26 Q)

= 16,24 – 2349,2Q



selama pemompaan, hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov,


= -

Dengan:


= -

= 14,45 – 13,5677

= 0,8823 m


= = 0,44 m

Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):

= [ + ( )2 ] [ 1 - ]2

0,44 = [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,43 )2 ] [ 1 – ] 2

0,44 = 0,03568 [ 43,5759 + 255,85] [ 1 – ] 2

Qs = 0,001004 m3/s



= [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,43 )2 ] [ 1 – ] 2

= ( 10.683 ) [ 1 – ] 2

= [ 10,683 – 21280,876Q + 10598046,06Q2 ]



= + = k3Q2

Dengan:


dinyatakan dengan :

=

=

= 687500


adalah :

= 687500Q2


= +

= 10,683 – 21280,876Q + 10598046,06Q2 + 687500Q2

= 10,683 – 21280,876Q + 11285546,06Q2


= -


= 16,24 – 2349,2Q - 10,683 + 21280,876Q - 11285546,06Q2

= 5,557 + 18931,676Q – 11285546,06Q2





13,5677 = a ( 0,0008 – 0 )2 + 2

a = 18074531,25


ialah:

Hsys = 18074531,25 ( Q – 0 )2 + 2

= 18074531,25Q2 + 2

Dan hasil perhitungan head euler, head teoritis, head actual, dan head system

pada berbagai kapasitas pompa.

Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head

System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi.

No. Q ( m3/s )

1 0 37.77 16.24 5.557 2

2 0.00016 36.89 15.86 8.297 2.46

3 0.00032 36.02 15.48 10.459 3.85

4 0.00048 35.14 15.11 12.044 6.16

5 0.00064 34.27 14.73 13.051 9.40

6 0.00080 33.39 14.36 13.479 13.56

7 0.00096 32.52 13.98 13.331 18.65

8 0.00112 31.65 13.60 12.604 24.67

9 0.00128 30.77 13.23 11.299 31.61

10 0.00144 29.90 12.85 9.417 39.47

11 0.00160 29.02 12.48 6.957 48.27


5.3.2 Hubungan Efisiensi dengan Kapasitas Pompa

Dari persamaan – persamaan sebelumnya, maka hubungan antara kapasitas



Hasil Simulasi.

Q ( m³/s ) ( % ) ( W )

0 0 0

0.0004 70.3 75.53

0.0008 74.3 142.95

0.0012 77 206.89

0.0016 79.3 267.85

Dari hasil – hasil tabulasi diatas dihasilkan dalam bentuk grafik – grafik

karakteristik pompa berikut:

Gambar 5.2 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil

Perhitungan

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035

Hea

d ( m

)

Kapasitas ( m3/s )

Perbandingan Karakteristik Pompa Hasil Perhitungan

Head Actual

Head System / Instalasi


Dengan memperhatikan grafik diatas dapat kita dapat analisa Hubungan

antara Kapasitas dengan Head System serta Kapasitas dengan Head Actual pada

analisa Perhitungan Pompa.

1. Pada Grafik Karakteristik Kapasitas vs Head System diatas, dapat

disimpulkan bahwa kapasitas pompa berbanding lurus dengan Head System,

dimana semakin besar kapasitasnya, head systemnya semakin tinggi dan

sebaliknya, semakin kecil kapasitasnya maka head systemnya semikin rendah.

2. Pada Grafik Karakteristik Kapasitas vs Head Actual diatas,

membuktikan bahwa kapasitas pompa akan berbanding terbalik dengan head

pompa. Jika head pompa membesar maka kapasitasnya mengecil dan begitu

sebaliknya jika head pompa mengecil maka kapasitasnya bertambah.

Dari grafik diatas dapat kita lihat titik perpotongan antara Head Actual

dengan Head System. Dimana titik perpotongan tersebut dinamakan titik

operasional pompa. Titik operasional dapat didefenisikan sebagai titik kerja

pompa maksimum atau dengan kata lain kemampuan pompa tersebut untuk

menaikkan fluida dari ground tank ke roof tank.

. Untuk memperoleh nilai operasional tersebut maka dilakukan interpolasi

pada grafik diatas.

Titik Operasional Pompa : [ Q( m3/s ) ; H (m ) ]

[ 1,5.10-3 m3/s ; 9,87 m ]


Gambar 5.3 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil

Percobaan

Untuk memperoleh nilai operasional tersebut maka dilakukan interpolasi

pada grafik diatas.

Titik Operasional Pompa : [ Q ( m3/s ) ; H ( m ) ]

[ 0,8065.10-3 m3/s ; 7,201 m ]

0

5

10

15

20

25

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002

Hea

d ( m

)

Kapasitas ( m3/s )

Perbandingan Karakteristik Pompa Hasil Percobaan

Head Actual



Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Simulasi

Fluent

Untuk memperoleh nilai operasional tersebut maka dilakukan interpolasi

pada grafik diatas.

Titik Operasional Pompa :

[ Q( m3/s ) ; H ( m ) ]

[ 0,82.10-3 m3/s ; 18,02 m ]

0

10

20

30

40

50

60

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002

Hea

d ( m

)

Kapasitas ( m3/s )

Perbandingan Karakteristik Pompa Hasil Simulasi

Head Atual



Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa

Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002

Efis

iens

i Pom

pa (

% )

Kapasitas ( m3/s )

Perbandingan Efisiensi Pompa

Efisiensi Pompa Hasil Percobaan

Efisiensi Pompa Hasil Simulasi

0

50

100

150

200

250

300

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002

DA

ya P

Om

pa (

W )

Kapasitas ( m3/s )

Perbandingan Daya Pompa

Daya Pompa Hasil Percobaan

Daya Pompa Hasil Simulasi


Berdasarkan grafik – grafik karakteristik pompa di atas Head yang mampu

dihasilkan pompa dari hasil simulasi lebih besar dari hasil percobaan, namun

efisiensi hasil percobaan lebih besar dari hasil simulasi sehingga daya yang

dihasilkan hasil simulasi lebih besar dari hasil perhitungan.

Berdasarkan kapasitas aliran yang dipompakan untuk gate valve closed 75%

yaitu sebesar 0,0008 m3/s, pada grafik perbandingan head actual membuktikan

bahwa head yang mampu dilayani oleh pompa berdasarkan simulasi tersebut lebih

besar daripada head berdasarkan instalasi dan Percobaan hal ini dikarenakan

analisa kecepatan aliran pada pipa tekan tidak sama antara simulasi dengan

percobaan.


BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil perhitungan dan perencanaan serta simulasi yang telah

dilakukan pada bab – bab sebelumnya, maka diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Spesifikasi pompa yang direncanakan dalam instalasi:

Kapasitas Pompa ( Q ) : 90 ltr / mnt

Head Pompa ( H ) : 9,87 m

Jenis Pompa : Pompa Radial

Putaran Spesifik ( ns ) : 1024 rpm

Tipe impeller : Radial Flow

Efisiensi Pompa ( Pη ) : 83,3 %

Daya Pompa ( Np ) : 173,99 kW

2. Spesifikasi pompa yang digunakan dalam instalasi pompa:

Merk : DMY water pump

Tipe : AQUA - 175

Tinggi Tekan : 18 meter

Kapasitas : 90 Ltr/mnt

Daya : 175 Watt ( 0,24 Hp )

Putaran : 2850 rpm

3. Nilai kapasitas pompa pada percobaan semakin besar nilainya sesuai

dengan pertambahaan suction gate valve open. Besarnya kapasitas dan

head yang terjadi pada percobaan lebih rendah dari pada nilai kapasitas

dan head pada perancangan/perhitungan. Sedangkan pada simulasi nilai

headnya lebih besar dari pada hasil percobaan walau pun kapasitasnya


sama. Hal ini diakibatkan karena kecepatan fluida di pipa tekan

diasumsikan sama dengan di pipa isap.

4. Nilai efisiensi dan daya pompa memiliki nilai tertinggi pada gate valve

open open 100 % baik pada percobaan maupun simulasi. Hal ini

disebabkan karena gate valve open 100 % memiliki nilai kapasitas dan

head yang lebih tinggi dibanding gate valve open yang lain.

5. Dengan menggunakan program CFD FLUENT versi 6.1.22 ini akan

mempermudah dalam menghitung performansi dari pompa yang

digunakan untuk melayani instalasi serta mampu menunjukkan daerah –

daerah kemungkinan terjadinya kavitasi. Pompa yang digunakan pada

perancangan instalasi ini sangat kecil untuk terjadi kapitasi. Hal ini dapat

dibuktikan melalui hasil simulasi dan perhitungan yaitu nilai NPSHA ≥

NPSHR.

6. Berdasarkan dari hasil karakteristik pompa 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.

6.1 Saran

Setelah dilakukan penelitian ini, maka saran yang bisa penulis sampaikan

yaitu:

1. 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.

3. Diharapkan bagi pemakai program ini agar dapat mengembangkan program

ini dalam menganalisa masalah – masalah keteknikan.


Rancangan Pompa Sentrifugal Satu Tingkat III-VI

Documents

Transcript of Rancangan Pompa Sentrifugal Satu Tingkat III-VI