ANALISIS UNJUK KERJA POMPA SIRKULASI MINYAK SAWIT PADA CONCENTRATED SOLAR POWER DI UPT BPPTK LIPI YOGYAKARTA

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : FAUZI AHMAD TAUHID

2012 013 0120

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2016

hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 26 Oktober 2016

Fauzi Ahmad Tauhid

….. Allah meninggikan orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan, beberapa derajat…. (QS. Al Mujaadilah :11)

Dan apabila hamba-hamba Ku bertanya kepadamu tentang Aku, maka (jawablah bahwasanya Aku adalah dekat). Aku mengabulkan permohonan orang yang berdoa apabila ia memohon kepada Ku, maka hendaklah mereka itu memenuhi (segala perintah Ku) dan hendaklah mereka beriman kepada-Ku, agar mereka selalu berada dalam kebenaran. (QS. Al Baqara :186)

Kesuksesan hanya dapat diraih dengan segala upaya dan usaha yang disertai dengan doa, karena sesungguhnya nasib seorang manusia tidak akan berubah dengan sendirinya tanpa berusaha.

Semua mimpi kita dapat terwujud , asalkan kita punya keberanian untuk mewujudkannya.

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak dan Ibu tercinta, beliau Bapak Hendro Sujihartono dan Ibu Suparmi, sebagai ungkapan rasa syukur dan terima kasih atas kasih sayang, bimbingan, cinta

dan segalanya yang telah diberikan

Adik dan seluruh keluarga tercinta

yang selalu mendukung, mendoakan, dan memberi kepercayaan.

Tania Firellita yang selalu mendoakan, mendukung, memberi kepercayaan, semangat serta motivasi kepada penyusun.

Pihak dan teman yang telah banyak membantu khususnya yang telah banyak memberi bantuan dan support kepada penyusun.

Rekan-rekan Teknik Mesin Angkatan 2012 khususnya kelas B atas motivasi, kekompakan dan kerja sama yang telah terjalin selama ini.

HALAMAN PENGESAHAAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN………. ... iii

HALAMAN PENGESAHAN UJIAN PENDADARAN………iv

HALAMAN PERSEMBAHAN……….v

MOTTO………vi

INTISARI ………..……….vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL………..xvi

DAFTAR LAMPIRAN...xix

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 3

1.3. Batasan Masalah ... 4

1.4. Tujuan ... 5

1.5. Manfaat Penulisan ... 5

BAB II DASAR TEORI 2.1. Teknologi Concentrated Solar Power tipe parabolic trough ... 7

2.2. Prinsip Kerja Teknologi Concentrated Solar Power ... 8

2.3. Pompa Sentrifugal ... 10

2.4. Fungsi dan Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal ... 12

2.5. Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal ... 14

2.6. Klasifikasi Pompa Sentrifugal ... 15 vi

2.6.4. Menurut tekanan yang dihasilkan ... 18

2.6.5. Menurut jumlah impeller dengan tingkatannya ... 18

2.6.6. Menurut sisi masuk impeller ... 19

2.6.7. Menurut sistem penggerak ... 19

2.6.8. Menurut letak porosnya ... 19

2.6.9. Menurut Rangkaian Pompa Sentrifugal... 21

2.6.10. Menurut Bentuk Rumah Pompa ... 24

2.7. Terminologi Dan Rumus Pompa ... 26

2.7.1. Persamaan Kontinuitas ... 26

2.7.2. Head (H) ... 27

2.7.3. Kavitasi ... 34

2.7.4. NPSH (Net Positive Suction Head) ... 35

2.7.5. Performansi Pompa ... 39

2.7.6. Hukum Kesebangunan ... 40

2.7.7. Water Horse Power (WHP) ... 41

2.7.8. Break Horse Power (BHP) ... 42

2.7.9. Efisiensi Pompa ... 43

2.8. Pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power ... 43

BAB III METODELOGI STUDI KASUS 3.1. Bahan Studi Kasus ... 45

3.2. Alat Studi Kasus ... 45

3.3. Prosedur Studi Kasus ... 47

3.3.1. Diagram Alir Metode Studi Kasus ... 48

3.4. Analisa Data atau Metode Analisis ... 49

3.4.1. Data Pengukuran ... 49 vii

BAB IV HASIL STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Pengukuran Pompa Sirkulasi Minyak Sawit A Dan B Concentrated

Solar Power Tahun 2015 ... 51

4.2. Analisa Perhitungan Pompa Sirkulasi Minyak Sawit pada Concentrated Solar Power ... 64

4.3. Hasil dan Analisa ... 69

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 94

5.2. Saran ... 95

DAFTAR PUSTAKA ... 97

LAMPIRAN ... 100

Gambar 2.2Aliran fluida pada pada sistem pembangkit listrik tenaga matahari... 9

Gambar 2.3 Pompa rumah keong tipe radial ... 11

Gambar 2.4 Bagian pompa sentrifugal ... 12

Gambar 2.5 Klasifikasi pompa menurut jenis impeller ... 16

Gambar 2.6 Impeller tertutup ... 16

Gambar 2.7 Impeller setengah terbuka ... 17

Gambar 2.8 Impeller terbuka ... 18

Gambar 2.9 Pompa jenis poros vertikal ... 20

Gambar 2.10 Pompa jenis horizontal ... 21

Gambar 2.11 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa- pompa dengan karakteristik sama... 22

Gambar 2.12 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa- pompa dengan karakteristik berbeda ... 23

Gambar 2.13 Kurva operasi seri dari pompa-pompa dengan karakteristik berbeda ... 24

Gambar 2.14 Klasifikasi pompa menurut rumah pompa ... 25

Gambar 2.15 Head statis pada pompa... 29

Gambar 2.16 NPSH apabila tekanan uap atmosfer bekerja pada permukaan air yang diisap ... 37

Gambar 2.17 NPSH apabila tekanan uap bekerja di dalam tangki air yang diisap tertutup ... 37

Gambar 2.18 Kurva karakteristik pompa volut ... 39

Gambar 2.19 Kurva karakteristik pompa aliran aksia ... 40

Gambar 2.20 Kurva karakteristik pompa aliran campuran ... 40

Gambar 3.1 Diagram alir... 48

Gambar 4.1.(a) Head Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015 ... 71 ix

Gambar 4.3.(a) WHP Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015... 78

Gambar 4.3.(b) WHP Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015 ... 78

Gambar 4.4.(a) BHP Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015 ... 81

Gambar 4.4.(b) BHP Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015 ... 81

Gambar 4.5.(a) Efisiensi Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015 ... 84

Gambar 4.5.(b) Efisiensi Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015 ... 84

Gambar 4.6.(a) Suction Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015... 88

Gambar 4.6.(b) Suction Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015... 88

Gambar 4.7.(a) Discharge Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015... 92

Gambar 4.7.(b) Discharge Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015... 92

Tabel 4.1 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Januari

2015 ... 52 Tabel 4.2 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Januari

2015 ... 52 Tabel 4.3 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Februari

2015 ... 53 Tabel 4.4 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Februari

2015 ... 53 Tabel 4.5 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Maret 2015 .. 54 Tabel 4.6 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Maret 2015 .. 54 Tabel 4.7 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan April 2015 ... 55 Tabel 4.8 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan April 2015 ... 55 Tabel 4.9 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Mei 2015 ... 56 Tabel 4.10 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Mei 2015 ... 56 Tabel 4.11 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Juni 2015... 57 Tabel 4.12 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Juni 2015 ... 57 Tabel 4.13 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Juli 2015 ... 58 Tabel 4.14 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Juli 2015 .... 58 Tabel 4.15 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Agustus

2015 ... 59 Tabel 4.16 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Agustus

2015 ... 59 Tabel 4.17 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan September

2015 ... 60 Tabel 4.18 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan September

2015 ... 60 xi

2015 ... 61 Tabel 4.21 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan November

2015 ... 62 Tabel 4.22 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan November

2015 ... 62 Tabel 4.23 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Desember

2015 ... 63 Tabel 4.24 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Desember

2015 ... 63 Tabel 4.25 Data Pompa sirkulasi minyak sawit A ... 64 Tabel 4.26 Data desain pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power.. 64 Tabel 4.27 Head pompa sirkulasi minyak sawit A pada Concentrated Solar Power

yang beroperasi selama tahun 2015 ... 69 Tabel 4.28 Head pompa sirkulasi minyak sawit B pada Concentrated Solar Power

yang beroperasi selama tahun 2015 ... 70 Tabel 4.29 Debit aliran fluida pompa sirkulasi minyak sawit A pada

Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 70 Tabel 4.30 Debit aliran fluida pompa sirkulasi minyak sawit B pada

Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 73 Tabel 4.31 WHP pompa sirkulasi minyak sawit A pada Concentrated Solar

Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 76 Tabel 4.32 WHP pompa sirkulasi minyak sawit B pada Concentrated Solar

Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 77 Tabel 4.33 BHP pompa sirkulasi minyak sawit A pada Concentrated Solar

Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 79

Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 82 Tabel 4.36 Efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit B pada Concentrated Solar

Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 83 Tabel 4.37 Suction Pressure pompa sirkulasi minyak sawit A pada

Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 86 Tabel 4.38 Suction Pressure pompa sirkulasi minyak sawit B pada

Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 87 Tabel 4.39 Discharge Pressure pompa sirkulasi minyak sawit A pada

Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 90 Tabel 4.40 Discharge Pressure pompa sirkulasi minyak sawit B pada

Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 91

Lingkungan P2Telimek-LIPI ... 101 Lampiran 3. Surat Pelaksanaan Bimbingan Teknis ... 103 Lampiran 4. Pompa Sirkulasi Minyak Sawit A dan B ... 104 Lampiran 5. Desain Inventor Thermal Storage Tank dan Gambar Tangki

Penampung Panas ... 105 Lampiran 6. Desain Inventor Steam Generator Pipping dan Desain Inventor

Steam Generator System ... 106 Lampiran 7. Gambar Sistem Solar Parabolic Through Collector ... 107

yang berbentuk parabolic pada alat Concentrated Solar Power (CSP) tipe Parabolic Through. Debit aliran , temperatur dan tekanan fluida merupakan parameter penting dalam operasi pompa sirkulasi heat transfer fluid. Pada dasarnya alat Concentrated Solar Power ini masih tahap prototype dan butuh pengembangan lebih lanjut serta perlu dilakukannya evaluasi. Peran pompa sirkulasi minyak sawit sangat vital pada operasional Concentrated Solar Power, maka perlu dilakukannya analisis unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit tersebut. Data yang diperlukan untuk evaluasi antara lain tekanan dan temperatur pada bagian suction, tekanan dan temperatur pada bagian discharge, kapasitas aliran dan putaran poros pompa selama CSP beroperasi.

Pada penelitian ini data diambil mulai bulan Januari – Desember 2015. Pengolahan data dilakukan menggunakan kalkulasi pompa sentrifugal, disajikan dalam bentuk tabel dan grafik menggunakan MS Excell. Analisis data menggunakan interprestasi kualitatif dari data kuantitafif pada parameter pompa. Hasil analisis diperoleh bahwa efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit selama beroperasi pada tahun 2015 mengalami penurunan efisiensi pada bulan Februari ke Maret untuk pompa sirkulasi minyak sawit A yaitu sebesar 2,74 % dan untuk pompa sirkulasi minyak sawit B terjadi penurunan efisiensi pada bulan Januari ke Februari sebesar 4,14%. Efisiensi tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit A di dapat pada bulan September sebesar 86,36% dan terendah pada bulan Maret sebesar 66,05%. Efisiensi tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit B di dapat pada bulan November sebesar 85,23% dan terendah pada bulan Februari sebesar 65,5%.

Perubahan kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power dapat terjadi karena perubahan load steam generator CSP yang menyebabkan adanya perubahan tekanan dan perubahan kapasitas aliran. Faktor lain yang dapat menurunkan kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit adalah sifat kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power ini yang beroperasi selama 9 jam/hari dan usia kerja pompa sirkulasi minyak sawit dapat memungkinkan telah terjadinya penurunan performance dari kondisi awal pompa beroperasi pada tahun 2013 hingga tahun 2015.

Kata kunci : unjuk kerja, tekanan, temperatur, pompa sirkulasi minyak sawit

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan manusia terhadap ketersediaan energi khususnya energi listrik dari waktu ke waktu semakin meningkat. Semakin meningkatnya permintaan terhadap penggunaan energi, berakibat pula pada kebutuhan sistem pembangkit energi yang lebih banyak. Energi listrik merupakan bentuk energi yang fleksibel. Energi listrik cenderung tidak dimanfaatkan secara langsung, tetapi biasanya dikonversikan terlebih dahulu kemudian dimanfaatkan dalam bentuk energi lain, seperti panas, dingin, cahaya, bunyi, gerak, dorong, tarik dan lain-lain. Energi listrik tidak tersedia di alam secara langsung dalam jumlah besar. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu teknik mengubah energi yang tersedia di alam ke dalam bentuk energi listrik.

Pembangkit konvensional yang digunakan saat ini pada umumnya menggunakan bahan bakar yang berasal dari fossil atau minyak bumi sedangkan biaya untuk mendapatkannya pun akan semakin meningkat. Selain itu, cadangannya semakin menipis dan hasil pembuangan dari prosesnya akan menghasilkan gas CO2

yang dapat mempengaruhi iklim di seluruh dunia. Oleh karena beberapa hal di atas cukup menjadi alasan untuk mencari sumber energi alternatif lain yang dapat menopang ketersediaan energi dalam waktu yang panjang. Salah satu sumber alternatif tersebut berasal dari energi matahari yang memiliki beberapa keunggulan seperti ketersediaannya yang sangat melimpah dan tidak terbatas, bebas biaya, dan bebas CO2. Pembangkit listrik ini dapat mengurangi ketergantungan terhadap

penggunaan minyak bumi sebagai sumber energi utama untuk menggerakkan sistem dalam suatu pembangkit energi.

Pembangkit listrik dengan menggunakan sumber panas matahari ini ada 4 macam yaitu: parabolic trough, solar tower, parabolic dish dan fresnel. Dalam perkembangannya sistem parabolic trough menggambarkan sistem yang paling matang untuk digunakan. Hal ini ditandai dengan telah terpasangnya listrik dengan total daya sebesar 354 MW yang dihubungkan ke Southern California Amerika sejak tahun 1980 dan dengan daerah parabolic trough collector seluas 2 juta meter persegi.

Unit Pelaksana Teknis Balai Pengembangan Proses dan Teknologi Kimia Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (UPT BPPTK LIPI) salah satu lembaga penelitian yang terkemuka di Indonesia. UPT BPPTK LIPI Yogyakarta turut andil dalam perkembangan teknologi di Indonesia. Salah satu teknologi yang dimiliki UPT BPPTK LIPI Yogyakarta dalam bidang energi adalah teknologi Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta sendiri masih bersifat prototype sehingga dalam proses pengembangannya masih banyak terjadi kendala salah satu di antaranya terjadi pada pompa sirkulasi minyak sawit. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta sendiri memiliki 2 unit pompa A dan B sirkulasi minyak sawit untuk mengalirkan minyak sawit dari thermal storage tank menuju 2 layer parabolic trough (Eva Dayat, 2015).

Pompa sirkulasi minyak sawit berfungsi untuk mensirkulasi minyak sawit dari thermal storage tank menuju absorber berupa pipa panjang yang dilewatkan heat transfer fluida sebagai fluida pengambil panas. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta menggunakan 2 layer parabolic trough di mana sirkulasi minyak sawit harus stabil dan mencapai suhu yang diinginkan untuk memenuhi ketentuan suhu minimal 70˚C untuk menggerakkan sistem steam generator. Peranan pompa sirkulasi minyak sawit sangat penting pada siklus operasi Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough maka perlu dilakukannya performance test. Hal tersebut bertujuan untuk mengetahui performansi dari pompa sirkulasi minyak sawit selama beroperasi pada tahun 2015. Dengan

dilakukannya performance test, diharapkan mampu mengetahui karakteristik kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015. Jika terdapat permasalahan pada kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough, dapat dijadikan data rekaman untuk proses evaluasi. Hasil evaluasi kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta untuk pengembangan lebih lanjut karena alat ini masih tahap prototype yang suatu saat nanti akan digunakan di Indonesia terutama daerah khatulistiwa serta daerah timur Indonesia yang memiliki intensitas hujan sedikit.

1.2 Rumusan Masalah

Dengan didasari latar belakang tersebut, didapatkan rumusan masalah sebagai berikut :

1. Analisis unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough, pada bulan Januari sampai Desember selama pengoperasian pada tahun 2015.

2. Terdapat indikator yang mempengaruhi kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang menyebabkan penurunan performansi.

1.3 Batasan Masalah

Dalam operasional Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough memiliki beberapa unit, maka perlu adanya batasan masalah dalam tugas akhir ini :

1. Fluida yang digunakan adalah minyak sawit.

2. Hanya membahas pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough secara umum dan efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough secara khusus.

3. Analisis unjuk kerja dilakukan dengan menghitung head pompa, WHP (Water Horse Power), BHP (Break Horse Power), efisiensi pompa, ΔP Suction dan ΔP Discharge pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015.

4. Data yang digunakan merupakan data yang diambil secara langsung melalui pengamatan alat ukur yang terdapat pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough dan data yang diperoleh dari catatan operator. Pengambilan data menggunakan data rata-rata pada setiap bulan selama Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough beroperasi pada tahun 2015.

1.4 Tujuan

Evaluasi unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough, bertujuan untuk:

1. Mempelajari unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015.

2. Menginvestigasi faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang menyebabkan terjadinya penurunan.

3. Memberikan evaluasi kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta untuk pengembangan lebih lanjut karena alat ini masih tahap prototype yang suatu saat akan digunakan di Indonesia terutama daerah timur Indonesia yang memiliki intensitas hujannya sedikit.

1.5 Manfaat Penulisan

Investigasi terhadap pompa pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough memiliki manfaat sebagai berikut :

1. Mendapatkan informasi performansi pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015 tersaji dalam bentuk data kalkulasi dan data grafis.

2. Informasi yang diperoleh dapat digunakan sebagai salah satu acuan untuk melakukan evaluasi yang bertujuan meningkatkan kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough.

3. Mendapatkan pengetahuan dan pengelaman dalam mengolah data aktual dari suatu instansi pemerintah yang bergerak dalam bidang penelitian.

2.1. Teknologi Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough

Teknologi ini merupakan aplikasi dari rancangan modul solar parabolic trough collector sebagai Solar Collector Assembly (SCA). Setiap SCA terdiri dari parabolic reflector (mirror), rangka struktur pendukung, tabung receiver/heat collection element (HCE), dan sistem kendali/kontrol.

Gambar 2.1. Skema sistem solar parabolic trough. (Croma Solar, 2009. diakses pada 26 Desember 2015)

Sistem ini dapat dimaknai sebagai salah satu pengembangan energi terbarukan khususnya pada pemanfaatan energi matahari yang dapat menjadi salah satu solusi untuk mengatasi masalah krisis energi. Perancangan sistem pembangkit listrik tenaga

panas matahari ini secara keseluruhan mengacu pada beberapa pemetaan sebagai berikut.

1. Data potensi energi matahari di Indonesia.

2. Data karakteristik beberapa tipe teknologi yang sudah dikembangkan. 3. Perancangan sistem pembangkit panas matahari.

4. Pengembangan sistem pembangkit panas matahari untuk sistem pembangkit skala kecil.

2.2. Prinsip Kerja Teknologi Concentrated Solar Power

Area collector merupakan suatu area yang luas terdiri dari sejumlah modul collector yang disejajarkan pada arah utara-selatan secara horizontal. Setiap solar collector memiliki reflector berbentuk parabolic yang berfungsi untuk memfokuskan cahaya matahari ke arah receiver yang terletak di sepanjang garis fokus dari parabola. Panas matahari dipantulkan oleh reflektor tersebut dan diterima oleh absorber berupa pipa panjang yang dilewatkan heat transfer fluid sebagai fluida pengambil panas. Sepanjang hari collector mengikuti pergerakan matahari dari timur ke barat untuk menjamin agar sinar matahari terus terfokus secara terus menerus ke arah receiver. Gambar 2.4. menunjukkan sebuah proses yang mewakili sistem pembangkit dengan menggunakan solar parabolic trough yang beroperasi saat ini.

Gambar 2.2. Aliran fluida pada pada sistem pembangkit listrik tenaga matahari.

Heat Transfer Fluid (HTF) dipanaskan dan disirkulasikan melalui receiver dan kembali ke rangkaian heat exchanger. Panas yang dibawa heat transfer fluid dipindahkan ke fluida yang berupa minyak sawit dengan cara mengalirkan heat transfer fluid ke thermal storage. Pengambilan panas yang tersimpan di thermal storage dilakukan dengan menggunakan heat transfer fluid. Fluida tersebut disirkulasikan dari thermal storage ke steam generator untuk diambil panasnya, kemudian output heat transfer fluid dari steam generator di alirkan kembali ke thermal storage. Minyak sawit dengan temperatur tinggi ini kemudian digunakan untuk menghasilkan uap super panas bertekanan tinggi pada fluida refrigerant (R-134a). Uap super panas dari refrigerant ini kemudian akan digunakan pada generator

uap konvensional untuk menghasilkan listrik. Uap yang dikeluarkan dari turbin nantinya akan dikondensasikan di dalam kondensor dan dikembalikan kembali ke heat exchanger melalui condensate dan pompa feedwater untuk diubah kembali menjadi uap air. Heat transfer fluid dialirkan ke cold heat transfer fluid storage yang kemudian dipanaskan lagi di absorber (solar collector).

2.3. Pompa Sentrifugal

Pompa adalah peralatan mekanis yang diperlukan untuk mengubah kerja poros menjadi energi fluida (yaitu energi potensial atau energi mekanik). Pada umumnya pompa digunakan untuk menaikkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain yang lebih tinggi. Selain itu, dapat digunakan untuk memompa fluida dari suatu tingkat tertentu ke suatu tempat melalui pipa panjang atau melalui tahanan hidraulik yang besar. Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus.

Pompa sentrifugal adalah pompa yang menggunakan gaya sentrifugal melalui gerakan impeller untuk menghasilkan penambahan tekanan guna memindahkan fluida cair yang dipompakan. Prinsip kerja pompa sentrifugal didasarkan pada hukum kekekalan energi. Cairan yang masuk pompa dengan energi total tertentu mendapatkan tambahan energi dari pompa sehingga setelah keluar dari pompa, cairan akan mempunyai energi total yang lebih besar. Pompa sentrifugal termasuk jenis pompa dinamik, di mana daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeller yang dipasang pada poros tersebut. Akibat dari putaran impeller yang menimbulkan gaya sentrifugal, zat cair akan mengalir dari tengah impeller keluar melalui saluran di antara sudu-sudu dan meninggalkan impeller dengan kecepatan yang tinggi. Zat cair yang keluar dari impeller dengan kecepatan tinggi

kemudian melalui saluran yang penampangnya semakin membesar disebut volute, sehingga akan terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar sedangkan proses pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang di antara sudu-sudu menjadi vakum, sehingga zat cair akan terisap masuk. Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar dan flens masuk disebut sebagai head total pompa sehingga dapat dikatkan bahwa pompa sentrifugal berfungsi mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinyu.

Gambar 2.3 Pompa rumah keong tipe radial (Ansaah, 2011. diakses pada 21 Juni 2016)

2.4 Fungsi dan Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal

Secara umum bagian-bagian pompa sentrifugal dapat dilihat pada gambar 2.4

Gambar 2.4 Bagian pompa sentrifugal (Sumber : Sularso hal 75, 1996)

Keterangan:

1. Casing 4. Bearing housing 7. Eye of impeller 2. Impeller 5. Shaft

3. Shaft seal 6. Lubricating reservoir

Fungsi dari bagian-bagian pompa sentrifugal adalah sebagai berikut : a. Casing

Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungi sebagai pelindung elemen di dalamnya.

b. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

c. Shaft seal

Suatu part I bagian pada pompa yang berfungsi untuk penghalang atau mencegah kebocoran keluar atau masuknya suatu fluida yang diletakkan pada bagian poros penggerak impeller.

d. Bearing housing

Bagian pada pompa yang berfungsi sebagai rumah atau dudukan bearing atau sebagai penopang kerja bearing.

e. Bearing

Bearing atau bantalan berfungsi untuk menumpu atau menahan beban dari poros agar dapat berputar, bearing juga berfungsi untuk memperlancar putaran poros dan menahan poros agar tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek dapat diperkecil.

f. Shaft

Shaft atau poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat tumpuan impeller dan bagian-bagian lain yang berputar.

g. Lubricating reservoir

Tempat atau dudukan dari penpung oli yang digunakan untuk proses pendinginan atau pelumasan pada bagian-bagian tertentu pada pompa.

h. Vane

Vane adalah sudu impeller yang berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

i. Discharge nozzle

Discharge nozzle adalah bagian dari pompa yang berfungsi sebagai tempat keluarnya fluida hasil pemompaan.

j. Eye of impeller

Eye of impeller adalah bagian masuk pada arah hisap impeller.

2.5 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal yaitu bahwa benda yang bergerak secara melengkung akan mengalami gaya yang arahnya keluar dari titik pusat lintasan yang melengkung. Besarnya gaya sentrifugal yang timbul tergantung dari masa benda, kecepatan gerak benda dan jari-jari lengkung lintasannya. Pompa sentrifugal mempunyai sebuah impeller (baling-baling) untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair sehingga zat cair yang ada didalam impeller, dapat berputar karena dorongan sudu-sudu. Karena timbul gaya sentrifugal, zat cair mengalir dari tengah impeller ke luar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini, head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi.

Demikian pula head kecepatannya menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan. Zat cair yang keluar melalui impeller ditampung oleh saluran berbentuk

volut (spiral) dikelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi tekanan. Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Selisih energi persatuan berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar disebut head total pompa. Dari uraian diatas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk putaran poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan perubahan head tekanan, head kecepatan dan head potensial pada zat yang mengalir secara continue.

2.6 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain :

2.6.1 Menurut Jenis Aliran dalam Impeller

Bentuk jenis aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.

a. Pompa Radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeller akan tegak lurus poros pompa arah radial).

b. Pompa Aksial

Aliran zat cair yang meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial).

c. Pompa Aliran Campuran

Aliran zat cair di dalam pompa waktu meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial.

Gambar 2.5 Klasifikasi pompa menurut jenis impeller (Sumber : Sularso hal 7-8, 1983)

2.6.2 Bentuk Konstruksi dari Impeller

Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller.

a. Impeller tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk memompa zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran Impeller tertutup dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Impeller tertutup (Sumber : Sularso hal 77, 1996)

b. Impeller setengah terbuka

Impeller jenis ini terbuka di sebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakang. Digunakan untuk memompa zat cair yang mengandung sedikit kotoran, misalnya air yang bercampur pasir. Impeller setengah terbuka ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Impeller setengah terbuka (Sumber : Sularso hal 77, 1996) c. Impeller terbuka

Impeller jenis ini tidak ada dindingnya di depan ataupun belakang, bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu-sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk memompa zat cair yang banyak mengandung kotoran yang volumenya lebih besar dari butiran pasir. Impeller terbuka ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Impeller terbuka

(AlamBahrul, 2012. Di akses pada 21 Juni 2016)

2.6.3 Menurut Kapasitas

Kapasitas dari pompa sentrifugal secara umum dibagi menjadi : a. Kapasitas rendah (20 m3/jam)

b. Kapasitas sedang (20-60 m3 /jam) c. Kapasitas tinggi (di atas 60 m3 /jam)

2.6.4 Menurut tekanan yang dihasilkan :

Klasifikasi tekanan pada pompa sentrifugal dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu :

a. Tekanan rendah (5>2 kg/cm2) b. Tekanan menengah (5>50 kg/cm2) c. Tekanan tinggi (di atas (50 kg/cm2)

2.6.5 Menurut jumlah impeller dengan tingkatannya :

Jumlah penggunaan impeller pada pompa sentrifugal dengan tingkatannya dibagi menjadi:

a. Pompa dengan impeller tunggal disebut single stage pump.

Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller, jadi relatif rendah.

b. Pompa dengan impeller banyak disebut multistage pump.

Pompa ini menggunakan beberapa impeller yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeller pertama dimasukkan ke impeller pertama berikutnya dan seterusnya hingga impeller terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relatif tinggi.

2.6.6 Menurut sisi masuk impeller :

Dari jenis saluran masuk pada pompa sentrifugal dibagi menjadi dua jenis yaitu :

a. Pompa isapan tunggal (single suction) b. Pompa isapan ganda (double suction)

2.6.7 Menurut sistem penggerak :

Sistem penggerak pompa dibagi menjadi beberapa jenis, berikut jenis sistem penggerak pompa yang biasa digunakan :

a. Dikopel langsung pada unit penggerak baik menggunakan motor listrik, motor bakar maupun turbin.

b. Melewati beberapa macam jenis transmisi (belt, roda gigi, dll)

2.6.8 Menurut letak porosnya

Dari penempatan letak poros pompa dibagi menjadi dua jenis yaitu : a. Pompa Jenis Poros Tegak (Vertical)

Pompa aliran campur dan pompa aliran aksial sering dibuat dengan poros tegak (vertical). Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa kolom

oleh bantalan yang terbuat dari karet. Pompa ini dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Pompa jenis poros vertikal (Sumber :Sularso hal 78, 1996)

b. Pompa Jenis Poros Mendatar (Horizontal)

Pompa ini mempunyai poros dengan posisi mendatar, pompa jenis ini dapat dilihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Pompa jenis horizontal

(Sumber :Sularso hal 76, 1996)

2.6.9 Menurut Rangkaian Pompa Sentrifugal

Menurut rangkaiannya, operasi rangkaian pompa dibedakan menjadi operasi rangkaian seri dan rangkaian parallel. Pompa rangkaian seri menghasilkan head yang tinggi tetapi debitnya tetap, sedangkan pompa untuk rangkaian parallel digunakan untuk meningkatkan debit tetapi head yang dihasilkan relatif tidak berubah atau tetap, seperti pada gambar 2.11 dan 2.12.

a. Operasi Rangkaian Seri dan Parallel dari Pompa dengan Karakteristik Relatif Sama

Gambar 2.11 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa dengan karakteristik sama

(Sumber :Sularso hal 94, 1996)

Gambar 2.11 menunjukkan karakteristik sama dari pompa yang dipasang secara seri dan parallel. Untuk pompa tunggal diberi tanda (1), pompa seri (2), dan pompa parallel (3). Untuk rangkaian seri menghasilkan head kurva 2 diperoleh dari harga head kurva 1 dikalikan dua untuk kapasitas Q yang sama. Kurva untuk susunan parallel diberi tanda 3, harga kapasitas Q kurva 3 ini diperoleh dari harga kapasitas pada kurva 1 dikalikan dua untuk head yang sama. Kurva R3 menunjukkan tahanan yang lebih tinggi dibandingkan R1 dan R2. Jika sistem mempunyai kurva head kapasitas R, titik kerja pompa 1 akan berada di A. Jika disusun parallel pada kurva 3, titik kerja pompa akan berada di B. Terlihat bahwa Q di titik B tidak sama dengan dua kali Q di titik A. Hal ini terjadi karena ada kenaikan head sistem. Rangkaian seri digunakan untuk menaikkan head sedangkan parallel untuk menaikkan kapasitas aliran.

b. Operasi Parallel dari Pompa-Pompa dengan Karakteristik Berbeda

Gambar 2.12 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa pompa dengan karakteristik berbeda

(Sumber :Sularso hal 94, 1996)

Gambar 2.12 menunjukkan bahwa pompa 1 mempunyai kapasitas yang lebih kecil dari pada pompa 2, jika dipasang parallel akan menghasilkan kurva karakteristik 3. Untuk kurva head kapasitas sistem R akan dicapai titik operasi parallel di C dengan laju aliran total sebesar Q, pompa 1 beroperasi di titik D dengan kapasitas Q1 dan pompa 2 beroperasi di E dengan kapasitas Q2. Laju aliran total Q=Q1

+ Q2. Jika kurva head kapasitas sistem naik lebih curam daripada R, pompa 1 tidak

dapat menghasilkan aliran karena head yang dimiliki tidak cukup tinggi untuk melawan head sistem, bahkan jika head sistem lebih tinggi dari head pompa maka aliran akan membalik masuk ke dalam pompa 1.

c. Operasi Seri dengan Karakteristik Pompa Berbeda

Pada gambar 2.13 memperlihatkan karakteristik susunan seri dari dua buah pompa yang mempunyai karakteristik berbedaa. Kurva (1) merupakan pompa dengan

kapasitas rendah, kurva (2) dari pompa dengan kapasitas tinggi dan kurva (2) merupakan karakteristik operas kedua pompa dalam susunan seri.

Gambar 2.13 Kurva operasi seri dari pompa-pompa dengan karakteristik berbeda

(Sumber :Sularso hal 95, 1996)

Jika sistem pipa mempunyai kurva karakteristik R1, titik operasi dengan pompa susunan seri akan terletak di (C). Dalam keadaan ini pompa (1) bekerja di titik (D) dan pompa (2) di titik (E). Sistem yang mempunyai kurva karakteristik R2 menjadi negatif sehingga akan menurunkan head pompa (2). Jadi, kurva sistem yang lebih rendah dari R2 lebih baik menggunakan pompa (2).

2.6.10 Menurut Bentuk Rumah Pompa

Dari jenis pengelompokkan rumah pompa sentrifugal diklasifikan menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Pompa Volut

Pompa ini khusus untuk pompa sentrifugal. Aliran fluida yang meninggalkan impeller secara langsung memasuki rumah pompa yang berbetuk volout (rumah siput) sebab diameternya bertambah besar.

b. Pompa Diffuser

Konstruksi pompa ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) di sekeliling saluran keluar impeller. Pemakaian diffuser ini akan memperbaiki efisiensi pompa. Diffuser ini sering digunakan pada pompa bertingkat banyak dengan head yang tinggi.

c. Pompa Vorteks

Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut. Pompa ini tidak menggunakan diffuser, namun memakai saluran lebar berbentuk cincin. Dengan demikian pompa ini tidak mudah tersumbat dan cocok untuk pemakaian pada pengolahan cairan limbah.

Gambar 2.14 Klasifikasi pompa menurut rumah pompa Sumber : (Sularso hal 7-8, 1996)

2.7 Terminologi Dan Rumus Pompa

Beberapa istilah dan definisi khusus yang sering berkaitan dengan operasi pompa, istilah dibawah ini juga digunakan untuk menggambarkan performansi pompa ialah :

2.7.1 Persamaan Kontinuitas

Persamaan kontinuitas adalah persamaan yang menyatakan bahwa di dalam aliran cairan termampatkan, jumlah aliran pada setiap satuan waktu adalah sama pada semua penampang di sepanjang aliran. Persamaan kontinuitas dapat dinyatakan dengan persamaan 2.2 dan 2.3 (Austin H., Crunch., 1996).

ρ1 . v1 . A1 = ρ2 . v2 . A2 ………...(2.1)

Diketahui bahwa :

Q = v . A ………...(2.2) Maka :

ρs . Qs = ρd . Qd……….(2.3)

Untuk cairan tidak termampatkan (Incompressible) nilai ρ (massa jenis) adalah tetap. Karena air adalah termasuk jenis fluida tidak termampatkan maka :

Q = Qs = Qd ………..(2.4)

Q = vs . As . = vd . vs ………(2.5)

Keterangan :

Q = Debit (m3/detik)

vd = Kecepatan aliran rata-rata di bagian pipa keluar (m/s)

As = Luas penampang pipa bagian dalam pada pipa masuk (m)

Ad = Luas penampang pipa bagian dalam pada pipa keluar (m)

Laju Aliran Fluida (v)

Perhitungan laju aliran fluida dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6 (Sularso., 2004) berikut :

= ………(2.6)

Keterangan :

v = laju aliran fluida (m/s) Q = Debit (m3/s)

A = Luas penampang pipa bagian dalam (m2)

Luas penampang pipa adalah :

=

4 � D

2_{………(2.7)}

2.7.2 Head (H)

Head pompa adalah energi persatuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan yang mengalirkan sejumlah zat cair yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang “m” (SI). Pada uraian tentang persamaan Bernoulli yang dimodifikasi untuk aplikasi pada instalasi pompa, terlihat pada persamaan Bernoulli dalam bentuk energi head terdiri dari empat bagian “head” yaitu head elevasi (z), head tekanan (hp), head kecepatan (hv), dan head kerugian (h). persamaan Bernoulli dalam bentuk energi head :

��_�+��� �� + �� ���+� =���+ ��� �� + �� ���+ℎ H = (z_d −z_s) +���

��− �� ���+� ��� �� − ���

���+ℎ ………(2.8) H = Δz + Δhp+ Δhv + hl

H = Hstatis + Δhv + hlmajor + hlminor

Dimana :

• H = head total pompa

• Hstatis = Head statis

• Zs = Ketinggian suction (m) • Zd = Ketinggian discharge (m)

• Δhp = Perbedaan head tekanan yang bekerja kedua permukaan (m)

• Pd = Tekanan pada sisi discharge (kgf/cm2)

• Ps = Tekanan pada sisi suction (kgf/cm2) • Hv = Head kecepatan (m)

• Vs = Kecepatan aliran fluida bagian suction (m/s) • Vd = Kecepatan aliran fluida bagian discharge (m/s) • Q = Laju aliran fluida (m3/hr)

• D = Diameter pipa (m)

• ρ = Densitas aliran fluida (kgf/m3)

a. Head statis

Merupakan perbedaan ketinggian antara bagian sumber (suction) dan tujuan (discharge) pada pompa untuk memindahkan fluida, didasarkan pada ketinggian fluida diatas bidang datar, head statis merupakan aliran yang independen. Head statis pada tekanan tertentu tergantung pada berat cairan. Head statis terdiri atas:

• Head hisapan statis (hs)

dihasilkan dari pengangkatan cairan relative terhadap garis pusat pompa. hs nilainya positif jika ketinggian cairan berada di bawah garis pusat pompa (juga disebut “pengangkat hisapan”)

• Head pembuangan statis (hd)

Jarak vertical antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.

Hstatis = Δz = ( zd – zs ) ………(2.9)

Gambar 2.15 Head statis pada pompa (SuwasonoAgus, 2013. diakses pada 18 Juni 2016)

• Tanda (+)

Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa (Suction lift).

• Tanda (-)

Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa (Suction head).

b. Head kecepatan

Head kecepatan merupakan ukuran energi kinetik yang dikandung suatu satu satuan bobot fluida yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh persamaan yang biasa dipakai untuk energi kinetic (v2 /2g).

ℎ� =∆�

2

2 = �

��2

2 −

� 2

2 �… … … (2.10)

c. Head tekanan

Head tekanan adalah energi yang dikandung oleh fluida akibat beda tekanan antara sisi suction dan sisi discharge.

∆ℎ = ∆ =��2 − �1�… … … (2.11)

d. Head loss

Dalam aliran melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi apabila ukuran pipa, bentuk penampan atau arah aliran berubah. Head gesek merupakan hilangnya energi akibat gesekan antara fluida dengan dinding pipa atau dengan fitting. Ada dua jenis head gesek yaitu head mayor dan head minor, head mayor merupakakan gesekan yang terjadi anatar fluida dengan permukaan dinding pipa lurus tergantung tingkat kehalusan dari permukaan dinding pipa tersebut, sedangkan head minor merupakan gesekan gesekan yang terjadi antara fluida dengan melewati fitiing-fitting tertentu seperti elbow, reducer, dll. Kerugian head

terdiri atas kerugian gesek di dalam pipa-pipa, dan kerugian head di dalam belokan-belokan, reducer, katup-katup dan sebagainya.

 Kerugian Head Mayor

Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil).

Selanjutnya, untuk aliran yang laminar dan turbulen memiliki rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminar atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds.

 Rumus Hazen-Williams

Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relative sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen-Williams, yaitu :

ℎ =10.666

1.85

1.85�4.85 �… … … . (2.13)

Dimana :

hf = kerugian gesekan dalam pipa (m)

Q = laju aliran dalam pipa (m3 /s) L = panjang pipa (m)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams d = diameter dalam pipa (m)

Untuk nilai C dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Material C Factor

Low

C Factor High

Asbestos-cement 140 140

Cast iron 100 140

Cement-Mortar Lined Ductile Iron Pipe 140 140

Concrete 100 140

Copper 130 140

Steel 90 110

Galvanized iron 120 120

Polyethylene 140 140

Polyvinyl chloride (PVC) 130 130

Fibre-reinforced plastic (FRP) 150 150

 Formula Darcy-Weisbach

Dengan cara Darcy, koefisien kerugian gesek (f) dihitung menurut rumus :

= 0,020 +0,0005… … … (2.14)

Dimana D adalah diameter dalam pipa (m). Rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Jika pipa telah dipakai selama bertahun-tahun, harga f akan menjadi 1,5 sampai 2,0 kali harga barunya.

Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut, yaitu :

ℎ = �

� �2

Dimana :

hf = kerugian head karena gesekan (m)

ƒ = faktor gesekan (dapat dicari dengan diagram Moody) L = panjang pipa (m)

d = diameter dalam pipa (m)

v = kecepatan aliran rata-rata fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan kavitasi (m/s2)

 Kerugian Head Minor

Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses). Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa, dirumuskan sebagai berikut :

= [0,131 + 1,874� 2 )

3,5_�(

90)

0,5_{… … … (2.16)}

ℎ = � . .�

2

2 … … … . … (2.17)

Menurut persamaan diatas yaitu untuk pipa yang panjang (L > 1000mm), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.

2.7.3 Kavitasi

Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Misalnya air pada tekanan 1 atmosfer akan mendidih dan menjadi uap jenuh pada temperatur 1000C. Tetapi jika tekanan direndahkan maka air akan mendidih pada temperatur yang lebih rendah. Jika tekanannya cukup rendah maka pada temperatur kamarpun air akan mendidih.

Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair. Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam pompa maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terjadinya kavitasi. Pada pompa misalnya, bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isapnya. Kavitasi akan timbul bila tekanan isap terlalu rendah.

Jika pompa mengalami kavitasi, maka akan timbul suara berisik dan getaran. Selain itu untuk kerja pompa akan menurun secara tiba-tiba, sehingga tidak dapat bekerja dengan baik. Jika pompa dijalankan dalam keadaan kavitasi secara terus menerus dalam jangka waktu di dalam pompa maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terjadinya kavitasi. Pada pompa misalnya, bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isapnya. Kavitasi akan timbul bila tekanan isap terlalu rendah.

Jika pompa mengalami kavitasi, maka akan timbul suara berisik dan getaran. Selain itu untuk kerja pompa akan menurun secara tiba-tiba, sehingga tidak dapat bekerja dengan baik. Jika pompa dijalankan dalam keadaan kavitasi secara terus menerus dalam jangka waktu yang lama, maka permukaan dinding permukaan saluran disekitar aliran yang berkavitasi akan mengalami kerusakan. Permukaan dinding akan termakan sehingga menjadi berlubang-lubang atau bopeng. Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagai akibat dari tumbukan gelembung-gelembung uap yang pecah pada dinding secara terus menerus.

Hal-hal berikut yang harus diperhitungkan untuk menghindari kavitasi :

a. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap harus dibuat serendah mungkin agar head isap statis menjadi rendah pula.

b. Pipa pada bagian isap di desain sependek mungkin. Jika terpaksa menggunakan pipa panjang, maka gunakanlah pipa dengan diameter yang lebih besar satu nomor dari pipa discharge untuk mengurangi kerugian gesekan.

c. Tidak dibenarkan untuk memperkecil laju aliran dengan menghambat aliran di sisi isap.

d. Head total pompa harus disesuaikan dengan kondisi operasi dilapangan, karena head total pompa yang berlebihan, maka kapasitas aliran pompa menjadi lebih besar yang memungkinkan terjadinya kavitasi.

e. Pemilihan impeller yang tahan erosi akibat kavitasi perlu diperhitungkan jika fenomena kavitasi tidak dapat dihindarkan.

f. Sebuah pompa booster dipasang pada ujung pipa isap. (Sudarja. dkk. 2015).

2.7.4 NPSH (Net Positive Suction Head)

Kebutuhan minimum pada pompa untuk bekerja secara normal. NPSH menyangkut apa yang terjadi pada bagian suction pompa, termasuk apa yang datang ke permukaan pendorong. NPSH dipengaruhi oleh pipa suction, fitting, ketinggian, tekanan di sisi isap, kecepatan fluida dan temperatur. NPSH dibagi menjadi dua macam NPSHa (Net Positive Suction Head available) dan NPSHr (Net Positive Suction Head required).

Kavitasi akan terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai dibawah tekanan uap jenuh. Jadi, untuk menghindari kavitasi harus diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan.

Dalam hal ini ada dua macam tekanan yang harus diperhatikan. Pertama, tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang dan kedua, tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa.

a. NPSHa (Net Positive Suction Head available)

NPSH yang tersedia yaitu nilai head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa (ekivalen dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut. Pada pompa yang mengisap zat cair dari tempat terbuka dengan tekanan atmosfer pada permukaan zat cair seperti diperlihatkan pada gambar 2.16, maka besarnya NPSH yang tersedia adalah :

ℎ� = �

� − �

� − ℎ − ℎ … … … (2.18)

Dimana :

hsv = NPSH yang tersedia/ NPSHa (m)

Pa = Tekanan atmosfer (kgf/m2)

Pv = Tekanan uap jenuh (kgf/m2)

γ = Berat jenis persatuan volume (kgf/m3) hs = Head isap statis (m)

hs adalah positif (bertanda +) jika pompa terletak di atas permukaan zat cair diisap, dan negative (bertanda -) jika dibawah.

hls = Head losses pada sisi isap (m) (Sudarja. dkk. 2015).

Dari persamaan tersebut, dapat dilihat bahwa NPSH yang tersedia merupakan tekanan absolut yang masih tersedia pada sisi isap pompa setelah

dikurangi tekanan uap. Besarnya tergantung pada kondisi luar pompa di mana pompa tersebut dipasang.

Gambar 2.16 NPSH apabila tekanan uap atmosfer bekerja pada permukaan air yang diisap (Sularso hal 44, 1996)

Gambar 2.17 NPSH apabila tekanan uap bekerja di dalam tangki air yang diisap tertutup (Sularso hal 44, 1996)

Jika zat cair diisap dari tangki tertutup seperti yang terlihat pada gambar 2.17 maka ρa dalam persamaan 2.18 menyatakan tekanan mutlak yang

bekerja pada permukaan zat cair di dalam tangki tertutup tersebut. Temperatur

(˚C)

Kerapatan (kg/l)

Viskositas kinematik (m2/s)

Tekanan uap jenuh (kgf/cm2)

0 0,9998 1,792 x 106 0,00623

5 10,000 1,520 0,00889

10 0,9998 1,307 0,01251

20 0,9983 1,004 0,02383

30 0,9957 0,801 0,04325

40 0,9923 0,658 0,07520

50 0,9980 0,554 0,12578

60 0,9832 0,475 0,20313

70 0,9777 0,413 0,3178

80 0,9716 0,365 0,4829

90 0,9652 0,326 0,7149

100 0,9581 0,295 10,332

120 0,9431 0,244 20,246

140 0,9261 0,211 3,685

160 0,9073 0,186 6,303

180 0,8869 0,168 10,224

200 0,8647 0,155 15,855

220 0,8403 0,150 23,656

240 0,814 0,136 34,138

260 0,784 0,131 47,869

280 0,751 0,128 65,468

300 0,712 0,127 87,621

b. NPSHr (Net Positive Suction Head required)

Merupakan pressure pompa pada sisi isap yang nilainya ditentukan berdasarkan design pompa (inlet suction, impeller dan lain-lain). NPSHr bernilai positif sehingga bersifat menghambat kemampuan daya hisap pompa. jika pompa memiliki nilai NPSHr kecil maka pompa tersebut memiliki kemampuan daya hisap yang baik. Agar pompa dapat bekerja dengan optimal tanpa mengalami kavitasi, harus dipenuhi syarat bahwa NPSHa > dari NPSHr. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan putaran yang tetap. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan memiliki putaran yang tetap.

2.7.5 Performansi Pompa

Karakteristik pompa dapat digambarkan dalam kurva-kurva karakteristik yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros dan efisiensi pompa terhadap kapasitas pompa. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan memiliki putaran yang tetap.

Gambar 2.19 Kurva karakteristik pompa aliran aksial (Sularso, Tahara hal 10. 1996)

Gambar 2.20 Kurva karakteristik pompa aliran campuran (Sularso, Tahara hal 10. 1996)

2.7.6 Hukum Kesebangunan

Jika dua buah pompa sentrifugal yang geometris sebangun satu dengan yang lain. Hukum ini digunakan untuk menaksir perubahan performansi pompa bila putaran pompa diubah. Hokum ini juga digunakan untuk memperkirakan performansi

pompa yang direncanakan apabila pompa tersebut geometris sebangun dengan pompa yang sudah diketahui performansinya.

• Q ∞ N

• H ∞ N2 • P ∞ N2

1 2

= [ �]3… … … (2.19)

1 2

= �… … … (2.20)

�1

�2

= [ �]2… … … (2.21)

� =

�… … … (2.22) Dimana :

• Q = kapasitas aliran fluida (m3/detik)

• n = speed (rpm)

• H = Head pompa (m)

• P = Daya input pompa (W)

2.7.7 Water Horse Power (WHP)

Daya hidrolis atau WHP (water House Power) adalah daya dari pompa yang dipindahkan menjadi daya fluida untuk menggerakkan fluida dari tekanan rendah ke tekanan yang tinggi. Dapat dinyatakan dengan persamaan 2.23. (Dietzel F.,1980).

WHP = Q x H x ρ x g………(2.23)

WHP = Daya hidrolis atau Water House Power (W) ρ = Kerapatan fluida (kg/m3)

g = Percepatan gravitasi (m/detik2)

Q = Kapasitas fluida yang di pompa (m3/detik) H = Head total pompa (m)

2.7.8 Break Horse Power (BHP)

Daya poros adalah daya yang bekerja pada poros untuk menggerakkan sebuah pompa atau biasa disebut BHP (Break Horse Power). Daya ini dapat dinyatakan dengan persamaan 2.24.

� = � ………...(2.24)

Pdf =

� ………..(2.25) ηt = ηd x pdf………(2.26)

Keterangan :

BHP = Daya poros (W) WHP = Daya hidraulis (W) ηt = Efisiensi data koreksi (%)

pdf = Precentage of design flow

Qf = kapasitas fluida dari data lapangan (m3/detik) Qd = kapasitas fluida dari data design (m3/detik) Qt = kapasitas fluida dari data aktual (m3/detik)

2.7.9 Efisiensi Pompa

Efisiensi pompa dapat dinyatakan dengan perbandingan antara daya hidraulis pompa dengan daya poros pompa. dinyatakan dengan persamaan 2.27.

ηp = _�� x 100 %...(2.27)

Keterangan :

ηp = Efisiensi pompa

WHP = Daya hidraulis (W) BHP = Daya poros (W)

2.8 Pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power

UPT BPPTK LIPI Yogyakarta memiliki 1 unit CSP (Concentrated Solar Power) dengan 2 unit pompa sirkulasi minyak sawit yang masing-masing memiliki kapasitas 50% untuk mempompa atau mensirkulasi minyak sawit dari thermal storage tank dialirkan ke cold heat transfer fluid storage yang kemudian dipanaskan lagi pada absorber lalu kembali lagi ke thermal storage tank dan menggunakan rangkaian dengan jenis pemasangan parallel. Pompa sirkulasi minyak sawit berfungsi memompakan atau mensirkulasi minyak sawit dari thermal storage tank menuju absorber untuk menyerap panas matahari lalu kembali lagi ke thermal storage tank, Pengambilan panas yang tersimpan di thermal storage dilakukan dengan menggunakan heat transfer fluid. Fluida tersebut disirkulasikan dari thermal storage ke steam generator untuk di ambil panasnya, kemudian output heat transfer fluid dari steam generator dialirkan kembali ke thermal storage. Minyak sawit dengan temperatur tinggi ini kemudian digunakan untuk menghasilkan uap super panas bertekanan tinggi pada fluida refrigerant (R-134a). Uap super panas dari refrigerant ini kemudian akan digunakan pada generator uap konvensional untuk menghasilkan listrik. Uap yang dikeluarkan dari turbin kemudian akan dikondensasikan di dalam kondensor dan dikembalikan kembali ke heat exchanger melalui condensate dan

pompa feedwater untuk diubah kembali menjadi uap air. Heat transfer fluid dialirkan ke cold heat transfer fluid storage yang kemudian dipanaskan lagi pada absorber (solar collector). Pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power merupakan jenis single suction, horizontal dan termasuk tipe pompa sentrifugal.

BAB III

METODOLOGI STUDI KASUS

3.1 Bahan Studi Kasus

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power selama beroperasi pada tahun 2015.

b. Minyak sawit sebagai heat transfer fluid c. Refrigerant pada unit Steam Generator d. Air pada unit Cooling Tower

3.2 Alat Studi Kasus

a. Pompa utama sirkulasi minyak sawit

Berjumlah 2 unit dengan tipe pompa sentrifugal dengan kapasitas 4,5 m3/h.

b. Cermin (parabolic reflector)

Merupakan cermin melengkung dalam bentuk parabola, yang memungkinkan radiasi sinar matahari langsung terkonsentrasi pada penerima linier(absorber).

c. Tabung penerima (receiver tube)

Tabung penerima (receiver tube) ataudisebut juga denganheat collection element (HCE), terdiri dari tabung logam beberapa meter panjang yang diselimuti dengan tabung kaca. Di antara tabung kacadengan tabung kaca ini biasanya kedap udara

(vakum) untuk mengurangi kerugian panas konvektif yang memungkinkan untuk ekspansi termal

d. Generator uap(steam generator)

Fungsi daristeam generator adalah untuk memproduksi uap(steam) untuk menggerakkan turbin. Proses produksinya adalah dengan penguapan pada boiler drum. Uap tersebut harus memenuhi standar kualitas tertentu (pressure, temperature, dan unsur kimia) dan juga kuantitas sesuai yang dibutuhkan turbin pada saat tertentu untuk dapat menggerakkan generator.

e. Kondenser

Kondensor adalah sebuah alat penukar kalor(Heat Exchanger) yang digunakan untuk mengkondensasikan / mengubah gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan yang bertekanan tinggi yang kemudian akan dialirkan keReceiver Dryerdan dilanjutkan ke expansi valve.Kondensor bisa disebut heat exchange yang bisa memindahkan panas ke udara.

f. Menara pendingin air(water cooling tower)

Fungsi utama dari cooling tower ini sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakanfan/kipas.

g. Tangki Penyimpan Panan (Thermal Storage Tank)

h. Control room

Merupakan ruangan yang mengontrol, menjalankan dan memantau semua unit di local Concentrated Solar Power. Data yang di dapat

akan diinput ke computer yang akan digunakan datanya untuk penelitian.

i. Laptop

Laptop digunakan untuk mengolah data yang diperlukan untuk studi kasus.

3.3 Prosedur Studi Kasus

Penelitian ini diawali dari pengumpulan data di lokasi UPT BPPTK LIPI Yogyakarta pada Concentrated Solar Power unit pompa sirkulasi minyak sawit A dan B. Pengumpulan dan pengukuran data dilakukan di unit lokal dan di control room, akses data menggunakan komputer. Pengumpulan data pompa sirkulasi minyak sawit menggunakan data rekaman selama prototype Concentrated Solar Power di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta beroperasi pada tahun 2015, mulai dari Januari hingga Desember. Dengan pengambilan data variabel dalam satu hari sebanyak 3 data yaitu pagi, siang dan sore. Data yang digunakan merupakan data yang diambil rata-rata dalam satu bulan. Untuk mengetahui kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power, dibutuhkan beberapa data pengukuran antara lain suction pressure, discharge pressure, suction temperature, discharge temperature, kapasitas (flow rate), putaran (speed) dan beberapa data desain dari pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power. Beberapa data lapangan dan data desain yang telah diperoleh tersebut dapat dilakukan proses pengolahan untuk mengetahui kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power selama beroperasi pada tahun 2015. Selanjutnya, dilakukan pengolahan data dengan menggunakan rumus kinerja pompa dan menggunakan program Microsoft excel. Parameter untuk mengukur kinerja pompa antara lain head pompa, WHP (Water Horse Pump), BHP (Break Horse Pump) dan efisiensi pompa.

3.3.1 Diagram Alir Metode Studi Kasus

Penyiapan Bahan dan Alat data

Pengukuran dan pengumpulan data dilakukan pada 3 waktu shift pagi, siang dan sore

Menghidupkan pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated

Solar Power Mulai

Output -Suction pressure -discharge pressure -suction temperature -discharge temperature -flow

Mematikan pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated

Solar Power

Gambar 3.1 Diagram Alir

3.4 Analisis Data atau Metode Analisis 3.4.1 Data Pengukuran

Pengukuran data pada pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power dilakukan secara berkala terbagi dalam tiga shift yaitu pagi, siang dan sore dalam setiap hari data yang diperlukan untuk proses pengolahan data dalam mengukur kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B, antara lain suction temperature, discharge temperature, kapasitas (flow rate), putaran (speed) pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power serta beberapa data desain pompa.

Analisa Hasil Perhitungan dan Hasil Grafik Perbandingan

Penarikan Kesimpulan Dan Penyusunan Laporan Pengolahan data disajikan dalam

bentuk tabel A

BPPTK LIPI Yogyakarta sebagai salah satu Lembaga Penelitian Milik Negara tentu saja ikut andil dalam perkembangan teknologi di Indonesia. Salah satu teknologi yang dimiliki UPT BPPTK LIPI Yogyakarta dalam bidang energi adalah Teknologi Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta sendiri masih bersifat prototype sehingga dalam proses pengembangannya masih banyak terjadi kendala salah satu diantaranya terjadi pada pompa sirkulasi minyak sawit. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta sendiri memiliki 2 unit pompa A dan B sirkulasi minyak sawit untuk mengalirkan minyak sawit dari thermal storage tank menuju 2 layer parabolic trough. (Eva Dayat, 2015)

Pompa sirkulasi minyak sawit berfungsi untuk mensirkulasi minyak sawit dari thermal storage tank menuju absorber berupa pipa panjang yang di lewatkan heat transfer fluida sebagai fluida pengambil panas. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta menggunakan 2 layer parabolic trough dimana sirkulasi minyak sawit harus stabil dan mencapai suhu yang diinginkan untuk memenuhi ketentuan suhu minimal 70˚C guna menggerakkan sistem steam generator. Peranan pompa sirkulasi minyak sawit sangat penting pada siklus operasi Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough maka perlu dilakukannya performance test, hal tersebut bertujuan untuk mengetahui performansi dari pompa sirkulasi minyak sawit selama beroperasi pada tahun 2015. Dengan dilakukannya performance test, diharapkan mampu mengetahui karakteristik kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi di tahun 2015. Jika terdapat permasalahan pada kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough dapat dijadikan data rekaman untuk proses evaluasi. Hasil evaluasi kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta untuk pengembangan lebih lanjut karena alat ini masih tahap prototype yang suatu saat nanti akan digunakan di Indonesia terutama daerah khatulistiwa serta daerah timur Indonesia yang intensitas hujannya sedikit.

Metodologi Penelitian

Penelitian ini diawali dari pengumpulan data di lokasi UPT BPPTK LIPI Yogyakarta pada Concentrated Solar Power unit pompa sirkulasi minyak sawit A dan B. Pengumpulan dan pengukuran data di lakukan di unit lokal dan di control room, akses data menggunakan computer. Pengumpulan data pompa sirkulasi minyak sawit menggunakan data rekaman selama prototype Concentrated Solar Power di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta beroperasi di tahun 2015, mulai dari bulan Januari hingga Desember kecuali bulan Februari karena pada bulan Februari Concentrated Solar Power tidak beroperasi di karenakan ada penggantian layer pada Solar Parabollic Through, dengan variabel pengambilan data dalam satu hari sebanyak 3 data yaitu pagi, siang dan sore. Data yang digunakan merupakan data yang diambil rata-rata dalam satu bulan. Untuk mengetahui kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada CSP dibutuhkan beberapa data pengukuran antara lain suction pressure, discharge pressure, suction temperature, discharge temperature, kapasitas (flow rate), putaran (speed) dan beberapa data desain dari pompa sirkulasi minyak sawit pada CSP. Beberapa data lapangan dan data

desain yang telah diperoleh tersebut dapat dilakukan proses pengolahan untuk mengetahui kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit pada CSP selama beroperasi di tahun 2015.

Selanjutnya dilakukan pengolahan data dengan menggunakan rumus kinerja pompa dan menggunakan program Microsoft excel. Parameter untuk mengukur kinerja pompa antara lain head pompa, WHP (Water Horse Pump), BHP (Break Horse Pump) dan efisiensi pompa.

Diagram Alir Metode Studi Kasus

Mulai

Pengukuran dan pengumpulan data

Perhitungan Head, WHP, BHP dan efisiensi

pompa sirkulasi minyak sawit pada

Concentrated Solar Power

Analisa Hasil Perhitungan dan Hasil

Grafik Perbandingan

Penarikan Kesimpulan Dan

Penyusunan Laporan

Selesai

Pengolahan data disajikan dalam

bentuk tabel

Suction pressure,

discharge pressure, suction

temperature, discharge

temperature, flow

Bahan Studi Kasus

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a.Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power selama beroperasi di tahun 2015.

b.Minyak sawit sebagai heat transfer fluid Alat Studi Kasus

a. Pompa utama sirkulasi minyak sawit

Berjumlah 2 unit dengan tipe pompa sentrifugal dengan kapasitas 4,5 m3/h.

b. Control room

Merupakan ruangan yang mengontrol, menjalankan dan memantau semua unit di local Concentrated Solar Power. Data yang di dapat akan diinput ke computer yang akan digunakan datanya untuk penelitian.

c. Laptop

Laptop yang digunakan untuk mengolah data yang diperlukan untuk studi kasus.

d. Printer

Digunakan untuk mencetak data yang diperlukan, untuk selanjutnya data tersebut dapat diolah.

Analisis Data

Pada tahap ini analisa dari hasil data yang diolah menggunakan intepretasi kualitatif.

1. Perubahan head tekanan pompa pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015.

2. Perubahan debit aliran rata-rata pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015.

3. Perubahan nilai WHP (Water Horse Power) atau daya hidraulis pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015.

4. Perubahan harga BHP (Break Horse Power) atau daya poros dari masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015. 5. Perubahan efisiensi kinerja pada masing-masing pompa

sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015.

Hasil dan Pembahasan

Pada tahap analisa perhitungan menggunakan sample data pompa sirkulasi minyak sawit A pada Concentrated Solar Power ketika beroperasi pada bulan Desember 2015 dan beberapa data design pompa sirkulasi minyak sawit, untuk dilakukannya proses pemodelan perhitungan matematika guna mengetahui kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta,

Tabel 1 Data Pompa sirkulasi minyak sawit A

Tabel 2 Data desain pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power

Diketahui :

• P1 = 0,5631 (kgf/cm2) • P2 = 18,4555 (kgf/cm2) • T1 = 46,0833 (˚C) • T2 = 59,5 (˚C) • Q = 4,2167 (m3/jam)

= 0,00171 (m3/detik) • n = 2880,3333 (rpm) • Dia = 1 inchi = 0,0254 m • ha = 3 m

• L1 = 32 m L2 = 40 m • C = 100

Jumlah belokan pompa sirkulasi minyak sawit A = 5

Jumlah belokan pompa sirkulasi minyak sawit B = 7

Kecepatan aliran rata-rata : Vs = Q x 4 / π x D2

= (0,00171 m3/detik x 4) / π x (0,0254 m)2 = 2,3128 m/detik

Head Tekanan :

 Head Kerugian Gesek untuk Pipa Lurus

ℎ =10,666 �

1,85

1,85_� 4,85 ��

=10,666 � 0,00171

1,85

1001,85_�0,02544,85 � 32 =14,0198

 Kerugian pada satu belokan 90˚

Menurut persamaan 2,19 (Sularso hal 34, 1996)

�=_�

4 2=

0,00171

�

40,0254

2= 2,3128 /����� Dengan D/R = 1

� =90, maka

= 0,131 + 1,847� 2 �

3,5

��

90�

0,5

= 0,131 + 1,847�0,0254 2 �

3,5

�90

90�

0,5

= 0,1748

ℎ = �

2

2 = 0,1718

2,31282

2(9,8) = 0,0477  Kerugian pada katup isap dengan saringan

Dari tabel 2,20 (Sularso hal 39, 1996) untuk diameter pipa ≥100 mmdiperoleh, f =1,97, Maka

ℎ = �

2

2 = 1,97

2,31282

2(9,8) = 0,5376  Head Kecepatan Keluar

��2

2 = 2,3128

2(9,8)= 0,27  Head Total Pompa

�=ℎ_�+∆ℎ_�+ℎ1 +��2

2

= 3 + 0 + 14,01 + (5x0,04) + 0,53 + 0,27 = 18,06

 WHP (Water Horse Power) WHP = Qf x H x ρ x g

= 0,0012 m3/detik x 18,0689 m x 940kg/m3 x 9,8 m/s2

= 196,2939 kW

 BHP (Break horse Power)

BHP = ��� � = 196,2939 ��

0,7076

= 277,4173 kW

 Efisiensi Pompa (ηp) ηp = ���_�� � 100 %

= 196,2939 ��

277 ,4173 �� � 100% = 70,76 %

Gambar 1 Head pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015

Hasil perhitungan head tekanan pompa, terlihat pada gambar 1, Terlihat pada bulan Maret head pompa mengalami penurunan yang cukup signifikan , Pompa sirkusasi minyak sawit A pada Concentrated Solar Power memiliki nilai head tertinggi pada bulan Mei sebesar 18,9674 m dan nilai head terendah pada bulan Maret sebesar 16,2398 m,

Gambar 2 Debit aliran fluida pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015

Terlihat pada gambar 2. Adanya penurunan debit aliran di bulan Maret pada pompa sirkulasi minyak sawit A. Pompa sirkusasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power sama-sama memiliki debit tertinggi pada bulan Mei sebesar 0,00121 m3/detik dan, sedangkan debit terendah terjadi pada bulan Maret pada pompa sirkusasi minyak sawit A Concentrated Solar Power yaitu sebesar 0,00109 m3/detik.

0 3 6 9 12 15 18 21

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Pagi Siang Sore

Bulan ke

H

ea

d

(

m)

0.00106 0.00108 0.0011 0.00112 0.00114 0.00116 0.00118 0.0012 0.00122

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Pagi Siang Sore

De

b

it

Al

ir

a

n

m

3

/d

et

ik

Bulan

ke

Gambar 3 WHP pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015

Pada gambar 3 menunjukkan nilai daya hidrolis pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power. Terlihat pada bulan Maret WHP (Water Horse Power) pompa sirkulasi minyak sawit A mengalami penurunan dengan nilai terendah sebesar 164,6755 kW. Sedangkan untuk nilai WHP tertinggi terjadi pada bulan September untuk pompa sirkulasi minyak sawit A dengan nilai 249,9964 kW.

Gambar 4 BHP pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015

Terlihat pada gambar 4 menunjukkan nilai dari BHP (Break Horse Power) atau daya input dari pompa sirkulasi minyak sawit. Pada pompa sirkulasi minyak sawit A dan B terlihat nilai BHP tidak banyak mengalami perubahan dan cenderung stabil, hanya saja terjadi penurunan nilai BHP pada pompa sirkulasi minyak sawit A di bulan Maret pada shift sore sebesar 249,3348 kW. Sedangkan nilai BHP tertinggi terjadi pada bulan Mei pada shift siang untuk pompa sirkulasi minyak sawit A dengan nilai 291,2127 kW dan 348,2155 kW untuk pompa sirkulasi minyak sawit B.

Gambar 5 Efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015

Berdasarkan data indikator performansi pompa performansi pompa sirkulasi minyak sawit terlihat pada gambar 5. Diperoleh nilai efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit A dan pompa sirkulasi minyak sawit B, adanya penurunan efisiensi pada bulan Februari ke Maret untuk pompa sirkulasi minnyak sawit A yaitu sebesar 2,74 % dan untuk pompa sirkulasi minyak sawit B terjadi penurunan efisiensi pada bulan Januari ke Februari sebesar 4,14%. Efisiensi tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit A di dapat pada bulan September sebesar 86,36% dan terendah pada bulan Maret sebesar 66,05%. Efisiensi tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit B di dapat pada bulan November sebesar 85,23% dan terendah pada bulan Februari sebesar 65,5%.

Adanya perubahan kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit dapat terjadi karena sifat kerja dari Concentrated Solar Power yang beroperasi terus menerus dimulai dari shift pagi, siang dan sore serta usia kerja pompa tersebut dapat memungkinkan telah terjadinya penurunan unjuk kerja dari kondisi awal pompa beroperasi.

Gambar 6 Suction Pressure pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015

Berdasarkan data indikator performansi pompa 0

20 40 60 80 100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Pagi Siang Sore

Bulan ke

E

fi

sie

n

si (

%

)

0 50 100 150 200 250 300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Pagi Siang Sore

Bulan ke

WH

P

(

k

W)

0 40 80 120 160 200 240 280 320

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Pagi Siang Sore

Bulan ke

B

H

P

(

kW

)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Pagi Siang Sore

Bulan ke

S

u

ct

io

n

P

res

su

re

(k

g

f/

cm

2

)

performansi pompa sirkulasi minyak sawit terlihat pada gambar 6. Diperoleh nilai Psuction pompa sirkulasi minyak sawit B, adanya kenaikan nilai Psuction dari bulan Januari sampai bulan Juli dan pada bulan Agustus dilakukan overhaul pada pompa B, sehingga nilai Psuction akan kembali turun. Hal ini dilakukan untuk mendapat daya isap pompa yang maksimal. Pada pompa A didapat ΔPsuction sebesar 0,5068 kgf/cm2 dan pada pompa B didapat ΔPsuction sebesar 0,4608 kgf/cm2. Setelah dilakukan overhaul pada pompa B terlihat kenaikan nilai Psuction pada pompa lebih stabil dinilai 0,4588 kgf/cm2, hal ini menandakan bahwa daya isap pada pompa B lebih stabil di kisaran bulan Agustus sampai dengan bulan Desember setelah dilakukan overhaul. Persentase kenaikan nilai Psuction pada pompa sirkulasi minyak sawit B sebesar 20,4% pada bulan Januari hingga Juli, dengan persentase kenaikan nilai Psuction sebesar itu maka perlu dilakukan overhaul, dan setelah dilakukan overhaul persentase kenaikan nilai Psuction lebih stabil hanya 7,07% .

Gambar 7 Discharge Pressure pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015

Berdasarkan data indikator performansi pompa

performansi pompa sirkulasi minyak sawit terlihat pada gambar 7. Diperoleh nilai Pdischarge pompa sirkulasi minyak sawit B, adanya penurunan nilai Pdischarge dari bulan Januari sampai bulan Juli dan pada bulan Agustus dilakukan overhaul pada pompa B, sehingga nilai Pdischarge akan kembali naik. Hal ini dilakukan untuk mendapat daya dorong pompa yang maksimal dan stabil. Pada pompa A didapat ΔPdischarge sebesar 19,6664 kgf/cm2 dan pada pompa B didapat ΔPdischarge sebesar 17,8574 kgf/cm2. Setelah dilakukan overhaul pada pompa B terlihat penurunan nilai Pdischarge pada pompa lebih stabil dinilai 17,7109 kgf/cm2, hal ini menandakan bahwa daya dorong pada pompa B lebih stabil di kisaran bulan Agustus sampai dengan bulan Desember setelah dilakukan overhaul. Persentase penurunan nilai Pdischarge pada pompa sirkulasi minyak sawit B sebesar 26,6% pada bulan Januari hingga Juli, dengan persentase penurunan nilai Pdischarge sebesar itu maka perlu dilakukan overhaul, dan setelah dilakukan overhaul persentase kenaikan nilai Psuction lebih stabil hanya 1,41% .

Kesimpulan

Berdasarkan analisa dan pembahasan di atas, maka dapat disimpulkan kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) selama beroperasi tahun 2015.

1.Performansi pompa sirkulasi minyak sawit selama beroperasi tahun 2015 mengalami perubahan dengan beberapa indikator. Unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit A didapat nilai head tertinggi pada bulan Mei sebesar 18,9674 m dan pompa sirkulasi minyak sawit B sebesar 22,6801 m. Nilai head terendah pompa sirkulasi minyak sawit A pada bulan Maret sebesar 16,2398 m dan pompa sirkulasi minyak sawit B pada bulan Februari sebesar 19,1932 m. Kapasitas aliran tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit A dan B terjadi pada bulan bulan Mei sebesar 4,356 m3/jam dan kapasitas aliran terendah pompa sirkulasi minyak sawit A terjadi pada bulan Maret sedangkan untuk pompa sirkulasi minyak sawit B terjadi pada bulan Februari sebesar 3,924 m3/jam. Nilai efisiensi tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit A tertinggi terjadi pada bulan September sebesar (86,36%), pada pompa sirkulasi minyak sawit B terjadi pada bulan November sebesar (85,23%) dan efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit A terendah terjadi pada bulan bulan Maret sebesar (66,05%) sedangkan pada pompa sirkulasi minyak sawit B terjadi pada bulan Februari sebesar (65,5%).

2.Perubahan kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power dapat terjadi karena perubahan load steam generator CSP yang menyebabkan adanya perubahan tekanan dan perubahan kapasitas aliran. Faktor lain yang dapat menurunkan kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit adalah sifat kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power ini yang beroperasi selama 9 jam/hari dan usia kerja pompa sirkulasi minyak sawit dapat memungkinkan telah terjadinya penurunan performance dari kondisi awal pompa beroperasi pada tahun 2013 hingga tahun 2015.

Daftar Pustaka

Ansaah. 2011. Pompa rumah keong tipe radial. Diakses pada 21 Juni 2016, dari

http://ansaah.blogspot.co.id/2011_11_01_archive.ht

ml.

Alam, Bahrul. 2012. Impeller. Diakses pada 21 Juni 2016, dari

http://nikball.blogspot.co.id/2012/03/impeller.html Church. A.H. 1990. Pompa dan Blower Sentrifugal.

Jakarta: Erlangga.

Croma. 2009. Solar Thermal. Diakses pada 26 Desember 2015, dari

http://www.cromasolar.com/solarthermal.asp/Solar-parabolic-trough.

Delly, Jenny. 2009. “Pengaruh Temperatur Terhadap Terjadinya Kavitasi Pada Sudu Pompa Sentrifugal”. Jurnal Penelitian Dinamika Vol-1 Nomor 1 Jurusan Teknik Mesin Universitas Haluoleo, halm. 21-27.

Dietzel, F. 1980. Turbin Pompa dan Kompresor. Jakarta: Erlangga.

Harianja, Jimmi. 2014. “Analisa Kinerja Pompa di Perusahaan Daerah Air Minum”. Jurnal Penelitian Elektronik SANTEK Vol-1 Nomor 1 Fakultas Teknik USI halm. 15-20.

0 5 10 15 20 25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Pagi Siang Sore

Bulan ke

D

is

ch

a

rg

e P

res

su

re

(k

g

f/

cm

2

)

Nugroho, Sigit. dkk. 2014. “Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Unjuk Kerja dan Kavitasi Pompa Sentrifugal”. Jurnal Penelitian Mekanika Vol-12 Nomor 2 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret, halm. 78-83.

Saputra, Yoga Rendra. dkk. 2016. Laporan Kerja Praktik “Perbaikan dan Perawatan Berkala pada Concentrated Solar Power Technology (CSP) di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta Playen Gunungkidul”. Yogyakarta: Jurusan Teknik Mesin UMY.

Situmorang, Harison B. dkk. 2014. “Unjuk Kerja Pompa Shimizu Type PS-128 BIT yang Difungsikan Sebagai Turbin Air”. Jurnal Online Poros Vol-3 Nomor 1 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sam Ratulangi, halm. 52-65.

Sudarja. dkk. 2015. Modul Praktikum Mekanika Fluida. Yogyakarta: Graha Cendekia.

Sukamta. 2015. “. Jurnal Ilmiah Semesta Teknika” Vol. 18, No.1. 21-29 Mei 2015

Sukardi, Ansukarto Sukardi. dkk. 2012. “Studi Awal Kajian Buble pada Pompa Sentrifugal Yang Diukur Dengan Sinya Vibrasi”. Jurnal Penelitian Dinamis Vol-1 Nomor 11 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatra Utara, halm. 1-13.

Sularso dan Haruo Tahara. 1996. Pompa dan Kompresor. Jakarta: Pradnya Paramita.

Suroso. Dkk. 2003. “Evaluasi Unjuk Kerja Pompa Sekunder Reaktor Serbaguna G.A Siwabessy Setelah Beroperasi Selama 15 Tahun”. Jurnal Penelitian P2TRR Batan , halm. 105-116.

Suwasono, Agus. 2012. Manajemen Pemeliharaan Pompa sentrifugal. Diakses pada 18 Juni 2016, dari

http://www.agussuwasono.com/artikel/teknologi/m

echanical/481-manajemen-pemeliharaan-pompa-se ntrifugal.html

Pracintia, Evi. 2013. Laporan Massa Jenis Fluida (Oli dan Minyak Goreng). Diakses pada 5 Agustus 2016, dari

http://evipracintia.blogspot.co.id/2013/06/laporan-p

ratikum-fisika-massa- jenis.html

Riyanto, Andi. 2013. “Analisa Pengaruh Jumlah Sudu Impeler Terhadap Getaran Pada Pompa Sentrifugal”. Jurnal Penelitian Mekanika Vol-1 Nomor Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, halm. 5-14.

Wathon, M. Mujaddid Ighna. 2015. Tugas Akhir “Analisis Unjuk Kerja Boiler Feed Pump Turbine Untuk Kapasitas Ketel Uap 2000 Ton/Jam Di PLTU Cirebon Jawa Barat”. Yogyakarta: Jurusan Teknik Mesin UMY.