4.3.3.1 Kecepatan radial aliran 76
4.3.3.2 Kecepatan Tangensial 76
4.3.3.3 Sudut Tangensial keluar impeller 76
4.3.3.4 Kecepatan sudut absolute tangensial 78
4.3.3.5 Sudut absolute keluar impeller 78
4.3.3.6 Kecepatan Sudut absolute keluar impeller 78
4.3.3.7 Kecepatan absolute aliran keluar 78
4.3.4 Perencanaan Sudu impeller 79
4.3.4.1 Jumlah Sudu 80
4.3.4.2 Jarak Antara sudu impeller 80
4.3.4.3 Tebal sudu 81
4.3.5 Melukis Bentuk sudu 82
4.3.6 Ukuran – Ukuran Utama impeller 85
4.4 Rumah Pompa 86
4.4.1 Perencanaan Bentuk rumah pompa 87
4.4.1.1 Lebar Saluran Keluar volute 88
4.4.1.2 Jari – jari lingkaran rumah volute 89
4.4.1.3 Penampang dan jari – jari volute 90
4.4.2 Tebal dinding rumah pompa 93
4.4.3 Ukuran – ukuran utama pompa 94
BAB V PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK
5.1 Pendahuluan 95
5.2 Proses Permodelan pompa sentrifugal yang telah Direncanakan 97
5.2.1 Proses permodelan impeller pompa sentrifugal 97
5.2.2 Proses Solving dan postprocessing geometri Rumah pompa sentrifugal
115 5.3 Analisa kavitasi dan performansi dari pompa sentrifugal
126 5.3.1 Analisa kemungkinan kavitasi yang terjadi
126 5.3.2 Analisa Performansi dari pompa sentrifugal
135 5.3.2.1 Head berdasarkan hasil simulasi
136 5.3.2.2 Karakteristik Pompa
150 5.3.2.2.1 Karakteristik pompa berdasarkan hasil perhitungan
150 5.3.2.2.2 Karakteristik Pompa berdasarkan hasil simulasi
158
BAB VI KESIMPULAN
6.1 Kesimpulan dari Perencanaan 169
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Unit Alat Plambing fixture unit
untuk penyediaan air bersih 33
Tabel 3.2 Permintaan air bersih berdasarkan jumlah
Unit alat plambing 35
Tabel 3.3 Jumlah Unit alat Plambing pada lantai P4
38 Tabel 3.4
Jumlah unit alat plambing pada lantai 1 hotel 39
Tabel 3.5 Jumlah unit alat plambing pada lantai 2 hotel
40 Tabel 3.6
Jumlah Unit Alat Plambing Pada lantai 3 hotel 41
Tabel 3.7 Kekasaran relative dalam berbagai bahan pipa
49 Tabel 3.8
Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap 50
Tabel 3.9 Koefisien Kerugian kelengkapan pipa tekan
52 Tabel 3.10 Harga Putaran dan Kutubnya
55 Tabel 3.11 Klasifikasi Impeler menurut putaran spesifiknya
56 Tabel 3.12 Hubungan antara Kecepatan spesifik dengan
Efisiensi Hidrolis 57
Tabel 3.13 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan Efisiensi volumetric
58 Tabel 4.1
Faktor Koreksi Daya 65
Tabel 4.2 Jari – Jari besar sudu impeller
84 Tabel 4.3
Jari – jari dan luas volut untuk setiap penampang 92
Tabel 5.1 Hasil perhitungan head system dan head aktual
pada berbagai kapasitas pompa 141
Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan efisiensi dan daya pompa
143 Tabel 5.3
Hasil perhitungan Head system dan Head actual pada berbagai kapasitas pompa hasil simulasi
148 Tabel 5.4
Hubungan Kapasitas dengan efisiensi dan daya pompa Hasil simulasi
150
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pompa Roda Gigi dan Ulir
6 Gambar 2.2
Pompa Diafragma 7
Gambar 2.3 Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal
8 Gambar 2.4
Pompa Sentrifugal 8
Gambar 2.5 Pompa Aliran campur
9 Gambar 2.6
Pompa Aliran Aksial 10
Gambar 2.7 Pompa Diffuser 10
Gambar 2.8 Pompa Vortex
11 Gambar 2.9 Pompa Bertingkat banyak
12 Gambar 2.10 Pompa Aliran Campur Poros Tegak
12 Gambar 2.11 Pompa Jenis Belahan Mendatar
13 Gambar 2.12 Pompa Isapan Ganda
14 Gambar 2.13 Prinsip Hukum Bernoulli
16 Gambar 2.14 Hasil Simulasi Untuk Kecepatan Vektor Yang Terjadi
21 Gambar 2.15 Hasil Simulasi Unuk Distribusi Tekanan Yang Terjadi
22 Gambar 3.1 Instalasi Pompa
45 Gambar 3.2 Daerah Kerja Beberapa Jenis Konstruksi Pompa Sentrifugal 55
Gambar 4.1 Pasak 69
Gambar 4.2 Ukuran-Ukuran Utama Impeler 82
Gambar 4.3 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk 82
Gambar 4.4 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar 83
Gambar 4.5 Sudu Impeler 89
Gambar 4.6 Perbandingan Kecepatan Pada Kerongkongan Rumah Keong 92 Gambar 4.7 Rumah Pompa
96 Gambar 5.1 Tampilan Awal Gambit
98 Gambar 5.2 Tampilan Awal Fluent
99 Gambar 5.3 Kotak dialog Create Real Vertex
99 Gambar 5.4 Tampilan Hasil Setelah Memasukkan Tititknya
102 Gambar 5.5 Kotak dialog Untuk Membuat D
h
102 Gambar 5.6 Kotak dialog Untuk Membuat D
2
102 Gambar 5.7 Tampilan Hasil Pembuatan Lingkaran D
h
dan D
2
103 Gambar 5.8 Tampilan Dari Hasil Substratc Face
103 Gambar 5.9 Kotak Dialog Pada Mesh Face
103 Gambar 5.10 Tampilan Hasil Mesh
103 Gambar 5.11 Kotak Dialog Spesial Display Attributes
105 Gambar 5.12 Kotak Dialog Pada Specify Boundari Types
105 Gambar 5.13 Tampilan Hasil Boundary Condition
106 Gambar 5.14 Kotak Dialog Untuk Eksport Mesh File
106 Gambar 5.15 Tampilan Hasil File Meshnya
107 Gambar 5.16 Tampilan Hasil Grid check
108 Gambar 5.17 Tampilan Hasil Grid Scale
109 Gambar 5.18 Tampilan Hasil Smooth Swap Grid
109 Gambar 5.19 Kotak Dialog Server
110 Gambar 5.20 Kotak Dialog Energi
111 Gambar 5.21 Kotak Dialog Viscous Model
111
Universitas Sumatera Utara
Gambar 5.22 Kotak Dialog Material 112
Gambar 5.23 Kotak Dialog Unit 113
Gambar 5.24 Kotak Dialog Boundary Condition 113
Gambar 5.25 Kotak Dialog Fluid 113
Gambar 5.26 Kotak Dialog Zona Inet 115
Gambar 5.27 Kotak Dialog Zona Outlet 115
Gambar 5.28 Kotak Dialog Zona Wall 116
Gambar 5.29 Kotak Dialog Solution Control 117
Gambar 5.30 Kotak Dialog Solution Initialization 117
Gambar 5.31 Kotak Dialog Residual Monitors 118
Gambar 5.32 Kotak Panel Iterasi 118
Gambar 5.33 Kotak Residual Iterasi 119
Gambar 5.34 Tampilan Hasil File Mesh Rumah Pompa 120
Gambar 5.35 Tampilan Hasil Gridcheck Rumah Pompa 121
Gambar 5.36 Tampilan Hasil Gridscale Rumah Pompa 121
Gambar 5.37 Tampilan Hasil Smoot Swap Grid Rumah Pompa 122
Gambar 5.38 Kotak Dialog Solver Rumah Pompa 122
Gambar 5.39 Kotak Dialog Viscous Model Rumah Pompa 123
Gambar 5.40 Kotak Dialog Energy Rumah Pompa 123
Gambar 5.41 Kotak Dialog Material Rumah Pompa 124
Gambar 5.42 Kotak Dialog Unit Rumah Pompa 125
Gambar 5.43 Kotak Dialog Boundary Condition Rumah Pompa 125
Gambar 5.44 Kotak Dialog Fluid Rumah Pompa 125
Gambar 5.45 Kotak Dialog Zona Inlet 127
Gambar 5.46 Kotak Dialog Zona Outlet 127
Gambar 5.47 Kotak Dialog Zona Impeller 128
Gambar 5.48 Kotak Dialog Zona Wall 128
Gambar 5.49 Kotak Dialog Solution Control 129
Gambar 5.50 Kotak Dialog Solution Initialzation 129
Gambar 5.51 Kotak Dialog Residual Monitors 129
Gambar 5.52 Kotak Panel Iterasi 130
Gambar 5.53 Kotak Hasil Residual Iterasi 131
Gambar 5.54 Kerusakan Pada Permukaan Sudu Impeler Akibat Kavitasi 131 Gambar 5.55 Distribusi Tekanan Fluida Pada pompa Sentrifugal
131 Gambar 5.56 Distribusi Energi Turbulensi Yang Terjadi Pada pompa
133 Gambar 5.57 Distribusi Kecepatan Fluida Pada Impeller
133 Gambar 5.58 Grafik Tekanan Fluida vs Jarak Posisi Tekanan Fluida
134 Gambar 5.59 Distribusi Vektor Kecepatan Yang Terjadi Pada pompa
135 Gambar 5.60 Kerugian -Kerugian Hidrolis
139 Gambar 5.61 Grafik Kharakteristik Pompa Hasil perhitungan
152 Gambar 5.62 Grafik Kharakteristik Pompa Hasil Simulasi
153 Gambar 5.63 Grafik Perbandingan Head Actual Pompa
153 Gambar 5.64 Grafik Perbandingan Efisiensi Pompa
154 Gambar 5.65 Grafik Perbandingan Daya Pompa
154
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN
SATUAN A
Luas Penampang Pipa m
2
b Lebar Pasak
mm b
1
Lebar impeller pada sisi masuk mm
b
2
Lebar impeler pada sisi keluar mm
b
3
Lebar Penampang masuk saluran throat mm
D
is
Diameter dalam pipa mm
D
s
Diameter poros mm
D
h
Diameter hub mm
D
1
Diameter sisi masuk impeller mm
D
2
Diameter sisi keluar impeller mm
f
c
Faktor koreksi -
g Gravitasi
ms
2
H
L
Head Losses sepanjang pipa m
Hp Head pompa
m H
s
Head statis m
H
thz
Head Teoritis m
h
f
Kerugian Head mayor m
h
m
Kerugian head minor m
h Tinggi pasak
mm K
Kerugian akibat kelengkapan pipa -
K
t
Faktor Koreksi pembebanan -
k Konstanta Hidrolik
- L
Panjang pipa m
Mt Momen torsi
kgmm M
Massa Kg
Nm Daya Motor Listrik
kW Np
Daya Pompa kW
n Putaran Pompa
rpm n
s
Putaran Spesifik rpm
P Tekanan Pada pompa
Pa Q
Kapasitas Pompa m
3
s R
Jari – Jari sudu lingkaran impeller mm
Re Bilangan Reynold
- S
Jarak antara sudu mm
Sf
1
Faktor keamanan kelelahan puntir -
Sf
2
Faktor Keamanan alur bahan -
t Tebal sudu impeller
mm U
1
Kecepatan tangensial sisi masuk impeller ms
U
2
Kecepatan tangensial sisi keluar impeller ms
V Kecepatan aliran pada pipa
ms V
o
Kecepatan aliran masuk impeller ms
Vr
1
Kecepatan radial masuk impeller ms
Vr
2
Kecepatan radial keluar impeller ms
Universitas Sumatera Utara
Vthr Kecepatan pada kerongkongan rumah keong
ms Z
Jumlah sudu -
α Sudut Aliran masuk
o
β Sudut tangensial
o
γ Berat jenis fluida
Nm
3
ηp Efisiensi pompa
υ Viskositas Kinematik
m
2
s π
konstanta phi -
ρ Kerapatan fluida
kgm
3
τ
g
Tegangan Geser kgm
2
σ
b
Kekuatan Tarik Bahan kgm
2
ω Kecepatan sudut
rads
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Gedung bertingkat dapat dipakai sebagai sarana tempat tinggal, hotel, pusat-pusat perbelanjaan dan lain-lain. Gedung-gedung ini tentu memerlukan
berbagai sarana pendukung diantaranya adalah sarana penyediaan sumber air yang dapat dilayani oleh sebuah pompa. Dalam hal ini akan dirancang sebuah pompa
yang akan digunakan untuk melayani gedung bertingkat. Sumber air yang digunakan pada hotel Aryaduta Medan ini adalah air dari perusahaan air minum
PDAM dan air bawah tanah dari pompa sumur dalam . Air ini terlebih dahulu ditampung pada reservoir bawah dan kemudian dikirim ke reservoir atas. Pompa
adalah mesin yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi tekanan. Menurut beberapa literatur terdapat beberapa jenis pompa, namun yang biasa
digunakan pada hotel ialah jenis pompa sentrifugal. Pompa yang dirancang ini akan dimodelkan dan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT v
6.1.22 yang kemudian akan dibandingkan dengan performansi yang dihasilkan secara perhitungan manual. Dalam hal ini CFD FLUENT sangat mempermudah
untuk menyesuaikan sesuai dengan kondisi nyata. Lalu kesimpulannya Berdasarkan dari hasil karakteristik pompa yang telah dibuat dengan bentuk
impeler dan putaran pompa yang sama, dapat disimpulkan bahwa besar Kapasitas Q berbanding terbalik dengan besar Tinggi tekan H . Semakin besar
kapasitas maka semakin kecil tinggi tekannya, atau sebaliknya semakin kecil kapasitas maka semakin besar tinggi tekannya dan kemampuan head yang mampu
dilayani pompa berdasarkan simulasi lebih besar dari hasil perhitungan. Kata kunci : Perancangan Pompa Sentrifugal, CFD, Perfomansi pompa
ABSTRACT
Storey buildings are usually used as residences, hotels, shopping centers, and other functions. These buildings surely required various supporting facilities. One
of most important is the water supply system which can be served by pumps. A pump that will be able to fulfill water supply for the entire buildings will be
designed in this research. Water supply that currently used by Aryaduta Hotel Medan is provided by PDAM Tirtanadi and also underground water from inside
well’s pump. Firstly, the water will be collected into the down reservoir to be transported later to the upper reservoir. Pump is a machine that converts
mechanical energy into pressure energy. Based on some literatures, there are some classification of pumps. The one that usually used at hotels are the kind of
centrifugal pumps. The designed pumps will be modeled and simulated by using CFD Fluent version 6.1.22 and is going to be compared later with performance
that resulted with manual calculation. In this case, CFD Fluent simply make the adaptation with the actual condition easier. Based on the result of the made
pump’s characteristic, it can be concluded that the amount of capacity Q is inversely proportioned with the amount of head H. The higher the capacity, the
smaller the head is. On the contrary, the smaller the capacity, the higher the head is, so head’s ability that able to be provided by pumps according to simulation
will be higher than the result of manual calculation. Keywords : Centrifugal pump design, CFD, Pump Performance
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
