4 3
65 .
3 H
Q n
s
= η
Dimana: n = kecepatan impeller pompa rpm
s
n = kecepatan spesifik impeler Maka:
4 3
18 0256
. 1450
65 .
3 =
s
η
= 96,60 Sehingga didapat
v
η = 0,96. 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 0,95.
Dari perhitungan diatas didapat nilai efisiensi total pompa:
total
η =
h
η
v
η
m
η =
95 .
96 .
953 .
× ×
= 0.8691 = 86,9
3.8 Daya Pompa dan Daya Motor Penggerak
Besarnya daya pompa untuk mengalirkan air atau daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller yang dicari dengan persamaan:
N
p
= Dimana :
H = Head pompa = 18 m Q = Kapasitas pompa = 0,0256 m
3
s ρ = massa jenis air pada temperature 20
o
C = 1000 kgm
3
Universitas Sumatera Utara
η
p
= efisiensi pompa = 0,8691 sehingga :
8691 ,
1000 18
9.81 0.0256
× ×
× =
p
N
= 5,20 kW Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel secara langsung dengan poros
pompa. Daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan persamaan:
t p
m
N N
η α
+ =
1
Dimana: N
m
= daya motor penggerak kW N
p
= daya pompa α = factor cadangan daya = 0.1 ÷ 0.2
Untuk motor induksi diambil 0.1
t
η = efisiensi transmisi = 1.0 dikopel langsung Sehingga:
. 1
1 .
1 20
, 5
+ =
m
N = 5,72 kW
Berdasarkan perhitungan diatas, maka dipilih motor listrik dengan daya 5,72 kW Namun pada instalasi di Laboratorium Mekanika Fluida dipakai motor dengan daya
5,5 kW
3.9 Spesifikasi Hasil Perencanaan
Dari hasil perhitungan diatas dapat ditetapkan spesifikasi perencanaan, sebagai berikut:
Kapasitas Pompa Q
: 92 m
3
jam
Head Pompa H :
18 m
Jenis Pompa :
Pompa Radial
Putaran Spesifik n
s
: 1370,486 rpm
Universitas Sumatera Utara
Tipe impeller
: Radial Flow
Efisiensi Pompa
P
η :
86,9
Daya Pompa N
p
: 5,20 kW
Daya Motor N
m
: 5,5 kW
3.10.1 Ukuran-Ukuran Utama Pompa
3.10.1.1Ukuran Poros dan Impeller pompa
Untuk dapat memperoleh ukuran poros dan impeller pada pompa maka dilakukan pengukuran pada impeller. Adapun bentuk impeller yang akan diukur
adalah seperti yang tertera pada gambar dibawah ini :
Gambar 3.4 Ukuran – ukuran utama pada impeler Keterangan:
1. Diameter Poros pompa D
S
= 10 mm 2. Bentuk dan ukuran impeller.
a. Diameter Hub Impeller d
H
= 48 mm
Universitas Sumatera Utara
b. Diameter Mata Impeller d
O
=101,6 mm c. Diameter Sisi Masuk d
1
= 127 mm d. Diameter Sisi Keluar d
2
= 312 mm e. Lebar Impeler Pada Sisi Masuk b
1
= 8 mm f. Lebar Impeler Pada Sisi Keluar b
2
= 8 mm g. Tebal Sudu Pada Sisi Masuk t
1
= 19 mm h. Tebal Sudu Pada Sisi Keluar t
2
= 8 mm i. Jumlah Sudu Z = 6 Buah
3. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Impeler
a. Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Masuk Impeler 1. Kecepatan Aliran Absolute V
1
Pada pompa dengan impeler radial, aliran fluida masuk secara radial tegak lurus dengan garis singgung impeler sehingga besar sudut masuk absulute
α
1
= 90 C dan kecepatan aliran absolute V
1
adalah sama dengan kecepatan radial pada sisi masuk Vr
1
Q
th
= Kapasitas aliran teoritis pada sisi isap, yaitu kapasitas dengan perkiraan adanya kerugian yang disebabkan fluida dari sisi te kan 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 0,0256 m
3
s = 0.02688 m
3
s d
={
2
048 ,
. 02688
. 4
+ ×
O
V
π }
12
0,1016 =
+
−3
10 .
304 ,
2 .
10752 ,
Vo π
2 1
8,016.10
-3
=
O
V .
10752 ,
π
Universitas Sumatera Utara
O
V = 4,27171 ms Jadi dapat diperoleh nilai V
r1
dengan persamaan : V
r1
= kecepatan fluida radial sisi masuk = V
+ 10 ÷ 15 x V dipilih 13
= 4,27171 + 0,125 x 4,27171 = 4,8270 ms 2. Kecepatan Tangensial U
1
Kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler ditentukan dengan persamaan [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ] :
U
1
= 60
. .
1 p
n d
π
= 60
1450 .
10 .
127 .
14 ,
3
3 −
= 9,6371 ms
3. Sudut Tangensial β
1
Untuk aliran fluida masuk secara radial α = 90 , maka sudut sisi masuk β
1
dapat dihitung dengan persamaan berikut [ Magdy Abou Rayan, hal 102 ]:
1 1
1
arctan V
V
r
= β
= arc tan
6371
, 9
8270 ,
4 = 26,60
Maka segitiga kecepatan diatas pada sisi masuk impeler dapat digambarkan sebagai berikut
Gambar 3.5 Segitiga Kecepatan Dari gambar 3.5 dapat diketahui bahwa kecepatan relatif pada sisi masuk impeler
W
1
adalah : W
1
=
Universitas Sumatera Utara
= 60
, 26
sin 8270
, 4
= 10,780 ms b. Kecepatan dan Sudut Aliran Keluar Impeler
1. Kecepatan Radial Aliran V
r2
Dari perhitungan sebelumnya kecepatan radial pada sisi keluar impeler V
r2
adalah sebesar 4,8270 ms 2. Kecepatan Tangensial U
2
U
2
= 60
. .
2 p
n d
π
= 60
1450 10
. 312
14 ,
3
3
× ×
−
= 23,67 ms
3. Sudut tangensial Keluar Impeler β
2
Z = 6,5 Dimana Z Jumlah Sudu = 6
Z = 6,5
−
+ 127
312 127
312 . sin
+
2
2 1
β β
sin
+ 2
2 1
β β
= 0,389
1
β +
2
β = 45,78
2
β = 45,78 - 26,60
2
β = 19,18 4. Kecepatan Absolut Tangensial V
u2
V
u2
= U
2
-
2 2
tan β
r
V [Stepanoff, hal 49]
= 23,67 - 18
, 19
8270 ,
4 Tan
= 9,823 ms 5. Sudut Absolut Keluar Impeler
2
α
Universitas Sumatera Utara
2
α = arc tan
2 2
u r
V V
= arc tan 823
, 9
8270 ,
4 = 26,16
6. Kecepatan Sudut Absolut keluar impeler W
2
W
2
=
2 2
sin β
r
V
= 18
, 19
sin 8270
, 4
= 13,692 ms 7. Kecepatan Absolut aliran keluar V
2
V
2
=
2 2
sin α
r
V
= 16
, 26
sin 8270
, 4
= 10,948 ms
9,8 2
23,67 13,69
26, 16
4, 82
19, 18
Vu
2
U
2
w
2
Gambar 3.6 Segitiga Kecepatan
4. 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 R
1
dan R
2.
Jarak masing-masing lingkaran adalah :
Dimana :
Universitas Sumatera Utara
R
1
= jari-jari lingkaran sudu sisi masuk impeler = d
1
2 = 1272 = 63,5 mm R
2
= jari-jari lingkaran sudu sisi keluar = d
2
2 = 3122 = 156 mm i = jumlah bagian yang dibentuk oleh lingkaran konsentris direncanakan 4
bagian. Maka diperoleh :
R =
4 5
, 63
156 −
= 23,125 mm Perubahan besar sudut kelengkungan
terhadap perubahan R adalah : =
4 60
, 26
18 ,
19 −
= - 1,855 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 4.2. berikut :
Tabel 3.8. Jari-jari busur sudu impeler Link
R mm
R
2
mm
2
R cos R
cos - R
i
cos R
2 –
R
i 2
mm 1
63,5 4032,25
26,60 56,778
- -
- B
86,625 7503,890
24,745 78,671
21,893 3471,64
79,286 C
109,75 12045,0625
22,89 101,107
22,436 4541,172
101,2028 D
132,875 17655,7656 21,035 124,020
22,913 5610,7031
122,434 2
156 24336
19,18 147,340
23,32 6680,2344
143,229
Universitas Sumatera Utara
BAB IV PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK
4.1 Pendahuluan
Dalam bab ini akan dianalisa prototype pompa sentrifugal yang telah dirancang dengan menambah putaran pompa sebesar 1500 rpm untuk pompa pada
bab-bab sebelumnya. Analisa prototype pompa sentrifugal ini menggunakan metode perhitungan komputasi dinamika fluida atau Computational Fluid Dynamics CFD
dengan program komputer FLUENT 6.1.22. yang diproduksi oleh Fluent.inc. Program tersebut mampu menganalisa kemungkinan aliran fluida yang terjadi pada
sebuah sistem, dengan menggunakan pendekatan metode elemen hingga. Proses simulasi CFD ini terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan , yaitu :
a. Preprocessing
Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam
paket CAD Computer Aided Design , membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya.
b. Solving
Solver program inti pencari solusi CFD menghitung kondisi - kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing.
c. Postprocessing
Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasikan
data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. CFD FLUENT ini terbagi atas dua program pendukung yaitu :
a. GAMBIT Geometry And Mesh Building Intelligent Toolkit
GAMBIT merupakan salah satu preprocessor yang membantu untuk membuat geometri dan melakukan diskritisasi meshing pada model untuk dapat
dianalisa pada program FLUENT.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1. Tampilan awal GAMBIT b.
FLUENT FLUENT merupakan solver dan postprocessor yang menggunakan metode
elemen hingga untuk menyelesaikan berbagai macam kasus aliran fluida dengan mesh yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah.
Gambar 4.2. Tampilan awal FLUENT
4.2 Proses permodelan pompa sentrifugal yang telah direncanakan
