2.7.4.2 Minor Head Loss 16
2.7.4.3 Total Loss 16
2.8 Kecepatan Spesifik Pompa 16
2.9 Daya Pompa 17
2.10 Aliran Fluida 17
2.11 Computational Fluid Dynamik CFD Fluent 19
2.11.1 Metode Diskritisasi CFD 19
2.11.2 Proses Simulasi CFD 20
2.11.3 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal 24
BAB III METODE PERENCANAAN 3.1 Skema Instalasi Pompa yang Direncakan
26
3.2 Penentuan Kapasitas 29
3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi 30
3.3.1 Perbedaan Head Tekanan
∆H
P
30
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan
∆H
V
30
3.3.3 Perbedaan Head Statis
∆H
S
32
3.3.4 Kerugian Head 32
3.3.4.1 Kerugian head sepanjang pipa hisap 32
3.3.4.2 Kerugian head sepanjang pipa tekan 38
3.4 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan 40 3.5 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller
40
3.6 Efisiensi Pompa pada Instalasi yang Dirancang 41
3.7 Daya Pompa pada Instalasi yang Dirancang 44
3.8 Spesifikasi Pompa yang Digunakan pada Instalasi 45
3.9 Ukuran – ukuran Utama Pompa 46
3.9.1 Bentuk dan ukuran impeller 46
3.9.1.1 Kecepatan dan sudut aliran fluida impeller 47
3.9.1.2 Melukis bentuk sudu 51
3.9.2 Bentuk dan ukuran rumah pompa 54
3.9.2.1 Bentuk rumah pompa 54
3.9.2.2 Luas saluran keluar throat volute 55
3.9.2.3 Penampang dan jari-jari volute 56
3.10 Pelaksanaan Perancangan 59
3.10.1 Diagram Alir Perancangan 59
3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan 60
BAB IV HASIL SIMULASI 4.1 Pendahuluan
62
4.2 Perhitungan Kapasitas Pompa Setelah Pengujian 62
4.3 Perhitungan Tinggi Tekan Head Pompa 63
4.3.1 Tinggi Tekan Kecepatan 64
4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap 64
4.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan 68
Universitas Sumatera Utara
4.4 Analisa Kavitasi pada Pompa dengan Gate Valve closed 25 69
4.4.1 NPSH Net Positive Suction Head 71
4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available
NPSH yang tersedia 71
4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required
NPSH yang diperlukan 72
4.5 Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik 74
4.5.1 Proses Permodelan Pompa Sentrifugal 78
4.5.2 Proses Permodelan Impeller Pompa Sentrifugal 81
4.5.3 Proses Solving dan Postprocessing Geometri
Rumah Pompa 85
4.6 Analisa Kavitasi dan Performansi dari Pompa Sentrifugal 87
4.6.1 Analisa Kemungkinan Kavitasi yang Terjadi 87
4.6.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal 88
4.7 Perhitungan Tinggi Tekan Head Pompa Berdasarkan
Hasil Fluent 90
4.7.1 Tinggi Tekan Kecepatan 90
4.7.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap 91
4.7.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan 91
BAB V KARAKTERISTIK POMPA 5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan
94
5.1.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 94
5.1.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 102
5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan 104
5.2.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 104
5.2.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 109
5.3 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 110
5.3.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 110
5.3.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 115
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan
122
6.2 Saran 123
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Kekasaran Relative ε dalam Berbagai Bahan Pipa
34 Tabel 3.2 Nilai Koefisien K untuk Tipe Screwed
37 Tabel 3.3 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik
41 Tabel 3.4 Hubungan antara Kecepatan Spesifik dengan
Efisiensi Hidrolis 42
Tabel 3.5 Hubungan antara Kecepatan Spesifik Impeller dengan Efisiensi Volimetris
43 Tabel 3.6 Jari-jari Busur Sudu Impeler
52 Tabel 3.7 Jari-jari dan luas volute untuk setiap penampang
Tabel 4.1 Kenaikan Kehilangan Tinggi Tekan dengan Tipe Bukaan Katup
66 Tabel 4.2 Nilai Koefisien K
open
untuk Tipe Screwed Valve 67
Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System pada Berbagai Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Perhitungan 101
Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan Hasil
Perhitungan 104
Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System pada Berbagai Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Percobaan. 109
Tabel 5.4. Hubungan kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan Percobaan
110 Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual,
dan Head System pada Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi
115 Tabel 5.6 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa
Berdasarkan Hasil Simulasi 116
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rumah Pompa Sentrifugal
7 Gambar 2.2
Kurva Pompa Aquavane 10
Gambar 2.3 Skema Instalasi Pompa 12
Gambar 2.4 Diagram alir algoritma numerik volume hingga
dengan metode SIMPLE 21
Gambar 2.5 Elemen fluida pada persamaan kekekalan massa
22 Gambar 2.6
Elemen fluida pada persamaan momentum 23
Gambar 2.7 Hasil Simulasi untuk Vektor - vektor Kecepatan yang Terjadi
25 Gambar 2.8 Hasil Simulasi untuk Distribusi Tekanan yang Terjadi
25 Gambar 3.1 Skema Perencanaan Instalasi Pompa
28 Gambar 3.2
Stopwatch 29
Gambar 3.3 Meteran
29 Gambar 3.4 Diagram Moody
35 Gambar 3.5 Pompa Sentrifugal
45 Gambar 3.6 Bentuk impeler dan sudu yang digunakan dalam pompa
46 Gambar 3.7 Ukuran – ukuran utama pada impeler
46 Gambar 3.8 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk Skala 1 cm : 1 ms 48
Gambar 3.9 Segitiga kecepatan pada sisi keluar 51
Gambar 3.10 Bentuk Sudu impeler 53
Gambar 3.11 Perbandingan kecepatan pada kerongkongan rumah keong 54 Gambar 3.12 Grafik penentuan sudut volute
56 Gambar 3.13 Rumah Pompa
58 Gambar 3.14 Diagram Alir Pelaksanaan Perancangan
59 Gambar 3.15 Pandangan Depan Instalasi Pompa
60 Gambar 3.16 Pandangan Samping Instalasi Pompa
61 Gambar 4.1 Kerusakan pada Permukaan Sudu Impeller akibat Kavitasi 70
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik, efesiensi hidrolis serta koefisien kavitasiThoma
73 Gambar 4.3
Diagram alir simulasi pada GAMBIT 76
Gambar 4.4 Diagram alir simulasi pada FLUENT
77 Gambar 4.5 Tampilan Hasil setelah memasukan titik-titiknya
78 Gambar 4.6 Tampilan hasil dari substract face dan shaded
79 Gambar 4.7 Tampilan hasil mesh
80 Gambar 4.8
Tampilan hasil boundary condition 80
Gambar 4.9 Kurva residual iterasi 85
Gambar 4.10 Rumah pompa dalam GAMBIT 86
Gambar 4.11 Kurva residual iterasi 86
Gambar 4.12 Distribusi tekanan fluida pada rumah pompa sentrifugal 87
Gambar 4.13. Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal
88
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.14. Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal
89 Gambar 4.15. Distribusi kecepatan fluida pada impeller
89 Gambar 4.17 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida
90 Gambar 5.1 Kerugian - kerugian hidrolis
97 Gambar 5.2. Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Perhitungan 116
Gambar 5.3. Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Percobaan
118 Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Simulasi 119
Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa 120
Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa 120
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
Universitas Sumatera Utara
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
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
Untuk mengalir air dari reservoir bawah ke reservoir atas maka dibutuhkan sebuah pompa untuk memindahkannya. Pompa akan bekerja secara optimal jika pompa
tersebut memiliki instalasi yang sesuai dengan kemampuan pompa itu bekerja. Yang menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas Q dan Tinggi
Tekan H yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut.
Dalam mengoperasaikan pompa perlu diperhatikan suction gate valve open untuk dapat menganalisa kemampuan kerja pompa. Pada setiap suction gate valve open akan
memiliki kapasitas dan head yang berbeda-beda. Nilai-nilai kapasitas dan head yang telah didapat dari percobaan akan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT 6.1.22.
Program ini akan mempermudah menganalisa performansi dari pompa tersebut. Hasil simulasi akan dibandingkan hasil percobaan dan hasil perencanaanperhitungan. Hasil
perbandingannya dibuat dalam karakteristik pompa berupa grafik karakteristik. Berdasarkan karakteristik akan diperoleh bahwa semakin besar suction gate valve open
maka kapasitas akan semakin besar pula dan head simulasi lebih besar dari pada head percobaan.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pompa adalah mesin yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi tekanan. Menurut beberapa literatur terdapat beberapa jenis pompa, namun
yang akan dibahas dalam perancangan pompa ini ialah jenis pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal adalah jenis pompa yang sangat banyak dipakai oleh industri,
terutama industri pengolahan dan pendistribusian air. Beberapa keunggulan pompa sentrifugal adalah: harga yang lebih murah, kontruksi pompa sederhana,
mudah pemasangan maupun perawatan, kapasitas dan tinggi tekan head yang tinggi, kehandalan dan ketahanan yang tinggi.
Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa sentrifugal yang dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yang
lama, hal ini tidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya. Pompa ini akan
digunakan pada instalasi yang akan dirancang di Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin dan bertujuan untuk memompakan air dari reservoir
bawah ground tank ke reservoir atas roof tank . Pompa sentrifugal yang digunakan adalah sebagai alat uji perbandingan
hasil dari real dilapangan dengan hasil dari simulasi menggunakan perangkat lunak software yaitu program simulasi Computational Fluid Dynamic atau
sering disebut dengan CFD. Computational Fluid Dynamic CFD dapat memberikan kekuatan untuk
mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda- benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur,
dan system akustik hanya dengan permodelan di computer. Dengan menggunakan
Universitas Sumatera Utara
software ini akan tampak bentuk virtual prototype dari system yang digunakan atau alat yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan.
CFD akan memberikan data - data, gambar - gambar, atau kurva - kurva yang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan sistem tersebut.
CFD yang akan digunakan ialah CFD Fluent versi 6.1.22. Fluent adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode volume hingga. Fluent
menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh grid yang tidak terstruktur sekalipun dengan
cara yang relative mudah. Setelah menggunakan program ini, maka akan didapat hasil-hasil yang mendekati dengan kasus yang akan dijumpai di lapangan.
1.2. Batasan Masalah
Kategori