Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22 pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 75%

PERANCANGAN INSTALASI POMPA
SENTRIFUGAL DAN ANALISA NUMERIK
MENGGUNAKAN PROGRAM KOMPUTER CFD
FLUENT 6.1.22 PADA POMPA SENTRIFUGAL
DENGAN SUCTION GATE VALVE CLOSED 75 %

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ERIKSON SILITONGA
NIM. 050401072

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan dihadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat dan kasih serta penyertaan-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas
sarjana ini.
Adapun yang menjadi pembahasan dalam tugas sarjana ini adalah
mengenai “Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik
Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22 pada Pompa
Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 75%“. Berbagai ilmu yang
berkaitan dengan sub program studi konversi energy seperti mesin fluida,
mekanika fluida dan pompa kompresor diaplikasikan dalam menyelesaikan
perencanaan instalasi, percobaaan dan simulasi pompa sentrifugal yang
digunakan.
Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan dalam tugas sarjana
ini, dan penulis mengharapkan kritik konstruksi dari pembaca demi kesempurnaan
dimasa mendatang.
Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak menerima
bimbingan dan dorongan berupa pemikiran, tenaga, semangat serta waktu dari
berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ayahanda ( Alm. M. Silitonga ) dan Ibunda ( M. Br. Manalu ) serta adinda
(Jakson Silitonga, Dewi M. Silitonga dan Jonner Silitonga ) dan juga kepada
semua AmangTua, AmangUda, Tulang serta Abang dan Ito yang telah banyak
memberikan berbagai macam bantuan moril maupun materi hingga akhirnya
tulisan ini dapat diselesaikan.
2. Bapak Ir. H. A. Halim Nasution, Msc. selaku dosen pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan serta masukan kepada
penulis.
3. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin, ST, MT.
selaku Ketua dan Sekretaris serta seluruh Dosen dan Pegawai Departemen
Teknik Mesin USU yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam
menyelesaikan tugas sarjana ini.
4. Kepada darL. Moncha Sianturi yang setia mendampingi penulis untuk terus
memberikan dorongan semangat dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
5. Kepada teman – teman satu tim senasib sepenanggungan penulis ( appara
Acel, Abel dan Lucky ) yang terus berjuang sampai tugas sarjana ini selesai.
6. Semua teman – teman seperjuangan stambuk 2005 serta teman – teman
seperjuangan penulis ( Ginting & Eben, Zp & Dolin, Ady, Berry, Panda ST.,
Ion & Maycold ).
7. Semua rekan – rekan di kos G-22 ( Brother Leo, Rizal Poedan, Hendro Golda
Simson Cupu, Bg Gops, Bg Tom, Bob, Donald Full, dan rekan lainnya ) yang
telah memberikan banyak bantuan moril kepada penulis.
Atas perhatian para pembaca sebelumnya, penulis mengucapakan terima
kasih.
Penulis,
Erikson Silitonga
( NIM: 050401072 )

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 perencanaan / perhitungan. 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

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL

i

LEMBAR PENGESAHAN

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

iii

SPESIFIKASI TUGAS

iv

LEMBARAN EVALUASI

v

KATA PENGANTAR

vi

ABSTRAK

vii

DAFTAR ISI

viii

DAFTAR TABEL

xi

DAFTAR GAMBAR

xii

DAFTAR NOTASI

xvi

BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Batasan Masalah
1.3 Maksud dan Tujuan
1.4 Metode Penulisan
1.5 Sistematika Penulisan

1
2
3
3
4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Prinsip – prinsip Dasar Pompa Sentrifugal
2.2 Aliran Fluida
2.3 Head Pompa
2.3.1 Head Tekanan
2.3.2 Head Kecepatan
2.3.3 Head Statis Total
2.3.4 Kerugian Head ( Head Loss )
2.3.4.1 Mayor Head Loss
2.3.4.2 Minor Head Loss
2.3.4.3 Total Loss
2.4 Kecepatan Spesifik Pompa
2.5 Daya Pompa
2.6 Karakteristik Pompa Sentrifugal
2.7 Computational Fluid Dynamik ( CFD ) Fluent
2.7.1 Proses Simulasi CFD
2.7.2 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal

5
6
7
9
9
10
10
10
11
11
12
12
13
13
14
15

Universitas Sumatera Utara

BAB III PERENCANAAN INSTALASI POMPA
3.1 Skema Instalasi Pompa yang Direncakan
3.2 Penentuan Kapasitas
3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi
3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( ∆H P )
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆H V )
3.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆HS )
3.3.4 Kerugian Head
3.3.4.1 Kerugian Head sepanjang pipa isap ( hls )
3.3.4.1 Kerugian Head sepanjang pipa tekan ( hld )
3.4 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan
digunakan
3.5 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller
3.6 Efisiensi Pompa pada Instalasi yang Dirancang
3.7 Daya Pompa pada Instalasi yang Dirancang
3.8 Spesifikasi Pompa yang Digunakan pada Instalasi
3.9 Ukuran Impeller dan Rumah Pompa
3.9.1 Bentuk dan Ukuran Impeller
3.9.1.1 Kecepatan dan Sudut Aliran Fluida Impeller
3.9.1.2 Melukis Bentuk Sudu
3.9.2 Bentuk dan Ukuran Rumah Pompa
3.9.2.1 Bentuk Rumah Pompa
3.9.2.2 Luas Saluran keluar Volut
3.9.2.3 Penampang dan Jari – jari Volut
3.10 Pelaksanaan Perancangan
3.10.1 Diagram Alir Perancangan
3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan
BAB IV ANALISA SIMULASI
4.1 Pendahuluan
4.2 Perhitungan Kapasitas Pompa setelah Pengujian
4.3 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa
4.3.1 Tinggi Tekan Kecepatan
4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap
4.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan
4.4 Analisa Kavitasi pada Pompa dengan Gate Valve
closed 75%
4.4.1 NPSH ( Net Positive Suction Head )
4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available
( NPSH yang tersedia)
4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required
( NPSH yang dibutuhkan )
4.5 Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik
4.5.1 Proses Permodelan Pompa Sentrifugal
4.5.2 Proses Permodelan Impeller Pompa Sentrifugal
4.5.3 Proses solving dan postprocessing geometri rumah pompa
4.6 Analisa Kavitasi dan Performansi dari Pompa Sentrifugal
4.6.1 Analisa Kemungkinan Kavitasi yang Terjadi

17
19
20
20
20
22
22
22
28
30
30
31
34
35
36
36
37
41
44
44
45
46
49
49
50

52
53
54
54
55
57
59
60
61
62
63
67
70
73
75
75

Universitas Sumatera Utara

4.6.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal
4.7 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan
Hasil Fluent
4.7.1 Tinggi Tekan Kecepatan
4.7.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap
4.7.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

76
78
78
79
79

BAB V KARAKTERISTIK POMPA
5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan
5.1.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
5.1.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa
5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan
5.2.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
5.2.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa
5.3 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi
5.3.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
5.3.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa

82
82
88
90
90
94
95
95
99

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
6.2 Saran

105
106

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Kekasaran Relative ( ε ) dalam Berbagai Bahan Pipa
Tabel 3.2 Nilai Koefisien K untuk Tipe Screwed
Tabel 3.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan
pipa isap
Tabel 3.4 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan
pipa tekan
Tabel 3.5 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik
Tabel 3.6 Hubungan antara Kecepatan Spesifik dengan Efisiensi
Hidrolis
Tabel 3.7 Perhitungan Kecepatan Spesifik dengan Efisiensi Hidrolis
Tabel 3.8 Hubungan antara Kecepatan Spesifik Impeller dengan
Efisiensi Volimetris
Tabel 3.9 Perhitungan Kecepatan Spesifik Impeller dengan Efisiensi
Volimetris
Tabel 3.10 Jari - jari Busur Sudu Impeler
Tabel 3.11 Jari – jari dan Luas Volut untuk setiap penampang
Tabel 4.1 Kenaikan Kehilangan Tinggi Tekan dengan Tipe Bukaan
Katup
Tabel 4.2 Nilai Koefisien Kopen untuk Tipe Screwed Valve
Tabel 4.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian pipa isap
Tabel 4.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian pipa tekan
Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis,
Head Actual, dan Head System pada Berbagai Kapasitas
Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan
Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa
Berdasarkan HasilPerhitungan
Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis,
Head Actual, dan Head System pada Berbagai Kapasitas
Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan.
Tabel 5.4. Hubungan kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa
Berdasarkan Percobaan
Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head
Actual, dan Head System pada Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Simulasi
Tabel 5.6 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa
Berdasarkan Hasil Simulasi

24
27
28
29
31
32
32
33
33
42
42
56
56
57
58

88
90

94
94

98
99

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Instalasi Pompa
Gambar 2.2 Hasil Simulasi untuk Vektor - vektor Kecepatan
yang Terjadi
Gambar 2.3 Hasil Simulasi untuk Distribusi Tekanan yang
Terjadi
Gambar 3.1 Skema Perencanaan Instalasi Pompa
Gambar 3.2 Diagram Moody
Gambar 3.3 Pompa Sentrifugal
Gambar 3.4 Bentuk impeler dan sudu yang digunakan dalam
pompa
Gambar 3.5 Ukuran – ukuran utama pada impeler
Gambar 3.6 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk
Gambar 3.7 Segitiga kecepatan pada sisi keluar
Gambar 3.8 Bentuk dan Sudu impeler
Gambar 3.9 Perbandingan Kecepatan pada Kerongkongan Rumah
Keong
Gambar 3.10 Grafik Penentuan Sudut Volut
Gambar 3.11 Rumah pompa
Gambar 3.12 Diagram Alir Pelaksanaan Perancangan
Gambar 3.13 Pandangan Depan Instalasi Pompa
Gambar 3.14 Pandangan Samping Instalasi Pompa
Gambar 4.1 Stopwach
Gambar 4.2 Meteran
Gambar 4.3 Kerusakan pada Permukaan Sudu Impeller akibat
Kavitasi
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik, efesiensi
Hidrolis serta koefisien kavitasiThoma
Gambar 4.5 Diagram Alir Simulasi pada GAMBIT
Gambar 4.6 Diagram Alir Simulasi pada FLUENT
Gambar 4.7 Tampilan Hasil setelah memasukan titik-titiknya
Gambar 4.8 Tampilan hasil dari substract face dan shaded
Gambar 4.9 Tampilan hasil mesh
Gambar 4.10 Tampilan hasil boundary condition
Gambar 4.11 Kurva residual iterasi
Gambar 4.12 Rumah pompa dalam GAMBIT
Gambar 4.13 Kurva residual iterasi
Gambar 4.14 Distribusi tekanan fluida pada rumah pompa
sentrifugal
Gambar 4.15 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa
sentrifugal
Gambar 4.16 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa
sentrifugal
Gambar 4.17 Distribusi kecepatan fluida pada impeller
Gambar 4.18 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida
Gambar 5.1 Kerugian - kerugian hidrolis

8
5
16
19
25
35
36
36
38
41
43
44
46
48
49
51
52
52
53
60
63
65
66
67
68
68
69
73
74
74
75
76
77
77
78
84

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.2 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Perhitungan
Gambar 5.3 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Percobaan
Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Simulasi
Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa
Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa

99
101
102
103
103

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

SIMBOL

KETERANGAN

A
b1
b2
b3
Dis
Ds
Dh
D1
D2
g
HL
Hp
Hs
Hthz
hf
hm
K
Kt
L
Np
n
ns
P
Q
R
Re
t
U1
U2
V
Vo
Vr1
Vr2
Vthr
Z
α
β
γ
ηp
υ
π
ρ
ω

Luas Penampang Pipa
Lebar impeller pada sisi masuk
Lebar impeler pada sisi keluar
Lebar Penampang masuk saluran throat
Diameter dalam pipa
Diameter poros
Diameter hub
Diameter sisi masuk impeller
Diameter sisi keluar impeller
Gravitasi
Head Losses sepanjang pipa
Head pompa
Head statis
Head Teoritis
Kerugian Head mayor
Kerugian head minor
Kerugian akibat kelengkapan pipa
Faktor Koreksi pembebanan
Panjang pipa
Daya Pompa
Putaran Pompa
Putaran Spesifik
Tekanan Pada pompa
Kapasitas Pompa
Jari – Jari sudu lingkaran impeller
Bilangan Reynold
Tebal sudu impeller
Kecepatan tangensial sisi masuk impeller
Kecepatan tangensial sisi keluar impeller
Kecepatan aliran pada pipa
Kecepatan aliran masuk impeller
Kecepatan radial masuk impeller
Kecepatan radial keluar impeller
Kecepatan pada kerongkongan rumah keong
Jumlah sudu
Sudut Aliran masuk
Sudut tangensial
Berat jenis fluida
Efisiensi pompa
Viskositas Kinematik
konstanta (phi)
Kerapatan fluida
Kecepatan sudut

SATUAN
m2
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
m/s2
m
m
m
m
m
m
m
kW
rpm
rpm
Pa
m3/s
mm
mm
m/s
m/s
m/s
m/s
m/s
m/s
m/s
o
o

N/m3
%
m2/s
kg/m3
rad/s

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 perencanaan / perhitungan. 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
Dalam pemilihan jenis pompa sangat diiginginkan 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.
Menurut beberapa literatur terdapat beberapa jenis pompa, namun yang akan
dibahas dalam analisa ini ialah jenis pompa sentrifugal.
Pompa sentrifugal adalah jenis pompa yang sangat banyak dipakai
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. Pompa sentrifugal 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, bendabenda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur,
dan system akustik hanya dengan permodelan di computer. Dengan menggunakan
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.

Universitas Sumatera Utara

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
Instalasi pompa sentrifugal yang dirancang untuk memompakan air dari

reservoir bawah ke reservoir atas dimana instalasi ini akan dibuat di Laboratorium
Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin. Pembahasan perencanaan ini
dititikberatkan pada perancangan komponen system mekanis pompa sentrifugal
dan perhitungan prestasi pompa tersebut secara teoritis, yang secara umum terdiri
dari :
a. Penentuan skema instalasi yang akan dibuat di Laboratorium Mesin
Fluida.
b. Dalam perencanaan ini yang akan dibahas adalah perencanaan instalasi
untuk pompa akan digunakan untuk memompakan air dari reservoar
bawah ke reservoar atas.
c. Simulasi aliran fluida yang terjadi dalam sistem pemompaan dengan gate
valve closed 75%.
d. Penentuan daerah - daerah kavitasi serta analisa performansi dari pompa
sentrifugal pada simulasi CFD Fluent.
e. Perhitungan dan analisa karakteristik, serta efisiensi pompa sentrifugal.

Universitas Sumatera Utara

1.3

Maksud dan Tujuan
Maksud dari perencanaan dan simulasi ini adalah untuk mengetahui

analisa performansi dari pompa sentrifugal yang dipakai dengan menggunakan
perhitungan matematis dan bantuan simulasi komputer sehingga diketahui kavitasi
yang terjadi didalam rumah pompa ( housing pump ) pada instalasi yang
dirancang.
Tujuan dari perencanaan dan simulasi ini adalah untuk mensimulasikan
aliran fluida yang terjadi didalam rumah pompa ( housing pump ) menggunakan
software CFD Fluent 6.1.22 dengan menampilkan virtual ptototype dari pompa
sentrifugal sehingga akan diberikan data – data, gambar – gambar, atau kurva
yang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan pompa sentrifugal yang
digunakan pada instalasi yang dirancang.

1.4

Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini

adalah :
1. Survey Lapangan
Survey lapangan telah dilakukan pada Laboratorium Mesin Fluida
Departemen Teknik Mesin USU dan toko peralatan alat – alat pompa serta
toko besi.
2. Studi Literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku yang mendukung dan
membantu dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
3. Diskusi
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa
yang lain mengenai simulasi yang dibahas.

Universitas Sumatera Utara

1.5

Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan tugas sarjana adalah sebagai berikut:
1. BAB I

: Pendahuluan, berisikan latar belakang, batasan masalah,

maksud dan tujuan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
2. BAB II

: Tinjauan Pustaka, berisikan teori - teori yang mendasari

tenteng pompa sentrifugal.
3. BAB III

: Metode Perencanaan, berisikan urutan dan cara yang

dilakukan secara jelas dan sistematis dalam perancangan sebuah
instalasi pompa sentrifugal dan melaksanakan survey dalam pemilihan
pompa sentrifugal yang digunakan pada instalasi yang akan dibuat
serta perhitungan head pompa pada instalasi yang dirancang.
4. BAB IV

: Hasil Simulasi, berisikan hasil analisis dari perencanaan

yang telah dilaksanakan dan serta disimulasikan supaya mendapatkan
hasil yang maksimal dengan perbandingan hasil analisa manual dan
simulasi.
5. BAB V

: Karakteristik Pompa, berisikan performansi dari pompa

sentrifugal yang digunakan untuk melayani instalasi yang dirancang.
6. BAB VI

: Kesimpulan dan saran, berisikan garis besar dari perancangan

instalasi, analisa simulasi dan kajian study yang dilakukan serta saran.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan
dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut.
Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan hambatan pengaliran. Hambatan - hambatan pengaliran itu dapat berupa
perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek. Klasifikasi pompa
secara umum dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif
(positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis ( non positive
displacement pump ). Salah satu jenis pompa kerja dinamis adalah pompa
sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetik ( kecepatan ) cairan
menjadi energi potensial ( dinamis ) melalui suatu impeller yang berputar dalam
casing. Pada Instalasi Pengolahan Air ( IPA ), sebagian besar pompa yang
digunakan ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya
yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan
lengkung ( melingkar ). Pompa sentrifugal merupakan pompa kerja dinamis yang
paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga
yang relatif murah. Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa
perpindahan positif adalah gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan aliran
tunak dan tidak berpulsa, keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen
yang sederhana dan tidak adanya katup - katup, kemampuan untuk beroperasi
pada putaran tinggi, yang dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau
turbin uap ukuran kecil sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih
ringan dan biaya instalasi ringan, harga murah dan biaya perawatan murah.

2.1

Prinsip -Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal
Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

1. Gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar
sehingga kecepatan fluida meningkat.
2. Kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa ( volute atau
diffuser ) menjadi tekanan atau head.

Universitas Sumatera Utara

2.2

Aliran fluida
Aliran dalam pemipaan akan terjadi dari titik yang mempunyai head

hidrolik yang lebih tinggi (energi internal per satu-satuan berat air) ke head yang
lebih rendah, dimana terjadi kehilangan energi hidrolik di sepanjang pipa.
Kehilangan energi hidrolik sepanjang pipa secara umum disebabkan oleh:
A. Kerugian head mayor
Kerugian head ini terjadi akibat adanya gesekan antara dinding pipa
dengan fluida yang mengalir di dalamnya. Persamaan umum yang dapat
digunakan untuk mencari headlosses akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan
dengan menggunakan:
1. Persamaan Darcy – Weisbach
2. Persamaan Hazen - Williams
Kedua persamaan diatas memiliki kelebihan dan kekurangan masing masing yaitu:
1.

Persamaan Darcy - Weisbach

− Memberikan hasil yang lebih baik untuk pipa yang relatif pendek.

− Untuk sistem terdiri dari bermacam-macam pipa akan lebih rumit
perhitungannya.

− Populer atau sering dipakai untuk perhitungan dengan beda energi besar.

− Persamaan ini secara teori paling bagus dan dapat digunakan ke semua
jenis fluida.
2.

Persamaan Hazen-Williams :

− Umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatf
sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum.

− Untuk sistem yang terdiri dari bermacam-macam pipa, perhitungannya


akan lebih mudah disbanding Darcy - Weisbach.
Persamaan Hazen - Williams paling banyak digunakan untuk menghitung
headlosses, tetapi biasa digunakan untuk semua fluida selai dari air dan
digunakan hanya untuk aliran turbulen.

Universitas Sumatera Utara

B. Kerugian Minor
Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliran seperti
katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan saluran masuk dan keluar
pipa

2.3

Head Pompa
Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk

mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi
pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya
dinyatakan dalam satuan panjang. Menurut persamaan Bernoulli yang berbunyi
“bila fluida inkompresibel mengalir sepanjang pipa yang penampangnya
mempunyai beda ketinggian, perbedaan tekanan tidak hanya tergantung pada
perbedaan ketinggian tetapi juga pada perbedaan antara kecepatan dimasing masing titik tersebut”. Dalam persamaan Bernoulli, ada tiga macam head (energy)
fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu energi tekanan, energi kinetik dan energi
potensial. Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

V2
H =
+Z +
2g
γ
P

Dimana:
H

γ

P

Z

= Head total pompa (m)
= Head tekanan (m)
= Head statis total (m)

V2
= Head kecepatan (m)
2g
Karena energi itu kekal, maka bentuk head ( tinggi tekan ) dapat bervariasi
pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi-rugi
energi (losses).

Universitas Sumatera Utara

5
No
1
2
3
4
5

Keterangan Gambar
Reservoir isap
Pipa isap
Pompa
Pipa tekan
Reservoir tekan

B

4
2

3

1

A

Gambar 2.1 Skema instalasi pompa

Pada kondisi yang berbeda seperti pada gambar di atas maka persamaan
Bernoulli adalah sebagai berikut:

γA
PA

+

VA
P
V
+ Z A + H = B + B + Z B + H L ( Loss A ke B )
2g
2g
γB

H =(

2

γB
PB

2



γA
PA

)+(

Karena γA = γB maka:

H =(

H =(

VB
V
− A ) + (Z B − Z A ) + H L
2g
2g
2

2

PB − PA

V − VA
)+( B
) + (Z B − Z A ) + H L
2g

∆P

∆V

γ

γ

)+(

2

2g

2

2

) + H ST + H L

Dimana:
H

∆P

γ

= Head total pompa ( m )
= Head pompa karena perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan(m)

∆V 2
= Head yang diakibatkan karena ada perbedaan kecepatan ( m )
2g

Universitas Sumatera Utara

HST
HL

= Head statis ( m )
= Head loss dari A ke B ( m )

2.3.1 Head Tekanan
Head tekanan adalah perbedaan energi tekanan yang bekerja pada
permukaan zat cair pada sisi tekan dengan energi tekanan yang bekerja pada
permukaan zat cair pada sisi isap. Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus:

γ

P

=

γ

PB



γ

PA

Dimana:

γ

= Head tekanan ( m )

γ

= Energi tekanan pada permukaan zat cair pada sisi tekan ( m )

γ

= Energi tekanan pada permukaan zat cair pada sisi isap ( m )

P
PB

PA

2.3.2 Head Kecepatan
Head kecepatan adalah perbedaan antar energi kecepatan zat cair pada
saluran tekan dengan energi kecepatan zat cair pada saluran isap. Head kecepatan
dapat dinyatakan dengan rumus:

V
V
HV = B − A
2g
2g
2

2

Dimana:
HV

= Head kecepatan

2

VB
= Energi kecepatan zat cair pada saluran tekan
2g
2

VA
= Energi kecepatan zat cair pada saluran isap
2g

Universitas Sumatera Utara

2.3.3 Head Statis Total
Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada
sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap. Head statis total dapat
dinyatakan dengan rumus:

Z = ZB − Z A

Dimana:
Z = Head statis total
ZB = Beda tinggi tekan statis pada sisi tekan
ZA = Beda tinggi tekan statis pada sisi isap
Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa.
Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa.

2.3.4 Kerugian Head ( Head Loss )
Kerugian energi per satuan berat fluida dalam mengaliran cairan dalam
sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head ( head loss ). Head loss terdiri
dari mayor head loss ( hf ), minor head loss ( hm ), dan total loss ( htot )

2.3.4.1 Mayor Head Loss ( Mayor Loss )
Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa yang dinyatakan
dengan rumus [ Sularso, hal 28 ]:

LV2
hf = f
d 2g
Dimana:
hf = Mayor loss ( m )
f

= Faktor gesekan

L = Panjang pipa ( m )
V = Kecepatan fluida dalam pipa ( m/s )
d = Diameter dalam pipa ( m )
Harga f ( faktor gesekan ) didapat dari diagram Moody sebagai fungsi dari
Angka Reynold ( Reynolds Number ) dan Kekasaran relatif ( Relative Roughness ε/D ), yang nilainya dapat dilihat pada grafik

sebagai fungsi dari nominal

Universitas Sumatera Utara

diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa ( ε ) yang tergantung dari
jenis material pipa. Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan
rumus [ Pump Handbook, hal 131 ]:
=
Dimana:
Re = Reynold Number
= Kecepatan aliran ( m/s )
= Diameter dalam pipa ( mm )
= viskositas kinematik ( m2/s )
Apabila aliran laminar ( Re < 2100 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari
dengan pendekatan rumus:

f =

64
Re

Apabila aliran turbulen ( Re > 4000 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari
dengan diagram moody.

2.3.4.2 Minor Head Loss ( Minor Loss )
Merupakan kerugian head pada fitting, elbow dan valve yang terdapat
sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan Rumus:

v2
hm = k
2g
Dimana:
hm = Minor loss ( m )
k

= Koefisien kerugian dari fitting, elbow dan valve

2.3.4.3 Total Loss
Total loss merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu:

htot = h f + hm

Dimana:
htot = Total loss (m)

Universitas Sumatera Utara

hf = Total mayor loss (m)
hm = Total minor loss (m)

2.4

Kecepatan Spesifik Pompa
Performansi pompa sentrifugal ( kecuali turbin regenerative ) dihubungkan

pada suatu parameter yang disebut kecepatan spesifik ( specific speed ). Seperti
yang didefinisikan oleh The Hydraulic Institute hal ini merupakan hubungan
antara kapasitas, tinggi tekan, dan kecepatan pada efisiensi optimum yang
mengklasifikasikan impeller pompa dengan respek terhadap persamaan geometris.
Kecepatan spesifik merupakan sebuah bilangan aljabar yang dinyatakan sebagai
[ Khetagurov, hal 205 ]:

Ns = n p

Q
H

1
2
3
4

Dimana:
NS = Kecepatan spesifik pompa ( m/min )
np = Putaran pompa ( rpm )
Q = Kapasitas pompa (m3/min)
H = Head total pompa (m)

2.5

Daya pompa
Daya pompa ialah daya yang dibutuhkan poros pompa untuk memutar

impeler didalam memindahkan sejumlah fluida denga kondisi yang diinginkan.
Besarnya daya poros yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan ( Fritz dietzel.
Hal 243 )
NP =
Dimana:
Np

= daya pompa (watt )

Q

= kapasitas pompa ( m3/s )

Hp

= head pompa ( m )

Universitas Sumatera Utara

2.6

ρ

= rapat jenis fluida ( kg/m3 )

ηp

= effisiensi pompa

Karakteristik Pompa Sentrifugal
Karakteristik dari pompa sentrifugal merupakan sebuah cara dimana tinggi

tekan tekanan diferensial bervariasi dengan keluaran ( output ) pada kecepatan
konstan. Karakteristik dapat juga menyertakan kurva efisiensi dan harga brake
horse power-nya. Kurva kapasitas tinggi tekan ( Gambar 2.2 ) ditunjukkan sebagai
kapasitas peningkatan total tinggi tekan, dimana tinggi tekan pompa mampu untuk
dinaikkan atau dikurangi. Umumnya sebuah pompa sentrifugal akan menaikkan
tinggi tekan terbesarnya pada suatu titik, dimana tidak ada aliran yang sering
dianggap sebagai shut off head. Jika shut off head kurang dari harga maksimum
tinggi tekan, pompa menjadi tidak stabil dan dibawah beberapa kondisi dapat
memperbesar daya dan kecepatan fluktuasi yang menyebabkan getaran mekanis
yang besar pada sistem pemipaan.

2.7

Computational Fluid Dynamic ( CFD ) Fluent
Computational Fluid Dynamic ( CFD ) dapat dibagi menjadi dua kata,

yaitu:

− Computational
dan

: Segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika

metode numerik atau komputasi.

− Fluid Dynamic

: Dinamika dari segala sesuatu yang mengalir.

Ditinjau dari istilah di atas, CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi
yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat
yang mengalir.
Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi
aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan
menyelesaikan persamaan - persamaan matematika ( model matematika ). Dan
Fluent adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode elemen
hingga dan Fluent juga menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga
dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh ( grid ) yang tidak

Universitas Sumatera Utara

terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah. Penggunaan CFD umumnya
berhubungan dengan keempat hal berikut:
1. Studi konsep dari desain baru
2. Pengembangan produk secara detail
3. Analisis kegagalan atau troubleshooting
4. Desain ulang

2.7.1 Proses simulasi CFD
Pada uumnya terdapat tiga thapan yang harus dilakukan ketika kita
melakukan simulasi CFD, yaitu:
a) Pre-processing
Komponen pre-processor merupakan komponen input dari permasalahan
aliran ke dalam program CFD dengan menggunakan interface yang memudahkan
operator, berfungsi sebagai transformer input berikutnya ke dalam bentuk yang
sesuai dengan pemecahan oleh solver. Pada tahapan pre-processor, dapat
dilakukan hal-hal sebagai berikut:
1) mendefinisikan geometri daerah yang dikehendaki ( perhitungan domain );
2) pembentukan grid ( mesh ) pada setiap domain;
3) pemilihan fenomena kimia dan fisik yang dibutuhkan;
4) menentukan sifat-sifat fluida ( konduktivitas, viskositas, panas jenis, massa
jenis dan sebagainya );
5) menentukan kondisi batas yang sesuai dengan keperluan.
Ketepatan aliran dalam geometri yang dibentuk dalam CFD ditentukan
oleh jumlah sel di dalam grid yang dibangun. Semakin besar jumlah sel, ketepatan
atau ketelitian dari hasil pemecahan semakin baik. Mesh optimal tidak harus
selalu seragam, dapat dilakukan dengan memperhalus mesh pada bagian yang
memiliki variasi cukup besar dan semakin kasar untuk bagian yang relatif tidak
banyak mengalami perubahan.

Universitas Sumatera Utara

b) Solving
Proses pada solver merupakan proses pemecahan secara matematika dalam
CFD dengan software FLUENT 6.1.22. Metode yang digunakan adalah metode
volume hingga ( finite volume ) yang dikembangkan dari metode beda hingga
(finite difference) khusus.

2.7.2

Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal
Pada pompa sentrifugal, yang dapat dianalisa oleh CFD Fluent ini adalah

airan fluidanya, dimana dengan CFD Fluent ini kita dapat mensimulasikan vektor
- vektor kecepatan yang terjadi pada impeler dan rumah keong pompa tersebut.
CFD Fluent juga dapat mensimulasikan distribusi tekanan yang terjadi dalam
pompa tersebut. Hasil simulasi aliran fluida ini adaah gambaran aliran fluida
nantinya yang terjadi di lapangan. Pada gambar 2.2 dan gambar 2.3 merupakan
contoh hasil dari simulasi pompa sentrifugal.

Gambar 2.2 Hasil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yang terjadi

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Hasil simulasi untuk distribusi tekanan yang terjadi

Universitas Sumatera Utara

BAB III
METODE PERENCANAAN

Dalam memilih suatu pompa untuk suatu maksud tertentu, terlebih dahulu
harus diketahui kapasitas aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat
cair yang akan di pompa pada instalasi yang akan dibuat.
Selain dari pada itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi,
perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yang
terpasang pada instalasinya. Atas dasar tekanan isap ini maka putaran pompa
dapat ditentukan.
Selanjutnya, untuk menentukan penggerak mula yang akan dipakai, harus
lebih dahulu dilakukan penyelidikan tentang jenis sumber tenaga yang dapat
dipergunakan di tempat yang bersangkutan. Pedoman dalam menentukan jenis
pompa yang digunakan adalah instalasi yang direncanakan.

3.1

Skema Instalasi Pompa Yang Direncanakan
Instalasi yang direncanakan adalah sangat sederhana. Dimana instalasi

yang direncanakan terdiri dari:
1. Roof Tank
Roof tank atau tangki atas berfungsi sebagai tangki tempat penampungan
air yang telah dipompakan dari ground tank dengan kapasitas maximum
400 liter dengan ukuran sebagai berikut:
− Panjang 100 cm

− Lebar 80 cm

− Tinggi 50 cm
2. Besi
Besi ini digunakan sebagai penyangga atau dudukan dari roof tank
sehingga roof tank tidak jatuh dan air dapat bersirkulasi dengan baik
dimana penyangga ini memiliki tinggi 2 meter.

Universitas Sumatera Utara

3. Elbow
Pada perencanaan ini dipakai 2 jenis elbow, yaitu:
1. Elbow 90o long regular ukuran 1 inchi sebanyak 6 elbow ( satu
dipasang pada pipa isap dan lima dipasang pada pipa tekan )
2. Elow 90o long regular ukuran 1.5 inchi sebanyak 2 elbow yang
dipasang pada pipa buang.
4. Pipa
Pipa ini merupakan sarana penyaluran air dari ground tank ke roof tank.
Ada 2 jenis ukuran dari pipa yang dipakai, yaitu:
1.Pipa isap dan pipa tekan yang berukuran 1 inchi.
2.Pipa buang yang berukuran 1,5 inchi.
5. Meja
Meja yang dimaksud dalam hal ini berfungsi sebagai dudukan pompa,
agar pompa tetap kokoh saat memompakan air.
6. Pompa
Yaitu sebagai alat untuk memindahkan atau mentransfer air dari tangki
bawah ke tangki atas.
7. Ground Tank
Ground tank atau tangki bawah berfungsi sebagai sumber air yang akan
dialirkan oleh pompa dengan kapasitas maximum 400 liter yang bentuk
dan ukurannya sama dengan roof tank.
8. Gate Valve
Gate valve digunakan untuk mengatur kapasitas yang dipompakan. Gate
valve yang digunakan ada 2 ukuran yaitu:
1. gate valve ukuran 1.5 inchi yang dipasang pada pipa buang
2. gate vale ukuran 1 inchi yang dipasang pada pipa isap

Universitas Sumatera Utara

Adapun gambar dan bentuk instalasi yang akan dirancang adalah sebagai
berikut:

Gambar 3.1 Skema perencanaan instalasi pompa

3.2

Penentuan Kapasitas
Dalam menentukan kapasitas kita perlu memperhatikan bagaimana bentuk

instalasi yang kita rencanakan. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan adalah
volume roof tank yang digunakan yaitu 400 liter dan tinggi air yang hendak
dipompakan yaitu setinggi 200 cm. Dengan mempertimbangkan data-data diatas
dan melihat name plate dari pompa yang digunakan pada instalasi yang akan
dirancang maka kapasitas yang ditetapkan adalah sebesar 90 ltr / mnt.

Universitas Sumatera Utara

3.3

Penentuan Head Pompa pada Instalasi
Head pompa adalah besarnya energy yang diperlukan pompa untuk

memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan
akhir. Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah
fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan
dilayani oleh pompa tersebut.
Gambar system pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat pada
gambar 3.1 . Dengan menyatakan bahwa titik A pada permukaan fluida tangki
bawah dan titik B pada permukaan fluida tangki atas, maka head pompa secara
umum dinyatakan dengan persamaan:
Hpompa = ∆HP + ∆HV + HS + HL
Dimana:
∆HP = perbedaan head tekanan ( m )
∆HV = perbedaan head kecepatan ( m )
HS

= head statis ( m )

HL

= kerugian head ( m )

3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( ∆HP )
Head tekanan merupakan energy yang dibutuhkan untuk mengatasi
perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam system kerja ini
tekanan air memasuki pompa adalah sama dengan tekanan keluar yaitu 1 atmosfir,
maka beda head tekanan pada sistem ini adalah nol.
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆Hv )
Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu
dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Diameter pipa isapnya biasanya
ditentukan sedemikian sehingga kecepatan alirannya 2 m/s sampai 3 m/s [Soufyan
M. Noerbambang, hal 98]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa

Universitas Sumatera Utara

isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata – rata 3
m/s.
Dari persamaan kontinuitas diperoleh:
QP = VS AS
Dimana:
QP

=

VS

=

3
× 10 −3 m3 / s
2
kecepatan Aliran dalam pipa isap ( m/s )

AS

=

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

dis

=

diameter dalam pipa ( m )

kapasitas pompa = 90 ltr/mnt =

sehingga diameter pipa isap adalah:
dis =

=

4Q p

πVs

3
4 × × 10 −3
2
m
π ×3

=

0,02523 m

=

0,99 inchi

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa
nominal 1 inchi dengan dimensi pipa:
− Diameter dalam ( dis ) = 1,049 in = 0,0266 m

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

Dengan ukuran pipa standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang
sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah:
VS =

QP
4QP
=
AS
π (d is )2

3
4 × × 10 −3
2
=
m/s
π (0,0266 )2

= 2,6992 m /s

Universitas Sumatera Utara

Diperoleh kecepatan aliran fluida masih sesuai.
Maka Head kecepatan aliran adalah:

(2,6992) m
V2
=
2g
2 × 9.81
2

HV =

= 0,3713 m
Perbedaan Head Kecepatan aliran adalah nol oleh karena besarnya head kecepatan
pada sisi isap dan sisi tekan sama yaitu 0,3713 m.
3.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆Hs )
Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir atas
dengan reservoir bawah seperti yang tampak pada gambar 3.1 diatas.
Dalam perencanaan ini, besarnya head statis adalah:
Hs = 2 m
Nilai head statis ini diasumsikan bahwa tinggi air pada permukaan ground
tank dengan roof tank tetap.

3.3.4 Kerugian Head
Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2, yaitu kerugian akibat gesekan
sepanjang pipa / kerugian mayor ( hf ) dan kerugian akibat adanya kelengkapan
pada instalasi pipa / kerugian minor ( hm ). Kerugian akibat gesekan tergantung
pada kekasaran dalam pipa dan panjang pipa. Kerugian akibat kelengkapan adalah
kerugian akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran.

3.3.4.1 Kerugian Head sepanjang Pipa Isap ( hls )
a

Kerugian Head Akibat Gesekan Pada Pipa Isap ( hfs )
Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa isap menurut Darcy-

Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut [ Sularso, hal 28 ]:
Ls Vs2
hfs = f
×
d is 2 g

Universitas Sumatera Utara

Dimana:
hfs

= kerugian karena gesekan ( m )

f

= factor gesekan ( diperoleh dari diagram Moody )

Ls

= panjang pipa hisap = 1,08 m

dis

= diameter dalam pipa = 0,0266 m

Vs

= kecepatan aliran fluida = 2,6992 m/s

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) terlebih dahulu ditentukan alirannya
apakah laminar atau turbulen dengan mencari harga bilangan Reynold ( Re ),
[Pump Handbook, hal 131 ] dimana:

Re =

υ

Vs d is

Dengan:
Re

υ

= Reynold number
= viskositas kinematik, dimana harganya 1,02 x 10-6 m2/s untuk
tekanan 1 atm pada suhu 200C

Sehingga diperoleh:
Re =
=

2,6992 × 0,0266
1,02 × 10 −6

70390,9 ≥ 4000

Maka aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “
Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Galvanized Iron dimana bahan
pipa yang direncanakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,00015 m sesuai
dengan table 3.1 dibawah.

Universitas Sumatera Utara

Table 3.1 Kekasaran relative ( ε ) dalam berbagai bahan pipa

Absolute Rougness ( ε )

Pipeline Material
Ft

mm

Glass and varicus plastic

0

0

( e.g, PVC and PE pipes )

( hydraulically smooth )

( hydraulically smooth )

Drawn tubings ( e.g.

5 x 10-6

1.5 x 10-6

1.5 x 10-4

4.6 x 10-2

4 x 10-4

0.12

Galvanized iron

5 x 10-6

0.15

Cast iron

8.5 x 10-4

0.25

Wood stave

6 x 10-4 ÷ 3 x 10-3

0.18 ÷ 0.9

Concrete

1 x 10-3 ÷ 1 x 10-2

0.3 ÷ 3.0

Riveted steel

3 x 10-3 ÷ 3 x 10-2

0.9 ÷ 9.0

coper or aluminium pipes
or tubings )
Comersial steel or
wrought iron
Cast iron with asphalt
lining

Pump Handbook, Igor J. Karsik, William C. Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina

Maka kekasaran relative ( ε /dis ) adalah:

ε

d is

=

0,00015
= 0,005639
0,0266

Universitas Sumatera Utara

Selanjutnya dicari harga faktor gesekan dengan menggunakan diagram moody.
Friction factor
0,04

f

15 mm

5,75 mm

5 mm

y

0,006 = - 2,2218

0
e/dis = 0,005639 = -2,2487
0,03

0
0,004 = - 2,3979

0

10
4

x

37,5 mm

70390,9

105

Gambar 3.2 Diagram moody
Posisi Re = 70390,9 didalam garis horisontal diagram moody dapat
dihitung dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga
diperoleh:

0,15 =
x

= 31,78 mm

Nilai kekasaran relative didalam garis vertikal diagram moody dapat
diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga
diperoleh:

0,1527 =
y = 5 mm

Universitas Sumatera Utara

Nilai koefisien gesek didalam garis vertikal diagram moody dapat
diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga
diperoleh:

=

log

f = 0,033
Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 70390,9 dan e/ dis =
0,005639 dengan cara interpolasi maka akan diperoleh factor gesek ( f ) = 0,033,
sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy-Weishbach
adalah:
hfs

(2,6992 )
1,08
= 0,033 ×
×
0,0266
2 × 9,81

2

= 0,4975 m
b Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi ( hms )
Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh
dengan persamaan [ Pump Handbook, hal 152 ]:
hms =

∑ nk

Vs2
2g

Dimana:
hms = kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap
n

= jumlah kelengkapan pipa

k

= koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa
Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat

adanya kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap, maka perlu
diketehui terlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur
pipa isap. Adapun jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut:
− Gate valve 1 buah

− Elbow 90o long regular 1 buah

Universitas Sumatera Utara

Tabel 3.2 Nilai koefisien K untuk tipe screwed
Nominal

Screwed
½

1

2

4

Globe

14

8,2

6,9

5,7

Gate

0,30

0,24

0,16

0,11

Swing check

5,1

2,9

2,1

2,0

Angle

9,0

4,7

2,0

1,0

450 regular

0.39

0.32

0.30

0.29

900 regular

2.0

1.5

0.95

0.64

900 long radius

1.0

0.72

0.41

0.23

1800 regular

2.0

1.5

0.95

0.64

Diameter,in
Valve (fully open):

Elbows

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

Sesuai data dari table diatas maka koefisien kerugian ( k ) dari gate valve
dan elbows 90o untuk jenis screwed dengan diameter nominal pipa 1 inci adalah
sebagai berikut:
Tabel 3.3 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa isap
Jenis perlengkapan

Jumlah ( n )

K

nk

Mulut isap

1

0.4 ÷ 0.5

0.45

Gate valve

1

0.24

0.24

Elbow 90o regular

1

1.5

1.5

Total koefisien kerugian

2.19

Maka besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah
sebesar:
hms = 2,19

(2,6992)2
2 × 9,81

m

= 0,813 m

Universitas Sumatera Utara

Dengan demikian diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa
sebesar:
hls = hfs + hms
= 0,4975 m + 0,813 m
= 1,3105 m

3.3.4.2 Kerugian Head sepanjang Pipa Tekan ( hld )
a

Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa Tekan ( hfd )
Pipa tekan dari pompa menuju roof tank direncanakan menggunakan

ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Shcedule 40 dengan ukuran pipa nominal 1
inci dan bahan pipa adalah Galvanized iron yang sama dengan pipa hisap.
Ukuran pipa tersebut adalah:
− Diameter Dalam ( dis ) = 1,049 inci = 0,0266 m
− Diameter Luar ( dos ) = 1,318 inci = 0,0335 m
Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa hisap, maka
bilangan Reynold ( Re ) adalah 70390,9 dan factor gesekan ( f ) = 0,033 serta
panjang pipa tekan adalah 4,6 m, maka besarnya kerugian head akibat gesekan

(2,6992)
4,6
×
0,0266 2 × 9,81

pada pipa tekan adalah:

2

hfd

= 0,033

= 2,1191 m

b Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi pada pipa tekan ( hmd)
Dari gambar instalasi sebelumnya telah tertera bahwa perlengkapan yang
diperlukan adalah elbow 900 regular sebanyak 5 buah.
Oleh karena jenis elbow pipa tekan sama dengan jenis elbow pada pipa
isap maka besarnya koefisien kerugian ( k ) dari instalasi pipa tekan seperti pada
tabel 3.4 dibawah:

Universitas Sumatera Utara

Tabel 3.4 Perhitungan nilai koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa tekan
Jenis perlengkapan

Jumlah ( n )

K

nk

Elbow 90o regular

5

1.5

7.5

Pipa keluar

1

1

1

Total koefisien kerugian

8.5

Maka harga kerugian head akibat perlengkapan instalasi pipa tekan adalah:
hmd

Vs2
= ∑ nk
2g
= 8,5 ×

(2,6992)2
2 × 9,81

m

= 3,156 m
Dengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah:
hld = hfd + hmd
= 2,1191 m + 3,156 m
= 5,2751 m
Maka kerugian head gesekan total adalah:
hL = hls + hld
= 1,3105 m + 5,2751 m
= 6,5856 m
Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang
dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan:
Htotal

= ∆HP + ∆HV + ∆HS + ∆HL
= 0 + 0 + 2 m + 6,5856 m
= 8,5856 m

Universitas Sumatera Utara

Namun untuk pemakainnya dalam jangka waktu yang lama maka perlu
diperhatikan hal – hal sebagai berikut:

− Kondisi permukaan p ipa yang dalam waktu jangka panjang akan semakin
kasar, sehingga nantinya akan memperbesar kerugian yang terjadi.

− Penurunan kinerja pompa yang dipakai dalam rentang waktu yang lama.



Kondisi – kondisi lain yang dapat mempengaruhi operasional pompa.
Maka dalam perencanaannya head pompa perlu ditambah ( 10 ÷ 25 ) %

[pump handbook, hal 248]. Dalam perencanaan ini dipilih 15 %, maka besarnya
head pompa yang akan dirancang:

Htotal

3.4

=

8,5856 m x ( 1 + 0,15 )

=

9,87 m

Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan
Pada dasarnya pompa memerlukan penggerak mula untuk menggerakkan/

mengoperasikan pompa tersebut. Ada beberapa jenis alat penggerak motor yang
akan digunakan untuk menggerakkan pompa, antara lain: turbin uap, motor bakar,
dan motor listrik.
Dalam perencanaan ini telah ditentukan motor penggerak yang dipakai
adalah motor listrik dengan putaran motor 2850 rpm.

3.5

Putaran Spesifik dan Tipe Impeller
Impeller adalah roda atau rotor yang dilengkapi dengan sudu – sudu,

dimana sudu – sudu ini berguna untuk memindahkan mekanis poros menjadi
energy fluida. Tipe impeller suatu pompa ditentukan berdasarkan putaran spesifik
pompa tersebut [ Khetagurov, hal 205 ]:

ns =

nP Q
3

H P4

Dimana:
ns = putaran spesifik ( rpm )

Universitas Sumatera Utara

nP = putaran pompa ( rpm )
Q = kapasitas pompa ( gpm ) = 90 ltr / mnt = 23,778 gpm
HP = head pompa ( ft ) = 9,87 m = 32,373 ft
Sehingga:
ns =

(23,778)
3
(32,373) 4

2850

= 1023,989 rpm
= 1024 rpm
Dari table dibawah diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 1024 rpm
maka jenis impeller yang sesuai adalah jenis Radial flow.
Tabel 3.5 Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik
Jenis impeller

ns

Radial flow

500 – 3000

Francis

1500 – 4500

Aliran campur

4500 – 8000

Aliran aksial

8000 ke atas

pump selection book, C.P Beaton, G.T Meiklejohn

3.6

Efisiensi Pompa Pada Instalasi Yang Dirancang
Efisiensi merupakan parameter yang sangat penting dalam merencanakan

pompa. Dengan kon

Dokumen yang terkait

Simulasi Pengaruh NPSH Terhadap Terbentuknya Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Program Komputer Computational Fluid Dyanamic Fluent

13 127 124

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve Open 100 %

14 73 132

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Perangkat Komputer CFD Fluent 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 50%

9 80 120

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22. Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 25%

13 113 153

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22 pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 75%

10 93 119

Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22

12 63 119

Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 1500 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22

22 125 102

Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal Pada Instalasi Hotel Aryaduta Medan Dengan Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22

5 53 195

Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal pada Instalasi Rumah Sakit G.L.Tobing Tj.Morawa dengan Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT versi 6.1.22

8 63 187

Optimasi Desain Impeller Pompa Sentrifugal Menggunakan Pendekatan CFD

1 1 6

Dokumen baru

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

98 2943 16

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

36 751 43

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

33 650 23

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

15 421 24

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

24 577 23

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

49 968 14

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

49 881 50

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

14 536 17

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

21 792 30

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

33 954 23