Studi Eksperimental Deteksi Fenomena Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Parameter Sinyal Getaran Dan Perubahan Temperatur

(1)

STUDI EKSPERIMENTAL DETEKSI FENOMENA

KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN

MENGGUNAKAN PARAMETER SINYAL GETARAN

DAN PERUBAHAN TEMPERATUR

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MOCHAMAD HALLEY

NIM. 050401094

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

STUDI EKSPERIMENTAL DETEKSI FENOMENA

KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN

MENGGUNAKAN PARAMETER SINYAL GETARAN

DAN PERUBAHAN TEMPERATUR

MOCHAMAD HALLEY

NIM. 05 0401 094

Diketahui/Disyahkan: Disetujui oleh: Depertemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing Fakultas Teknik USU

Ketua

Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.132 018 668 NIP.132 018 668

(3)

STUDI EKSPERIMENTAL DETEKSI FENOMENA

KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN

MENGGUNAKAN PARAMETER SINYAL GETARAN

DAN PERUBAHAN TEMPERATUR

MOCHAMAD HALLEY

NIM. 05 0401 094

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke-549 tanggal 10 Oktober 2009

Disetujui Oleh:

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

Ir.Mulfi Hazwi,MSc Ir.Isril Amir NIP.130 905 356 NIP.130 517 501

(4)

STUDI EKSPERIMENTAL DETEKSI FENOMENA

KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN

MENGGUNAKAN PARAMETER SINYAL GETARAN

DAN PERUBAHAN TEMPERATUR

MOCHAMAD HALLEY

NIM. 05 0401 094

Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/Penguji

Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.132 018 668

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

Ir.Mulfi Hazwi,MSc Ir.Isril Amir NIP.130 905 356 NIP.130 517 501

Diketahui Oleh

Ketua Depertemen Teknik Mesin

Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.132 018 668

(5)

ABSTRAK

Salah satu kegagalan yang terjadi pada pengoperasian pompa sentrifugal dilapangan adalah kavitasi.Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam fluida yang terjadi akibat turunnya tekanan fluida sampai di bawah tekanan uap jenuh fluida pada suhu operasi pompa. Net Positive Suction Head (NPSH) digunakan sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.Ada dua macam NPSH,yaitu NPSH yang tersedia pada sistem (NPSHA) dan

NPSH yang diperlukan oleh pompa (NPSHR).Pompa terhindar dari kavitasi jika NPSHA lebih

besar dari pada NPSHR.

Penelitian ini dilakukan dengan eksperimen dan analisa tentang perubahan prilaku kavitasi pada pompa sentrifugal akibat variasi NPSHA,perubahan temperatur fluida serta

peningkatan sinyal getaran yang diukur pada rumah pompa sentrifugal.Metodelogi penelitian yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari 2 tahapan, yaitu pengujian langsung dan pengujian tak langsung. Dari data hasil pengujian ini akan dikembangkan dengan suatu metode statistik untuk mengetahui pengaruh variasi NPSHA, sinyal getaran dan kenaikan temperatur fluida terhadap

fenomena kavitasi yang diolah secara statistik dengan program MS-Excel dan dianalisa sesuai perilaku getaran dan temperatur.

Untuk sinyal getaran terjadi peningkatan amplitudo simpangan masing-masing sebesar 1,80.10-6 m, 2,24.10-6 m dan 2,46. 10-6 m.Peningkatan amplitudo kecepatan masing-masing sebesar 1,38.10-5 m/s, 1,66.10-5 m/s dan 1,97.10-5 m/s. Serta peningkatan amplitudo percepatan masing-masing sebesar 1,038.10-4m/s2, 1,028.10-4 m/s2 dan 1,611.10-4 m/s2.Untuk pengukuran temperatur fluida didalam rumah pompa,untuk kondisi operasi pompa selama 5 jam terjadi peningkatan suhu fluida sebesar 0,010 oC, 0,032 oC dan 0,104 oC. Hasil penelitian ini menunjukkan terjadi peningkatan sinyal getaran dan temperatur fluida didalam rumah pompa akibat variasi NPSHA.

Kata Kunci:Pompa Sentrifugal,Kavitasi,NPSH,Sinyal Getaran,Temperatur

ABSTRACT

One of failure in operation centrifugal pump is cavitation. Cavitation is one phenomenon appeared vapor bubbles because net pressure in fluid is less than vapor pressure of fluid in operation temperature of pump. Net Positive Suction Head (NPSH) used as safety parameter in cavitation. NPSH divided in two kinds, Net Positive Suction Head Required (NPSHR) and Net

Positive Suction Head Available (NPSHA).Cavitation occurs when NPSHA drops blow NPSHR for

a centrifugal pump.

This research implemented with experiment and analysis about change of characteristic cavitation in centrifugal pump cause variation NPSHA, change of temperature and increase

vibration signal with measuring in centrifugal pump housing. Experiment method using in this research divided in two steps (direct and indirect experiment).Data from result of the experiment will developed with statistic method to understand effect from variation NPSHA, vibration signal and increase fluid temperature concerning cavitation phenomenon with statistic processing by

MS-Excel and analyzing agree with vibration and temperature behavior.

For vibration signal occurs increase displacement amplitude each 1,80. 10-6 m, 2,24. 10-6 m and 2,46. 10-6 m. Increase velocity amplitude each 1,38.10-5 m/s, 1,66.10-5 m/s and 1,97.10-5 m/s. And increase acceleration amplitude each 1,038.10-4 m/s2, 1,028.10-4 m/s2 and 1,611.10-4 m/s2.For measuring fluid temperature in housing pump, for operation condition in 5 hour occurs increase fluid temperature each 0,010 oC,0,032 oC and 0,104 oC. Result of this research describe occurs increase vibration signal and fluid temperature in pump housing cause variation NPSHA.

(6)

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim Assalamualaikum Wr.Wb

Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat dan hidayahNya yang telah memelihara dan memberikan kekuatan dan kesehatan kepada penulis selama penyelesaian skripsi yang berjudul “Studi Eksperimental

Deteksi Fenomena Kavitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Menggunakan Sinyal Getaran dan Perubahan Temperatur” yang merupakan salah satu syarat

bagi penulis untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin,Fakultas Teknik,Universitas Sumatera Utara.

Dalam penulisan skripsi ini,tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis.Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada dosen pembimbing Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri,Ir.Mulfi Hazwi,MSc dan Ir.Isril Amir,yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.

Selama penulisan skripsi ini,penulis banyak mendapat bantuan materil maupun moril dari berbagai pihak.Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis khusus mengucapkan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua penulis,Ayahanda tercinta Ir.H.A.Hamid Arsyad dan Ibunda Dra.Hj.T.Andromeda,yang telah begitu berjasa membimbing dan membuka cakrawala ilmu pengetahuan serta memberikan kesempatan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Fakultas Teknik USU. 2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin

Sitorus,ST.MT,selaku Ketua dan sekertaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Bapak Ibnu Hajar,ST selaku rekan penulis selama melakukan penelitian di Laboraturium Noise/Vibration Control and Knowledge-Base in Ingineering Fakultas Teknik USU.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Magister Teknik Mesin USU.

(7)

6. Saudaraku yang tercinta (dr.Lunaria Andora dan Askania Fadima,SKM.MKKK) dan keponakanku Aya Sophia Rafika yang telah memberikan semangat dan dukungan terbesar dalam menyelesaikan skripsi ini.

7. Dian Novalia S.E,yang telah memberikan dukungan terbesarnya dari awal sampai akhir penulisan skripsi ini dengan penuh kesabaran dan kasih sayang.

8. Sahabat karib penulis (Hengky, Surya, Roni, Dian, Dolli, Andri, Sepri, David.S, Gunawan, Yuda, Rahmad, Kurtubi, Supriyadi, Said,Raja.N dan Habibi),”They are the best friends I ever have”.

9. Sahabat penulis di Laboraturium Noise/Vibration Control and Knowledge-Base in Ingineering Fakultas Teknik USU (Bapak Suhardiman,Bapak Suhada dan Bapak David).

10. Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Teknik Mesin stambuk 2005 yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu,”Solidarity Forever ”.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna,oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.

Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Wassalamualaikum Wr.Wb.

Medan,Oktober 2009 Penulis,

Mochammad Halley Nim.05 0401 094

(8)

DAFTAR ISI Abstrak

Kata Pengantar Daftar Isi

i ii iv Daftar Gambar

Daftar Tabel Daftar Notasi

BAB 1 Pendahuluan

vii xii xvi

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Pembatasan Masalah 3

1.3 Tujuan Penelitian 4

1.4 Manfaat Penelitian 4

BAB 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Prinsip-Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal 6

2.2 Klasifikasi Pompa Sentrifugal 6

2.3 Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal 7

2.4 Karakteristik Pompa Sentrifugal 10

2.5 Head Pompa 11

2.5.1 Head Tekanan 13

2.5.2 Head Kecepatan 13

2.5.3 Head Statis Total 14

2.5.4 Kerugian Head (Head Loss) 15

2.5.4.1 Mayor Head Loss (Mayor Loss) 15

2.5.4.2 Minor Head Loss (Minor Loss) 16

2.5.4.3 Total Loss 16

2.6 Kecepatan Spesifik Pompa 17

2.7 Kavitasi 18

2.8 Net Positive Suction Head (NPSH) 20

2.8.1 Net Positive Suction Head Available (NPSHA) 20

2.8.2 Net Positive Suction Head Requaired (NPSHR) 22

2.9 Sinyal Getaran (Vibrasi) 23

(9)

2.9.2 Gerak Periodik 25

2.9.3 Getaran Bebas (Free Vibration) 26

2.9.4 Getaran Paksa (Force Vibration) 27

2.9.5 Standart Vibrasi Pompa Sentrifugal 29

2.9.6 Pengolahan Data Vibrasi 31

2.9.6.1 Data Domain Waktu (Time Domain) 31

2.9.6.2 Data Domain Frekwensi (Frequency Domain) 32

2.10 Kerangka Konsep 33

BAB 3 Metode Penelitian

3.1 Tempat dan Waktu 35

3.2 Bahan,Peralatan,dan Metode 35

3.2.1 Bahan 35

3.2.2 Peralatan 37

3.2.3 Metode 41

3.3 Variabel yang Diamati 45

3.4 Pelaksanaan Penelitian 48

BAB 4 Hasil dan Pembahasan

4.1 Pendahuluan 49

4.2 Perhitungan Head Pompa 49

4.2.1 Tinggi Tekan Statis (Head Static) 50

4.2.2 Kehilangan Tinggi Tekan yang Terjadi pada Pipa Isap 51 4.2.3 Kehilangan Tinggi Tekan yang Terjadi pada Pipa Tekan 57 4.3 Hubungan Variasi Bukaan Katup dengan NPSHA pada Sisi Isap 63 4.4 Hubungan Variasi Bukaan Katup Isap dengan Tekanan pada

Manometer Isap 67

4.5 Hubungan Variasi Tinggi Tekan dengan Tekanan pada Manometer

Tekan 70

4.6 Hubungan Variasi Tinggi Tekan dengan Kapasitas Pengisian

Reservoir Tekan dan Putaran Poros Pompa 72

4.7 Analisa Getaran Pompa dengan Variasi NPSHA 81

4.7.1 Analisa Getaran Pompa pada NPSHA=10,30 m 81

(10)

4.7.3 Analisa Getaran Pompa pada NPSHA=10 m 100

4.7.4 Analisa Getaran Pompa pada NPSHA=8,61 m

4.7.5 Verifikasi Data Simpangan pada Berbagai Nilai NPSHA

4.7.6 Verifikasi Data Kecepatan pada Berbagai Nilai NPSHA

4.7.7 Verifikasi Data Percepatan pada Berbagai Nilai NPSHA

4.8 Analisa Temperatur pada Rumah Pompa

BAB 5 Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 5.2 Saran

Daftar Pustaka Lampiran

109 118 124 130 136

143 147

xvii xix

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Rumah Pompa Sentrifugal 8

Gambar 2.2. Kurva Pompa Aquavane KSB Type A32-160 10

Gambar 2.3. Skema Instalasi Pompa 12

Gambar 2.4. Kerusakan pada Permukaan Sudu Impeller akibat Kavitasi 18 Gambar 2.5. Posisi Pompa Terletak Diatas Permukaan Fluida yang diisap 21 Gamabr 2.6. Posisi Pompa Terletak Dibawah Permukaan Fluida yang

diisap 22

Gambar 2.7 Gerak Harmonik Sebagai Proyeksi Suatu Titik yang Bergerak

pada Lingkaran 25

Gambar 2.8. Gerak Priodik dengan Periode τ 26

Gambar 2.9. Sistem Pegas-Massa dan Diagram Benda Bebas 26

Gambar 2.10.

Gambar 2.11.

Sistem yang Terendam Karena Kekentalan dengan Eksitasi Harmonik

Standart ISO 10816-3 untuk Vibrasi

27 30

Gambar 2.12. Karakteristik Sinyal Statik dan Dinamik 31

Gambar 2.13. Hubungan Time Domain dengan Frequency Domain 32

Gambar 2.14. Kerangka Konsep Penelitian 34

Gambar 3.1. Pompa Sentrifugal 36

Gambar 3.2. Sistem Pemasangan Pompa dan Pendukungnya 36

Gambar 3.3. Profil Vibrometer Analog VM-3314A 38

Gambar 3.4. Profil Thermocouple Thermometer Tipe KW 06-278 Krisbow 39

Gambar 3.5. Profil Digital Photo Contact Tachometer 41

Gambar 3.6. Tampak Depan dan Samping Arah pengukuran 43

Gambar 3.7. Pengambilan Titik Pengukuran Vibrasi pada Pompa

Sentrifugal 44

Gambar 3.8. Tampak Depan dari Sistem Pemasangan Pompa dan

Instalasinya 46

Gambar 3.9. Tampak Atas dari Sistem Pemasangan Pompa dan Instalasinya 46

Gambar 3.10. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian 48

(12)

Gambar 4.2. Kehilangan Tinggi Tekan pada Pipa Isap 51

Gambar 4.3. Diagram Moody 53

Gambar 4.4. Kehilangan Tinggi Tekan Pipa Isap 57

Gambar 4.5. Kehilangan Tinggi Tekan Flowmeter 60

Gambar 4.6. Grafik Pembesaran dan Pengecilan Aliran Secara Tiba-Tiba 60

Gambar 4.7. Head Statis pada Sisi Isap Pompa 63

Gambar 4.8. Hubungan Variasi Bukaan Katup Isap dengan NPSHA 68

Gambar 4.9. Hubungan Variasi Tinggi Tekan dan Tekanan pada

Manometer Tekan 71

Gambar 4.10. Hubungan Tinggi Tekan dan Kapasitas Aktual untuk Kondisi

NPSHA=10,30m 76

Gambar 4.11. Hubungan Putaran Poros Pompa dan Kapasitas Aktual untuk

Kondisi NPSHA=10,30m 76

Gambar 4.12. Hubungan Tinggi Tekan dan Kapasitas Aktual untuk Kondisi

NPSHA=10,23m 77

Gambar 4.13. Hubungan Putaran Poros Pompa dan Kapasitas Aktual untuk

Kondisi NPSHA=10,23m 77

Gambar 4.14. Hubungan Tinggi Tekan dan Kapasitas Aktual untuk Kondisi

NPSHA=10m 78

Gambar 4.15. Hubungan Putaran Poros Pompa dan Kapasitas Aktual untuk

Kondisi NPSHA=10m 78

Gambar 4.16. Hubungan Tinggi Tekan dan Kapasitas Aktual untuk Kondisi

NPSHA=8,61m 79

Gambar 4.17. Hubungan Putaran Poros Pompa dan Kapasitas Aktual untuk

Kondisi NPSHA=8,61m 79

Gambar 4.18. Hubungan Head dan Kapasitas pada Masing-Masing Nilai

NPSHA 80

Gambar 4.19. Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 85

Gambar 4.20. Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 86

(13)

Domain 87 Gambar 4.22. Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 88 Gambar 4.23. Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 89 Gambar 4.24. Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 90 Gambar 4.25. Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 94

Gambar 4.26. Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 95

Gambar 4.27. Hubungan Percepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 96

Gambar 4.28. Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 97 Gambar 4.29. Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 98 Gambar 4.30. Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 99 Gambar 4.31. Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 103

Gambar 4.32. Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 104

Gambar 4.33. Hubungan Percepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 105

Gambar 4.34. Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 106 Gambar 4.35. Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 107 Gambar 4.36. Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 108 Gambar 4.37. Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 112

Gambar 4.38. Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 113

Gambar 4.39. Hubungan Percepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 114

Gambar 4.40. Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 115 Gambar 4.41. Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 116 Gambar 4.42. Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 117 Gambar 4.43. Perbandingan Displacement pada Arah Aksial Terhadap

(14)

Waktu pada NPSHA yang Bervariasi 119

Gambar 4.44. Laju Pertambahan Amplitudo Simpangan Terhadap NPSHA

pada Arah Aksial 120

Gambar 4.45. Perbandingan Displacement pada Arah Vertikal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang Bervariasi 121

Gambar 4.46. Laju Pertambahan Amplitudo Simpangan Terhadap NPSHA

pada Arah Vertikal 122

Gambar 4.47. Perbandingan Displacement pada Arah Horizontal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang Bervariasi 123

Gambar 4.48. Laju Pertambahan Amplitudo Simpangan Terhadap NPSHA

pada Arah Horizontal 124

Gambar 4.49. Perbandingan Velocity pada Arah Aksial Terhadap Waktu

pada NPSHA yang Bervariasi 125

Gambar 4.50. Laju Pertambahan Amplitudo Kecepatan Terhadap NPSHA

pada Arah Aksial 126

Gambar 4.51. Perbandingan Velocity pada Arah Vertikal Terhadap Waktu

pada NPSHA yang Bervariasi 127

Gambar 4.52. Laju Pertambahan Amplitudo Kecepatan Terhadap NPSHA

pada Arah Vertikal 128

Gambar 4.53. Perbandingan Velocity pada Arah Horizontal Terhadap Waktu

pada NPSHA yang Bervariasi 129

Gambar 4.54. Laju Pertambahan Amplitudo Kecepatan Terhadap NPSHA

pada Arah Horizontal 130

Gambar 4.55. Perbandingan Acceleration pada Arah Aksial Terhadap Waktu

pada NPSHA yang Bervariasi 131

Gambar 4.56. Laju Pertambahan Amplitudo Percepatan Terhadap NPSHA

pada Arah Aksial 132

Gambar 4.57. Perbandingan Acceleration pada Arah Vertikal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang Bervariasi 133

Gambar 4.58. Laju Pertambahan Amplitudo Percepatan Terhadap NPSHA

pada Arah Vertikal 134

(15)

Waktu pada NPSHA yang Bervariasi 135

Gambar 4.60. Laju Pertambahan Amplitudo Percepatan Terhadap NPSHA

pada Arah Horizontal 136

Gambar 4.61. Perbandingan Temperatur Rumah Pompa dengan NPSHA yang

Bervariasi untuk Kondisi Operasi Pompa Selama 1 jam 137 Gambar 4.62. Perbandingan Temperatur Rumah Pompa dengan NPSHA yang

Bervariasi untuk Kondisi Operasi Pompa Selama 2 jam 138 Gambar 4.63. Perbandingan Temperatur Rumah Pompa dengan NPSHA yang

Bervariasi untuk Kondisi Operasi Pompa Selama 3 jam 139 Gambar 4.64. Perbandingan Temperatur Rumah Pompa dengan NPSHA yang

Bervariasi untuk Kondisi Operasi Pompa Selama 4 jam 140 Gambar 4.65. Perbandingan Temperatur Rumah Pompa dengan NPSHA yang

Bervariasi untuk Kondisi Operasi Pompa Selama 5 jam 141 Gambar 4.66. Verifikasi Data Temperatur pada Berbagai Nilai NPSHA dan

(16)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Peralatan yang Dipasang pada Instalasi Pompa 47

Tabel 4.1 Kenaikan Kehilangan Tinggi Tekan dengan Tipe bukaan

Katup 64

Tabel 4.2 Nilai Koefisien Kopen untuk Tipe Screwed Valve 65

Tabel 4.3 Hubungan Bukaan Katup Isap dan Tekanan pada manometer

Isap 70

Tabel 4.4 Hubungan Variasi Tinggi Tekan dengan Kapasitas Pengisian

Reservoir Tekan dan Putaran Poros Pompa 75

Tabel 4.5 Data Rata-Rata Pengukuran Frekwensi Domain 81

Tabel 4.6 Data Rata-Rata Pengukuran Time Domain 81

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Frekwensi

Domain 83

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Time Domain 83 Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Frekwensi

Domain 83

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Time Domain 84 Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada

Frekwensi Domain 84

Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada Time

Domain 84

Tabel 4.13 Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 85

Tabel 4.14 Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 86

Tabel 4.15 Hubungan Percepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 87

Tabel 4.16 Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 88 Tabel 4.17 Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 89 Tabel 4.18 Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 90

(17)

Tabel 4.20 Data Rata-Rata Pengukuran Time Domain 91 Tabel 4.21 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Frekwensi

Domain 91

Tabel 4.22 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Time Domain 92 Tabel 4.23 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Frekwensi

Domain 92

Tabel 4.24 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Time Domain 92 Tabel 4.25 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada

Frekwensi Domain 93

Tabel 4.26 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada Time

Domain 93

Tabel 4.27 Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 94

Tabel 4.28 Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 95

Tabel 4.29 Hubungan Percepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 96

Tabel 4.30 Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 97 Tabel 4.31 Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 98 Tabel 4.32 Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 99

Tabel 4.33 Data Rata-Rata Pengukuran Frekwensi Domain 100

Tabel 4.34 Data Rata-Rata Pengukuran Time Domain 100

Tabel 4.35 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Frekwensi

Domain 100

Tabel 4.36 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Time Domain 101 Tabel 4.37 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Frekwensi

Domain 101

Tabel 4.38 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Time Domain 101 Tabel 4.39 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada

Frekwensi Domain 102

Tabel 4.40 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada Time

(18)

Tabel 4.41 Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 103

Tabel 4.42 Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 104

Tabel 4.43 Hubungan Percepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 105

Tabel 4.44 Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 106 Tabel 4.45 Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 107 Tabel 4.46 Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 108

Tabel 4.47 Data Rata-Rata Pengukuran Frekwensi Domain 109

Tabel 4.48 Data Rata-Rata Pengukuran Time Domain 109

Tabel 4.49 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Frekwensi

Domain 109

Tabel 4.50 Hasil Perhitungan ωt dan Amplitudo pada Time Domain 110 Tabel 4.51 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Frekwensi

Domain 110

Tabel 4.52 Hasil Perhitungan Karakteristik Getaran pada Time Domain 110 Tabel 4.53 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada

Frekwensi Domain 111

Tabel 4.54 Hasil Perhitungan Fungsi Karakteristik Getaran pada Time

Domain 111

Tabel 4.55 Hubungan Simpangan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 112

Tabel 4.56 Hubungan Kecepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 113

Tabel 4.57 Hubungan Percepatan dengan Frekwensi pada Frekwensi

Domain 114

Tabel 4.58 Hubungan Simpangan dengan Waktu pada Time Domain 115 Tabel 4.59 Hubungan Kecepatan dengan Waktu pada Time Domain 116 Tabel 4.60 Hubungan Percepatan dengan Waktu pada Time Domain 117 Tabel 4.61 Perbandingan Displacement pada Arah Aksial Terhadap

(19)

Tabel 4.62 Perbandingan Displacement pada Arah Vertikal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang bervariasi 120

Tabel 4.63 Perbandingan Displacement pada Arah Horizontal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang bervariasi 122

Tabel 4.64 Perbandingan Velocity pada Arah Aksial Terhadap Waktu

pada NPSHA yang bervariasi 124

Tabel 4.65 Perbandingan Velocity pada Arah Vertikal Terhadap Waktu

pada NPSHA yang bervariasi 126

Tabel 4.66 Perbandingan Velocity pada Arah Horizontal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang bervariasi 128

Tabel 4.67 Perbandingan Acceleration pada Arah Aksial Terhadap

Waktu pada NPSHA yang bervariasi 130

Tabel 4.68 Perbandingan Acceleration pada Arah Vertikal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang bervariasi 132

Tabel 4.69 Perbandingan Acceleration pada Arah Horizontal Terhadap

Waktu pada NPSHA yang bervariasi 134

Tabel 4.70 Rekapitulasi Hasil Pengukuran Temperatur pada Rumah Pompa untuk Masing-Masing Kondisi Operasi Pompa 137 Tabel 4.71 Verifikasi data temperatur pada berbagai nilai NPSHA dan

(20)

DAFTAR NOTASI

Simbol Arti Satuan

A Amplitudo m

f Frekwensi Hz

fn Frekwensi natural Hz

g Percepatan gravitasi m/s2

H Head m

hf Mayor loss m

hm Minor loss m

k Kekakuan N/m

m Massa kg

n Putaran rpm

NPSHA Head isap positif netto yang tersedia m

NPSHR Head isap positif netto yang dibutuhkan m

P Tekanan kgf/cm2

Pv Tekanan uap jenuh kgf/cm2

T Periode s

t Waktu tempuh s

w Berat N

x Displacement m

x Velocity m/s

x

 Acceleration m/s2

Z Head statis m

Simbol Yunani

τ Periode natural s

ρ Massa jenis fluida kg/m3

ω Frekwensi sudut rad/s

θ Sudut fase rad

μ Dynamic viscosity N.s/m2

υ Kinematic Viscosity m2/s

(21)

ABSTRAK

NPSH yang diperlukan oleh pompa (NPSHR).Pompa terhindar dari kavitasi jika NPSHA lebih

besar dari pada NPSHR.

Penelitian ini dilakukan dengan eksperimen dan analisa tentang perubahan prilaku kavitasi pada pompa sentrifugal akibat variasi NPSHA,perubahan temperatur fluida serta

fenomena kavitasi yang diolah secara statistik dengan program MS-Excel dan dianalisa sesuai perilaku getaran dan temperatur.

Kata Kunci:Pompa Sentrifugal,Kavitasi,NPSH,Sinyal Getaran,Temperatur

ABSTRACT

Positive Suction Head Available (NPSHA).Cavitation occurs when NPSHA drops blow NPSHR for

a centrifugal pump.

This research implemented with experiment and analysis about change of characteristic cavitation in centrifugal pump cause variation NPSHA, change of temperature and increase

MS-Excel and analyzing agree with vibration and temperature behavior.

(22)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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. Untuk menentukan suatu peralatan bekerja sesuai dengan kondisi terbaiknya diperlukan indikator, biasanya indikator yang sering digunakan adalah indikator yang dengan cepat mendapatkannya seperti temperatur dan vibrasi.

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.

Disamping keunggulan dan kehandalan dari pompa sentrifugal tersebut, masih banyak didapati kegagalan yang terjadi pada pengoperasian di lapangan. Kegagalan pompa sentrifugal diantaranya adalah kegagalan bantalan (bearing), penyetelan sambungan pada pompa dan motor,pondasi pompa,penggunaan bentuk maupun bahan rangka pompa, getaran pada pipa tekan dan kavitasi. Dalam hal kavitasi bagian pada pompa yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap pompa.Hal ini terjadi jika tekanan isap pompa terlalu rendah hingga dibawah tekanan uap jenuhnya, hal ini dapat menyebabkan : Suara berisik, getaran atau

(23)

kerusakan komponen pompa saat gelembung-gelembung fluida tersebut pecah ketika melalui daerah yang lebih tinggi tekanannya,Kapasitas pompa menjadi berkurang,Pompa tidak mampu membangkitkan head (beda tinggi tekan) dan Berkurangnya efisiensi pompa.

Dari beberapa keunggulan serta kelemahan pengoperasian dan pemilihan pompa sentrifugal, masih diperlukan penelitian yang lebih dalam tentang pengoperasian yang terbaik dari segi tinggi tekan dan kapasitas sehingga kavitasi pompa tidak terjadi dan pompa dapat beroperasi dalam keadaan baik , dimana dalam hal ini kavitasi dapat menjadi penghambatan kinerja pompa.

Penyelidikan dan pengujian kavitasi pada pompa telah dilakukan oleh beberapa peneliti dan balai pengujian dengan mengkaji dalam beberapa aspek yang berbeda yaitu: J. Jeremi and K.Dayton (2000) yang mendeteksi kavitasi yang mana eksperimen dilakukan pada sebuah pompa sentrifugal, fenomena kavitasi di deteksi dengan pemantauan tekanan masuk dinamik di bagian isap. Penelitian ini dapat dijadikan indikasi awal terjadinya kavitasi pada pompa dengan munculnya suara bising dan metode ini bisa digunakan untuk mengetahui keausan ring (seal). Seyed Farshid C.Hassan (2005), meneliti kavitasi pada pompa sentrifugal menggunakan spektrum sinyal kebisingan. Penelitian ini dilakukan dengan mengukur spektrum sinyal noise pada sudu pompa menggunakan satu mikropon dan satu P.C soundcard yang dilengkapi dengan Transform fourier dan Matlab 6.1 untuk mendapatkan frekwensi domain. Dari penelitian ini diperoleh bahwa perbedaan tekanan bunyi pada beberapa frekwensi dapat digunakan sebagai satu pemantauan utama permulaan kavitasi dan akibat kavitasi terhadap pompa.Demikian juga penelitian yang dilakukan Suyanto, Irham

(24)

(2007), melakukan penelitian kaji eksperimental fenomena kavitasi pada sudu pompa sentrifugal. Pada penelitian ini parameter yang digunakan untuk mengamati adalah angka Thoma (ap), dan hasil yang diperoleh bahwa kavitasi pada sudu pompa sentrifugal intensitasnya semakin besar pada angka kavitasi rendah yang disebabkan oleh tekanan isap yang rendah, temperatur fluida tinggi, kapasitas dan putaran besar. Selanjuntnya, Ni Yongyan Yuan Shouqi (2008), melakukan penelitian mendeteksi kavitasi pompa sentrifugal menggunakan sinyal percepatan getaran. Pada penelitian diketahui bahwa terjadinya kavitasi dengan pergerakan sinyal frekwensi secara acak pada frekwensi disekitar sudu impeller. Penelitian ini menggunakan metode Higuchi, ternyata sukses mendeteksi kavitasi pada pompa sentrifugal

Dengan dilandasi pada latar belakang di atas peneliti memandang perlu dilakukan suatu penelitian eksperimen dan analisa tentang perubahan prilaku kavitasi pada pompa sentrifugal akibat variasi Net Positive Suction Head Available(NPSHA),perubahan temperatur fluida serta peningkatan sinyal getaran

yang diukur pada rumah pompa sentrifugal .

1.2 Pembatasan Masalah

Pompa sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ini adalah pompa sentrifugal tipe single stage yang terdiri dari satu impeller dan satu casing. Pompa ini adalah pompa dengan kondisi baru sehingga dapat dianggap bahwa poros, impeller, kopling dalam kondisi baik (balance).Pompa sentrifugal ini mendistribusikan air dari reservoir isap ke reservoir tekan yang memiliki beda ketinggian 1 meter. Pembatasan masalah dalam tugas sarjana ini mencakup

(25)

permasalahan kavitasi yang dipengaruhi oleh variasi NPSHA,perubahan sinyal

getaran,dan temperatur fluida didalam rumah pompa.

1.3. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui penyebab terjadinya fenomena kavitasi pada pompa sentrifugal.

2. Mendeteksi fenomena kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan metode eksperimen menggunakan sinyal getaran.

3. Mengetahui hubungan kenaikan/penurunan temperatur fluida didalam housing pompa pada saat peristiwa kavitasi akibat variasi NPSHA.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini nantinya merupakan suatu upaya nyata pihak perguruan tinggi (khususnya lembaga penelitian) dalam memberikan informasi kepada dunia industri tentang hubungan pompa, fenomena kavitasi, getaran (vibrasi), dan temperatur.Adapun manfaat penelitian ini adalah:

1. Memberikan informasi mengenai metode pengujian fenomena kavitasi pada pompa sentrifugal dan sebagai acuan untuk menghindari terjadinya kavitasi.

2. Memberikan informasi kepada industri yang menggunakan pompa sentrifugal tentang pemanfaatan sinyal getaran dan temperatur didalam rumah pompa sebagai indikator pencegahan kavitasi.

(26)

BAB 2

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

(27)

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:

• gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat

• kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head.

2.2 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

1. Kapasitas :

• Kapasitas rendah : < 20 m3 / jam

• Kapasitas menengah : 20-60 m3 / jam

• Kapasitas tinggi : > 60 m3 / jam 2. Tekanan Discharge :

• Tekanan Rendah : < 5 Kg / cm2

• Tekanan menengah : 5 - 50 Kg / cm2

• Tekanan tinggi : > 50 Kg / cm2 3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

• Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing.

• Multi stage : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu casing.

(28)

• Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing.

• Multi Impeller – Multi stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage. 4. Posisi Poros :

• Poros tegak

• Poros mendatar 5. Jumlah Suction :

• Single Suction

• Double Suction

6. Arah aliran keluar impeller :

• Radial flow

• Axial flow

• Mixed fllow

2.3 Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal

Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat seperti gambar berikut:

(29)

Gambar 2.1 Rumah pompa sentrifugal

1. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.

2. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.

3. Shaft

Shaft (poros) berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

4. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.

(30)

5. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller. 6. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozzel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

7. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller. 8. 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.

9. Wearing Ring

Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.

10.Bearing

Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.

(31)

2.4 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.

(32)

2.5 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 (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial.Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

g V Z P H

. 2

2 + + =

γ

Lit 9,hal:105

Dimana:

H = Head total pompa (m)

γ

= Head tekanan (m)

Z = Head statis total (m)

g V

. 2

= Head kecepatan (m)

Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi-rugi energi (losses).

(33)

Gambar 2.3 Skema instalasi pompa

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

L A B A B A A B B L B B B B A A A A H Z Z g V g V P P H B ke A Loss H Z g V P H Z g V P + − + − + − = + + + = + + + ) ( ) . 2 . 2 ( ) ( ) ( . 2 . 2 2 2 2 2

γ

Karena γA = γB maka:

L A B A B A

B _Z _Z _H

g V V

P P

H = − + − )+( − )+

. 2 ( ) ( 2 2

γ

L ST H H g V P

H = ∆ + ∆ )+ + . 2 ( ) ( 2

γ

Dimana:

H = Head total pompa (m)

γ

P ∆

= Head pompa karena perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi

tekan (m) 1 3 4 2 5

A

B

No Keterangan Gambar 1 Reservoir isap 2 Pipa isap 3 Pompa 4 Pipa tekan 5 Reservoir tekan

(34)

g V

. 2

2 ∆

= Head yang diakibatkan karena ada perbedaan kecepatan (m)

HST = Head statis (m)

HL = Head loss dari A ke B (m)

2.5.1 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

d s

P P

−

= Lit 9,hal:126 Dimana:

γ

= Head tekanan (m)

γ

d P

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

γ

s P

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

2.5.2 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 :

(35)

g V g V

H_k d s

. 2 .

2 2

−

= Lit 9,hal:126 Dimana:

Hk = Head kecepatan

g V_d

. 2

= Energi kecepatan zat cair pada saluran tekan

g V_s

. 2

= Energi kecepatan zat cair pada saluran isap

2.5.3 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 = Z_d −Z_s Lit 9,hal:126 Dimana:

Z = Head statis total

Zd = Beda tinggi tekan statis pada sisi tekan Zs = 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.

(36)

2.5.4 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)

2.5.4.1Mayor Head Loss (Mayor Loss)

Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa yang dinyatakan dengan rumus :

g V D

L f h_f

. 2 . .

= Lit 9,hal:431 Dimana:

hf = Mayor loss (m)

f = Faktor gesekan L = Panjang pipa (m)

V = Kecepatan fluida dalam pipa (m/det) D = Diameter dalam pipa (mm)

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 diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa (e) yang tergantung dari jenis material pipa.Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus :

µ

ρ

.V .D

Re = Lit 9,hal:432 Dimana:

(37)

ρ

= Massa jenis fluida (kg/m3)

V = Kecepatan rata-rata aliran (m/det)

D= Diameter dalam pipa (mm)

µ

= Dynamic viscosity (N.s/m2)

Apabila aliran laminar (Re < 2100),faktor gesekan (f) dapat dicari dengan pendekatan rumus:

Re 64

f Lit 9,hal:433

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

2.5.4.2Minor Head Loss (Minor Loss)

Merupakan kerugian head pada fitting,elbow dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan Rumus :

g v f h_m

. 2 .

= Lit 9,hal:437 Dimana:

hm = Minor loss (m)

f = Koefisien kerugian dari fitting,elbow dan valve

2.5.4.3Total Loss

Total loss merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :

htot = hf +hm Lit 9,hal:430

(38)

g V D Le f h_tot

. 2 . .

= Lit 9,hal:430 Dimana:

htot = Total loss (m)

hf = Total mayor loss (m)

hm = Total minor loss (m)

Le = Panjang ekivalen dari fitting dan valve ditambah panjang pipa (m) f = Faktor gesekan

2.6 Kecepatan Spesifik Pompa

Performansi pompa sentrifugal (kecuali turbin regeneratif) 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:

4 3 2 1 .

H Q N

Ns = Lit 18,hal:46 Dimana:

NS = Kecepatan spesifik pompa (m/min)

N = Putaran pompa (rpm) Q = Kapasitas pompa (m3/min) H = Head total pompa (m)

(39)

2.7 Kavitasi

Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa.

Gambar 2.4 Kerusakan pada permukaan sudu impeller akibat kavitasi

Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada dinding namun bila hal itu terjadi berulang-ulang maka bisa mengakibatkan terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material bisa rusak oleh kavitasi

(40)

masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab akan menyebabkan erosi pada dinding impeller. Bagian dari pompa sentrifugal yang paling rawan terkena kavitasi adalah sisi impeller dekat sisi isap yang bertekanan rendah juga tutup impeller bagian depan yang berhubungan dengan sisi isap. Hammit (Karassik dkk, 1976) menemukan hubungan yang rumit antara kecepatan aliran dengan kerusakan pada pompa akibat kavitasi. Kerusakan tersebut akan meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan aliran.Kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal sangatlah merugikan. Hal-hal yang diakibatkan oleh kavitasi antara lain: terjadinya suara berisik dan getaran (noise and vibration),terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding pipa isap,performansi pompa akan turun,bisa menyebabkan kerusakan pada impeller.Kavitasi sedapat mungkin harus dihindari agar impeller dan komponen-komponen pompa yang lain bisa lebih awet. Cara-cara yang bisa digunakan untuk menghindari terjadinya kavitasi antara lain : Tekanan sisi isap tidak boleh terlalu rendah (pompa tidak boleh diletakkan jauh di atas permukaan cairan yang dipompa sebab menyebabkan head statisnya besar),Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar (bagian yang mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan rendah. Oleh karena itu besarnya kecepatan aliran harus dibatasi, caranya dengan membatasi diameter pipa isap (tidak boleh terlalu kecil).Menghindari instalasi berupa belokan-belokan tajam (pada belokan yang tajam kecepatan aliran fluida akan meningkat sedangkan tekanan fluida akan turun sehingga menjadi rawan terhadap kavitasi).

(41)

2.8 Net Positive Suction Head (NPSH)

Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis suatu aliran turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya.Untuk menghindati kavitasi diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran didalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan.Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang memegang peran penting.Pertama,tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang,dan kedua,tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran didalam pompa.

Berhubungan dengan dua hal diatas maka didefinisikanlah suatu Net Positive Suction Head (NPSH) atau Head Isap Positif Neto yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi.Ada dua macam NPSH,yaitu NPSH yang tersedia pada sistem (instalasi),dan NPSH yang diperlukan oleh pompa. Pompa terhindar dari kavitasi jika NPSH yang tersedia lebih besar daripada NPSH yang dibutuhkan.

2.8.1 Net Positive Suction Head Available (NPSH yang tersedia)

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut.Dalam hal pompa yang mengisap zat cair dari tempat terbuka,maka besarnya NPSH yang tersedia dapat dituliskan sebagai berikut:

sv hs hls

Pv Pa

h = − − −

γ

Lit 18,hal:44

Dimana:

(42)

Pv = Tekanan uap jenuh (kg/m2)

γ = Berat zat cair per satuan volume (kg/m3

)

hs = Head isap statis (m), hs adalah positif (bertanda +) jika pompa terletak

diatas permukaan zat cair,dan negatif (bertanda -) jika dibawah. hls = Kerugian head didalam pipa isap (m).

Jika zat cair diisap dari tangki tertutup,maka harga Pa menyatakan tekanan

mutlak yang bekerja pada permukaan zat cair didalam tangki tertutup tersebut.Khususnya jika tekanan diatas permukaan zat cair sama dengan tekanan uap jenuhnya,maka Pa = Pv.Dalam hal pompa yang mengisap zat cair dari tempat

terbuka,maka besarnya NPSH yang tersedia dapat dituliskan sebagai berikut: h_sv = −h_s −h_ls Lit 18,hal:45 Harga hs adalah negatif (-) karena permukaan zat cair didalam tangki lebih tinggi

dari pada sisi isap pompa.Pemasangan pompa semacam ini diperlukan untuk mendapatkan harga NPSHA positif.

hls

hsv

g v hsv

. 2

−

g v

. 2

γ Pa

γ Pv

Referensi EL

(43)

Gambar 2.6 Posisi pompa terletak dibawah permukaan fluida yang diisap

2.8.2 Net Positive Suction Head Required (NPSH yang diperlukan)

Tekanan terendah didalam pompa biasanya terdapat disuatu titik dekat setelah sisi masuk sudu impeller.ditempat tersebut,tekanan adalah lebih rendah dari pada tekanan pada lubang isap pompa.Hal ini disebabkan oleh kerugian head dinosel isap,kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit,dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat.

Agar tidak terjadi pengupan zat cair,maka tekanan pada lubang masuk pompa dikurangi dengan penurunan tekanan didalam pompa harus lebih tinggi dari pada tekanan uap zat cair.Head tekanan yang besar sama dengan penurunan tekanan ini disebut NPSH yang diperlukan/net positive suction head required.Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap pompa.Untuk suatu pompa tertentu , NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan putarannya.Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi,maka harus dipenuhi syarat NPSH yang tersedia lebih besar dari pada NPSH yang

hsv hs g

. 2

hls

g v hsv

. 2

−

Referensi

HGL EL

(44)

diperlukan.Harga NPSH yang diperlukan harus diperoleh dari pabrikan pompa yang bersangkutan.Namun untuk penaksiran secara kasar,NPSH yang diperlukan dapat dihitung dengan persamaan:

N N sv

H H =

σ

Lit 18,hal:45 Dimana:

σ = Koefisien kavitasi Thoma HsvN = NPSH yang diperlukan (m)

HN = Head total pompa pada titik efisiensi maksimum (m).

Kecepatan spesifik sisi isap (S) dapat juga digunakan sebagai pengganti Koefisien kavitasi Thoma dalam menghitung NPSH yang diperlukan.Hubungannya dapat dilihat dalam persamaan:

_svN ( )4/3.Q_N2/3 S

H = Lit 18,hal:45

Dimana:

HsvN = NPSH yang diperlukan (m)

n = Putaran pompa (rpm) QN = Kapasitas pompa (m3/min)

S = Kecepatan spesifik sisi isap (m/min).

2.9 Sinyal Getaran (Vibrasi)

Indikator yang baik untuk menentukan apakah suatu peralatan yang berputar dalam kondisi baik adalah getaran, semangkin kecil nilai suatu getaran semangkin baik peralatan tersebut, sebaliknya apabila suatu peralatan yang berputar mempunyai getaran yang besar atau tinggi maka kondisi peralatan

(45)

tersebut cukup rawan. Oleh karena itu, suatu peralatan yang berputar sebaiknya memiliki suatu nilai getaran standart dan batasan getaran yang diperbolehkan (dibuat oleh pabrik pembuatan peralatan tersebut), sehingga apabila nilai getaran yang terjadi diluar batasan yang diizinkan maka peralatan tersebut harus menjalani tindakan perawatan (perbaikan).

2.9.1 Gerak Harmonik

Gerak osilasi dapat berulang secara teratur. Jika gerak itu berulang dalam selang disebut waktu yang sama, maka geraknya disebut gerak periodik. Waktu pengulangan τ disebut dengan periode osilasi dan kebalikannya, f = 1/ τ disebut frekwensi. Jika gerak dinyatakan dalam fungsi waktu x(t), maka setiap gerak periodik harus memenuhi hubungan (t)=x(1+ τ ). Secara umum, gerak harmonik dinyatakan dengan persamaan:

τ

π

t Sin A

x = . 2 Lit 20,hal:6 dimana A adalah amplitudo osilasi yang diukur dari posisi setimbang massa, dan τ adalah periode dimana gerak diulang pada t = τ. Gerak harmonik sering dinyatakan sebagai proyeksi suatu titik yang bergerak melingkar dengan kecepatan tetap pada suatu garis lurus, seperti terlihat pada Gambar 2.5.Dengan kecepatan sudut garis OP sebesar ω, perpindahan simpangan x dapat dituliskan sebagai:

x = A.Sin

ϖ

t Lit 20,hal:7 Besaran ω biasanya diukur dalam radian per detik dan disebut frekwensi lingkaran. Oleh karena gerak berulang dalam 2π radian, maka didapat hubungan:

(46)

π

ϖ

= 2 = 2 Lit 20,hal:7 dengan τ dan f adalah periode dan frekuensi gerak harmonik berturut-turut dan biasanya diukur dalam detik dan siklus per detik.

Kecepatan dan percepatan gerak harmonik dapat diperoleh secara mudah dengan diferensiasi simpangan gerak harmonik. Dengan menggunakan notasi titik untuk turunannya, maka didapat:

)

2 sin(

cos

ϖ

π

ϖ

= +

= A t A t

x Lit 20,hal:7

x= −

ϖ

Asin

ϖ

t =

ϖ

2Asin(

ϖ

π

) Lit 20,hal:7

Gambar 2.7 Gerak Harmonik sebagai proyeksi suatu titik yang bergerak pada lingkaran

2.9.2 Gerak Periodik

Pada getaran biasanya beberapa frekwensi yang berbeda ada secara bersama-sama. Sebagai contoh, getaran dawai biola terdiri dari frekwensi dasar f dan semua harmoniknya 2f, 3f, dan seterusnya. Contoh lain adalah getaran bebas sistem dengan banyak derajat kebebasan, dimana getaran pada tiap frekwensi natural memberi sumbangannya. Getaran semacam ini menghasilkan bentuk gelombang kompleks yang diulang secara periodik seperti Gambar 2.8.

(47)

Gambar 2.8 Gerak periodik dengan periode τ

2.9.3 Getaran Bebas (Free Vibration)

Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (inherent) dan apabila tidak ada gaya luar yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergetar pada satu atau lebih frekwensi naturalnya yang merupakan sifat dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekakuannya.

Gambar 2.9 Sistem pegas-massa dan diagram benda bebas

Hukum Newton kedua adalah dasar pertama untuk meneliti gerak sistem, pada gambar 2.9 perubahan bentuk pegas pada posisi kesetimbangan adalah Δ dan gaya pegas kΔ adalah sama dengan gaya gravitasi w yang bekerja pada massa m.

k∆ = w = mg Lit 20,hal:18 Hukum Newton kedua untuk gerak diterapkan pada massa m:

(48)

dan karena kΔ=w,diperoleh:

mx= −kx Lit 20,hal:18 frekwensi lingkaran

m k

n =

ϖ

, sehingga:

0 2

= + x x

ϖ

 Lit 20,hal:19 sehingga persamaan umum persamaan diferensial linier orde kedua yang homogen:

0 cos

sin + =

= A t B t

ϖ

_n Lit 20,hal:19

Perioda natural osilasi dibentuk dari

ϖ

τ

= 2

π

, atau:

k m

π

τ

= 2 Lit 20,hal:19 dan frekuensi natural adalah:

k m

f_n

π

τ

= Lit 20,hal:19

2.9.4 Getaran Paksa (Forced Vibration)

Getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar disebut getaran paksa seperti pada Gambar 2.10. Eksitasi ini biasanya dihasilkan oleh ke tidak seimbangan pada mesin-mesin yang berputar.

(49)

Persamaan diferensial geraknya adalah:

mx+cx+ kx = F₀ sin

ϖ

t Lit 20,hal:51 Solusi khusus persamaan diatas adalah keadaan tunak (steady state) dengan frekwensi ω yang sama dengan frekwensi eksitasi. Solusi khusus dapat diasumsikan berbentuk:

) sin(

ϖ

−

φ

= X t

x Lit 20,hal:52 dengan A adalah amplitudo osilasi dan ф adalah beda fase simpangan terhadap gaya eksitasi,sehingga diperoleh:

2 2 2 ) ( )

(k m

ω

ϖ

+ −

= * Lit 20,hal:52

dan 2 1 tan

ϖ

φ

m k c − = −

** Lit 20,hal:52

Dengan membagi pembilang dan penyebut persamaan * dan ** dengan k, diperoleh: 2 2 2 ) ( ) 1 ( k c k m k Fo A

ϖ

ω

₊ −

= Lit 20,hal:52

) ( 1 tan ₂ k m k c

ϖ

φ

−

= Lit 20,hal:53

Persamaan-persamaan di atas selanjutnya dapat dinyatakan dalam besaran-besaran berikut:

(50)

= =

m k

ϖ

frekwensi natural osilasi tanpa redaman

= n

e m

C 2

ϖ

redaman kritis

= =

C C

ς

faktor redaman

n e e k C C C k C

ϖ

ς

ϖ

₌ ₌ ₌ ₂

Jadi persamaan amplitude dan fasa yang non-dimensional menjadi:

2 2 2 ( 2 ) ( 1 1       +       − = n n o F Xk

ϖ

ς

ϖ

Lit 20,hal:53 2 1 2 tan     −     = n n

ϖ

ς

φ

Lit 20,hal:53

2.9.5 Standart Vibrasi Pompa Sentrifugal

Sampai saat ini sangat sulit untuk mendapatkan standart vibrasi untuk pompa sentrifugal,bahkan pabrikan pembuat pompa tidak dapat memberikan standar vibrasi dari pompa buatanya.Demikian juga dengan vibrasi yang timbul akibat kesalahan perencanaan dan pengoperasian,seperti tinggi tekan dan kapasitas pompa jauh lebih besar dari tinggi tekan sistem atau instalasi.Sehingga pengoperasian yang dilakukan dengan mengatur secara paksa tinggi tekan dan kapasitas yang akan menimbulkan vibrasi yang besar.Berdasarkan standart ISO 10816-3 untuk standart vibrasi,memberikan batasan-batasan vibrasi berdasarkan

(51)

kecepatan (velocity) yang dikategorikan dalam beberapa zona dan warna seperti ditunjukkan pada gambar 2.11.

Velocity 10-1000Hz>600rpm 2-1000Hz>120rpm

7.1 4.5

3.5 2.8

` 2.3

1.4 0.71 x 10-5m/s rigid flexible rigid flexible rigid flexible rigid flexible FOUNDATION

pumps > 15 KW radial,axial,mixed flow

medium size machine 15 KW<P<300KW

large machine

300KW<P<50MW MACHINE TYPE integrated driver external driver motors

160mm<H<315mm

motors 315<H

Group 4 Group 3 Group 2 Group 1 Group

Gambar 2.11 Standart ISO 10816-3 untuk vibrasi

Dari gambar 2.11 dapat dilihat bahwa sesuai dengan standart vibrasi ISO 10816-3 untuk vibrasi dikategorikan kepada 4 zona yaitu:

a. Zona A berwarna hijau,vibrasi dari mesin sangat baik dan dibawah vibrasi yang diijinkan.

b. Zona B berwarna hijau muda,vibrasi dari mesin baik dan dapat dioperasikan karena masih dalam batas yang diizinkan.

c. Zona C berwarna kuning,vibrasi dari mesin dalam batas toleransi dan hanya dioperasikan dalam waktu terbatas.

d. Zona D berwarna merah,vibrasi dari mesin dalam batas berbahaya dan dapat terjadi kerusakan sewaktu-waktu.

(52)

2.9.6 Pengolahan Data Vibrasi

2.9.6.1Data Domain Waktu (Time Domain)

Pengolahan data time domain melibatkan data hasil pengukuran objek pemantauan sinyal getaran, tekanan fluida kerja, temperatur fluida kerja maupun aliran fluida kerja. Dalam kasus pengukuran temperatur dengan termometer yang konvensional karena karakteristik alat ukurnya, maka tidak dapat dilakukan pengukuran temperatur secara dinamik. Demikian pula halnya dengan pengukuran aliran fluida kerja, sehingga untuk memungkinkan pengukuran objek pemantauan berupa sinyal dinamik, maka diperlukan sensor yang memiliki karakteristik dinamik tertentu.

Gambar 2.12 Karakteristik sinyal statik dan dinamik

Hasil pengukuran objek pemantauan dalam domain waktu seperti Gambar 2.12 dapat berupa sinyal:

1. Sinyal statik, yaitu sinyal yang karakteristiknya (misal: amplitudo, arah kerjanya) tidak berubah terhadap waktu.

2. Sinyal dinamik, yaitu sinyal yang karakteristiknya berubah terhadap waktu, sehingga tidak konstan.

(53)

Sinyal dinamik yang sering ditemui dalam praktek berasal dari sinyal getaran, baik yang diukur menggunakan accelerometer, vibrometer, maupun sensor simpangan getaran.Untuk keperluan pengolahan sinyal getaran dalam time domain, perlu diperhatikan karakteristik sinyal getaran yang dideteksi oleh masing-masing sensor percepatan (acceleration), kecepatan (velocity), dan simpangan getaran (displacement).

2.9.6.2Data Domain Frekwensi (Frequency Domain)

Pengolahan data frekwensi domain umumnya dilakukan dengan tujuan: a. Untuk memeriksa apakah amplitudo suatu frequency domain dalam

batas yang diizinkan oleh standart.

b. Untuk memeriksa apakah amplitudo untuk rentang frekwensi tertentu masih berada dalam batas yang diizinkan oleh standart.

c. Untuk tujuan keperluan diagnosis.

Secara konseptual,pengolahan frequency domain dilakukan dengan mengkonversikan data time domain ke dalam frequency domain.Dalam praktiknya proses konversi ini dilakukan menggunakan proses Transformasi Fourier Cepat seperti terlihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Hubungan time domain dengan frequency domain Fre q ue nc y Do m a in

F F T

F F T Tim e Do m a in

(54)

Data domain waktu merupakan respon total sinyal getaran, sehingga karakteristik masing-masing sinyal getarannya tidak terlihat jelas. Dengan bantuan konsep deret Fourier, maka sinyal getaran ini dapat dipilah-pilah menjadi komponen dalam bentuk sinyal sinus yang frekwensinya merupakan frekwensi-frekwensi dasar dan harmoniknya.

2.10 Kerangka Konsep

Sejalan dengan rumusan masalah dan tujuan yang ingin dicapai, maka konsep pemecahan masalah dalam kegiatan penelitian eksperimen ini dijabarkan secara terstruktur dalam diagram konseptual penelitian, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14.

(55)

Gambar 2.14 Kerangka Konsep Penelitian Permasalahan :

Fenomena kavitasi pada pompa sentrifugal dengan menggunakan parameter sinyal getaran dan perubahan temperatur fluida didalam

rumah pompa

Metode:

Pengujian kavitasi Pada pompa

sentrifugal

Eksperimen:

Variabel yang diamati dalam penelitian:

- Tinggi tekan total pompa (head)

- Kapasitas pengisian tangki tekan

- Net positive suction head available (NPSHA)

- Putaran poros pompa - Temperatur rumah pompa - Simpangan (displacement) - Kecepatan (velocity) - Percepatan (acceleration) - Frekwensi Maksimum Instrumen:

- Thermometer

thermocouple

- Manometer - Flow meter - Gate valve

- Techometer digital

- Vibrometer _{Pompa Sentrifugal}Inslatasi:

KSB Type A32-160

Data :

Diperoleh data terjadinya fenomena kavitasi pada pompa akibat

variasi NPSHA ,dengan indikasi kenaikan/penurunan respon getaran

dan temperatur pada rumah pompa.

Analisis Data:

Analisa fenomena kavitasi pada pompa

(56)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Noise and Vibration, gedung Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini dilaksanakan dengan menggunakan instalasi pompa sentrifugal yang tersedia di Laboratorium dengan penambahan beberapa intrumentasi guna menunjang jalannya penelitian. Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal pengesahan sampai dinyatakan selesai,yang direncanakan berlangsung selama ± 5 bulan yaitu pada bulan juni sampai dengan oktober 2009.

3.2 Bahan, Peralatan dan Metode 3.2.1 Bahan

Dalam penelitian ini, subjek penelitian adalah instalasi pengujian pompa sentrifugal seperti Gambar 3.1.Adapun spesifikasi pompa sebagai berikut :

Merk : Aquavane KSB

Tipe : A 32- 160

Tinggi Tekan : 9 meter Kapasitas : 3 Ltr/dt

Daya : 746 Watt ( 1 Hp ) Voltage : 230 Volt

(57)

Gambar 3.1 Pompa sentrifugal

Pompa ini adalah pompa dengan kondisi baru sehingga dapat dianggap bahwa poros, impeller, kopling dalam kondisi baik (balance). Pemasangan sistem perpompaan dan peralatan pendukungnya dapat dilihat seperti gambar berikut:

Keterangan gambar:

1. Reservoir isap 5. Pompa sentrifugal 9. Flowmeter

2. Katup pipa isap 6. Penyangga 10. Katup pipa tekan

3. Pipa isap 7. Pipa tekan 11. Reservoir tekan

4. Manometer isap 8. Manometer tekan 12. Pipa sirkulasi

(58)

Proses kerja sistem instalasi pada Gambar 3.2 dimulai dengan pompa mengambil air dari tangki air masuk melalui pipa isap berdiameter 60 mm dan memompakannya melalui pipa tekan berdiameter 60 mm ke tangki keluar. Pada pipa tekan dilengkapi dengan manometer, meter air, katup sebagai pengatur tinggi tekan sistem dan penyangga pipa. Pipa sirkulasi berdiameter 75 mm, dipasang menghubungkan tangki air masuk dan tangki air keluar untuk menjaga sirkulasi air.

3.2.2 Peralatan

a.Vibrometer

Untuk melakukan pengukuran terhadap tingkat vibrasi yang terjadi pada pompa digunakan instrumen pengukur sinyal vibrasi, yaitu Vibrometer analog VM 3314A seperti Gambar 3.3. Setting instrumen pengukur vibrasi ini dilakukan pada saat akan melakukan pengukuran sinyal vibrasi.

Spesifikasi Vibrometer Analog VM-3314A sebagai berikut: Tingkat vibrasi: 10 – 1.000 Hz

Output: 2V P-P (when full scale of indicator load 100 kΩ)

Sumber daya: dua buah baterai 5,6V (HM-4N buatan Matsushita atau TR-16A buatan Malory).

Tingkat pengukuran:

 Simpangan (all amplitude): 0,1 – 1.000 µm (P-P); 6 tingkat

 Kecepatan (peak): 0,001 – 5 cm/sec; 5 tingkat

 Percepatan (peak): 0,001 – 5 g; 5 tingkat Error of switching sensitivity: ± 3%

(59)

Error of sensitivity: ± 5% (pada 63 Hz) Ratio S/N (signal to noise): > 40 dB Error scale of indicator: ± 3%

Gambar 3.3 Profil vibrometer analog VM-3314A, IMC Corporation, Japan

b. Thermocouple Thermometer

Untuk melakukan pengukuran temperatur yang terjadi didalam rumah pompa digunakan instrumen pengukuran temperatur,yaitu Thermocouple Thermometer Tipe KW 06-278 Krisbow seperti Gambar 3.4.Setting instrumen pengukuran temperatur ini dilakukan pada saat akan melakukan pengukuran temperatur fluida didalam rumah pompa.

Spesifikasi Thermocouple Thermometer Tipe KW 06-278 Krisbow sebagai berikut:

(60)

• Nama : Digital thermometer, single input

• Input sensitivity : User selectable 0.1oC or 1 oC

• Temperature range : -50.0 oC ~ 1300 oC : - 58 oF ~ 2000 oF

• Accuracy range : ± 0.5 % ± 1 oC : ± 0.5 % ± 2 oF

• Ukuran : 165 x 76 x 43 mm

• Berat : 403 gram

• Sumber daya : dua buah baterai 1,5 V Alkaline

Gambar 3.4 Profil thermocouple thermometer tipe KW 06-278 Krisbow

c. Digital Photo Contact Tachometer

Untuk melakukan pengukuran putaran yang terjadi pada pompa digunakan instrumen pengukuran putaran,yaitu Digital Photo Contact

(61)

Tachometer seperti Gambar 3.5.Setting instrumen pengukuran putaran ini dilakukan pada saat pompa dijalankan dengan variasi tinggi tekan dan NPSHA pompa.

Spesifikasi Digital Photo Contact Tachometer sebagai berikut:

• Nama : Digital Photo Contact Tachometer

• Display : Photo Tach (5 to 99,999 rpm)

Contact Tach (0,5 to 19,999 rpm)

• Resulotion : Photo Tach/Contact Tach - 0,1 rpm (0,5 to 999,9 rpm) - 1 rpm (over 1,000 rpm)

• Accuracy : ± (0,05 % + 1 Digit)

• Sampling Time : Photo Tach (1 sec over 60 rpm) Contact Tach (1 sec over 6 rpm)

• Battery : 4 x 1,5 V AA (UM-3) Battery

• Size : 215 x 65 x 38 mm

(62)

Gambar 3.5 Profil digital photo contact tachometer

3.2.3 Metode

Metode pengujian yang dilakukan pada penelitian ini terdiri dari 2 tahapan, yaitu pengujian langsung dan pengujian tak langsung. Pada unit pengujian langsung, seluruh variabel yang diukur langsung pada saat penelitian, nilainya bisa langsung diketahui tanpa perhitungan lebih lanjut. Tahapan pengujian langsung terdiri dari pengukuran beda tinggi tekan statis (m), tekanan isap (cm.Hg),temperatur fluida didalam rumah pompa (oC),tekanan fluida sisi tekan (kgf/cm2),kapasitas fluida pengisisan reservoir tekan (m3/s),sinyal getaran dan putaran pompa (rpm).Alat bantu yang digunakan adalah thermocouple

thermometer (oC), ,manometer isap (cm.Hg), manometer tekan

(63)

pengujian langsung digunakan sebagai input data untuk mendapatkan nilai unit pengujian tak langsung.

Pada unit pengujian tak langsung, seluruh variabel nilainya didapat dari perhitungan dan digunakan bahan pengamatan atau analisis. Pada pengujian ini variabel yang dihitung terdiri dari NPSHA (m), beda tinggi tekan total (m),dan

fenomena kavitasi.

Data hasil pengujian ini akan dikembangkan dengan suatu metode statistik untuk mengetahui pengaruh variasi NPSHA, sinyal getaran dan kenaikan

temperatur fluida terhadap fenomena kavitasi.Penelitian terhadap kehandalan pompa dilakukan secara eksperimental dengan tahapan sebagai berikut:

a. Tahap 1, Pengujian kerja sistem instalasi

Proses kerja sistem instalasi pada (Gambar 3.2) dimulai dengan pompa mengambil air dari tangki air masuk melalui pipa isap berdiameter 60 mm dan memompakannya melalui pipa tekan berdiameter 60 mm ke tangki keluar. Pada pipa tekan dilengkapi dengan manometer, flowmeter, katup sebagai pengatur tinggi tekan sistem dan penyangga pipa. Pipa sirkulasi berdiameter 75 mm, dipasang menghubungkan tangki air masuk dan tangki air keluar untuk menjaga sirkulasi air.

b.Tahap 2, Pengukuran Getaran

Penyelidikan sinyal getaran yang timbul akibat variasi NPSHA pompa

dengan titik pengukuran searah sumbu vertikal, horizontal dan aksial.Pengukuran dilakukan pada titik yang telah ditentukan dengan pengambilan berdasarkan time domain dan frequency domain. Titik berat pengukuran berada pada pompa sentrifugal sebagai subjek penelitian dengan titik pengukuran seperti Gambar 3.5

(64)

dan Gambar 3.6. Pengukuran arah aksial untuk mendapatkan getaran arah aksial yang ditimbulkan oleh impeller, arah vertikal dan horizontal digunakan untuk mendapatkan getaran yang timbul akibat gaya radial pompa.Sedangkan pengukuran ketiga arah dimaksudkan untuk mendapatkan arah getaran tertinggi dari pompa. Pengambilan titik pengukuran (P-01) dengan pertimbangan pada titik P-01 akan didapat respon getaran yang ditimbulkan akibat variasi NPSHA, dimana

titik P-01 berada di rumah pompa.

Gambar 3.6 Tampak depan dan tampak samping arah pengukuran

V

A

V

(65)

Gambar 3.7 Pengambilan titik pengukuran vibrasi pada pompa sentrifugal Keterangan Gambar: P-01 : Titik Pengukuran

A : Arah Aksial V : Arah Vertikal H : Arah Horizontal c. Tahap 3, Pengukuran temperatur fluida

Pengukuran temperatur dilakukan pada fluida di dalam rumah pada tiap kondisi tinggi tekan pompa yang bervariasi dengan tahapan pengukuran temperatur fluida sebagai berikut:

1. Pasangkan Single Input Thermocouple Thermometer di dalam rumah pompa yang akan diukur temperatur fluidanya.

2. Hidupkan pompa untuk memulai pengujian selama 1 jam sebelum dilakukan pengujian, hal ini diperlukan untuk pengecekan apakah sistem dan alat-alat ukur yang dipasang sudah berfungsi dengan baik.

3. Variasikan NPSHA dan diamati kenaikan dan penurunan temperatur fluida

didalam rumah pompa selama kondisi operasi pompa 1 jam,2 jam,3 jam,4 jam,dan 5 jam .

H

V

A

(1)

4) Kondisi operasi 4jam

- Untuk NPSHA=10,30 m,temperatur rata-rata 29,9267 oC.

- Untuk NPSHA=10,23 m,temperatur rata-rata 29,9522 oC.

- Untuk NPSHA=10 m,temperatur rata-rata 30,0211 oC.

- Untuk NPSHA=8,61 m,temperatur rata-rata 30,1956 oC.

5) Kondisi operasi 5jam

- Untuk NPSHA=10,30 m,temperatur rata-rata 30,1878 oC.

- Untuk NPSHA=10,23 m,temperatur rata-rata 30,1978 oC.

- Untuk NPSHA=10 m,temperatur rata-rata 30,2200 oC.

- Untuk NPSHA=8,61 m,temperatur rata-rata 30,2922oC.

5.2 Saran

Setelah dilakukannya penelitian ini,peneliti merasa perlu untuk menyarankan kepada rekan-rekan peneliti berikutnya:

1. Melanjutkan penelitian yang telah dilakukan dengan menambah jumlah titik pengukuran getaran untuk memperoleh hasil yang lebih baik.

2. Memvariasikan suhu fluida yang masuk kedalam pompa dengan cara memanaskan atau mendinginkan fluida didalam reservoir isap.

(2)

DAFTAR PUSTAKA

1. Anwir,B.S,dkk.1982. Kamus Teknik Dalam Tiga Bahasa. Jakarta: PT.Pradnya Paramita.

2. Bloch, Heinz P.1989. Process Plant Machinery. Texas-USA:Butterworth Publisher.

3. Dietzel,Sriyono.1988.Turbin,Pompa Dan Kompresor.Jakarta:Erlangga. 4. Harahap,Filino.1978. Mekanika Fluida.Bandung:Departemen Mesin

Institut Teknologi Bandung.

5. Jeremy,Kenwood.2005.Detection Cavitation In Centrifugal Pumps. Nevada-USA:Research Engineer Rotor Bently Rotor Dynamic.

6. Karassik,Carter.1960.Centrifugal Pump,New York:Mc Graw-Hill,Inc. 7. Kent,William.1962.Mechanical Engineers’ Handbook In Two Volumes

Power Volume.New York:John Wiley And Sons,Inc.

8. Maintenance Departement .Maintenance Basic Training. Lhokseumawe: PT.Asean Aceh Fertilizer.

9. Munson,Bruce,R.2006.Fundamental Of Fluid Mechanics.Iowa-USA:John Wiley And Sons,Inc.

10.Nursuhut,Pudjanarsa,2006.Mesin Konversi Energi.Yogyakarta: Andi Yogyakarta.

11.Permana,Budi.1996.Microsoft Excel For Windows 95 Versi 7.0.Bandung:PT.Gramedia.

12.Prasetyo,Lea.1986.Teori Getaran Dengan Penerapanya.Jakarta:Erlangga. 13.Product Catalogue.1993.Pvc Pipe And Fitting.Surabaya:Maspion Group.

(3)

14.Raswari.1986.Teknologi Dan Perencanaan Sistem Perpipaan.Jakarta:UI-Press.

15.Rosaler,Robert ,C.1995.Standart Handbook Of Plant Engineering.New York: Mc Graw-Hill,Inc.

16.Seyed,Farshid C,Hassan.2005.Cavitation Detection Of Centrifugal Pump Using Noise Spectrum.California-USA:ASME International Design Engineering Conferences And Information.

17.Streeter,Benyamin,W.,1992.Mekanika Fluida,Jakarta:Erlangga.

18.Sularso,Kiyokatsu.1978.Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin.Jakarta:PT.Pradnya Paramita.

19.Sularso, Tahara, H.1991.Pompa & Kompresor Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan.Jakarta:PT Pradnya Paramita.

20.Thomson,William,T.1993. Vibration With Applications. California: Prentice-Hall International.

21.Yuan,Yongyan,Ni.2008.Detection Of Cavitation In Centrifugal Pump By Vibration Methods.Zhenjiang-China:Research Center Of Fluid Machinery Engineering And Technology Jiangsu University

22.Zubeirsyah,2000.Bahasa Indonesia Dan Teknik Penyusunan Karangan Ilmiah.Medan:Fakultas Sastra Universitas Sumatera Utara.

23.Zemansky,Sears,Soedarjana.1962.Fisika Untuk Universitas Satu Mekanika,Panas Dan Bunyi.Jakarta:BinaCipta.

(4)

LAMPIRAN

1. Tabel koefisien faktor hambatan

g V h K m 2 / 2

= pada valve,elbow dan tee.

Nominal Screwed Flanged

Diameter,in ½ 1 2 4 1 2 4 8 20

Valve (fully open):

Globe 14 8,2 6.9 5.7 13 8.5 6.0 5.8 5.5

Gate 0,30 0.24 0.16 0.11 0.80 0.35 0.16 0.07 0.03 Swing check 5.1 2.9 2.1 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 Angle 9.0 4.7 2.0 1.0 4.5 2.4 2.0 2.0 2.0 Elbows

45o regular 0.32 0.32 0.30 0.29 - - - - - 45o long radius - - - - 0.21 0.20 0.19 0.16 0.14 90o regular 2.0 1.5 0.95 0.64 0.50 0.39 0.30 0.26 0.21 90o long radius 1.0 0.72 0.41 0.23 0.40 0.30 0.19 0.15 0.10 180o regular 2.0 1.5 0.95 0.64 0.41 0.35 0.30 0.25 0.20 180o long radius - - - - 0.40 0.30 0.21 0.15 0.10 Tees:

Line flow 0.90 0.90 0.90 0.90 0.24 0.19 0.14 0.10 0.07 Branch flow 2.4 1.8 1.4 1.1 1.0 0.80 0.64 0.58 0.41 Sumber:Bruce R.Munson ,Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition

2. Tabel kenaikan kehilangan tinggi tekan (loss) pada bukaan katup (valve) Ratio K/Kopen

Condition Gate valve Globe valve

Open 100% 1.0 1.0

Closed,25% 3.0-5.0 1.5-2.0 50% 12-22 2.0-3.0 75% 70-120 6.0-8.0 Sumber:Bruce R.Munson ,Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition

3. Gambar kehilangan tinggi tekan (loss) pada aliran fluida masuk kedalam pipa.

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

K=0.78

Sharp-edge: K=0.4 – 0.5

Slighly rounded: K=0.2 – 0.25

Weel-rounded: K=0.05

R=0.2D

Exit losses:K = 1.0 for all shapes of exit (reentrant, sharp-edge,slightly,or weel-rounded

(5)

4. Grafik kehilangan tinggi tekan akibat pembesaran aliran fluida secara tiba-tiba dan pengecilan aliran secara tiba-tiba.

Sumber:Bruce R.Munson ,Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition 5. Diagram moody.

Sumber:Bruce R.Munson ,Fundamental Of Fluid Mechanics 5Th Edition Sudden expension

Sudden contraction

D d

(6)

6. Tabel sifat fisik air (Air di bawah 1 atm dan air jenuh diatas 100oC). Temperatur

(oC)

Kerapatan (kg/l)

Viskositas kinematik (m2/s)

Tekanan uap jenuh (kgf/cm2)

0 0,9998 1,792 x 10-6 0,00623

5 1,0000 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 0,9880 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 1,0332

120 0,9431 0,244 2,0246

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

Catatan: 1 atm = 101,3 kPa = 76 cm.Hg 1 kgf/cm2 = 98,1 kPa Sumber: Sularso dan Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor Pemeliharaan,Pemakaian dan