4. Bagian-bagian Pompa Rusak
-
Gelembung-gelembung itu pecah di dalam dirinya sendiri, ini dinamakan imploding kebalikan dari exploding. Gelembung-gelembung itu pecah dari
segala sisi, tetapi bila ia jatuh menghantam bagian dari metal seperti impeller atau voluteia tidak bisa pecah dari sisi tersebut, maka cairan
masuk dari sisi kebalikannya pada kecepatan yang tinggi dilanjutkan dengan gelobang kejutan yang mampu merusak part pompa. Ada bentuk
yang unik yaitu bentuk lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal seperti dipukul dengan ball peen hammer.
-
Kerusakan ini kebanyakan terjadi membentuk sudut ke kanan pada metal, tetapi pengalaman menunjukan bahwa kecepatan tinggi cairan
kelihatannya datang dari segala sudut. Semakin tinggi kapasitas pompa, kelihatannya semakin mungkin kavitasi
terjadi. Nilai Specific speed pump yang tinggi mempunyai bentuk impeller yang memungkinkan untuk beroperasi pada kapasitas yang tinggi dengan
power yang rendah dan kecil kemungkinan terjadi kavitasi. Hal ini biasanya dijumpai pada casing yang berbentuk pipa, dari pada casing yang berbentuk
volute.
2.11 Computational Fluid Dynamic CFD Fluent
Computational Fluid Dynamic CFD dapat dibagi menjadi dua kata, yaitu:
a. Computational : Segala sesuatu yang berhubungan dengan
matematika dan metode numerik atau komputasi. b. 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 n fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya denga
menyelesaikan persamaan-persamaan matematika model matematika. Dan
Universitas Sumatera Utara
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 terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah.
Penggunaan CFD umumya berhubungan dengan keempat hal berikut: 1. Studi konsep dari desain baru
2. Pengembangan produk secara detail 3. Analisis kegagalan atau troubleshooting
4. Desain ulang
2.11.1 Metode Diskritisasi CFD
CFD sebenarnya mengganti persamaan-persamaan diferensial parsial dari kontinuitas, momentum, dan energi dengan persamaan-persamaan aljabar.
CFD merupakan pendekatn dari persoalan yang asalnya kontinum memiliki jumlah sel tak terhingga menjadi model yang diskrit jumlah sel
terhingga. Perhitungan komputasi aljabar untuk memecahkan persamaan-
persamaan diferensial ini ada beberapa metode metode diskritisasi, diantaranya adalah:
a. Metode beda hingga b. Metode elemen hingga
c. Metode volume hingga d. Metode elemen batas
e. Metode skema resolusi tinggi Dan CFD FLUENT versi 6.1.22 sendiri menggunakan metode volume
hingga Finite Volume Method sebagai metode diskritisasinya Firman Tuakia, hal 8 .
Universitas Sumatera Utara
2.11.2 Proses simulasi CFD
Pada uumnya terdapat tiga thapan yang harus dilakukan ketika kita melakukan simulasi CFD, yaitu:
1. Preprocessing 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 menetukan 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.
2. 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. Proses pemecahan matematika pada solver digambarkan sebagai diagram alir metode
SIMPLE Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation Gambar 2
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Diagram Alir Algoritma Numerik volume hingga dengan metode SIMPLE
Proses pemecahan matematika pada solver memiliki 3 tahapan yaitu: 1 aproksimasi aliran yang tidak diketahui dilakukan dengan
menggunakan fungsi sederhana; 2 diskretisasi dengan mensubstitusi hasil aproksimasi ke dalam persamaan aliran disertai dengan manipulasi
Universitas Sumatera Utara
matematis; 3 penyelesaian persamaan aljabar. Pada proses solver, terdapat 3 persamaan atur aliran fluida yang menyatakan hukum
kekekalan fisika, yaitu : 1 massa fluida kekal; 2 laju perubahan momentum sama dengan resultansi gaya pada partikel fluida Hukum II
Newton; 3 laju perubahan energi sama dengan resultansi laju panas yang ditambahkan dan laju kerja yang diberikan pada partikel fluida
Hukum I Termodinamika. a. Kekekalan Massa 3 Dimensi steady state
Keseimbangan massa untuk fluida dinyatakan sebagai berikut: Laju kenaikan massa dalam elemen fluida = Laju net aliran fluida
massa ke dalam elemen batas
x y
w
δ δ
ρ
z y
u
δ δ
ρ
z x
v
δ δ
ρ
x
δ
y
δ
z
δ
x y
z z
w w
δ δ
δ ρ
ρ
∂ ∂
+
z y
x x
u u
δ δ
δ ρ
ρ
∂ ∂
+ x
z y
y v
v
δ δ
δ ρ
ρ
∂ ∂
+
Gambar 2.16 Elemen Fluida pada persamaan kekekalan massa
Atau dapat ditulis dalam bentuk matematika sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
Persamaan diatas merupakan persamaan kontinuitas untuk fluida. Ruas kiri menggambarkan laju net massa keluar dari elemen melewati
batas dan dinyatakan sebagai faktor konveksi. b. Persamaan Momentum 3 Dimensi Steady State
Persamaan momentum dikembangkan dari persamaan Navier-Stokes dalam bentuk yang sesuai dengan metode finite volume sebagai
berikut:
x δ
y δ
z δ
fx z
y p
δ δ
z y
xx
δ δ
σ y
x
zx
δ δ
τ
z x
yx
δ δ
τ z
y x
x p
p δ
δ δ
∂ ∂
+ z
y x
x
xx xx
δ δ
δ σ
σ ∂
∂ +
y x
z z
zx zx
δ δ
δ τ
τ ∂
∂ +
z x
y y
yx yx
δ δ
δ τ
τ ∂
∂ +
Gambar 2.17 Elemen fluida pada persamaan momentum Momentum x :
Momentum y :
\ Momentum z :
Universitas Sumatera Utara
c. Persamaan energi diturunkan dari Hukum I Termodinamika yang menyatakan bahwa : laju perubahan energi partikel fluida = laju
penambahan panas ke dalam partikel fluida ditambahkan dengan laju kerja yang diberikan pada partikel. Secara matematika dapat
ditulis sebagai berikut :
Untuk Gas ideal :
3. Postprocessing Postprocessing adalah langkah akhir dalam analisis CFD. Hal yang
dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar,
kurva, dan animasi. Hasil yang diperoleh dari proses yang berada dalam pre-processor dan solver akan ditampilkan dalam post-
processor. Tampilan tersebut dapat berupa : 1 tampilan geometri domain dan grid; 2 plot vektor; 3 plot permukaan 2 dan 3 dimensi;
4 pergerakan partikel; 5 manipulasi pandangan; 6 output warna.
2.11.3 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
2.14 dan gambar 2.15 merupakan contoh hasil dari simulasi pompa sentrifugal dengan massa alir 0,5 kgs dan tekanan pompa 0,5 atm.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.17. Hasil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yang terjadi
Gambar 2.17. Hasil simulasi untuk distribusi tekanan yang terjadi
Universitas Sumatera Utara
BAB III PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA
Dalam pemilihan pompa untuk maksud tertentu, agar dalam pengoperasiannya pompa tersebut dapat beroperasi dengan baik dan benar seperti
yang diinginkan, terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran dan head yang diperlukan untuk mengalirkan fluida yang akan dipompakan.
Selain itu agar pompa dapat bekerja tanpa kavitasi perlu diperhitungkan berapa tekanan minimum yang harus tersedia pada sisi masuk pompa.
Selanjutnya untuk menentukan penggerak mula yang akan digunakan, terlebih dahulu harus dilakukan penyelidikan tentang sumber tenaga penggerak
pada pompa tersebut dioperasikan.
3.1 Kapasitas Aliran
Untuk menentukan tepat dan akuratnya kapasitas air yang diperlukan sangatlah sulit, maka dalam hal ini metode yang digunakan adalah metode
penaksiran. Ada beberapa metode yang digunakan untuk menaksir besar laju aliran air [Soufyan M. Noerbambang, hal 64], antara lain :
a. Berdasarkan jumlah pemakai b. Berdasarkan jenis dan jumlah alat plambing
c. Berdasarkan unit beban alat plambing fixture unit a. Penaksiran berdasarkan jumlah pemakai
Metode ini didasarkan pada pemakaian air rata-rata sehari dari setiap penghuni, dan perkiraan jumlah penghuni. Dengan demikian jumlah
pemakaian sehari dapat diperkirakan, walaupun jenis maupun alat plambing belum ditentukan.
b. Penaksiran berdasarkan jenis dan jumlah alat plambing Metode ini digunakan apabila kondisi pemakaian alat plambing dapat
diketahui misalnya untuk perumahan atau gedung kecil lainnya. Juga harus diketahui jumlah dari setiap jenis alat plambing dalam gedung tersebut.
Universitas Sumatera Utara
