Kecepatan Spesifik Pompa Daya pompa Skema Instalasi Pompa Yang Direncanakan

2.8 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: 4 3 2 1 H Q n Ns = Dimana: N S = Kecepatan spesifik pompa mmin n = Putaran pompa rpm Q = Kapasitas pompa m 3 min H = Head total pompa m

2.9 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 N P = Dimana: N p = daya pompa watt Q = kapasitas pompa m 3 s Universitas Sumatera Utara H p = head pompa m ρ = rapat jenis fluida kgm 3 η p = effisiensi pompa

2.10 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 head losses akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan dengan menggunakan: a. Persamaan Darcy - Weisbach b. Persamaan Hazen - Williams Kedua persamaan diatas memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing yaitu: a. Persamaan Darcy - Weisbach 1. Memberikan hasil yang lebih baik untuk pipa yang relatif pendek. 2. Untuk sistem terdiri dari bermacam-macam pipa akan lebih rumit perhitungannya. 3. Populer atau sering dipakai untuk perhitungan dengan beda energi besar. 4. Persamaan ini secara teori paling bagus dan dapat digunakan ke semua jenis fluida. Universitas Sumatera Utara b. Persamaan Hazen - Williams: 1. Umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatf sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. 2. Untuk sistem yang terdiri dari bermacam-macam pipa, perhitungannya akan lebih mudah disbanding Darcy - Weisbach. 3. Persamaan Hazen - Williams paling banyak digunakan untuk menghitung head losses, tetapi biasa digunakan untuk semua fluida selai dari air dan digunakan hanya untuk aliran turbulen.

B. Kerugian Head Minor

Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliran seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan saluran masuk dan keluar pipa. 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 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: Universitas Sumatera Utara 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 .

2.11.2 Proses simulasi CFD

Pada uumnya terdapat tiga thapan yang harus dilakukan ketika kita melakukan simulasi CFD, yaitu: a. Preprocessing Komponen pre-processor merupakan komponen input dari permasalahan aliran ke dalam program CFD dengan menggunakan interface yang memudahkan operator, berfungsi sebagai transformer Universitas Sumatera Utara 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. 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. Proses pemecahan matematika pada solver digambarkan sebagai diagram alir metode SIMPLE Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation Gambar 2 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.4 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 matematis; 3 Universitas Sumatera Utara 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 2.5 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 2.6 Elemen fluida pada persamaan momentum Momentum x : Momentum y : Universitas Sumatera Utara \ Momentum z : 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 : c. 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. Universitas Sumatera Utara

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 2.7 dan gambar 2.8 merupakan contoh hasil dari simulasi pompa sentrifugal dengan massa alir 0,5 kgs dan tekanan pompa 0,5 atm. Gambar 2.7 Hasil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yang terjadi Universitas Sumatera Utara Gambar 2.8 Hasil simulasi untuk distri 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 Universitas Sumatera Utara 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. 3. Elbow Pada perencanaan ini dipakai 2 jenis elbow, yaitu: 1. Elbow 90 o long regular ukuran 1 inchi sebanyak 6 elbow satu dipasang pada pipa isap dan lima dipasang pada pipa tekan 2. Elow 90 o 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. Universitas Sumatera Utara 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 Adapun gambar dan bentuk instalasi yang akan dirancang adalah sebagai berikut: Gambar 3.1 Skema perencanaan instalasi pompa Universitas Sumatera Utara Pada instalasi dilakukan pengambilan data,dimana pengambilandata dari pengujian dilakukan dengan cara manual yaitu dengan menggunakan peralatan sebagai berikut: 1. Stopwatch Stopwatch digunakan untuk menghitung lamanya pompa beroperasi sehingga diketahui kapasitas fluida yang akan dialirkan pada pembukaan katub isap 100. Gambar 3.2 Stopwach 2. Meteran Meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air sebelum dan sesudah air dipompakan dengan waktu tertentu untuk mendapatkan beda ketinggian fluida sehingga diperoleh kapasitas pompa dengan bukaan katup isap 100. Gambar 3.3 Meteran Universitas Sumatera Utara

3.2 Penentuan Kapasitas