BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1 Pendahuluan
Sistem yang dilakukan dalam analisa memprediksi aliran fluida yang terjadi pada pompa yaitu pengambilan data dari pengujian kapasitas pompa per
menit pada Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin. Pengujian tersebut dilakukan dengan bukaan gate valve pada pipa isap 100 . Dari
pengujian ini akan diperoleh data yang akan digunakan dalam analisa memprediksi aliran fluida yang terjadi pada pompa dengan menggunakan
perangkat lunak CFD Fluent 6.1.22. Dari analisa aliran fluida ini akan diketahui besar tekanan dan kecepatan disisi keluar outlet sehingga akan tampak bagian -
bagian pada impeller atau rumah pompa yang kemungkinan akan terjadi kavitasi.
4.2 Perhitungan Kapasitas Pompa
Adapun data yang diperoleh dari pengujian dengan gate valve open 100 untuk mendapatkan besar kapasitas Q yaitu dengan mengetahui beda tinggi air
yang dipompakan dari ground tank ke roof tank per menit.Dari beda tinggi air yang terjadi kita dapat menentukan volume yang terjadi pada saat pompa bekerja.
Tinggi awal air pada roof tank 15 cm Pengujian
Tinggi Air T
∆T Volume Air
V I
24 cm 9,5 cm
76 Ltr II
33,5 cm 9,3 cm
74,4 Ltr III
42,9 cm 9,4 cm
75,2 Ltr IV
52,2 cm 9,6 cm
76,8 Ltr
Dari-dari data diketahui kapasitas pompa Q ,dimana kapasitas adalah kemampuan pompa untuk memindahkan air ground tank ke roof tank
dalam satu menit.Sehingga untuk nilai kapasitas dapat diperoleh dengan mengambil nilai rata-rata pertambahan volume air pada roof tank pada setiap
pengujian.
Universitas Sumatera Utara
Volume roof tank = =75,2 Ltr
Sehingga kapasitas Q pompa dapat diperoleh : Q =
= = 1,253.10
-3
m
3
s
4.3 Perhitungan Tinggi Tekan Head Pompa
Besarnya tinggi tekan pompa dari sistem adalah penjumlahan dari tinggi tekan statik head static dan kehilangan tinggi tekan head loss yang terjadi.
Secara matematis tinggi tekan pompa dapat dihitung: H
Open 100
= H
V
+ H
S
+ H
L
Dimana: H
Open 100
= Tinggi tekan pompa dengan gate valve closed 100 m
H
V
= Tinggi Tekan head kecepatan m H
S
= Tinggi tekan statik, pada Bab 3 telah dibahas H
S
= 2 m H
L
= kerugian head m Untuk mempermudah perhitungan tinggi tekan, maka dibedakan
kehilangan tinggi tekan pada pipa isap h
s
dan kehilangan tinggi tekan pada pipa tekan h
d
.
4.3.1 Tinggi Tekan Head Kecepatan
Head kecepatan dapat dihitung dengan terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran pada pipa isap instalasi yaitu sebagai berikut:
Dimana: V
S
= kecepatan aliran pada pipa isap m
Q =
kapasitas aliran untuk gate valve open 100 = 1,253.10
-3
m
3
s A
= luas pipa isap dengan diameter d
is
= 0.0266 m
Universitas Sumatera Utara
V
S
= = 2,256
Sehingga head kecepatan dapat dicari dengan menggunakan persamaan: H
V
= =
= 0.2593 m
4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap a. Kerugian Head Akibat Gesekan h
fs
Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa isap menurut Darcy- Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut:
h
fs
= f g
V d
L
s is
s
2
2
×
Dimana: h
fs
= kerugian karena gesekan m f
= factor gesekan diperoleh dari diagram Moody L
s
= panjang pipa hisap = 1.08 m d
is
= diameter dalam pipa = 0.0266 m V
s
= kecepatan aliran fluida Untuk menentukan factor gesekan f terlebih dahulu ditentukan
alirannya apakah laminar atau turbulen dengan mencari harga bilangan Reynold, dimana:
υ
is s
d V
= Re
Dengan: Re = Reynold number
υ = viskositas kinematik, dimana harganya 1.02 x 10
-6
m
2
s untuk tekanan 1 atm pada suhu 20
C Sehingga diperoleh:
Re = = 58.832,94
Aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “.
Universitas Sumatera Utara
Dari pembahasan Bab sebelumnya Kekasaran Relative = 0.005639 dan selanjutnya akan dicari harga factor gesekan dengan menggunakan diagram
moody. Posisi Re = 58.832,94 didalam garis horisontal diagram moody dapat
dihitung dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga diperoleh :
Selanjutnya dicari harga faktor gesekan dengan menggunakan diagram moody.
x 37.5 mm
Gambar 4.1. Diagram moody Posisi Re = 58832,94 didalam garis horisontal diagram moody dapat
dihitung dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga diperoleh:
0.23 = x = 28,875 mm
Nilai kekasaran relative didalam garis vertikal diagram moody dapat diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga
diperoleh:
Friction factor
0.04
0.0 f
15
5 mm 0.006 = -
ed
is
= 0.005639 = - 2 2487
0.004 = - 5.5
y
10
4
58.832,94 10
5
Universitas Sumatera Utara
0.1527 = y = 4.65 mm
Nilai koefisien gesek didalam garis vertikal diagram moody dapat diperoleh dengan menginterpolasikan nilai yang ada terhadap skala jarak sehingga
diperoleh:
log =
f = 0,03333 Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 58832,94 dan e d
is
= 0.005639 dengan cara interpolasi maka akan diperoleh factor gesek f =
0.03333. sehingga besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy- Weishbach adalah:
h
fs
= f g
V d
L
s is
2
2
×
= 0.03333 81
, 9
2 2,256
0,0266 08
. 1
2
× ×
×
= 0,351 m b. Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi
Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan:
h
ms
=
g V
nk
s
2
2
∑
Dimana: h
ms
= kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap n
= jumlah kelengkapan pipa
Universitas Sumatera Utara
k = koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve closed
100 . Besarnya koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk gate valve
closed 100 dapat ditentukan dengan menggunakan table dibawah dibawah ini. Table 4.1 Kenaikan kehilangan tinggi tekan dengan tipe bukaan katup
open
K K
Ratio
Condition Gate Valve
Globe Valve
Open 100 1,0
1,0
Closed 25 3,0 - 5,0
1,5 - 2,0 Closed 50
12 – 22 2,0 - 3,0
Closed 75 70 – 120
6,0 - 8,0 Sumber:Bruce R.Munson ,Fundamental Of Fluid Mechanics 5
Th
Edition Tabel 4.2 Nilai koefisien K
open
untuk tipe screwed valve Nominal
Screwed Diameter,in
½ 1
2 4
Valve fully open: Globe
14 8,2
6,9 5,7
Gate 0,30
0,24 0,16
0,11 Swing check
5,1 2,9
2,1 2,0
Angle 9,0
4,7 2,0
1,0 Sumber:Bruce R.Munson ,Fundamental Of Fluid Mechanics 5
Th
Edition Diameter pipa nominal pada pipa isap adalah 1 in.
Ratio untuk gate valve closed 100 :
= 1
Maka: K
closed 100
= K
open
x 0.24 K
closed 100
= 1 x 0.24 = 0,24
Universitas Sumatera Utara
Adapun perlengkapan dan nilai koefisien dari pipa isap adalah sebagai berikut
Jenis perlengkapan Jumlah n
k Nk
Mulut isap 1
0.4 ÷ 0.5 0.45
Gate valve closed 100 1
0,24 0,24
Elbow 90
o
regular 1
1.5 1.5
Total koefisien kerugian 2,19
Sehingga dapat dihitung besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebagai berikut:
h
ms
= 2,19 = 0,5680 m
Dengan demikian diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa sebesar:
h
ls
= h
fs
+ h
ms
= 0,351 m + 0,5680 m = 0,919 m
4.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan
a. Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa isap, maka
bilangan Reynold Re = 37542.5 dengan factor gesekan f = 0.0343 dan panjang pipa isap 460 cm adalah sama besarnya dengan perhitungan pada pipa
isap. Sehingga: h
fd
= = 0.03333
= 1,4951 m b. Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi
Adapun kelengkapan yang ada pada pada pipa tekan lebih lengkapnya dapat dilihat pada table dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Jenis perlengkapan Jumlah n
k Nk
Elbow 90
o
regular 5
1.5 7.5
Pipa keluar 1
1 1
Total koefisien kerugian 8.5
Sehingga dapat dihitung besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa tekan adalah sebagai berikut:
h
md
= 8.5 = 2,2049 m
Maka total tinggi tekan head pada pipa tekan yaitu: h
ld
= h
fd
+ h
md
= 1,4951 m+ 2,2049 m = 3,7 m
Maka kerugian head gesekan total adalah: h
L
= h
ls
+ h
ld
= 0,919 m + 3,7 m = 4,619 m
Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan melayani instalasi pemipaan dengan gate vale open 100 , yaitu
H
gate valve open 100
= H
V
+ H
S
+ H
L
= 0,2593 m + 2 m + 4,619 m = 6,619 m
Maka dalam perencanaannya head pompa perlu ditambah 10 ÷ 25 [ pump handbook, hal 248 ]. Dalam perencanaan ini dipilih 15, maka besarnya
head pompa dengan gate valve closed 100 yang akan dirancang adalah: H
gate closed 100
= 6,619 x 1 + 0.15 = 7,6118 m
Universitas Sumatera Utara
4.4 Analisa Kavitasi pada Pompa Sentrifugal dengan Gate Valve open
Kategori