BAB III PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA
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. 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.
3.1 Spesifikasi Pompa Yang Akan Digunakan Dalam Percobaan
Dalam percobaan ini, spesifikasi pompa yang akan digunakan dalam instalasi turbin air,
kapasitas aliran terhadap housing pump impeller yang akan disimulasikan dengan menggunakan bantuan software CFD fluent
seperti yang tampak pada Gambar 3.1 dibawah.
Gambar 3.1 Pompa Sentrifugal
3.2 Penentuan Kapasitas
Universitas Sumatera Utara
Sesuai dengan
percobaan yang di lakukan di Laboratorium Mekanika Fluida diperoleh waktu yang diperlukan untuk memenuhi air pada roof tank dengan volume 800 L
adalah 36 detik, maka dengan menggunakan rumus perhitungan debit air Q=kapasitas dapat diketahui bahwa :
t V
Q
p
=
Dimana: =
p
Q
kapasitas pompa V = volume reservoir atas
t = waktu
sehingga kapasitas pompa adalah :
t V
Q
p
=
det 36
800L Q
p
=
jam m
s m
s L
Q
p 3
3
28 ,
80 0223
, 3
, 22
= =
=
Dari hasil perhitungan yang diatas, maka didapat jumlah kebutuhan air pada instalasi turbin adalah 80,23 m
3
jam. Dalam perencanaan ini perlu diperhitungkan kebocoran-kebocoran pipa dan kapasitas pompa sehingga diperlukan faktor koreksi
1,1 sampai 1,15 kapasitas total [ Sularso, Haruo Tahara hal 15] sehingga kapasitas pompa adalah :
Q
p
= 1,15 x 80,23 m
3
jam = 92,322 m
3
jam = 92 m
3
jam = 0,0256
3.3 Penentuan Head Pompa
Universitas Sumatera Utara
Head pompa adalah besarnya energi yang diperlukan pompa untuk memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan akhir.
Head total pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani
oleh pompa tersebut. Gambar sistem pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat pada
gambar sebagai berikut gambar 3.2, dimana keterangan dari unit – unit pada instalasi tersebut adalah sebagai berikut:
− Ground Tank
Ground tank atau tangki bawah berfungsi sebagai sumber air yang akan dialirkan oleh pompa dengan kapasitas maximum 2255 liter.
− Pompa
Yaitu sebagai alat untuk memindahkan atau mentransfer air dari tangki bawah ke tangki atas.
− Roof Tank
Roof tank atau tangki atas berfungsi sebagai tangki tempat penampungan air yang telah dipompakan dari ground tank dengan kapasitas maximum 800 liter.
Dengan menyatakan bahwa titik 1 pada permukaan fluida tangki bawah dan titik 2 pada permukaan fluida tangki atas, maka head pompa secara umum dinyatakan
dengan:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2. Skema instalasi perancangan pompa Hpompa =
∆H
P
+ ∆H
V
+ H
S
+ H
L
Dimana: ∆H
P
= perbedaan head tekanan m ∆H
V
= perbedaan head kecepatan m H
S
= head statis m H
L
= kerugian head m
3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ∆H
P
Head tekanan merupakan energi yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam sistem kerja ini tekanan air memasuki
Universitas Sumatera Utara
pompa adalah sama dengan tekanan keluar yaitu 1 atmosfir, maka beda head tekanan pada sistem ini adalah nol.
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ∆Hv
Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Diameter pipa isapnya biasanya
ditentukan sedemikian sehingga kecepatan alirannya 2 ms sampai 3 ms [ Soufyan M. Noerbambang, hal 98 ]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa isap
yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata – rata 3 ms. Dari persamaan kontinuitas diperoleh:
Q
P
= V
S
A
S
Dimana: Q
P
= kapasitas pompa =
s m
0256 ,
3
V
S
= kecepatan Aliran dalam pipa isap ms
A
S
= π4 d
is 2
= luas bidang aliran m
2
d
is
= diameter dalam pipa m
diameter dalam pipa isap diketahui dari data instalasi turbin pada Laboratorium Mekanika Fluida, sebesar 4 inch.
Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa nominal 4 inch dengan dimensi pipa:
• Diameter dalam d
is
= 4,026 in = 0,1023 m •
Diameter luar d
os
= 4,5 in = 0,1143 m Dengan ukuran standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang sebenarnya
sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah:
V
S
=
S P
A Q
=
2
4
is P
d Q
π
Universitas Sumatera Utara
=
2
1023 ,
0256 ,
4
π
×
m s
= 3,122 m s Diperoleh kecepatan aliran fluida masih sesuai.
Untuk mempermudah perhitungan diasumsikan bahwa kecepatan pada sisi masuk sama dengan kecepatan sisi tekan pompa, maka perbedaan Head kecepatan aliran
adalah nol
∆Hv=0 Perbedaan Head Statis
∆Hs
Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir atas dengan reservoir bawah seperti yang tampak pada gambar 3.2. diatas.
Dalam perencanaan ini, besarnya head statis adalah: Hs = 11 m
Nilai head statis ini diasumsikan bahwa tinggi air pada permukaan ground tank dengan roof tank tetap.
3.3.4 Kerugian Head
Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2, yaitu kerugian akibat gesekan sepanjang pipa kerugian mayor h
f
dan kerugian akibat adanya kelengkapan pada instalasi pipa kerugian minor h
m
. Kerugian akibat gesekan tergantung pada kekasaran dalam pipa dan panjang pipa. Kerugian akibat kelengkapan adalah kerugian
akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran. Kerugian Head sepanjang Pipa Isap h
ls
• Kerugian Head Akibat Gesekan Pada Pipa Isap 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
×
Universitas Sumatera Utara
Dimana: h
fs
= kerugian karena gesekan m f
= factor gesekan diperoleh dari diagram Moody L
s
= panjang pipa hisap = 0,35 m d
is
= diameter dalam pipa = 0,1023 m V
s
= kecepatan aliran fluida = 3,122 ms Untuk menentukan factor gesekan f dapat diperoleh dari diagram moody
dengan terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold Re [ Pump Handbook, hal 131 ] 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:
R
e
=
6
10 02
. 1
1023 ,
122 ,
3
−
× ×
= 313118
≥
4000 Maka aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “
Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Glass and varicus plastic e.g, PVC and PE pipes dimana bahan pipa yang direncanakan tersebut mempunyai kekasaran
sebesar 0 m sesuai dengan table dibawah.
Tabel 3.1 Kekasaran relatif e dalam berbagai bahan pipa
Absolute roughness, e
Universitas Sumatera Utara
Pipeline Material ft
mm
Glass and various plastics e.g.,PVC and PE pipes
Drawn turbings e.g., copper or aluminum pipes or turbings
Commercial steel or wrought iron Cast iron with asphalt lining
Galvanized iron Cast Iron
Wood stave Concrete
Riveted steel hydraulically smooth
5 x 10
-6
1.5 x 10
-4
4 x 10
-4
5 x 10
-4
8.5 x10
-4
6 x 10
-4
-3 x 10
-3
1 x 10
-3
-1 x 10
-2
3 x 10
-3
-3 x 10
-2
hydraulically smooth
1.5 x 10
-3
4.6 x 10
-2
0.12 0.15
0.25 0.18-0.9
0.3-3.0 0.9-9.0
Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina
Dari diagram moody untuk Re = 313118 dan ed
i
= 0 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan f = 0,014748. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap
menurut Darcy Weisbach adalah : h
fs
= f g
V d
L
s is
2
2
×
= 0,014748 81
. 9
2 3,122
0,1023 35
,
2
× ×
× = 0,0250 m
• Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi pada pipa isap h
ms
. 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 k
= koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa
Universitas Sumatera Utara
Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat adanya kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap, maka perlu diketehui
terlebih dahulu jenis kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap. Adapun jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut:
Tabel 3.2. Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap
Jenis
Jumlah K
nK
Mulut isap sharp-edged 2
1,0 2,0
Total koefisien kerugian 2,0
Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina
Maka besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebesar:
h
ms
=
81 .
9 2
122 ,
3 2,0
2
×
m = 0,4968 m
Dengan demikian diperoleh besar kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa sebesar:
h
ls
= h
fs
+ h
ms
= 0,0250 m + 0,4968 m = 0,5218 m
Kerugian Head sepanjang Pipa Tekan h
ld
• Kerugian Head Akibat Gesekan Pipa Tekan h
fd
Pipa tekan dari pompa menuju roof tank direncanakan menggunakan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Shcedule 40 dengan ukuran pipa nominal 4 inci dan
bahan pipa adalah Glass and varicus plastic e.g, PVC and PE pipes yang sama dengan pipa hisap.
Ukuran pipa tersebut adalah:
Universitas Sumatera Utara
• Diameter dalam d
is
= 4,026 in = 0,1023 m •
Diameter luar d
os
= 4,5 in = 0,1143 m Karena bahan dan diameter pipa tekan ini sama dengan pipa hisap, maka
bilangan Reynold Re adalah 313118 dan factor gesekan f = 0,014748 serta panjang pipa tekan adalah 10,94 m, maka besarnya kerugian head akibat gesekan pada
pipa tekan adalah: h
fd
= f g
V d
L
s is
2
2
×
= 0,014748 81
. 9
2 122
, 3
1023 ,
94 ,
10
2
× ×
= 0,7835 m
• Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi pada pipa tekan h
md
Tabel 3.3 Koefisien kerugian kelengkapan pipa
Jenis Jumlah
K nK
Gate valve katup gerbang 1
0,136 0,136
Ball valve katup bola 1
0,05 0,05
Elbow long 90
o
standard 3
0,51 1,53
Flanged inward projecting 1
0,78 0,78
Tee 1
0,34 0,34
Total koefisien kerugian 2,836
Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina
Maka harga kerugian head akibat perlengkapan instalasi pipa tekan adalah:
h
md
= g
V nk
s
2
2
∑
=
81 .
9 2
122 ,
3 836
, 2
2
× ×
m = 1,4089 m
Dengan demikian kerugian head pada pipa tekan ini adalah:
Universitas Sumatera Utara
h
ld
= h
fd
+ h
md
= 0,7835 m + 1,4089 m = 2,1924 m Maka kerugian head gesekan total adalah:
H
L
= h
ls
+ h
ld
= 0,5218 m + 2,1924 m = 2,7142 m
Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan:
H
total
= ∆H
P
+ ∆H
V
+ ∆H
S
+ ∆H
L
= 0 + 0,4968 m + 11 m + 2,7142 m = 13,71 m
≈ 14 m Namun untuk pemakainnya dalam jangka waktu yang lama maka perlu
diperhatikan hal – hal sebagai berikut: −
Kondisi permukaan pipa yang dalam waktu jangka panjang akan semakin kasar, sehingga nantinya akan memperbesar kerugian yang terjadi.
− Penurunan kinerja pompa yang dipakai dalam rentang waktu yang lama.
− Kondisi – kondisi lain yang dapat mempengaruhi operasional pompa.
Maka dalam perencanaannya head pompa perlu ditambah 10 ÷ 25 [ pump handbook, hal 248 ]. Dalam perencanaan ini dipilih 15 , maka besarnya head
pompa yang akan dirancang: H
total
= 14 m x 1 + 0,25 = 18 m
Universitas Sumatera Utara
3.4 Pemilihan Jenis Pompa
Kategori