Tempat dan Waktu Bahan, Peralatan dan Metode

BAB III 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 usulan oleh Ketua Jurusan Departemen Teknik Mesin sampai dinyatakan selesai yang direncanakan berlangsung selama ± 6 bulan yaitu pada bulan Januari sampai dengan Juni 2010.

3.2 Bahan, Peralatan dan Metode

3.2.1 Bahan

Dalam penelitian ini, subjek penelitian adalah instalasi pompa sentrifugal pada stasiun pengolahan dan pendistribusian air seperti Gambar 3.1. Adapun spesifikasi pompa sebagai berikut : Merk : Aquavane KSB Tipe : A 32- 160 Tinggi Tekan : 9 meter Kapasitas : 3 Ltrdt Daya : 746 Watt 1 Hp Voltage : 230 Volt Putaran : 1450 rpm Universitas Sumatera Utara 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: Gambar 3.2 Sistem Pemasangan Pompa dan Pendukungnya Proses kerja sistem instalasi pada Gambar 3.2 dimulai dengan pompa mengambil air dari tangki air masuk melalui pipa isap berdiameter 50,8 mm dan memompakannya melalui pipa tekan berdiameter 50,8 mm ke tangki keluar. Pada pipa tekan dilengkapi dengan manometer, meter air, katup sebagai pengatur kapasitas pompa dan penyangga pipa. Pipa sirkulasi berdiameter 76,2 mm, dipasang menghubungkan tangki air masuk dan tangki air keluar untuk menjaga sirkulasi air. No Keterangan Gambar 1 Reservoir hisap 2 Katup pipa hisap 3 Pipa hisap 4 Manometer hisap 5 Pompa sentrifugal 6 Penyangga 7 Pipa tekan 8 Manometer tekan 9 Flowmeter 10 Katup pipa tekan 11 Reservoir tekan 12 Pipa sirkulasi Universitas Sumatera Utara

3.2.2 Peralatan

A. Peralatan pengujian Alat 1. Sump tank dengan kapasitas maksimal 600 liter untuk menanpung air yang disirkulasikan. 2. Pompa sentrifugal Aquavane yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan yang sudah ada atau telah dibuat oleh peneliti sebelumnya Zulkifli, 2006, Alat pengujian ini merupakan satu kesatuan dari komponen-komponen berikut: KSB A32-160 satu buah dengan kapasitas aliran 3 liters, yang diigunakan untuk memompa dan mensirkulasikan fluida air. 3. Katup pengatur 2,5 ” di sisi pipa suction, digunakan untuk mengatur tekanan dan kecepatan aliran masuk ke pompa sentrifugal. 4. Katup 2,5 ” disisi discharge, digunakan untuk menvariasikan tinggi tekan head dan kapasitas aliran yang menuju tangki penampung. 5. Meter air flow meter dengan kapasitas pengukuran 4 liters, digunakan untuk menentukan dan mengukur kapasitas air yang masuk ke tangki penampung. 6. Manometer gauge dengan range 0 – 6 kgcm 2 yang digunakan untuk mengukur tekanan fluida akibat kenaikan tinggi tekan. 7. Kamera digital, digunakan untuk mengabadikan dan menvisualisaikan pola aliran akibat turbulensi dalam pipa sisi suction dan discharge. 8. Thermometer thermocouple, digunakan untuk mengukur temperatur fluida 9. Pipa PVC 2” digunakan untuk mensirkulasikan fluida air dalam sistem instalasi pemipaan. 10. Manometer vacum, digunakan untuk mengukur tekanan fluida di sisi suction sebagai parameter penutupan katup. 11. Vibrometer, digunakan untuk mengukur karakteristik sinyal getaran pada rumah pompa meliputi : simpangan, kecepatan dan percepatan. 12. Pipa acrylic pipa transparan, digunakan untuk mengamati pola aliran dalam pipa isap dan tekan. Universitas Sumatera Utara B. Peralatan pengukuran 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 k Ω 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 cmsec; 5 tingkat Percepatan peak: 0,001 – 5 g; 5 tingkat Error of switching sensitivity: ± 3 Error of sensitivity: ± 5 pada 63 Hz Ratio SN signal to noise: 40 dB Error scale of indicator: ± 3 Gambar 3.3 Profil Vibrometer Analog VM-3314A, IMC Corporation, Japan Universitas Sumatera Utara B. Thermocouple Thermometer Untuk melakukan pengukuran temperatur yang terjadi didalam reservoir isap 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 didalam reservoir isap. Spesifikasi Thermocouple Thermometer Tipe KW 06-278 Krisbow sebagai berikut: Nama : Digital thermometer, single input Input sensitivity : User selectable 0.1 o C or 1 o C Temperatur range : -50.0 o C ~ 1300 o C : - 58 o F ~ 2000 o F Accuracy range : ± 0.5 ± 1 o C : ± 0.5 ± 2 o F 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 Universitas Sumatera Utara

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 pengamatan pola aliran, temperatur fluida didalam tanki isap o C, kapasitas fluida pengisisan reservoir isap m 3 s, sinyal getaran Hz. Alat bantu yang digunakan adalah Single Input Thermocouple Thermometer o C, flow meter m 3 s, Vibrometer Hz dan camera digital. Seluruh unit 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 digunakan terdiri dari Pola Aliran, Sinyal Getaran dan fenomena kavitasi. Data hasil pengujian ini akan dikembangkan dengan suatu metode statistik untuk mengetahui pengaruh variasi Kapasitas terhadap pola aliran, sinyal getaran 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 50,8 mm dan memompakannya melalui pipa tekan berdiameter 50,8 mm ke tangki keluar. Pada pipa tekan dilengkapi dengan manometer, meter air, katup sebagai pengatur kapasitas pompa dan penyangga pipa. Pipa sirkulasi berdiameter 76,2 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 kapasitas 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 Universitas Sumatera Utara sentrifugal sebagai subjek penelitian dengan titik pengukuran seperti Gambar 3.5 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 kapasitas, dimana titik P-01 berada di rumah pompa. Gambar 3.5 Tampak Depan dan Tampak Samping Arah Pengukuran Gambar 3.6 Pengambilan Titik Pengukuran Vibrasi pada Pompa Sentrifugal Keterangan Gambar: P-01 : Titik Pengukuran A : Arah Aksial V : Arah Vertikal H : Arah Horizontal V A V H Universitas Sumatera Utara 1. Untuk mengukur getaran pompa Pengukuran dilakukan pada titik yang telah ditentukan dengan pengambilan data berdasarkan time domain dan frequency domain. Adapun langkah pengukuran sebagai berikut: a Operasikan pompa sentrifugal sampai mencapai putaran normal. b Buka semua katup pada instalasi pemompan, biarkan pompa bersikulasi selama 20 menit. c Aktifkan alat ukur Vibrometer kemudian setting pada frekuensi operasi pompa, dan pilih titik dan arah getaran pompa yang akan diukur. d Tempatkan transducer pada lokasi pengukuran yang telah ditentukan. e Untuk mendapatkan nilai sinyal getaran pada frequensi domain, setting alat ukur pada frequency analyzer dan lakukan pengukuran displacement, velocity dan acceleration dengan menvariasikan frekuensi sistem. f Untuk mendapatkan nilai sinyal getaran pada time domain, setting alat ukur pada frequency overall dan lakukan pengukuran displacement, velocity dan acceleration dengan menvariasikan waktu. g Lakukan hal yang sama untuk lokasi dan titik pengukuran berikutnya. c. Visualisasi pola aliran Pengamatan pola aliran pada penelitian ini dilakukan untuk mengetahui gerakan fluida dalam pipa suction dan discharge yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran. Cara paling jelas untuk menentukan pola aliran adalah menyusun aliran dalam pipa transparan dan mengamati jenis aliran. Tahapan pengamatan pola aliran adalah sebagai berikut: a. Pasang pipa transparan pipa acrylic pada sisi pipa asap dan sisi pipa suction, seperti tampak pada gambar 3.7 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.7 Pipa transparan pipa acrylic b. Operasikan pompa dan biarkan fluida bersikulasi selama 1 jam pada kondisi katup isap dan katup tekan open 100. c. Variasikan bukaan katup sesuai pengujian kemudian amati gerakan fluida pola aliran dalam saluran isap menggunakan kamera digital. d. Pengukuran dilakukan pada posisi bukaan katup open 100 pada kondisi operasi pompa dan selanjutnya menvariasikan penutupan katup sesuai pengujian yang dilakukan close 20, close 40, close 60 dan close 80. e. Berdasarkan visualisasi aliran maka diperoleh pola aliran untuk masing- masing kondisi perubahan kecepatan. f. Pola aliran ini dapat dijadikan acuan untuk memprediksi indikasi kavitasi dan diukur vibrasinya. g. Bandingkan hasil pengujian secara eksperiment dengan hasil simulasi menggunakan metode komputasi. c. Tahap 3, Pengolahan dan analisa data Pengolahan data Adapun pengolahan data yang diolah yaitu respon getaran terhadap kavitasi akibat perubahan Bukaan katub kapasitas. Getaran yang terjadi pada rumah pompa dengan variasi data yang diperoleh akibat perubahan kapasitas yang diolah secara statistik dengan program MS-Excel dan dianalisa sesuai perilaku getaran untuk di plot grafiknya. Universitas Sumatera Utara Analisa data Hasil pengolahan data berupa laporan akan dianalisa menggunakan metode statistik untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kavitasi terhadap kenaikan respon getaran dalam rumah pompa akibat adanya perubahan bukaan katup kapasitas.

3.3 Variabel yang Diamati