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