Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22. Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 25%

PERANCANGAN INSTALASI POMPA
SENTRIFUGAL DAN ANALISA NUMERIK
MENGGUNAKAN PROGRAM KOMPUTER CFD
FLUENT 6.1.22 PADA POMPA SENTRIFUGAL
DENGAN SUCTION GATE VALVE CLOSED 25 %

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

LUCKY I. SIANTURI
NIM. 050401007

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan dihadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat dan kasih serta penyertaan-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas
sarjana ini.
Adapun yang menjadi pembahasan dalam tugas sarjana ini adalah
mengenai “ Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik
Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22. Pada Pompa
Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 25% “. Berbagai ilmu yang
berkaitan dengan sub program studi konversi energy seperti mesin fluida,
mekanika fluida dan pompa kompresor diaplikasikan dalam menyelesaikan
perencanaan instalasi, percobaaan dan simulasi pompa sentrifugal yang
digunakan.
Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan dalam tugas sarjana
ini, dan penulis mengharapkan kritik konstruksi dari pembaca demi kesempurnaan
dimasa mendatang.
Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini, penulis banyak menerima
bimbingan dan dorongan berupa pemikiran , tenaga, semangat serta waktu dari
berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ayahanda ( Ir.W.Sianturi ) dan Ibunda ( A.Kalesaran ) serta adinda ( Deny
P.K.Sianturi dan Yessika Kalesaran ) yang telah banyak memberikan berbagai
macam bantuan moril maupun materi hingga akhirnya tulisan ini dapat
diselesaikan.
2. Bapak Ir. H. A. Halim Nasution, Msc. selaku dosen pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan serta masukan kepada
penulis.
3. Bapak Dr.Ing.Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin,ST,MT.
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU yang telah
memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
4. Kepada teman – teman satu tim senasib sepenanggungan penulis ( Erikson,
Marshall dan Farabel ) yang terus berjuang sampai tugas sarjana ini selesai.
5. Semua teman – teman seperjuangan stambuk 2005 serta teman – teman
seperjuangan penulis ( Ginting & Eben, Zp & Dolin, Ion, Ady , Berry ) dirumah
kontrakan pribadi 14E.
6. Semua rekan – rekan CORNER Medan Club, MBC Crew dan Malas Pulang
Group yang telah memberikan banyak bantuan moril kepada penulis.
Atas perhatian para pembaca sebelumnya, penulis mengucapakan terima kasih.
Penulis,

Lucky Imanuel Sianturi
( NIM: 050401007 )

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Untuk mengalir air dari reservoir bawah ke reservoir atas maka dibutuhkan
sebuah pompa untuk memindahkannya. Pompa akan bekerja secara optimal jika pompa
tersebut memiliki instalasi yang sesuai dengan kemampuan pompa itu bekerja. Yang
menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas ( Q ) dan Tinggi
Tekan ( H ) yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut.
Dalam mengoperasaikan pompa perlu diperhatikan suction gate valve open untuk
dapat menganalisa kemampuan kerja pompa. Pada setiap suction gate valve open akan
memiliki kapasitas dan head yang berbeda-beda. Nilai-nilai kapasitas dan head yang telah
didapat dari percobaan akan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT 6.1.22.
Program ini akan mempermudah menganalisa performansi dari pompa tersebut. Hasil
simulasi akan dibandingkan hasil percobaan dan hasil perencanaan/perhitungan. Hasil
perbandingannya dibuat dalam karakteristik pompa berupa grafik karakteristik.
Berdasarkan karakteristik akan diperoleh bahwa semakin besar suction gate valve open
maka kapasitas akan semakin besar pula dan head simulasi lebih besar dari pada head
percobaan.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL

i

LEMBAR PENGESAHAN

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

iii

SPESIFIKASI TUGAS

iv

LEMBARAN EVALUASI

v

KATA PENGANTAR

vi

ABSTRAK

vii

DAFTAR ISI

viii

DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR

xi
xii

DAFTAR NOTASI

xvi

BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Batasan Masalah
1.3 Maksud dan Tujuan
1.4 Metode Penulisan
1.5 Sistematika Penulisan

1
2
3
3
4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Prinsip – prinsip Pompa Sentrifugal
2.2 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
2.3 Bagian – bagian Utama Pompa Sentrifugal
2.4 Unit Penggerak Pompa
2.5 Karakteristik Pompa Sentrifugal
2.6 Dasar – dasar Pemilihan Pompa
2.7 Head Pompa
2.7.1 Head Tekanan
2.7.2 Head Kecepatan
2.7.3 Head Statis Total
2.7.4 Kerugian Head ( Head Loss )
2.7.4.1 Mayor Head Loss

5
6
7
9
9
10
11
13
14
14
15
15

Universitas Sumatera Utara

2.7.4.2 Minor Head Loss
2.7.4.3 Total Loss
2.8 Kecepatan Spesifik Pompa
2.9 Daya Pompa
2.10 Aliran Fluida
2.11 Computational Fluid Dynamik ( CFD ) Fluent
2.11.1 Metode Diskritisasi CFD
2.11.2 Proses Simulasi CFD
2.11.3 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal

16
16
16
17
17
19
19
20
24

BAB III METODE PERENCANAAN
3.1 Skema Instalasi Pompa yang Direncakan
26
3.2 Penentuan Kapasitas
29
3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi
30
3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( ∆H P )
30
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆H V )
30
3.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆HS )
32
3.3.4 Kerugian Head
32
3.3.4.1 Kerugian head sepanjang pipa hisap
32
3.3.4.2 Kerugian head sepanjang pipa tekan
38
3.4 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan 40
3.5 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller
40
3.6 Efisiensi Pompa pada Instalasi yang Dirancang
41
3.7 Daya Pompa pada Instalasi yang Dirancang
44
3.8 Spesifikasi Pompa yang Digunakan pada Instalasi
45
3.9 Ukuran – ukuran Utama Pompa
46
3.9.1 Bentuk dan ukuran impeller
46
3.9.1.1 Kecepatan dan sudut aliran fluida impeller
47
3.9.1.2 Melukis bentuk sudu
51
3.9.2 Bentuk dan ukuran rumah pompa
54
3.9.2.1 Bentuk rumah pompa
54
3.9.2.2 Luas saluran keluar ( throat ) volute
55
3.9.2.3 Penampang dan jari-jari volute
56
3.10 Pelaksanaan Perancangan
59
3.10.1 Diagram Alir Perancangan
59
3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan
60
BAB IV HASIL SIMULASI
4.1 Pendahuluan
4.2 Perhitungan Kapasitas Pompa Setelah Pengujian
4.3 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa
4.3.1 Tinggi Tekan Kecepatan
4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap
4.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

62
62
63
64
64
68

Universitas Sumatera Utara

4.4 Analisa Kavitasi pada Pompa dengan Gate Valve closed 25%
4.4.1 NPSH ( Net Positive Suction Head )
4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available
( NPSH yang tersedia)
4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required
( NPSH yang diperlukan )
4.5 Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik
4.5.1 Proses Permodelan Pompa Sentrifugal
4.5.2 Proses Permodelan Impeller Pompa Sentrifugal
4.5.3 Proses Solving dan Postprocessing Geometri
Rumah Pompa
4.6 Analisa Kavitasi dan Performansi dari Pompa Sentrifugal
4.6.1 Analisa Kemungkinan Kavitasi yang Terjadi
4.6.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal
4.7 Perhitungan Tinggi Tekan ( Head ) Pompa Berdasarkan
Hasil Fluent
4.7.1 Tinggi Tekan Kecepatan
4.7.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap
4.7.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan

69
71
71
72
74
78
81
85
87
87
88
90
90
91
91

BAB V KARAKTERISTIK POMPA
5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan
5.1.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
5.1.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa
5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan
5.2.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
5.2.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa
5.3 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi
5.3.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
5.3.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa

94
94
102
104
104
109
110
110
115

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
6.2 Saran

122
123

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Kekasaran Relative ( ε ) dalam Berbagai Bahan Pipa
Nilai Koefisien K untuk Tipe Screwed
Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik
Hubungan antara Kecepatan Spesifik dengan
Efisiensi Hidrolis
Tabel 3.5 Hubungan antara Kecepatan Spesifik Impeller
dengan Efisiensi Volimetris
Tabel 3.6 Jari-jari Busur Sudu Impeler
Tabel 3.7 Jari-jari dan luas volute untuk setiap penampang
Tabel 4.1 Kenaikan Kehilangan Tinggi Tekan dengan Tipe
Bukaan Katup
Tabel 4.2 Nilai Koefisien Kopen untuk Tipe Screwed Valve
Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual,
dan Head System pada Berbagai Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Perhitungan
Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan
Daya Pompa Berdasarkan Hasil
Perhitungan
Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual,
dan Head System pada Berbagai Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Percobaan.
Tabel 5.4. Hubungan kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa
Berdasarkan Percobaan
Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual,
dan Head System pada Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Simulasi
Tabel 5.6 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa
Berdasarkan Hasil Simulasi
Tabel 3.1
Tabel 3.2
Tabel 3.3
Tabel 3.4

34
37
41
42
43
52

66
67

101

104

109
110

115
116

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 3.9
Gambar 3.10
Gambar 3.11
Gambar 3.12
Gambar 3.13
Gambar 3.14
Gambar 3.15
Gambar 3.16
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13.

Rumah Pompa Sentrifugal
Kurva Pompa Aquavane
Skema Instalasi Pompa
Diagram alir algoritma numerik volume hingga
dengan metode SIMPLE
Elemen fluida pada persamaan kekekalan massa
Elemen fluida pada persamaan momentum
Hasil Simulasi untuk Vektor - vektor Kecepatan yang
Terjadi
Hasil Simulasi untuk Distribusi Tekanan yang Terjadi
Skema Perencanaan Instalasi Pompa
Stopwatch
Meteran
Diagram Moody
Pompa Sentrifugal
Bentuk impeler dan sudu yang digunakan dalam pompa
Ukuran – ukuran utama pada impeler
Segitiga Kecepatan pada sisi masuk ( Skala 1 cm : 1 m/s )
Segitiga kecepatan pada sisi keluar
Bentuk Sudu impeler
Perbandingan kecepatan pada kerongkongan rumah keong
Grafik penentuan sudut volute
Rumah Pompa
Diagram Alir Pelaksanaan Perancangan
Pandangan Depan Instalasi Pompa
Pandangan Samping Instalasi Pompa
Kerusakan pada Permukaan Sudu Impeller akibat Kavitasi
Grafik hubungan antara kecepatan spesifik, efesiensi
hidrolis serta koefisien kavitasiThoma
Diagram alir simulasi pada GAMBIT
Diagram alir simulasi pada FLUENT
Tampilan Hasil setelah memasukan titik-titiknya
Tampilan hasil dari substract face dan shaded
Tampilan hasil mesh
Tampilan hasil boundary condition
Kurva residual iterasi
Rumah pompa dalam GAMBIT
Kurva residual iterasi
Distribusi tekanan fluida pada rumah pompa sentrifugal
Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada
pompa sentrifugal

7
10
12
21
22
23
25
25
28
29
29
35
45
46
46
48
51
53
54
56
58
59
60
61
70
73
76
77
78
79
80
80
85
86
86
87
88

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.14. Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada
pompa sentrifugal
Gambar 4.15. Distribusi kecepatan fluida pada impeller
Gambar 4.17 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida
Gambar 5.1 Kerugian - kerugian hidrolis
Gambar 5.2. Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Perhitungan
Gambar 5.3. Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Percobaan
Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan
Hasil Simulasi
Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa
Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa

89
89
90
97
116
118
119
120
120

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

SIMBOL

KETERANGAN

A
b
b1
b2
b3
Dis
Ds
Dh
D1
D2
fc
g
HL
Hp
Hs
Hthz
hf
hm
h
K
Kt
k
L
Mt
M
Nm
Np
n
ns
P
Q
R
Re
S
Sf1
Sf2
t
U1
U2

Luas Penampang Pipa
Lebar Pasak
Lebar impeller pada sisi masuk
Lebar impeler pada sisi keluar
Lebar Penampang masuk saluran throat
Diameter dalam pipa
Diameter poros
Diameter hub
Diameter sisi masuk impeller
Diameter sisi keluar impeller
Faktor koreksi
Gravitasi
Head Losses sepanjang pipa
Head pompa
Head statis
Head Teoritis
Kerugian Head mayor
Kerugian head minor
Tinggi pasak
Kerugian akibat kelengkapan pipa
Faktor Koreksi pembebanan
Konstanta Hidrolik
Panjang pipa
Momen torsi
Massa
Daya Motor Listrik
Daya Pompa
Putaran Pompa
Putaran Spesifik
Tekanan Pada pompa
Kapasitas Pompa
Jari – Jari sudu lingkaran impeller
Bilangan Reynold
Jarak antara sudu
Faktor keamanan kelelahan puntir
Faktor Keamanan alur bahan
Tebal sudu impeller
Kecepatan tangensial sisi masuk impeller
Kecepatan tangensial sisi keluar impeller

SATUAN
m2
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
m/s2
m
m
m
m
m
m
mm
m
kgmm
Kg
kW
kW
rpm
rpm
Pa
m3/s
mm
mm
mm
m/s
m/s

Universitas Sumatera Utara

V
Vo
Vr1
Vr2
Vthr
Z
α
β
γ
ηp
υ
π
ρ
τg
σb
ω

Kecepatan aliran pada pipa
Kecepatan aliran masuk impeller
Kecepatan radial masuk impeller
Kecepatan radial keluar impeller
Kecepatan pada kerongkongan rumah keong
Jumlah sudu
Sudut Aliran masuk
Sudut tangensial
Berat jenis fluida
Efisiensi pompa
Viskositas Kinematik
konstanta (phi)
Kerapatan fluida
Tegangan Geser
Kekuatan Tarik Bahan
Kecepatan sudut

m/s
m/s
m/s
m/s
m/s
o
o

N/m3
%
m2/s
kg/m3
kg/m2
kg/m2
rad/s

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Untuk mengalir air dari reservoir bawah ke reservoir atas maka dibutuhkan
sebuah pompa untuk memindahkannya. Pompa akan bekerja secara optimal jika pompa
tersebut memiliki instalasi yang sesuai dengan kemampuan pompa itu bekerja. Yang
menjadi pedoman dalam membuat instalasi pompa adalah kapasitas ( Q ) dan Tinggi
Tekan ( H ) yang dibutuhkan dalam memompakan air tersebut.
Dalam mengoperasaikan pompa perlu diperhatikan suction gate valve open untuk
dapat menganalisa kemampuan kerja pompa. Pada setiap suction gate valve open akan
memiliki kapasitas dan head yang berbeda-beda. Nilai-nilai kapasitas dan head yang telah
didapat dari percobaan akan disimulasikan dengan menggunakan CFD FLUENT 6.1.22.
Program ini akan mempermudah menganalisa performansi dari pompa tersebut. Hasil
simulasi akan dibandingkan hasil percobaan dan hasil perencanaan/perhitungan. Hasil
perbandingannya dibuat dalam karakteristik pompa berupa grafik karakteristik.
Berdasarkan karakteristik akan diperoleh bahwa semakin besar suction gate valve open
maka kapasitas akan semakin besar pula dan head simulasi lebih besar dari pada head
percobaan.

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN
1.1.

Latar Belakang
Pompa adalah mesin yang mengkonversikan energi mekanik menjadi

energi tekanan. Menurut beberapa literatur terdapat beberapa jenis pompa, namun
yang akan dibahas dalam perancangan pompa ini ialah jenis pompa sentrifugal.
Pompa sentrifugal adalah jenis pompa yang sangat banyak dipakai oleh industri,
terutama industri pengolahan dan pendistribusian air. Beberapa keunggulan
pompa sentrifugal adalah: harga yang lebih murah, kontruksi pompa sederhana,
mudah pemasangan maupun perawatan, kapasitas dan tinggi tekan ( head ) yang
tinggi, kehandalan dan ketahanan yang tinggi.
Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa sentrifugal yang
dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yang
lama, hal ini tidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang
tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya. Pompa ini akan
digunakan pada instalasi yang akan dirancang di Laboratorium Mesin Fluida
Departemen Teknik Mesin dan bertujuan untuk memompakan air dari reservoir
bawah ( ground tank ) ke reservoir atas ( roof tank ).
Pompa sentrifugal yang digunakan adalah sebagai alat uji perbandingan
hasil dari real dilapangan dengan hasil dari simulasi menggunakan perangkat
lunak ( software ) yaitu program simulasi Computational Fluid Dynamic atau
sering disebut dengan CFD.
Computational Fluid Dynamic ( CFD ) dapat memberikan kekuatan untuk
mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, bendabenda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur,
dan system akustik hanya dengan permodelan di computer. Dengan menggunakan

Universitas Sumatera Utara

software ini akan tampak bentuk virtual prototype dari system yang digunakan
atau alat yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan.
CFD akan memberikan data - data, gambar - gambar, atau kurva - kurva yang
menunjukkan prediksi dari performansi keandalan sistem tersebut.
CFD yang akan digunakan ialah CFD Fluent versi 6.1.22. Fluent adalah
salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode volume hingga. Fluent
menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan
kasus aliran fluida dengan mesh ( grid ) yang tidak terstruktur sekalipun dengan
cara yang relative mudah. Setelah menggunakan program ini, maka akan didapat
hasil-hasil yang mendekati dengan kasus yang akan dijumpai di lapangan.

1.2.

Batasan Masalah
Instalasi pompa sentrifugal yang dirancang untuk memompakan air dari

reservoir bawah ke reservoir atas dimana instalasi ini akan dibuat di Laboratorium
Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin. Pembahasan perencanaan ini
dititikberatkan pada perancangan komponen system mekanis pompa sentrifugal
dan perhitungan prestasi pompa tersebut secara teoritis, yang secara umum terdiri
dari :
a. Penentuan skema instalasi yang akan dibuat di Laboratorium Mesin
Fluida.
b. Dalam perencanaan ini yang akan dibahas adalah perencanaan instalasi
untuk pompa akan digunakan untuk memompakan air dari reservoar
bawah ke reservoar atas.
c. Simulasi aliran fluida yang terjadi dalam sistem pemompaan dengan gate
valve closed 25%.
d. Penentuan daerah - daerah kavitasi serta analisa performansi dari pompa
sentrifugal pada analisa simulasi CFD Fluent.
e. Perhitungan dan analisa karakteristik, serta efisiensi pompa sentrifugal.

Universitas Sumatera Utara

1.3

Maksud dan Tujuan
Maksud dari perencanaan dan simulasi ini adalah untuk mengetahui

analisa performansi dari pompa sentrifugal yang dipakai dengan menggunakan
perhitungan matematis dan bantuan simulasi komputer sehingga diketahui kavitasi
yang terjadi didalam rumah pompa ( housing pump ) pada instalasi yang
dirancang.
Tujuan dari perencanaan dan simulasi ini adalah untuk mensimulasikan
aliran fluida yang terjadi didalam rumah pompa ( housing pump ) menggunakan
software CFD Fluent 6.1.22 dengan menampilkan virtual ptototype dari pompa
sentrifugal sehingga akan diberikan data – data, gambar – gambar, atau kurva
yang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan pompa sentrifugal yang
digunakan pada instalasi yang dirancang.

1.4

Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini

adalah :
1. Survey Lapangan
Survey lapangan telah dilakukan pada Laboratorium Mesin Fluida
Departemen Teknik Mesin USU dan toko peralatan alat – alat pompa serta
toko besi.
2. Studi Literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku yang mendukung dan
membantu dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

Universitas Sumatera Utara

3. Diskusi
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa
yang lain mengenai simulasi yang dibahas.

1.5

Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan tugas sarjana adalah sebagai berikut:
1. BAB I

: Pendahuluan, berisikan latar belakang, batasan masalah,

maksud dan tujuan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
2. BAB II

: Tinjauan Pustaka, berisikan teori - teori yang mendasari

tentang pompa sentrifugal.
3. BAB III

: Metode Perencanaan, berisikan urutan dan cara yang

dilakukan secara jelas dan sistematis dalam perancangan sebuah
instalasi pompa sentrifugal dan melaksanakan survey dalam pemilihan
pompa sentrifugal yang digunakan pada instalasi yang akan dibuat
serta perhitungan head pompa pada instalasi yang dirancang.
4. BAB IV

: Hasil Percobaan dan Simulasi, berisikan hasil analisis dari

perencanaan yang telah dilaksanakan dan serta disimulasikan supaya
mendapatkan hasil yang maksimal dengan perbandingan hasil analisa
manual dan simulasi.
5. BAB V

: Karakteristik Pompa, berisikan performansi dari pompa

sentrifugal yang digunakan untuk melayani instalasi yang dirancang.
6. BAB VI

: Kesimpulan dan saran, berisikan garis besar dari perancangan

instalasi, analisa simulasi dan kajian study yang dilakukan serta saran.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan
dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut.
Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan hambatan pengaliran. Hambatan - hambatan pengaliran itu dapat berupa
perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek. Klasifikasi pompa
secara umum dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (
positive displacement pump ) dan pompa kerja dinamis ( non positive
displacement pump ). Salah satu jenis pompa kerja dinamis adalah pompa
sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetik ( kecepatan ) cairan
menjadi energi potensial ( dinamis ) melalui suatu impeller yang berputar dalam
casing. Pada Instalasi Pengolahan Air ( IPA ), sebagian besar pompa yang
digunakan ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya
yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan
lengkung ( melingkar ). Pompa sentrifugal merupakan pompa kerja dinamis yang
paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk yang sederhana dan harga
yang relatif murah. Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa
perpindahan positif adalah gerakan impeler yang kontinyu menyebabkan aliran
tunak dan tidak berpulsa, keandalan operasi tinggi disebabkan gerakan elemen
yang sederhana dan tidak adanya katup-katup, kemampuan untuk beroperasi pada
putaran tinggi, yang dapat dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin
uap ukuran kecil sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan
biaya instalasi ringan, harga murah dan biaya perawatan murah.

Universitas Sumatera Utara

2.1

Prinsip -Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal
Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:
1.

Gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar
sehingga kecepatan fluida meningkat.

2.

Kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa ( volute atau diffuser )
menjadi tekanan atau head.

2.2

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara
lain:
1. Kapasitas:
: < 20 m3 / jam

1.

Kapasitas rendah

2.

Kapasitas menengah : 20-60 m3 / jam

3.

Kapasitas tinggi

: > 60 m3 / jam

2. Tekanan Discharge:
1.

Tekanan Rendah

: < 5 Kg / cm2

2.

Tekanan menengah

: 5 - 50 Kg / cm2

3.

Tekanan tinggi

: > 50 Kg / cm2

3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat:
1.

Single stage

2.

Multi stage

: Terdiri dari satu impeller dan satu casing.
: Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu
casing.

3.

Multi Impeller

: Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam
satu casing.

4.

Multi Impeller – Multi stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage.

Universitas Sumatera Utara

4. Posisi Poros:
1.

Poros tegak

2.

Poros mendatar

5. Jumlah Suction:
1.

Single Suction

2.

Double Suction

6. Arah aliran keluar impeller :

2.3

1.

Radial flow

2.

Axial flow

3.

Mixed fllow
Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat seperti

gambar berikut:

Gambar 2.1 Rumah pompa sentrifugal

Universitas Sumatera Utara

1. Stuffing Box
Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana
poros pompa menembus casing.
2. Packing
Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing
pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.
3. Shaft
Shaft ( poros ) berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak
selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian
berputar lainnya.
4. Shaft sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan
keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage
joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.
5. Vane
Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
6. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai
pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor ( guide vane
), inlet dan outlet nozzel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller
dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (
single stage ).
7. Eye of Impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
8. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi
energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga
cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan
akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

Universitas Sumatera Utara

9. Wearing Ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang
melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan
cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.
10. Bearing
Bearing ( bantalan ) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari
poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial.
Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar
dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
2.4

Unit Penggerak Pompa
Umumnya unit penggerak pompa terdiri dari tiga jenis yaitu:
a.

Motor bakar

b.

Motor listrik, dan

c.

Turbin

Penggerak tipe motor bakar dan turbin sangat tidak ekonomis untuk
perencanaan pompa karena konstruksinya berat, besar dan memerlukan sistem
penunjang misalnya sistem pelumasan, pendinginan dan pembuangan gas hasil
pembakaran.
Sistem penggerak motor listrik lebih sesuai dimana konstruksinya kecil
dan sederhana, sehingga dapat digabungkan menjadi satu unit kesatuan dalam
rumah pompa. Faktor lain yang membuat motor ini sering digunakan adalah
karena murah dalam perawatan dan mampu bekerja untuk jangka waktu yang
relatif lama dibanding penggerak motor bakar dan turbin.

2.5

Karakteristik Pompa Sentrifugal
Karakteristik dari pompa sentrifugal merupakan sebuah cara dimana tinggi

tekan tekanan diferensial bervariasi dengan keluaran ( output ) pada kecepatan
konstan. Karakteristik dapat juga menyertakan kurva efisiensi dan harga brake
horse power-nya. Kurva kapasitas tinggi tekan ( Gambar 2.2 ) ditunjukkan

Universitas Sumatera Utara

sebagai kapasitas peningkatan total tinggi tekan, dimana tinggi tekan pompa
mampu untuk dinaikkan atau dikurangi. Umumnya sebuah pompa sentrifugal
akan menaikkan tinggi tekan terbesarnya pada suatu titik, dimana tidak ada aliran
yang sering dianggap sebagai shut off head. Jika shut off head kurang dari harga
maksimum tinggi tekan, pompa menjadi tidak stabil dan dibawah beberapa
kondisi dapat memperbesar daya dan kecepatan fluktuasi yang menyebabkan
getaran mekanis yang besar pada sistem pemipaan.

Gambar 2.2 Kurva pompa Aquavane KSB Type A32-160
2.6

Dasar-dasar Pemilihan Pompa
Dasar

pertimbangan

pemilihan

pompa,

didasarkan

pada

sistem

ekonomisnya, yakni keuntungan dan kerugian jika pompa tersebut digunakan dan
dapat memenuhi kebutuhan pemindahan fluida sesuai dengan kondisi yang
direncanakan.
Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa adalah fungsi
terhadap instalasi pemipaan, kapasitas, head, viskositas, temperature kerja dan
jenis motor penggerak.

Universitas Sumatera Utara

Kondisi yang diinginkan dalam perencanaan ini adalah:
a. Kapasitas dan head pompa harus mampu dipenuhi.
b. Fluida yang mengalir secara kontinu.
c. Pompa yang dipasang pada kedudukan tetap.
d. Konstruksi sederhana.
e. Mempunyai efisiensi yang tinggi.
f. Harga awal relatif murah juga perawatannya.
Melihat dan mempertimbangkan kondisi yang diinginkan dalam perencanaan
ini, maka dengan mempertimbangkan sifat pompa dan cara kerjanya, dipilih pompa
sentrifugal dalam perencanaan ini, karena sesuai dengan sifat pompa sentrifugal, yakni:

a. Aliran fluida lebih merata.
b. Putaran poros dapat lebih tinggi.
c. Rugi-rugi transmisinya lebih kecil karena dapat dikopel langsung dengan
motor penggerak.
d. Konstruksinya lebih aman dan kecil.
e. Perawatannya murah.

2.7

Head Pompa
Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk

mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi
pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya
dinyatakan dalam satuan panjang. Menurut persamaan Bernoulli yang berbunyi “
bila fluida inkompresibel mengalir sepanjang pipa yang penampangnya
mempunyai beda ketinggian,perbedaan tekanan tidak hanya tergantung pada
perbedaan ketinggian tetapi juga pada perbedaan antara kecepatan dimasingmasing titik tersebut ”. Dalam persamaan Bernoulli, ada tiga macam head (energi)
fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu energi tekanan, energi kinetik dan energi
potensial. Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

Universitas Sumatera Utara

H =

γ

P

+Z+

V2
2. g

Dimana:
H

γ

P

Z

= Head total pompa (m)
= Head tekanan (m)
= Head statis total (m)

V2
= Head kecepatan (m)
2. g
Karena energi itu kekal, maka bentuk head ( tinggi tekan ) dapat bervariasi
pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada5rugi-rugi
energi (losses).
No

Keterangan Gambar

1

Reservoir isap

2

Pipa isap

3

Pompa

B

4
2

3

1

A

Gambar 2.3 Skema instalasi pompa

Universitas Sumatera Utara

Pada kondisi yang berbeda seperti pada gambar di atas maka persamaan Bernoulli
adalah sebagai berikut:

γA
PA

V
P
V
+ A + Z A + H = B + B + Z B + H L ( Loss A ke B )
γB
2. g
2. g
2

H =(

γB
PB

2



γA
PA

)+(

VB
V
− A ) + (Z B − Z A ) + H L
2. g
2. g
2

2

Karena γA = γB maka:

H =(

H =(

PB − PA

∆P

γ

γ

)+(

)+(

∆V

2

2. g

VB − V A
) + (Z B − Z A ) + H L
2. g
2

2

) + H ST + H L

Dimana:
H

∆P

γ

= Head total pompa ( m )

= Head pompa karena perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan (
m)

Universitas Sumatera Utara

∆V 2
= Head yang diakibatkan karena ada perbedaan kecepatan ( m )
2.g
HST = Head statis ( m )
HL

2.7.1

= Head loss dari A ke B ( m )

Head Tekanan
Head tekanan adalah perbedaan energi tekanan yang bekerja pada permukaan

zat cair pada sisi tekan dengan energi tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair
pada sisi isap. Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus:

γ

P

=

γ

PB



γ

PA

Dimana:

γ

= Head tekanan ( m )

γ

= Energi tekanan pada permukaan zat cair pada sisi tekan ( m )

γ

= Energi tekanan pada permukaan zat cair pada sisi isap ( m )

P

PB

PA

2.7.2 Head Kecepatan
Head kecepatan adalah perbedaan antar energi kecepatan zat cair pada
saluran tekan dengan energi kecepatan zat cair pada saluran isap. Head kecepatan
dapat dinyatakan dengan rumus:

Hk =

VB
V
− A
2. g 2. g
2

2

Universitas Sumatera Utara

Dimana:
Hk

= Head kecepatan

2

VB
= Energi kecepatan zat cair pada saluran tekan
2.g
2

VA
= Energi kecepatan zat cair pada saluran isap
2. g

2.7.3 Head Statis Total
Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada
sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap. Head statis total dapat
dinyatakan dengan rumus:

Z = Zb − Z a

Dimana:
Z = Head statis total
Zb = Beda tinggi tekan statis pada sisi tekan
Za = Beda tinggi tekan statis pada sisi isap
Tanda + : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu
pompa.
Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu
pompa.

2.7.4 Kerugian Head ( Head Loss )
Kerugian energi per satuan berat fluida dalam mengaliran cairan dalam
sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head ( head loss ). Head loss terdiri
dari mayor head loss ( hf ), minor head loss ( hm ), dan total loss ( htot )

Universitas Sumatera Utara

2.7.4.1 Mayor Head Loss ( Mayor Loss )
Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa yang dinyatakan
dengan rumus :

LV2
hf = f
d 2g
Dimana:
hf = Mayor loss ( m )
f

= Faktor gesekan

L = Panjang pipa ( m )
V = Kecepatan fluida dalam pipa ( m/det )
d = Diameter dalam pipa ( m )
Harga f ( faktor gesekan ) didapat dari diagram Moody sebagai fungsi dari Angka
Reynold ( Reynolds Number ) dan Kekasaran relatif ( Relative Roughness - ε/D ),
yang nilainya dapat dilihat pada grafik sebagai fungsi dari nominal diameter pipa
dan kekasaran permukaan dalam pipa ( e ) yang tergantung dari jenis material
pipa.Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus :

Re =

ρVd
µ

Dimana:
Re = Reynold Number

ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)

V = Kecepatan rata-rata aliran (m/det)
d = Diameter dalam pipa (mm)

µ = Dynamic viscosity (N.s/m2)

Apabila aliran laminar ( Re < 2100 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari dengan
pendekatan rumus:

f =

64
Re

Universitas Sumatera Utara

Apabila aliran turbulen ( Re > 4000 ), faktor gesekan ( f ) dapat dicari dengan
diagram moody.

2.7.4.2 Minor Head Loss ( Minor Loss )
Merupakan kerugian head pada fitting, elbow dan valve yang terdapat
sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan Rumus:

hm = k

v2
2g

Dimana:
hm = Minor loss ( m )
k = Koefisien kerugian dari fitting, elbow dan valve

2.7.4.3 Total Loss
Total loss merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :

htot = h f + hm

Dimana:
htot = Total loss (m)
hf = Total mayor loss (m)
hm = Total minor loss (m)

Universitas Sumatera Utara

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:

Ns = n

Q

1
2
3

H4
Dimana:
NS = Kecepatan spesifik pompa ( m/min )
n

= Putaran pompa ( rpm )

Q = Kapasitas pompa (m3/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 )
NP =

Dimana:
Np = daya pompa (watt )
Q

= kapasitas pompa ( m3/s )

Universitas Sumatera Utara

Hp = head pompa ( m )
ρ = rapat jenis fluida ( kg/m3 )
ηp = 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 persamaanpersamaan 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
( ρv +

∂ρv
δy )δzδx
∂y

( ρw

x
δyδ
)
z
w
∂ρ δ
+ ∂z

ρuδyδz

δy

δyδ

x

∂ρu
δx)δyδz
∂x

δz

δx
ρvδxδz

ρw

( ρu +

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:



y

∂τ yx
+ ∂y
x

(τ zx +

pδyδz

σ xxδyδz

τ zxδxδy

δx

δy
τ yxδxδz

δz

δx
δy)

∂τ zx
δz )δxδy
∂z

fx

(σ xx +
(p+

∂σ xx
δx)δyδz
∂x

∂p
δx)δyδz
∂x

δz

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 kg/s 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 90o long regular ukuran 1 inchi sebanyak 6 elbow ( satu
dipasang pada pipa isap dan lima dipasang pada pipa tekan )
2. Elow 90o 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
Dalam menentukan kapasitas kita perlu memperhatikan bagaimana bentuk

instalasi yang kita rencanakan. Dalam hal ini yang perlu diperhatikan adalah
volume roof tank yang digunakan yaitu 400 liter dan tinggi air yang hendak
dipompakan yaitu setinggi 200 cm. Dengan mempertimbangkan data-data diatas
dan melihat name plate dari pompa yang digunakan pada instalasi yang akan
dirancang maka kapasitas yang ditetapkan adalah sebesar 90 ltr / mnt.

3.3

Penentuan Head Pompa pada Instalasi
Head pompa adalah besarnya energy 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 system pemipaan pada pipa isap dan pipa tekan dapat dilihat pada
gambar 3.1 . Dengan menyatakan bahwa titik A pada permukaan fluida tangki
bawah dan titik B pada permukaan fluida tangki atas, maka head pompa secara
umum dinyatakan dengan persamaan:
Hpompa = ∆HP + ∆HV + HS + HL
Dimana:
∆HP = perbedaan head tekanan ( m )
∆HV = perbedaan head kecepatan ( m )
HS

= head statis ( m )

HL

= kerugian head ( m )

Universitas Sumatera Utara

3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( ∆HP )
Head tekanan merupakan energy yang dibutuhkan untuk mengatasi
perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam system kerja ini
tekanan air memasuki 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 m/s sampai 3 m/s [Soufyan
M. Noerbambang, hal 98]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa
isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata – rata 3
m/s.
Dari persamaan kontinuitas diperoleh:
QP = VS AS
Dimana:
QP

=

VS

=

3
× 10 −3 m3 / s
2
kecepatan Aliran dalam pipa isap ( m/s )

AS

=

π/4 ( dis )2 = luas bidang aliran ( m2 )

dis

=

diameter dalam pipa ( m )

kapasitas pompa = 90 ltr/mnt =

sehingga diameter pipa isap adalah:
dis =

=

4Q p

πVs

3
4 × × 10 −3
2
m
π ×3

=

0,02523 m

=

0,99 inchi

Universitas Sumatera Utara

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka pipa
nominal 1 inchi dengan dimensi pipa:
− Diameter dalam ( dis ) = 1,049 in = 0,0266 m
− Diameter luar ( dos ) = 1,318 in = 0,0335 m

Dengan ukuran pipa standart pipa tersebut, maka kecepatan aliran yang
sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah:
VS =

QP
4QP
=
AS
π (d is )2

3
4 × × 10 −3
2
=
m/s
π (0,0266 )2

= 2,6992 m /s
Diperoleh kecepatan aliran fluida masih sesuai.
Maka Head kecepatan aliran adalah:

(2,6992) m
V2
=
2g
2 × 9.81
2

HV =

= 0,3713 m
Perbedaan Head Kecepatan aliran adalah nol oleh karena besarnya head kecepatan
pada sisi isap dan sisi tekan sama yaitu 0,3713 m.
3.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆Hs )
Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir atas
dengan reservoir bawah seperti yang tam

Dokumen yang terkait

Simulasi Pengaruh NPSH Terhadap Terbentuknya Kavitasi Pada Pompa Sentrifugal Dengan Menggunakan Program Komputer Computational Fluid Dyanamic Fluent

13 127 124

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve Open 100 %

14 73 132

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Perangkat Komputer CFD Fluent 6.1.22 Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 50%

9 80 120

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22. Pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 25%

13 113 153

Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal dan Analisa Numerik Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22 pada Pompa Sentrifugal Dengan Suction Gate Valve closed 75%

10 93 119

Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 3000 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22

12 63 119

Analisa Perancangan Instalasi Pompa Sentrifugal Pada Putaran 1500 RPM Dengan Menggunakan Software CFD Fluent 6.1.22

22 125 102

Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal Pada Instalasi Hotel Aryaduta Medan Dengan Menggunakan Program Komputer CFD Fluent 6.1.22

5 53 195

Simulasi Perancangan Pompa Sentrifugal pada Instalasi Rumah Sakit G.L.Tobing Tj.Morawa dengan Menggunakan Program Komputer CFD FLUENT versi 6.1.22

8 63 187

Optimasi Desain Impeller Pompa Sentrifugal Menggunakan Pendekatan CFD

1 1 6

Dokumen baru

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

98 2934 16

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

36 749 43

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

33 648 23

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

15 419 24

PENGARUH PENERAPAN MODEL DISKUSI TERHADAP KEMAMPUAN TES LISAN SISWA PADA MATA PELAJARAN ALQUR’AN HADIS DI MADRASAH TSANAWIYAH NEGERI TUNGGANGRI KALIDAWIR TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

24 575 23

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

49 968 14

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

49 880 50

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

14 533 17

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

21 790 30

KREATIVITAS GURU DALAM MENGGUNAKAN SUMBER BELAJAR UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS PEMBELAJARAN PENDIDIKAN AGAMA ISLAM DI SMPN 2 NGANTRU TULUNGAGUNG Institutional Repository of IAIN Tulungagung

33 954 23