Gambar 4.39 Kurva hasil residual iterasi
4.3 Analisa kavitasi dan performansi dari pompa sentrifugal yang telah direncanakan
4.3.1 Analisa kemungkinan kavitasi yang terjadi Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam
cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan dimana suhu air yang digunakan adalah 20
o
C, maka nilai tekanan uap air jenuh adalah sebesar 2340 Nm
2
pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp Karassik
dkk, 1976 menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa
aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut
akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap
tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa.
Gambar 4.40 Kerusakan pada permukaan sudu impeller akibat kavitasi Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada dinding namun
bila hal itu terjadi berulang-ulang maka bisa mengakibatkan terbentuknya lubang- lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material bisa rusak oleh kavitasi bila
dibiarkan terjadi dalam jangka waktu yang lama. Adanya benda asing yang masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab akan menyebabkan erosi
pada dinding impeller. Maka hasil distribusi tekanan dan turbulensi di bawah ini akan menunjukkan daerah-daerah yang kemungkinan akan terjadi kavitasi pada pompa
Universitas Sumatera Utara
yang telah direncanakan sebelumnya ini. Daerah –daerah yang memiliki tekanan fluida dibawah tekanan uap air jenuh atau sebesar 2340 Pa maka daerah tersebut
memiliki kemungkinan kavitasi.
Gambar 4.41 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal
Gambar 4.42 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.43 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal a.
Analisa performansi dari pompa sentrifugal Dalam hasil simulasi pompa sentrifugal tersebut dihasilkanlah vektor – vektor
kecepatan dengan terdapat nilai-nilai kecepatan yang terjadi pada rumah pompa sentrifugal tersebut. Distribusi kecepatan dihasilkan dengan menginput nilai
kecepatan masuk maka akan dihasilkannya nilai kecepatan pada sisi keluar pompa sentrifugal berdasarkan simulasi. Dengan menggunakan nilai kecepatan masuk pada
BAB III V
s
= 3,122 ms maka akan didapat kecepatan rata –rata yang berada di sisi keluar rumah pompa V
d
. Dengan menggunakan nilai V
s
dan V
d
maka dihasilkan head tinggi tekan yang mampu dihasilkan pompa tersebut berdasarkan dari hasil
simulasi.
4.3.3 Perhitungan Tinggi Tekan Head Pompa Berdasarkan Hasil simulasi
Berdasarkan hasil analisa Fluent diatas tampak bahwa kecepatan aliran fluida mengalir disisi pipa isap adalah 7,21 ms, sehingga dapat dihitung tinggi tekan head
berdasarkan hasil simulasi.
1. Perbedaan Head Kecepatan
Dari hasil simulasi didapat nilai tidak sama dengan nilai
, sehingga akan terjadi head kecepatan akibat perbedaan kecepatan tersebut.
- Head kecepatan pada sisi isap
Universitas Sumatera Utara
H
vs
= g
V
s
2
2
m
= 81
, 9
2 122
, 3
2
= 0,4968 m a.
Head kecepatan pada sisi tekan H
vd
H
vd
= g
V
d
2
2
m
= 81
, 9
2 21
, 7
2
= 2,6495 m Maka nilai perbedaan head kecepatannya adalah :
v
H ∆ = H
vd
- H
vs
= 0,4968 m – 2,6495 m = 2.1527 m
4.3.3.1 Tinggi Tekan Head Kecepatan
Head kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini. =
Dimana: =
beda head kecepatan =
kecepatan aliran pada pipa tekan =
keceparan aliran pada pipa isap Maka:
= = 2,1527 m
4.3.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap
Dari pembahasan sebelumnya, untuk kecepatan aliran fluida pada pipa isap 3,122 ms telah dibahas h
ls
= 0,5218 m
4.3.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan
Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan menurut Darcy- Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut:
Universitas Sumatera Utara
h
fd
= f g
V d
L
d is
s
2
2
×
Untuk menentukan factor gesekan f terlebih dahulu ditentukan harga bilangan Reynold, dimana:
υ
is d
d V
= Re
Dengan: =
kecepatan aliran pada pipa tekan = 7,21 ms Sehingga diperoleh:
Re = = 723120.5882
Aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “. Dari pembahasan Bab sebelumnya Kekasaran Relative = 0 dan
selanjutnya akan dicari harga factor gesekan dengan menggunakan diagram moody. Dari diagram moody untuk bilangan Reynold = 723120,5882 dan e d
is
= 0 dengan cara interpolasi maka akan diperoleh factor gesek f = 0,01192. Sehingga
besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy-Weishbach adalah: H
fd
= f g
V d
L
s is
2
2
×
= 0,01192 81
, 9
2 7,21
0,1023 35
,
2
× ×
× = 0,1080 m
b. Kerugian Head Akibat Perlengkapan Instalasi Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan
persamaan: h
md
=
g V
nk
d
2
2
∑
Dimana: h
ms
= kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap n
= jumlah kelengkapan pipa k
= koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk putaran 1500 rpm
Besarnya koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa untuk simulasi perancangan pada putaran 1500 rpm
Sehingga dapat dihitung besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa tekan adalah sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
h
md
= 2,83 = 5,2990 m
Maka total tinggi tekan head pada pipa tekan berdasarkan data hasil simulasi fluent adalah yaitu:
h
ld
= h
fd
+ h
md
= 0,1080 m + 5,2990 m = 5,407 m
Maka kerugian head gesekan total berdasarkan data hasil simulasi CFD Fluent adalah: h
L
= h
ls
+ h
ld
= 0,5218 m + 5,407 m = 5,9288 m
Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan melayani instalasi pemipaan dengan simulasi putaran 1500 rpm, yaitu
H
total
= H
V
+ H
S
+ H
L
= 2,1527 + 11 + 5,9288 = 19,08 m
Flow Chart pada Fluent
Membuka file Mesh yang telah dibuat pada GAMBIT
• Grid Check
• Menskalakan ukuran
• Smooth Swap
Pendefenisian •
Material •
Satuan •
Kondisi batas •
Fluida •
Zona masuk fluida •
Zona keluar fluida •
Kondisi dinding
Memulai iterasi konvergen
YA TIDAK
Universitas Sumatera Utara
4.4 Analisa Kecepatan pada pipa instalasi dengan CFD Skema Instalasi Perancangan Pompa
Kategori