Menjalankan Simulasi Run METODOLOGI PENELITIAN

3.2.3 Pengaturan Simulasi Simulation Setting

Pengaturan simulasi yang dimaksud adalah menentukan beberapa aspek yang diperlukan dalam simulasi seperti bentuk solver yang dipilih, material, jenis viskos, sesuai dengan asumsi yang dilakukan. Tabel 3.4 menunjukkan pengaturan simulasi yang dilakukan. Jenis aliran yang telah ditentukan sebelumnya juga diatur pada bagian ini di dalam FLUENT. Tabel 3.4 Pengaturan Simulasi Aspek Pengaturan Model Solver Solver Model Model Viskos Viscous Model Material KondisiOperasi Operating Condition Inisiasi Initialize Residual Monitor Pressure based, 3D, Steady Turbulent k-ε Standard Water liquid with constant density, = 998.2 101325 Pa Velocity Inlet 10 -4

3.3 Menjalankan Simulasi Run

Setelah proses pre-processor dan solution telah selesai diatur, maka simulasi dimulai run hingga solusi yang konvergen tercapai. Universitas Sumatera Utara BAB IV HASIL DAN ANALISA Sebagaimana tujuan akhir dari penelitian ini adalah mensimulasikan aliran fluida pada pompa hidram, menampilkan distribusi kecepatan dan tekanan dan selanjutnya nanti membandingkannya dengan hasil pengujian. Sebagaimana telah dijelaskan di bab 3 bahwa simulasi ini terdiri atas dua kondisi yaitu pada saat katup penghantar tertutup, dan pada saat katup limbah tertutup. Maka penjelasannya adalah sebagai berikut: 4.1. Simulasi Pada Saat Katup Penghantar Tertutup Pada kondisi ini, air mengalir dari reservoir melalui pipa masuk menuju badan pompa dan perlahan-lahan nantinya akan menutup katup limbah. Karena katup penghantar tutup, jadi air belum memasuki tabung, maka pada keadaan ini tabung udara tidak ikut disimulasikan karena proses hanya terjadi pada badan pompa. Pada keadaan ini akan ditampilkan gambar simulasi pergerakan pada katup limbah sesuai dengan panjang langkah atau sudut bukaan katup limbah. Gambar 4.1. Kontur kecepatan dengan panjang langkah 25 mm atau bukaan katup limbah 24,44 derajat. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.2. Vektor kecepatan dengan panjang langkah 25 mm atau bukaan katup limbah 24,44 derajat. Gambar 4.3. Kontur kecepatan dengan panjang langkah 20 mm atau bukaan katup limbah 19,98 derajat. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.4. Vektor kecepatan dengan panjang langkah 20 mm atau bukaan katup limbah 19,98 derajat. Gambar 4.5. Kontur kecepatan dengan panjang langkah 15 mm atau bukaan katup 15,25 derajat Universitas Sumatera Utara Gambar 4.6. Vektor kecepatan dengan panjang langkah 15 mm atau bukaan katup 15,25 derajat Dari gambar kontur dan vektor kecepatan pada katup limbah dapat kita lihat kecepatan pada tiap panjang langkah atau bukaan katup limbah berbeda, yaitu kecepatan pada katup limbah semakin meningkat seiring dengan besarnya panjang langkah atau bukaan katup limbah. Pada panjang langkah 15 mm kecepatan tertinggi adalah 1,105 ms, pada panjang langkah 20 kecepatan tertinggi adalah 1,339 ms dan pada panjang langkah 25 mm kecepatan tertinggi adalah 1,727 ms. Sebagai perbandingan terhadap hasil pengujian maka akan dicari kecepatan rata-rata tiap-tiap panjang langkah dan untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada bagian lampiran hasil simulasi. Universitas Sumatera Utara 4.2. Simulasi Pada Saat Katup Limbah Tertutup Pada kondisi ini setelah air yang mengalir dari reservoir perlahan-lahan menutup katup limbah hingga sampai tertutup penuh, tekanan air perlahan-lahan akan membuka katup penghantar dan terjadi proses palu air. Pada keadaan ini akan ditampilkan gambar simulasi aliran fluida dalam pompa hidram sesuai dengan bukaan katup nya yang perlahan-lahan terbuka. Gambar 4.7. Kontur kecepatan dengan katup 13 terbuka. Keterangan : a. Katup limbah. b. Katup penghantar. Pada gambar kontur kecepatan diatas dapat dilihat bahwa kecepatan pada tabung dan badan pompa sedikit berbeda. Pada keadaan ini katup penghantar b berangsur-angsur terbuka 13, 23 dan 33 dan katup limbah a dalam keadaan tertutup, hal ini sama dengan kontur kecepatan yang lain, perbedaannya adalah kecepatan yang dihasilkan tiap bukaan yang berbeda. a b Universitas Sumatera Utara Gambar 4.8. Vektor kecepatan dengan katup 13 terbuka. Gambar 4.9. Kontur kecepatan dengan katup 23 terbuka. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.10. Vektor kecepatan dengan katup 23 terbuka Gambar 4.11. Kontur kecepatan dengan katup terbuka penuh Universitas Sumatera Utara Gambar 4.12. Vektor kecepatan dengan katup terbuka penuh. Dari gambar kontur dan vektor kecepatan yang ditampilkan yaitu simulasi pompa hidram pada saat katup penghantar berangsur-angsur terbuka. Pada bagian tabung dapat kita lihat kecepatan berangsur-angsur naik seiring semakin terbukanya katup limbah, tetapi pada saat katup terbuka penuh, kecepatan sedikit menurun. Pada sub bab ini hanya menampilkan hasil simulasi pada saat katup penghantar berangsur-angsur terbuka dan tidak akan dibandingkan dengan hasil pengujian karena data pada keadaan ini tidak ada. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada lampiran perhitungan rata-rata kecepatan pada katup limbah tiap-tiap panjang langkah. Universitas Sumatera Utara 4.3. Simulasi Perbedaan Volume Tabung Udara. Pada sub bab ini akan ditampilkan contour tekanan pada pompa hidram dengan variasi masing-masing tabung udara yaitu volume 0,0061 m 3 , 0,0082 m 3 , dan 0,0102 m 3 . Pada simulasi dibawah ini atau pada gambar 4.13 sampai dengan 4.15 dikondisikan katup hantar dalam keadaan terbuka penuh fully open dan pipa keluaran dalam keadaan 16 terbuka seperti yang dilakukan pada saat pengujian. Pada gambar akan ditampilkan tekanan tiap sisi pompa hidram seperti pada tabung, badan pompa dan pipa keluaran. Gambar 4.13. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0061 m 3 pada saat katup penghantar terbuka penuh. Keterangan : a. Katup limbah. b. Katup penghantar. Pada gambar kontur tekanan diatas dapat kita lihat bahwa tekanan pada tabung dan badan pompa berbeda sedikit, hal ini disebabkan karena peningkatan tekanan yang terjadi akibat adanya palu air. Pada keadaan ini katup limbah a dalam keadaan tertutup dan katup penghantar dalam keadaan terbuka, Hal ini sama dengan kontur tekanan yang lain, perbedaannya adalah tekanan yang dihasilkan tiap tabung yang berbeda. b a Universitas Sumatera Utara Gambar 4.14. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0082 m 3 pada saat katup penghantar terbuka penuh Gambar 4.15. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0102 m 3 pada saat katup penghantar terbuka penuh Dari gambar diatas dapat kita lihat bahwa warna dari badan pompa, tabung udara seperti sama hal ini karena tekanannya berada pada satu nilai warna skala, tetapi sebenarnya berbeda tekanan tiap bagian pompa, untuk lebih jelasnya dapat Universitas Sumatera Utara dilihat pada bagian lampiran data hasil simulasi dimana nantinya akan ditampilkan tekanan rata-rata pada badan pompa dan tabung. Pada simulasi dibawah ini atau pada gambar 4.16 sampai dengan 4.18 dikondisikan katup hantar dalam keadaan tertutup dan katup limbah dalam keadaan terbuka dan pipa keluaran dalam keadaan 16 terbuka seperti yang dilakukan pada saat pengujian. Pada gambar akan ditampilkan tekanan tiap sisi pompa hidram seperti pada tabung, badan pompa dan pipa keluaran. Gambar 4.16. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0061 m 3 pada saat katup penghantar tertutup penuh. Keterangan : a. Katup limbah. b. Katup penghantar. Pada gambar kontur tekanan diatas dapat kita lihat bahwa tekanan pada tabung dan badan pompa berbeda, hal ini disebabkan karena katup penghantar b dalam keadaan tertutup, akibatnya badan pompa kehilangan tekanan dan mengakibatkan katup limbah a terbuka. Hal ini sama dengan kontur tekanan yang lain, perbedaannya adalah tekanan yang dihasilkan tiap tabung yang berbeda. b a Universitas Sumatera Utara Gambar 4.17. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0082 m 3 pada saat katup penghantar tertutup penuh Gambar 4.18. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0102 m 3 pada saat katup penghantar tertutup penuh Universitas Sumatera Utara Dari tiga kontur tekanan tabung yang diatas dapat dilihat bagaimana perbedaan tekanan pada tiap bagian tabung antara pada saat katup hantar terbuka dan katup limbah tertutup dengan pada saat katup hantar tertutup dan katup limbah terbuka. Keadaan ini sesuai dengan hasil pengujian karena pada saat katup hantar tertutup, katup limbah akan terbuka. Dari kontur diatas dapat dilihat tekanan badan pompa menurun seiring dengan terbukanya katup limbah dan katup hantar tertutup. 4.4. Hasil Simulasi Setelah dilakukan simulasi maka diperoleh hasil simulasi. Hasil simulasi adalah hasil rata-rata yang diperoleh dari setiap grid atau titik pada bagian-bagian pompa. Berikut adalah hasil simulasinya. Tabel 4.1 Hasil simulasi Kecepatan v pada panjang langkah 15 mm 0,5639 ms Kecepatan v pada panjang langkah 20 mm 0,7534 ms Kecepatan v pada panjang langkah 25 mm 1,0191 ms Tekanan badan pompa P 1 pada volume tabung 0,0061 m 3 1,1622534 Bar Tekanan tabung P 2 pada volume tabung 0,0061 m 3 1,1609234 Bar Tekanan badan pompa P 1 pada volume tabung 0,0082 m 3 1,1192458 Bar Tekanan tabung P 2 pada volume tabung 0,0082 m 3 1,1174902 Bar Tekanan badan pompa P 1 pada volume tabung 0,0102 m 3 1,0868658 Bar Tekanan tabung P 2 pada volume tabung 0,0102 m 3 1,0852968 Bar 4.5. Perbandingan Terhadap Hasil Pengujian Pada sub bab ini akan dijelaskan mengenai perbandingan antara hasil simulasi menggunakan solver CFD dengan hasil pengujian dilapangan. Nilai yang diambil dari hasil simulasi adalah nilai rata-rata dari semua grid atau titik, perhitungannya dapat dilihat pada lampiran. Universitas Sumatera Utara 4.5.1 Kecepatan Pada Katup Limbah Pada Bukaan Katup 15,25 Derajat Atau Panjang Langkah 15 mm. Dari hasil simulasi diperoleh kecepatan pada katup limbah setelah menghitung kecepatan rata-ratanya adalah 0,5639 ms, sedangkan kecepatan dari hasil pengujian adalah 0,5175 ms. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.19. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan kecepatan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 0,5639 − 0,5175 0,5639 100 = 8,23 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Simulasi Pengujian Keceptan m s Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.2 Kecepatan Pada Katup Limbah Pada Bukaan Katup 19,98 Derajat Atau Panjang Langkah 20 mm. Dari hasil simulasi diperoleh kecepatan pada katup limbah setelah menghitung kecepatan rata-ratanya adalah 0,7534 ms, sedangkan kecepatan dari hasil pengujian adalah 0,7959 ms. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.20. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan kecepatan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 0,7534 − 0,7959 0,7534 100 = 5,64 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Simulasi Pengujian Kecepatan m s Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.3. Kecepatan Pada Katup Limbah Pada Bukaan Katup 24,44 Derajat Atau Panjang Langkah 25 mm. Dari hasil simulasi diperoleh kecepatan pada katup limbah setelah menghitung kecepatan rata-ratanya adalah 1,0191 ms, sedangkan kecepatan dari hasil pengujian adalah 1,1128 ms. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.21. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan kecepatan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 1,0191 − 1,1128 1,0191 100 = 9,19 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Simulasi Pengujian Kecepatan m s Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.4. Tekanan Pada Badan Pompa Dengan Volume Tabung Udara 0,0061 m 3 . Dari hasil simulasi diperoleh tekanan badan pompa setelah menghitung tekanan rata-ratanya adalah 1,1622534 Bar, sedangkan tekanan dari hasil pengujian adalah 1,19 Bar. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.22. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan tekanan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 1,1622534 − 1,19 1,1622534 100 = 2,39 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Simulasi Pengujian Tek ana n Ba r Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.5. Tekanan Pada Tabung Udara Dengan Volume 0,0061 m 3 . Dari hasil simulasi diperoleh tekanan tabung udara setelah menghitung tekanan rata-ratanya adalah 1,1609234 Bar, sedangkan tekanan dari hasil pengujian adalah 1,17 Bar. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.23. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan tekanan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 1,1609234 − 1,17 1,1609234 100 = 0,78 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Simulasi Pengujian Tek ana n Ba r Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.6. Tekanan Pada Badan Pompa Dengan Volume Tabung Udara 0,0082 m 3 . Dari hasil simulasi diperoleh tekanan badan pompa setelah menghitung tekanan rata-ratanya adalah 1,1192458 Bar, sedangkan tekanan dari hasil pengujian adalah 1,16 Bar. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.24. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan tekanan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 1,1192458 − 1,16 1,1192458 100 = 3,64 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Simulasi Pengujian Tek ana n Ba r Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.7. Tekanan Pada Tabung Udara Dengan Volume 0,0082 m 3 . Dari hasil simulasi diperoleh tekanan tabung udara setelah menghitung tekanan rata-ratanya adalah 1,1174902 Bar , sedangkan tekanan dari hasil pengujian adalah 1,13 Bar. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.25. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan tekanan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 1,1174902 − 1,13 1,1174902 100 = 1,12 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Simulasi Pengujian Tek ana n Ba r Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.8. Tekanan Pada Badan Pompa Dengan Volume Tabung Udara 0,0102 m 3 . Dari hasil simulasi diperoleh tekanan badan pompa setelah menghitung tekanan rata-ratanya adalah 1,086858 Bar, sedangkan tekanan dari hasil pengujian adalah 1,12 Bar. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.26. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan tekanan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 1,086858 − 1,12 1,086858 100 = 3,05 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Simulasi Pengujian Tek ana n Ba r Metode Universitas Sumatera Utara 4.5.9. Tekanan Pada Tabung Udara Dengan Volume 0,0102 m 3 . Dari hasil simulasi diperoleh tekanan tabung udara setelah menghitung tekanan rata-ratanya adalah 1,0852968 Bar, sedangkan tekanan dari hasil pengujian adalah 1,10 Bar. Berikut ini adalah grafik perbandingan hasil pengujian dan hasil simulasi. Gambar 4.27. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian. Simpangan tekanan antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah sebagai berikut : = − 100 = 1,0852968 − 1,10 1,0852968 100 = 1,35 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Simulasi Pengujian tek ana n Ba r Metode Universitas Sumatera Utara 4.6 Menghitung Peningkatan Tekanan Akibat Penutupan Katup Gradual Untuk peningkatan tekanan akibat penutupan katup secara gradual, dapat dihitung menggunakan rumus: ∆ℎ = Dimana: v = kecepatan aliran pipa pemasukan 0,2951 ms L = panjang pipa pemasukan 15 m g = percepatan gravitasi 9,8 ms 2 t = waktu selama 1 ketukan s t = n = jumlah ketukan dalam 1 menit dari hasil pengujian 30 kali t = t = 2 s ∆ℎ = , , ⁄ = 0,2259 m Dengan cara yang sama akan diperoleh Δh untuk variasi panjang langkah katup limbah dan variasi tabung dalam tabel berikut : Tabel 4.2 Besar peningkatan tekanan gradual untuk variasi panjang langkah katup limbah dan variasi tabung Variabel Δh m Panjang langkah 15 mm 0,2259 Panjang langkah 20 mm 0,2485 Panjang langkah 25 mm 0,2495 Volume tabung 0,0061 m 3 0,2259 Volume tabung 0,0082 m 3 0,2611 Volume tabung 0,0102 m 3 0,2488 Universitas Sumatera Utara 4.6.1 Grafik Satu Siklus Kerja Pompa Hidram Sebelum menggambar grafik siklus pompa hidram, berikut adalah data pompa hidram sesuai dengan data sheet hasil pengujian yaitu diambil pada head 3,3 m. Tabel 4.3. Tekanan pada Badan Pompa Head Panjang langkah katup limbah mm Tekanan Badan Pompa Bar 15 1,33 3,3 m 20 1,4 25 1,45 Dari hasil pengujian juga didapat tekanan pada badan pompa pada saat katup limbah terbuka adalah 0,3 Bar Pada saat aliran air mulai bertambah dan melalui katup limbah yang sedang terbuka, terjadi tekanan vakum atau tekanan dibawah atmosfer yang artinya air dalam badan pompa tidak bisa keluar melalui katup limbah. Tabel 4.4. Kecepatan aliran pipa pemasukan Head Panjang langkah katup limbah mm Kecepatan v 1 ms 15 0,3412 3,3 m 20 0,5488 25 0,8821 Pada saat katup penghantar perlahan lahan menutup terjadi tekanan yang mengarah kebawah ke badan pompa yang mengakibatkan air mengarah ke pipa masuk atau terjadi hisapan arus balik kecil ke arah pipa masuk. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.28. Grafik satu siklus kerja pompa hidram. Keterangan gambar: Periode 1: Akhir siklus sebelumnya disana kecepatan aliran mulai bertambah. Periode 2: Aliran mulai bertambah seiring katup limbah yang terbuka dan tekanan yang terjadi mulai bertambah secara bertahap mulai dari 0.3 bar hingga mencapai titik maksimum. Periode 3: Akibat semakin bertambahnya kecepatan aliarn dimana kecepatan telah mencapai titik maksimum katup limbah mulai tertutup tekanan dalam pompa hidram mulai naik. Universitas Sumatera Utara Periode 4: Akibat katup buang tertutup terjadi palu air yang menyebabkan air didorong ke katup penghantar dan kecepatan aliran pipa pemasukan mengalami penurunan. Periode 5: Adanya tekanan kedalam pipa pemasukan menyebabkan hisapan kecil dalam pompa hidram yang meneyebabkan katup buang terbuka dan juga pengaruh beban katup limbah. Siklus terulang kembali. Universitas Sumatera Utara

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari hasil simulasi yang dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Telah dilakukan simulasi dengan menampilkan distribusi tekanan dan distribusi kecepatan pada pompa hidram dengan kondisi masing-masing proses kerja Hidram. 2. Setelah menghitung penyimpangan antara hasil simulasi dan hasil pengujian. Maka didapatkan kecepatan katup limbah meningkat seiring meningkatnya panjang langkah katup limbah, dari hasil simulasi kecepatan v katup limbah untuk tiap panjang langkahnya adalah 0,5639; 0,7534 dan 1,0191 ms sedangkan hasil pengujian adalah 0,5175; 0,7959 dan 1,1128 ms. Demikian juga dengan tekanan badan pompa P 1 dan tekanan tabung P 2 , tekanan menurun seiring semakin besarnya volume tabung. Hasil simulasi tekanan P 1 dengan volume 0,0061 m 3 adalah 1,1622534 Bar sedangkan hasil pengujian adalah 1,19 Bar dan hasil simulasi tekanan P 2 dengan volume 0,0061 m 3 adalah 1,1609234 Bar sedangkan hasil pengujian adalah 1,17, hasil simulasi tekanan P 1 dengan volume 0,0082 m 3 adalah 1,1192458 Bar sedangkan hasil pengujian adalah 1,16 Bar dan hasil simulasi tekanan P 2 dengan volume 0,0082 m 3 adalah 1,1174902 Bar sedangkan hasil pengujian adalah 1,13 Bar, Hasil simulasi tekanan P 1 dengan volume 0,0102 m 3 adalah 1,0868658 Bar sedangkan hasil pengujian adalah 1,12 Bar dan hasil simulasi tekanan P 2 dengan volume 0,0102 m 3 adalah 1,0852968 Bar sedangkan hasil pengujian adalah 1,10 Bar. 3. Setelah membandingkan data antara hasil simulasi dan hasil pengujian, diperoleh penyimpangan tertinggi ada pada kecepatan v pada panjang langkah 25 mm yaitu 9,19 , sedangkan penyimpangan terendah ada pada tekanan tabung P 2 pada volume 0,0061 m 3 yaitu 0,78 . Universitas Sumatera Utara