BAB III PERENCANAAN INSTALASI POMPA 3.1 Skema Instalasi Pompa yang Direncakan
28
3.2 Penentuan Kapasitas 31
3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi 31
3.3.1 Perbedaan Head Tekanan
∆H
P
32
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan
∆H
V
32
3.3.3 Perbedaan Head Statis
∆H
S
34
3.3.4 Kerugian Head 34
3.4 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan 42
3.5 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller 43
3.6 Efisiensi Pompa pada Instalasi yang Dirancang 44
3.7 Daya Pompa pada Instalasi yang Dirancang 47
3.8 Spesifikasi Pompa yang Digunakan pada Instalasi 48
3.9 Ukuran Impeller dan Rumah Pompa 49
3.9.1 Bentuk dan Ukuran Impeller 49
3.9.2 Bentuk dan Ukuran Rumah Pompa 58
3.9.2.1 Bentuk Rumah Pompa 58
3.9.2.2 Luas Saluran keluar Volut 59
3.9.2.3 Penampang dan Jari – jari Volut 60
3.10 Pelaksanaan Perancangan 63
3.10.1 Diagram Alir Perancangan 64
3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan 65
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Pendahuluan
66
4.2 Perhitungan Kapasitas Pompa setelah 66
4.3 Perhitungan Tinggi Tekan Head Pompa 67
4.3.1 Tinggi Tekan Kecepatan 68
4.3.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap 68
4.3.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan 74
4.4 Analisa Kavitasi pada Pompa dengan Gate Valve closed 100 75
4.4.1 NPSH Net Positive Suction Head 76
4.4.1.1 Net Positive Suction Head Available NPSH yang tersedia 77 4.4.1.2 Net Positive Suction Head Required
78
NPSH yang dibutuhkan 4.5 Permodelan Geometri dan Hasil Analisa Numerik
80
4.5.1 Proses Permodelan Pompa Sentrifugal 83
4.5.2 Proses Permodelan Impeller Pompa Sentrifugal 86
4.5.3 Proses solving dan postprocessing geometri rumah pompa 89
4.6 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal 91
4.6.1 Analisa Kemungkinan Kavitasi yang Terjadi 91
4.6.2 Analisa Performansi dari Pompa Sentrifugal 92
4.7 Perhitungan Tinggi Tekan Head Pompa Berdasarkan Hasil Fluent 94 4.7.1 Tinggi Tekan Kecepatan
94
4.7.2 Tinggi Tekan pada Pipa Isap 95
4.7.3 Tinggi Tekan pada Pipa Tekan 95
Universitas Sumatera Utara
BAB V KARAKTERISTIK POMPA 5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan
99
5.1.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 99
5.1.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 105
5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan 108
5.2.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 108
5.2.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 112
5.3 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi 113
5.3.1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa 113
5.3.2 Hubungan Efisiesnsi dan Daya dengan Kapasitas Pompa 117
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan 123
6.2 Saran 124
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Kekasaran Relative ε dalam Berbagai Bahan Pipa
34 Tabel 3.2 Nilai Koefisien K untuk Tipe Screwed
37 Tabel 3.3 Klasifikasi Impeler Menurut Putaran Spesifik
41 Tabel 3.4 Hubungan antara Kecepatan Spesifik dengan Efisiensi Hidrolis
42 Tabel 3.5 Hubungan antara Kecepatan Spesifik Impeller dengan Efisiensi
Volimetris 43
Tabel 3.6 Jari-jari Busur Sudu Impeler 52
Tabel 3.7 Jari-jari dan luas volute untuk setiap penampang Tabel 4.1 Kenaikan Kehilangan Tinggi Tekan dengan Tipe Bukaan Katup
66 Tabel 4.2 Nilai Koefisien K
open
untuk Tipe Screwed Valve 67
Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System pada Berbagai Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Perhitungan 101
Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan
104 Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual,
dan Head System pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan.
109 Tabel 5.4. Hubungan kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa
Berdasarkan Percobaan 110
Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head Systempada Kapasitas Pompa
Berdasarkan Hasil Simulasi 115
Tabel 5.6 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa 116
Berdasarkan Hasil Simulasi ‘
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rumah Pompa Sentrifugal
7 Gambar 2.2
Kurva Pompa Aquavane 10
Gambar 2.3 Skema Instalasi Pompa 12
Gambar 2.4 Diagram alir algoritma numerik volume hingga dengan
metode SIMPLE 21
Gambar 2.5 Elemen fluida pada persamaan kekekalan massa
22 Gambar 2.6
Elemen fluida pada persamaan momentum 23
Gambar 2.7 Hasil Simulasi untuk Vektor - vektor Kecepatan yang Terjadi 25 Gambar 2.8 Hasil Simulasi untuk Distribusi Tekanan yang Terjadi
25 Gambar 3.1 Skema Perencanaan Instalasi Pompa
28 Gambar 3.2
Stopwatch 29
Gambar 3.3 Meteran
29 Gambar 3.4 Diagram Moody
35 Gambar 3.5 Pompa Sentrifugal
45 Gambar 3.6 Bentuk impeler dan sudu yang digunakan dalam pompa
46 Gambar 3.7 Ukuran – ukuran utama pada impeler
46 Gambar 3.8 Segitiga Kecepatan pada sisi masuk Skala 1 cm : 1 ms
48 Gambar 3.9 Segitiga kecepatan pada sisi keluar
51 Gambar 3.10 Bentuk Sudu impeler
53 Gambar 3.11 Perbandingan kecepatan pada kerongkongan rumah keong
54 Gambar 3.12 Grafik penentuan sudut volute
56 Gambar 3.13 Rumah Pompa
58 Gambar 3.14 Diagram Alir Pelaksanaan Perancangan
59 Gambar 3.15 Pandangan Depan Instalasi Pompa
60 Gambar 3.16 Pandangan Samping Instalasi Pompa
61 Gambar 4.1 Kerusakan pada Permukaan Sudu Impeller akibat Kavitasi
70 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik, efesiensi hidrolis
serta koefisien kavitasiThoma 73
Gambar 4.3 Diagram alir simulasi pada GAMBIT
76 Gambar 4.4
Diagram alir simulasi pada FLUENT 77
Gambar 4.5 Tampilan Hasil setelah memasukan titik-titiknya 78
Gambar 4.6 Tampilan hasil dari substract face dan shaded 79
Gambar 4.7 Tampilan hasil mesh 80
Gambar 4.8 Tampilan hasil boundary condition
80 Gambar 4.9 Kurva residual iterasi
85 Gambar 4.10 Rumah pompa dalam GAMBIT
86 Gambar 4.11 Kurva residual iterasi
86 Gambar 4.12 Distribusi tekanan fluida pada rumah pompa sentrifugal
87 Gambar 4.13. Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada
pompa sentrifugal 88
Gambar 4.14. Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal
89
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.15. Distribusi kecepatan fluida pada impeller 89
Gambar 4.16 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida 90
Gambar 5.1 Kerugian - kerugian hidrolis 97
Gambar 5.2. Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Perhitungan
116 Gambar 5.3. Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil
Percobaan 118
Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil Simulasi
119 Gambar 5.5 Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa
120 Gambar 5.6 Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa
120
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN
SATUAN A
Luas Penampang Pipa m
2
b Lebar Pasak
mm b
1
Lebar impeller pada sisi masuk mm
b
2
Lebar impeler pada sisi keluar mm
b
3
Lebar Penampang masuk saluran throat mm
D
is
Diameter dalam pipa mm
D
s
Diameter poros mm
D
h
Diameter hub mm
D
1
Diameter sisi masuk impeller mm
D
2
Diameter sisi keluar impeller mm
f
c
Faktor koreksi -
g Gravitasi
ms
2
H
L
Head Losses sepanjang pipa m
Hp Head pompa
m H
s
Head statis m
H
thz
Head Teoritis m
h
f
Kerugian Head mayor m
h
m
Kerugian head minor m
h Tinggi pasak
mm K
Kerugian akibat kelengkapan pipa -
K
t
Faktor Koreksi pembebanan -
k Konstanta Hidrolik
- L
Panjang pipa m
Mt Momen torsi
kgmm M
Massa Kg
Nm Daya Motor Listrik
kW Np
Daya Pompa kW
n Putaran Pompa
rpm n
s
Putaran Spesifik rpm
P Tekanan Pada pompa
Pa Q
Kapasitas Pompa m
3
s R
Jari – Jari sudu lingkaran impeller mm
Re Bilangan Reynold
- S
Jarak antara sudu mm
Sf
1
Faktor keamanan kelelahan puntir -
Sf
2
Faktor Keamanan alur bahan -
t Tebal sudu impeller
mm U
1
Kecepatan tangensial sisi masuk impeller ms
U
2
Kecepatan tangensial sisi keluar impeller ms
V Kecepatan aliran pada pipa
ms V
o
Kecepatan aliran masuk impeller ms
Vr
1
Kecepatan radial masuk impeller ms
Vr
2
Kecepatan radial keluar impeller ms
Universitas Sumatera Utara
Vthr Kecepatan pada kerongkongan rumah keong
ms Z
Jumlah sudu -
α Sudut Aliran masuk
o
β Sudut tangensial
o
γ Berat jenis fluida
Nm
3
ηp Efisiensi pompa
υ Viskositas Kinematik
m
2
s π
konstanta phi -
ρ Kerapatan fluida
kgm
3
τ
g
Tegangan Geser kgm
2
σ
b
Kekuatan Tarik Bahan kgm
2
ω Kecepatan sudut
rads
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 perencanaanperhitungan.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.
Pompa sentrifugal memiliki bagian terpenting yang berguna untuk mendorong air tersebut, yaitu Impeler. Bagian itu juga akan dibahas pada bab-bab
selanjutnya. Pompa sentrifugal ini memiliki dimensi sudu-sudu yang dirancang sesuai kebutuhan pendistribusian air bersih tersebut.
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. Dalam hal ini
akan dirancang sebuah pompa Sentrifugal yang akan memompakan air bersih dari reservoir bawah ke reservoir atas dimana instalasi ini terdapat pada
laboratorium mesin fluida Departemen Teknik Mesin. Beberapa pabrikan pompa menggunakan analisa serta simulasi
menggunakan perangkat lunak software guna mendesain pompa tersebut. Dan biasanya beberapa pabrikan pompa tersebut menggunakan program simulasi
Computational Fluid Dynamic atau sering disebut dengan CFD. CFD dapat memberikan kekuatan untuk mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas,
perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur, dan system akustik hanya dengan permodelan di
computer. Dengan menggunakan software ini pabrikan pompa tersebut dapat membuat virtual prototype dari sebuah system atau alat yang ingin dianalisis
Universitas Sumatera Utara
dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan. CFD akan memberikan data - data, gambar - gambar, atau kurva - kurva yang menunjukkan prediksi dari performansi
keandalan sistem yang dirancang. Hasil analisis CFD sering berupa prediksi kualitatif meski terkadang kuantitatif.
CFD yang akan digunakan ialah CFD Fluent versi 6.1.22. Fluent adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode elemen 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 dan
dapat mempermudah dalam perancangan pompa tersebut
1.2. Rumusan dan Batasan Masalah
Kategori