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

PERANCANGAN INSTALASI POMPA
SENTRIFUGAL DAN ANALISA NUMERIK
MENGGUNAKAN PROGRAM KOMPUTER CFD
FLUENT 6.1.22 PADA POMPA SENTRIFUGAL
DENGAN SUCTION GATE VALVE OPEN 100 %
SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

FARABEL PANJAITAN
NIM : 050401076

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 open 100 %” 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 ( T.R.Panjaitan ) dan Ibunda ( Alm.M.Sirait ) serta abangda (
Forhansen P. ) dan kakanda ( Fianty P,Febriani P,Fisher P ) 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. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik MesinUSU.
5. Kepada teman – teman satu tim/senasib sepenanggungan penulis (
Erikson, Lucky dan Marshal ) yang terus berjuang sampai tugas sarjana ini
selesai.
6. Semua teman – teman seperjuangan stambuk 2005 di Departemen Teknik
Mesin serta teman – teman seperjuangan penulis ( Ginting & Eben, Zp &
Dolin, Ion, Maycold,Ady , Berry ) dirumah kontrakan pribadi 14E.
7. Keluarga besar penulis yang tinggal dikost gang saudara 48.
8. Semua teman-teman seperjuangan penulis di GmnI FT.USU
Atas perhatian para pembaca sebelumnya, penulis mengucapakan terima
kasih.
Penulis,

Farabel Panjaitan
( NIM: 05 0401 076 )

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

xi

DAFTAR GAMBAR

xii

DAFTAR NOTASI

xiv

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

1
2
3
3
4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin-mesin Fluida
2.2 Pengertian Pompa
2.3 Klasifikasi Pompa
2.4 Unit penggerak pompa
2.5 Dasar-dasar pemilihan pompa
2.6 Head Pompa
2.7 Putaran Spesifik
2.8 Daya Pompa
2.9 Aliran Fluida
2.10 Computational Fluid Dynamik ( CFD ) Fluent
2.10.1 Proses Simulasi CFD
2.10.2 Metode Diskritasi CFD
2.10.3 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal

5
5
5
14
15
15
17
18
18
19
20
25
25

Universitas Sumatera Utara

BAB III PERENCANAAN INSTALASI POMPA
3.1 Skema Instalasi Pompa yang Direncakan
3.2 Penentuan Kapasitas
3.3 Penentuan Head Pompa pada Instalasi
3.3.1 Perbedaan Head Tekanan ( ∆H P )
3.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆H V )
3.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆HS )
3.3.4 Kerugian Head
3.4 Perhitungan Motor Penggerak pada Pompa yang akan Digunakan
3.5 Putaran Spesifik dan Tipe Impeller
3.6 Efisiensi Pompa pada Instalasi yang Dirancang
3.7 Daya Pompa pada Instalasi yang Dirancang
3.8 Spesifikasi Pompa yang Digunakan pada Instalasi
3.9 Ukuran Impeller dan Rumah Pompa
3.9.1 Bentuk dan Ukuran Impeller
3.9.2 Bentuk dan Ukuran Rumah Pompa
3.9.2.1 Bentuk Rumah Pompa
3.9.2.2 Luas Saluran keluar Volut
3.9.2.3 Penampang dan Jari – jari Volut
3.10 Pelaksanaan Perancangan
3.10.1 Diagram Alir Perancangan
3.10.2 Hasil Akhir dari Perancangan

28
31
31
32
32
34
34
42
43
44
47
48
49
49
58
58
59
60
63
64
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
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

99
99
105
108
108
112
113
113
117

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
6.2 Saran

123
124

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
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 Systempada 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
Tabel 3.5

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.
Gambar 4.14.

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
Distribusi vektor kecepatan 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
89

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.15.
Gambar 4.16
Gambar 5.1
Gambar 5.2.
Gambar 5.3.
Gambar 5.4
Gambar 5.5
Gambar 5.6

Distribusi kecepatan fluida pada impeller
Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida
Kerugian - kerugian hidrolis
Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil
Perhitungan
Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil
Percobaan
Grafik Karakteristik Head Vs Kapasitas Berdasarkan Hasil
Simulasi
Grafik Karakteristik Perbandingan Efisiensi Pompa
Grafik Karakteristik Perbandingan Daya Pompa

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
V
Vo
Vr1
Vr2

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
Kecepatan aliran pada pipa
Kecepatan aliran masuk impeller
Kecepatan radial masuk impeller
Kecepatan radial 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
m/s
m/s
m/s
m/s

Universitas Sumatera Utara

Vthr
Z
α
β
γ
ηp
υ
π
ρ
τg
σb
ω

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
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.
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
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 open 100%.
d. Penentuan daerah - daerah kavitasi serta analisa performansi dari pompa
sentrifugal
e. Perhitungan dan analisa karakteristik, serta efisiensi pompa sentrifugal.

Universitas Sumatera Utara

1.3.

Maksud dan Tujuan Perencanaan
Maksud dari analisa dan perencanaan ini adalah untuk mengetahui analisa

performansi dari pompa sentrifugal yang digunakan dengan menggunakan
perhitungan matematis dan bantuan simulasi komputer sehingga diketahui kavitasi
yang terjadi pada housing pump / rumah pompa.
Tujuan dari perencanaan ini adalah untuk mensimulasikan aliran fluida
yang terjadi didalam housing pump / rumah pompa pada instalasi 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 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.
2. Studi Literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku yang mendukung dan
membantu dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
3. Diskusi
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa
yang lain mengenai simulasi yang dibahas.

Universitas Sumatera Utara

1.5

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

: Pendahuluan, berisikan latar belakang, batasan

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

: Tinjauan Pustaka, berisikan tentang teori - teori

yang mendasari perancangan pompa sentrifugal.
3. BAB III

: Perencanaan Instalasi, 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.
4. BAB IV

: Hasil dan pembahasan, berisikan hasil analisis dari

perencanaan yang telah dilaksanakan dan data dianalisis 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 V

: Kesimpulan dan saran, berisikan garis besar dari

perancangan instalasi, percobaan dan simulasi ini serta saran.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.

Mesin - mesin fluida
Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi

mekanis poros menjadi energi potensial atau sebaliknya mengubah energi fluida
( energi kinetik dan energi potensial ) menjadi energi mekanik poros. Dalam hal
ini fluida yang simaksud berupa cair, gas dan uap.
Secara umum mesin - mesin fluida dapat dibagi menjadi dua bagian besar,
yaitu :
1. Mesin Tenaga
yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida ( energi
potensial dan energi kinetik ) menjadi energi mekanis poros.
Contoh : turbin, kincir air, dan kincir angin.
2. Mesin kerja
yaitu mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis poros menjadi
energi fluida ( energi potensial dan energi kinetik ).
Contoh : pompa, kompresor, kipas ( fan ).

2.2.

Pengertian Pompa
Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan

mesin kerja. Pompa berfungsi untuk memindahkan zat cair dari tempat yang
rendah ke tempat yang lebih tinggi karena adanya perbedaan tekanan.

2.3.

Klasifikasi Pompa
Secara umum pompa ada dikasifikasikan dalam dua jenis kelompok besar

yaitu :
1. Pompa Tekanan Statis
2. Pompa Tekanan Dinamis ( Rotodynamic Pump )

Universitas Sumatera Utara

2.3.1. Pompa Tekanan Statis
Pompa jenis ini bekerja dengan menggunakan prinsip memberi tekanan
secara periodik pada fluida yang terkurung dalam rumah pompa. Pompa ini dibagi
menjadi dua jenis.
a.

Pompa Putar ( rotary pump )
Pada pompa putar, fluida masuk melalui sisi isap, kemudian dikurung di
antara ruangan rotor, sehingga tekanan statisnya naik dan fluida akan
dikeluarkan melalui sisi tekan. Contoh tipe pompa ini adalah : screw
pump, gear pump dan vane pump

Gambar 2.1. Pompa Roda gigi dan Pompa ulir
b.

Pompa Torak ( Reciprocating Pump )
Pompa torak ini mempunyai bagian utama berupa torak yang bergerak
bolak-balik dala silinder. Fluida masuk melalui katup isap (Suction valve)
ke dalam silinder dan kemudian ditekan oleh torak sehingga tekanan statis
fluida naik dan sanggup mengalirkan fluida keluar melalui katup tekan
(discharge valve). Contoh tipe ini adalah : pompa diafragma dan pompa
plunyer.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2. Pompa Diafragma

2.3.2. Pompa Tekanan Dinamis
Pompa tekanann dinamis disebut juga rotodynamic pump, turbo pump atau
impeller pump. Pompa yang termasuk dala kategori ini adalah : pompa jet dan
pompa sentrifugal
Ciri - ciri utama dari pompa ini adalah :
-

Mempunyai bagian utama yang berotasi berupa roda dengan sudu-sudu
sekelilingnya yang sering disebut dengan impeler.

-

Melalui sudu - sudu, fluida mengalir terus-menerus, dimana fluida
berasal diantara sudu-sudu tersebut.
Prinsip kerja pompa sentrifugal adalah energi mekanis dari luar diberikan

pada poros untuk memutar impeler. Akibatnya fluida yang berada dalam impeler,
oleh dorongan sudu-sudu akan terlempar menuju saluran keluar. Pada proses ini
fluida akan mendapat percepatan sehingga fluida tersebut mempunyai energi
kinetik. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan energi kinetik
akan berubah menjadi energi tekanan di sudu-sudu pengarah atau dalam rumah
pompa.
Adapun bagian-bagian utama pompa sentrifugal adaah poros, impeler dan
rumah pompa (gambar 2.3).

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3. Bagian-bagian utama pompa sentrifugal
Pompa tekanan dinamis dapat dibagi berdasarkan beberapa kriteria
berikut, antara lain :
a.

Klasifikasi menurut jenis impeler

1.

Pompa Sentrifugal
Pompa ini menggunakan impeler jenis radial atau francis. Konstruksinya

sedemikian rupa (gambar 2.4) sehingga aliran fluida yang keluar dari impeler
akan melalui bidang tegak lurus pompa.
Impeler jenis radial digunakan untuk tinggi tekan (head) yang sedang dan
tinggi, sedangkan impeler jenis francis digunakan untuk head yang lebih rendah
dengan kapasitas besar.

Gambar 2.4. Pompa Sentrifugal

Universitas Sumatera Utara

2.

Pompa Aliran Campur
Pompa ini menggunakan impeler jenis aliran capur (mixed flow), seperti

pada gambar 2.5. Aliran keluar dari impeler sesuai dengan arah bentuk permukaan
kerucut rumah pompa.

Gambar 2.5. Pompa aliran campur
3.

Pompa Aliran Aksial
Pompa ini menggunakan impeler jenis aksial dan zat cair yang

meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder rumah pompa
kearah luar. Konstruksinya mirip dengan pompa aliran campur kecuali bentuk
impeler dan bentuk difusernya.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.6. Pompa aliran aksial
b.

Klasifikasi menurut bentuk rumah pompa

1.

Pompa Volut
Pompa ini khusus untuk pompa sentrifugal. Aliran Fluida yang

meninggalkan impeler secara langsung memasuki rumah pompa yang berbentuk
volut (rumah siput) sebab diameternya bertambah besar. Bentuk dan
konstruksinya terlihat pada gambar 2.4.
2.

Pompa Difuser
Konstruksi ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) di sekeliling

saluran impeler (gambar 2.7). Pemakain diffuser ini akan memperbaiki efisiensi
pompa. Difuser ini sering digunakan pada pmopa bertingkat banyak dengan head
yang tinggi.

Gambar 2.7. Pompa diffuser

Universitas Sumatera Utara

3.

Pompa Vortex
Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut seperti pada

gambar 2.8. Pompa ini tidak menggunakan difuser, namun memakai saluran yang
lebar. Dengan demikian pompa ini tidak mudah tersumbat dan cocok untuk
pemakaian pada pengolahan cairan limbah.

Gambar 2.8. Pompa Vortex
c.

Klasifikasi menurut jumlah tingkat
1. Pompa satu tingkat
Pompa ini hanya mempunyai sebuah impeler (gambar 2.4 s/d 2.8). Pada

umumnya head yang dihasilkan pompa ini relative rendah, namun konstruksinya
sederhana.
2. Pompa bertingkat banyak
Pompa ini menggunakan lebih dari satu impeler yang dipasanag berderet
pada satu poros (gambar 2.9). Zat cair yang keluar dari impeler tingkat pertama
akan diteruskan ke impeler tingkat kedua dan seterusnya hingga tingkat terakhir.
Head total pompa merupakan penjumlahan head yang dihasilkan oleh masing masing impeler. Dengan demikian head total pompa ini relatif tinggi dibanding
dengan pompa satu tingkat, namun konstruksinya lebih rumit dan besar.

Gambar 2.9. Pompa bertingkat banyak

Universitas Sumatera Utara

d.
1.

Klasifikasi menurut letak poros
Pompa poros mendatar
Pompa ini mempunyai poros dengan posisi horizontal (gambar 2.4 s/d

2.9), pompa jenis ini memerlukan tempat yang relatif lebih luas.
2.

Pompa jenis poros tegak
Poros pompa ini berada pada posisi vertikal, seperti terlihat pada gambar

2.10. Poros ini dipegang di beberapa tempat sepanjang pipa kolom utama
bantalan. Pompa ini memerlukan tempat yang relatif kecil dibandingkan dengan
pompa poros mendatar. Penggerak pompa umumnya diletakkan di atas pompa.

Gambar 2.10. Pompa aliran campur poros tegak

e. Klasifikasi menurut belahan rumah
1.

Pompa belahan mendatar
Pompa ini mempuyai belahan rumah yang dapat yang dibelah dua menjadi
bagian atas dan bagian bawah oleh bidang mendatar yang melalui sumbu
poros. Jenis pompa ini sering digunakan untuk pompa berukuran menengah
dan besar dengan poros mendatar.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.11. Pompa jenis belahan mendatar
2.

Pompa belahan radial
Rumah pompa ini terbelah oleh sebuah bidang tegak lurus poros. Konstruksi
seperti ini sering digunakan pada pompa kecil dengan poros mendatar. Jenis
ini juga sesuai dengan pompa-pompa dengan poros tegak dimana bagianbagian yang berputar dapat dibongkar ke atas sepanjang poros.

3.

Pompa jenis berderet
Jenis ini terdapat pada pompa bertingkat banyak, dimana rumah pompa
terbagi oleh bidang-bidang tegak lurus poros sesuai dengan jumlah tingkat
yang ada.

f. Klasifikasi menurut sisi masuk impeler
1. Pompa isapan tunggal
Pada pompa ini fluida masuk dari sisi impeler. Konstruksinya sangat
sederhana, sehingga sangat sering digunakan untuk kapasitas yang relatif
kecil. Adapun bentuk konstruksinya terlihat pada gambar 2.4 s/d 2.10.
2. Pompa isapan ganda
Pompa ini memasukkan fluida melalui dua sisi isap impeler (gambar 2.12).
Pada dasarnya pompa ini sama dengan dua buah impeler pompa isapan
tunggal yang dipasang bertolak belakang dan dipasang beroperasi secara
paralel. Dengan demikian gaya aksial yang terjadi pada kedua impeler akan
saling mengimbangi dan laju aliran total adalah dua kali laju aliran tiap
impeler. Oleh sebab itu pompa ini banyak dipakai untuk kebutuhan dengan
kapasitas besar.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.12. Pompa isapan ganda

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.

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.

Universitas Sumatera Utara

Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan jenis pompa adalah fungsi
terhadap instalasi pemipaan, kapasitas, head, viskositas, temperature kerja dan
jenis motor penggerak.
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
otor penggerak.
d. Konstruksinya lebih aman dan kecil.
e. Perawatannya murah.
2.6.

Head Pompa
Head pompa adalah energi yang diberikan ke dalam fluida dalam bentuk

tinggi tekan. Dimana tinggi tekan merupakan ketinggian fluida harus naik untuk
memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satu satuan bobot
fluida pada kondisi yang sama. Untuk lebih jelasnya perhitungan dari head pompa
dapat dilihat pada gambar 2.13 berikut ini.

Gambar 2.13. Prinsip hukum Bernoulli

Universitas Sumatera Utara

Pada gambar ini terdapat dua buah titik dengan perbedaan kondisi letak,
luas penampang, tekanan serta kecepatan aliran fluida. Fluida kerja mengalir dari
kondisi pertama (titik 1) ke kondisi yang kedua (titik 2), aliran ini disebabkan oleh
adanya suatu energi luar

. Energi luar ini terjadi merupakan perbedaan tekanan

yang terjadi pada kedua kondisi operasi (titik 1 dan 2), atau

=(

- ).Q

Sedangkan pada setiap kondisi tersebut terdapat juga suatu bentuk energi,
yaitu energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep) atau dapat dituliskan sebagai
berikut :
-

Untuk titik 1 :
Energi yang terkandung E1 = Ek1 + Ep1
=

-

m1.

+ m1.g.h1

Untuk titik 2 :
Energi yang terkandung E2 = Ek2 + Ep2
=

m2.

+ m2.g.h2

Dan hubungan dari kondisi kerja ini adalah Eo = E2 - E1, atau dapat dituliskan:

Dimana :

(P2-P1).Q = [

m2.

+ m2.g.h2] - [

(P2-P1).Q =

{( m2.

) - (m1.

m1.

+ m1.g.h1]

) + (m2.g.h2) - (m1.g.h1) }……(1)

Q = A . V = Konstan
M=ρ.A.V

, dimana ρ1 = ρ2

Sehingga persamaan (1) di atas dapat dituliskan sebagai berikut :
(P2-P1)A.V =
(P2-P1)

[(ρ.A.V3)2 - (ρ.A.V3)1] + ρ.A.V.g(h2 - h1)
ρ(

=

)

-

+

ρ.g(h2-

h1)……………………………..(2)
Jika ρ (kg/m3) . g (m/s2) = γ (N/m3), maka persamaan (2) dapat
disederhanakan menjadi :
=

+ ( h2-h1 )

Atau persamaan untuk mencari head pompa digunakan hukum Bernoulli
yaitu :
+

+ Z1 + Hp =

+

+ Z2 + HL

Maka :

Universitas Sumatera Utara

HP =
Dimana :

+

+ Z2 - Z1 + HL

adalah perbedaan head tekanan.
adalah perbedaan head kecepatan
Z2 - Z1 adalah perbedaan head potensial
HL

adalah kerugian head ( head losses )

Dari rumus di atas dapat dilihat bahwa head total pompa diperoleh dengan
menjumlahkan head tekanan, head kecepatan, head potensial, dan head losses
yang timbul dalam instalasi pompa. Sementara head losses sendiri merupakan
jumlah kerugian head mayor (hf) dan kerugian head minor (hm).
HL = hf + hm

2.7.

Putaran spesifik
Jenis impeler yang digunakan pada suatu pompa tergantung pada putaran

spesifiknya. Putaran spesifik adalah putaran yang diperlukan pompa untuk
menghasilkan 1 m

degan kapasitas 1 m3/s, dan dihitung berdasarkan

(Khetagurov. hal 205)
ns = 3,65
Dimana : ns = putaran spesifik [rpm]
n = putaran pompa [rpm]
Q = kapasitas pompa [m3/s]
Hp= head pompa [mH2O]

2.8.

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 =

Universitas Sumatera Utara

Dimana :

2.9.

Np

= daya pompa [watt]

Q

= kapasitas pompa [m3/s]

Hp

= head pompa [m]

ρ

= rapat jenis fluida [kg/m3]

ηp

= effisiensi pompa

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 headlosses akibat gesekan dalam pipa dapat dilakukan
dengan menggunakan :
a.

Persamaan Darcy - Weisbach

b.

Persamaan Hazen - Williams

Kedua persamaan diatas memiliki kelebihan dan kekurangan masingmasing 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.
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.

Universitas Sumatera Utara

3. Persamaan Hazen - Williams paling banyak digunakan untuk
menghitung headlosses, tetapi biasa digunakan untuk semua fluida selai dari air
dan digunakan hanya untuk aliran turbulen.
B. Kerugian Minor
Kerugian ini diakibatkan adanya perubahan dalam geometri aliran
seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambungan saluran masuk dan
keluar pipa. Dan kerugian minor dapat dihitung berdasarkan
hm = K
Dimana :
V

= Kecepatan rata-rata aliran fluida dala suatu pipa [m/s]

g

= gravitasi bumi [m/s2]

K = Koefisien minor loses
2.10. 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
2.10.1. Proses simulasi CFD
Pada uumnya terdapat tiga thapan yang harus dilakukan ketika kita
melakukan simulasi CFD, yaitu:
a.

Preprocessing

Preprocessing merupakan langkah pertama dala membangun dan
menganalisis sebuah model dalam paket CAD (Computer Aided Design),
membuat mesh yang sesuai kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat
fluidanya.
b.

Solving

Solvers (program inti pencari solusi) CFD menghitung kondisi-kondisi
yang diterapkan pada saat preprocessing.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.14 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;

Universitas Sumatera Utara

2) diskretisasi dengan mensubstitusi hasil aproksimasi ke dalam
persamaan aliran disertai dengan manipulasi matematis;
3) 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

ρuδyδz

( ρu +

δy

x
δyδ

∂ρu
δx)δyδz
∂x

δz

δx

ρvδxδz

ρw

x
δyδ
)
z
w
∂ρ δ
+ ∂z

Gambar 2.16 Elemen Fluida pada persamaan kekekalan massa

Universitas Sumatera Utara

Atau dapat ditulis dalam bentuk matematika sebagai berikut:

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:



δz
)δx
yx δy
τ


yx

+

(τ zx +

pδyδz

σ xxδyδz

τ zxδxδy

δx

δy
τ yxδxδz

∂y

∂τ zx
δz )δxδy
∂z

fx

(σ xx +
(p+

∂σ xx
δx)δyδz
∂x

∂p
δx)δyδz
∂x

δz

Gambar 2.17 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.
2.10.2. 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 persamaan-persamaan
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

Universitas Sumatera Utara

2.10.3 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 2.14 dan gambar 2.15 merupakan contoh hasil dari simulasi
pompa sentrifugal dengan massa alir 0,5 kg/s dan tekanan pompa 0,5 atm.

Gambar 2.15 Hasil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yang terjadi

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.16 Hasil simulasi untuk distribusi tekanan yang terjadi

Universitas Sumatera Utara

BAB III
PERENCANAAN INSTALASI POMPA

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
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.

Universitas Sumatera Utara

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.
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

Universitas Sumatera Utara

Adapun gambar dan bentuk instalasi yang akan dirancang adalah sebagai
berikut:

Gambar 3.1 Skema perencanaan instalasi pompa
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%.

Universitas Sumatera Utara

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
3.2

Penentuan Kapasitas
Dalam menentukan kapasitas kita perlu memperhatikan bagaimana bentuk

instalasi yang kita rencanakan. Dalam hal in yang perlu di perhatikan adalah
volume roof tank yang digunakan yaitu 400 Liter dan tinggi air yang hendak
dipompakan yaitu setinggi 200 cm. Dengan mempertimbangkan data-data diatas
maka kapasitas yang direncanakan 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

Universitas Sumatera Utara

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 1 pada permukaan fluida tangki
bawah dan titik 2 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 )

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:

Universitas Sumatera Utara

3
× 10 −3 m3 / s
2

QP

=

kapasitas pompa = 90 ltr/mnt =

VS

=

kecepatan Aliran dalam pipa isap ( m/s )

AS

=

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

dis

=

diameter dalam pipa ( m )

sehingga diameter pipa isap adalah:
dis =

=

4Q p

πVs

3
4 × × 10 −3
2
m
π ×3

=

0,02523 m

=

0,99 inchi

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.

Universitas Sumatera Utara

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 head kecepatan pada sisi
isap dan sisi tekan 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 tampak pada gambar 3.1 diatas.
Dalam perencanaan ini, besarnya head statis adalah:
Hs = 2 m
Nilai head statis ini diasumsikan bahwa tinggi air pada permukaan ground
tank dengan roof tank tetap.

3.3.4 Kerugian Head
Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2, yaitu kerugian akibat gesekan
sepanjang pipa / kerugian mayor ( hf ) dan kerugian akibat adanya kelengkapan
pada instalasi pipa / kerugian minor ( hm ). Kerugian akibat gesekan tergantung
pada kekasaran dalam pipa dan panjang pipa. Kerugian akibat kelengkapan adalah
kerugian akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran.

Kerugian Head sepanjang Pipa Isap ( hls )
a

Kerugian Head Akibat Gesekan Pada Pipa Isap ( hfs )
Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa isap menurut Darcy-

Weishbach dapat diperoleh dengan persamaan berikut:
hfs = f

Ls Vs2
×
d is 2 g

Universitas Sumatera Utara

Dimana:
hfs

= kerugian karena gesekan ( m )

f

= factor gesekan ( diperoleh dari diagram Moody )

Ls

= panjang pipa hisap = 1,08 m

dis

= diameter dalam pipa = 0,0266 m

Vs

= kecepatan aliran fluida = 2,6992 m/s

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) terlebih dahulu ditentukan alirannya
apakah laminar atau turbulen dengan mencari harga bilangan Reynold, dimana:

Re =

υ

Vs d is

Dengan:
Re

υ

= Reynold number
= viskositas kinematik, dimana harganya 1,02 x 10-6 m2/s untuk
tekanan 1 atm pada suhu 200C

Sehingga diperoleh:
Re =
=

2,6992 × 0,0266
1,02 × 10 −6

70390,9 ≥ 4000

Maka aliran yang terjadi adalah “ Turbulen “
Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Galvanized Iron dimana bahan
pipa yang direncanakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,00015 m sesuai
dengan table dibawah.

Universitas Sumatera Utara

Table 3.1 Kekasaran relative ( ε ) dalam berbagai bahan pipa

Absolute Rougness ( ε )

Pipeline Material
Ft

mm

Glass and varicus plastic

0

0

( e.g, PVC and PE pipes )

( hydraulically smooth )

( hydraulically smooth )

Drawn tubings ( e.g.

5 x 10-6

1.5 x 10-6

1.5 x 10-4

4.6 x 10-2

4 x 10-4

0.12

Galvanized iron

5 x 10-6

0.15

Cast iron

8.5 x 10-4

0.25

Wood stave

6 x 10-4 ÷ 3 x 10-3

0.18 ÷ 0.9

Concrete

1 x 10-3 ÷ 1 x 10-2

0.3 ÷ 3.0

Riveted steel

3 x 10-3 ÷ 3 x 10-2

0.9 ÷ 9.0

coper or aluminium pipes
or tubings )
Comersial steel or
wrought iron
Cast iron with asphalt
lining

Pump Handbook, Igor J. Karsik, William C. K

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 2943 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

36 751 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

33 650 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

15 421 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

24 577 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

49 881 50

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

14 536 17

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

21 792 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