Simulasi Numerik Aliran Fluida DI Dalam
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
ISSN 2338 1035
1,2
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
Email : [email protected]
!
#
"
!"
#
!
$
%
&
#
#
!"#
!"#$%&'&$"
$($) *!'$+$",
Kebutuhan listrik dewasa ini
kian meningkat, berbagai upaya terus
dilakukan baik mencari potensi baru
atau pun dengan mengembangkan
teknologinya. Satu hal yang di
usahakan untuk melakukan hal tersebut
adalah dengan melakukan konversi
atau perubahan energi dari satu energi
yang kurang bermanfaat menjadi energi
yang
lebih
bermanfaat.
Proses
perubahan energi ini dapat dilakukan
dengan berbagai macam
mesin
konversi energi. Seiring dengan
berkembangnya
teknologi
industri,
maka berdampak semakin pesatnya
pemakaian mesin – mesin konversi
sepanjang pengaliran. Pada simulasi ini
pompa
yang
digunakan
akan
'
#
#%
energi tersebut. Salah satu mesin
konversi energi yang sering digunakan
adalah pompa.
Pompa merupakan suatu mesin
konversi energi yang digunakan untuk
memindahkan suatu cairan dari suatu
tempat ke tempat lain dengan cara
menaikkan tekanan cairan tersebut.
Pompa beroperasi dengan prinsip
membuat perbedaan tekanan antara
bagian masuk
dengan bagian
keluar
. Dengan kata lain,
pompa berfungsi mengubah tenaga
mekanis dari suatu sumber tenaga
(penggerak) menjadi tenaga kinetis
(kecepatan), dimana tenaga ini berguna
untuk
mengalirkan
cairan
dan
mengatasi hambatan yang ada di
dioperasikan sebagai turbin
172
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
!)&-&.$" -$.$'$%
Dalam melakukan simulasi ini,
menitikberatkan kepada kasus aliran
fluida dalam hal ini adalah air pada
pompa yang digunakan sebagai turbin
dengan batasan masalah :
1. Pompa sentrifugal yang digunakan
berukuran 3 inchi.
2. Menganalisis
tekanan
dan
kecepatan aliran di dalam rumah
pompa
3. Menggunakan 2 (dua)
(H)
yang berbeda yaitu 9,29 m dan 5,18
m
4. Menggunakan perangkat lunak
(
)
*+,+
5. Data putaran pompa diambil dari
hasil pengujian.
/
&0&$" !"!'1(1$"
1. Untuk
mengetahui
distribusi
tekanan dan kecepatan aliran fluida
di dalam rumah pompa yang
dioperasikan sebagai turbin
2. Dapat mengetahui bentuk – bentuk
(tampilan kontur) yang terjadi di
dalam rumah pompa.
3. Mendapatkan hasil analisa numerik
untuk dibandingkan dengan analisa
perhitungan teoritis.
1"0$&$" &.($+$
2-3$ !"()14&,$'
Pompa sentrifugal mempunyai
sebuah
(baling baling) untuk
ISSN 2338 1035
mengangkat zat cairan dari tempat
yang lebih rendah ke tempat yang lebih
tinggi. Daya dari luar diberikan pada
poros pompa untuk memutarkan
di dalam zat cair. Maka zat cair
yang ada di dalam
oleh
dorongan sudu – sudu dapat berputar.[1]
Karena timbul gaya sentrifugal, maka
zat cair mengalir dari tengah
ke luar melalui saluran di antara sudu –
sudu. Disini
tekanan zat cair
menjadi lebih tinggi. Demikian juga
kecepatannya menjadi lebih tinggi
karena mengalami percepatan. Zat cair
yang keluar melalui
akan
ditampung oleh saluran berbentuk
(spiral) dikelilingi
dan
disalurkan keluar pompa melalui nozel
. Di dalam nosel ini
sebagian
kecepatan aliran diubah
menjadi
tekanan.[3] Jadi
pompa berfungsi memberikan kerja
pada zat cair sehingga energi yang
dikandungnya menjadi lebih besar.
Selisih energi per satuan berat atau
total zat cair antara
(flens)
isap dan
(flens) keluar disebut
total pompa.
Dari uraian di atas, jelas bahwa
pompa sentrifugal dapat mengubah
energi mekanik dalam bentuk kerja
poros menjadi energi fluida. Energi
inilah yang mengakibatkan perubahan
tekanan,
kecepatan dan
potensial pada zat cair yang
mengalir secara kontinu.
Gambar 1. Pompa Sentrifugal
- 173 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
Debit atau kapasitas fluida pada pompa
dapat dihitung dengan persamaan:
( )
=
=
Keterangan:
Q = Kapasitas fluida (m3/s)
v = Kecepatan air masuk pompa (m/s)
A = Luas penampang pipa (m2)
!",,&"$$" 2-3$ !*$,$1
&)*1"
Salah satu alternatif yang
ekonomis
untuk
membangun
pembangkit listrik tenaga air skala kecil
adalah dengan menggunakan pompa
sebagai turbin. Bidang ilmu yang
khusus
mengoperasikan
pompa
sebagai turbin ini sering disebut dengan
istilah PAT, singkatan dari
. Jarang yang tahu bahwa
beberapa tipe pompa air dapat
diaplikasikan
sebagai
turbin
air.
Biasanya pompa digerakkan oleh motor
listrik untuk menaikkan sejumlah air
sampai ketinggian tertentu. Pada
aplikasi pompa sebagai turbin, prinsip
kerja pompa di balik yaitu diberi jatuhan
air dari ketinggian tertentu untuk
memutar
pompa. Putaran
ini akan diteruskan untuk
memutar generator sehingga dihasilkan
tenaga listrik.
Beberapa kelebihan aplikasi pompa
sebagai turbin air[1] adalah:
1. Sebagai produk industri yang
massal, pompa mudah diperoleh
dengan berbagai variasi
.
(, tersedia dalam berbagai tipe
dan ukuran.
2. Mudah dalam instalasinya.
3. Harga relatif murah daripada turbin,
dan suku cadang mudah diperoleh.
4. Aplikasi pompa dapat dikoneksi
secara langsung dengan generator
atau menggunakan
transmisi
mekanik
.
apabila putaran
pompa sebagai turbin tidak sama
dengan
putaran
generator
(umumnya 1500 rpm).
ISSN 2338 1035
Pompa
sentrifugal
sebagai
turbin bisa diandalkan dengan efisiensi
yang tinggi pada unit pembangkit skala
kecil. Aplikasi pompa sebagai turbin di
lapangan sudah cukup banyak. Aplikasi
pompa sebagai turbin dapat dilakukan
di saluran irigasi, bendungan, menara
air
gedung
–
gedung
tinggi
memanfaatkan jatuhan air kondensasi
pendingin.
/
!-*$",+1(
1.()1+
!"$,$
1+)2 1#)2
Secara teknis PLTMH memiliki
3 komponen utama yaitu Air (sumber
energi), Turbin Air (pada penelitian ini
menggunakan
Pompa
Sentrifugal
sebagai turbin) dan generator.
PLTMH mendapatkan energi
dari aliran air yang memiliki perbedaan
ketinggian tertentu. Pada dasarnya,
PLTMH memanfaatkan energi potensial
jatuhan air. Semakin tinggi jatuhan air
maka semakin besar energi potensial
air yang dapat diubah menjadi energi
listrik. Air dialirkan (dijatuhkan) melalui
sebuah pipa ke dalam pompa untuk
menggerakkan
yang ada di
dalamnya. Energi mekanik yang
berasal dari putaran
pompa
akan diteruskan dan diubah menjadi
energi listrik oleh sebuah generator.[4]
Gambar 2. Instalasi PLTMH
- 174 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
ISSN
SN 2338
2
1035
/
5/
!(2#! !"!'1(1$"
#!"(141+$.1 -&Identifikasi yang dilakuk
ilakukan disini
adalah melihat isntalasi PLTMH
PLTM yang
digunakan dan siklus aliran
an fluida
flui yang
terjadi dan kondisi kerja yang
digunakan seperti ukuran
n pipa yang
digunakan dan kondisi lingkungan.
gkungan.
55
!'$+.$"$$" 1-&'$.1
&'$.1
Setelah kondisi dan
an da
data awal
didapatkan,
dilakukanlah
lah
proses
simulasi. Proses simulasii ini dilakukan
di
dengan
beberapa
tahap
yaitu
pembuatan model PAT,
T,
,
penentuan dan pengaturan
turan kondisi
batas dan terakhir proses per
erhitungan
(iterasi). Semua proses
es simulasi
dilakukan
dengan
menggunakan
meng
(
)
*+,+
Gambar 4. !
Tabel 1. Penentuan Kondis
ondisi Batas
/
0
1
Inlet
2
Outlet
3
4
Gambar 3. Model darii PAT
PA
yang
digunakan
2"#1.1
$($.
2
5
Sisi Dalam
Bagian
Depan
Sisi Dalam
Bagian
Belakang
1
6!"1.
1
3
2
1'$1
H = 9,29 m H = 5,18 m
4,264 m/s
1,84 m/s
101325
Pa
101325
Pa
269 rpm
195,1 rpm
)
)
2
5
5
$.1' #$" !-*$%$.$"
1.()1*&.1 !+$"$"
$" 1 $'$&-$% 2-3$ #!",$"
" 7
Hasil simulasi men
menunjukkan
bahwa tekanan terbesarr terjadi
terja pada
bagian
dari
sedangkan tekanan terkecil
cil terjadi
terj
pada
bagian yang berlawanan
nan dengan
dengan
yait
yaitu
pada
bagian
. Dii
Diibaratkan
adalah bagian
gian mukanya
m
sedangkan
bagian
belakangnya.
Gambar 5. Letak Kondisi
disi Batas
B
- 175 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
ISSN
SN 2338
2
1035
si Tekanan
Tek
Di Dalam Rumah Pompa pada H = 9,29 m
Gambar 6. Distribusi
Tabel 2. Nilai Tekanan Hasil
sil Sim
Simulasi Numerik untuk H = 9,29 m
2$' $-!
Static
Pressure
"1(
[Pa]
9$'&!
:!)$,!#
9$'&!
1"1-&9$'&!
$
$;1-&9$'&!
9$
102898.7126
102890.9781
102866.0995
10
102911.7258
1.(1*&.1 !8!3$($"
($" '1)$" 1
$'$- &-$% 2-3$
$ #!",$"
#!"
7
Hasil simulasi menu
menunjukkan
bahwa kecepatan aliran
an tterendah
terjadi pada bagian
,
5
dimana terjadi tekanan terbes
terbesar. Dan
sebaliknya kecepatan aliran
liran terbesar
terjadi pada bagian dimana
diman
nilai
tekanan terjadi terkecill yaitu
yait
pada
bagian
Gambar 7. Distribusi Kecepatan
Kecep
Aliran Di Dalam Rumah Pompa pada
a H = 9,29 m
Tabel 3. Nilai Kecepatan Aliran Hasil Simulasi Numerik untuk H = 9,29 m
$
$;1-&:!)$,!#
1"1-&9$'&!
2$' $-!
"1(
9$'&!
9$'&!
9$'&!
9$
Velocity
[m/s]
2.22196056 2.228089856 2.185753679 2.334354284
2.3
- 176 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
1.()1*&.1 !+$"$"
$" 1 $'$&-$% 2-3$ #!",$"
" 7
Hasil simulasi menu
menunjukkan
bahwa tekanan terbesar terjadi
terja pada
bagian
, dimana
diman fluida
5/
ISSN
SN 2338
2
1035
jatuh pertama kali menyentuh
entuh
dan disaat yang yang sama bagian
tersebut merupakan titik nilai terendah
dari kecepatan aliran.
Gambar 8. Distribusi
si Tekanan
Tek
Di Dalam Rumah Pompa pada H = 5,18 m
Tabel 4. Nilai Tekanan Hasil
sil Sim
Simulasi Numerik untuk H = 5,18 m
2$' $-!
Static
Pressure
55
"1(
[Pa]
9$'&!
:!)$,!#
9$'&!
1"1-&9$'&!
$
$;1-&9$'&!
9$
65903.59658
65922.15341
65872.10875
65
65958.55278
1.(1*&.1 !8!3$($"
($" '1)$" 1
$'$- &-$% 2-3$
$ #!",$"
#!"
7
Hasil
simulasii
numerik
menujukkan
bahwa
kecepatan
ke
aliran terbesar terjadii pada bagian
dimana nilai tekanan
an terbesar,
t
sesuai dengan prinsip
sip Bernoulli
menyatakan bahwa 4
#
#
5
ecepatan Aliran Di Dalam Rumah Pompa pada H = 5,18
5
m
Gambar 9. Distribusi Kecepa
Tabel 5. Nilai Kecepatan Aliran Hasil Simulasi Numerik untuk H = 5,18 m
- 177 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
2$'
$-!
Velocity
"1(
9$'&!
1.03531985
[m/s]
5
!)%1(&",$" !2)1(1.
Perhitungan teoritis yang terjadi
di dalam rumah pompa diawali dengan
melakukan pengambilan data – data
dari hasil penelitian dan survei adapun
data yang diambil adalah sebagai
berikut :
1. Ketinggian pipa yang diukur dari
poros
PAT
ke
tangki
penampungan atas (H)
2. Ketinggian air di dalam tangki
(h)
3. Kecepatan air masuk turbin (v)
Tabel 6. Data – Data Teknis Hasil
Penelitian dan Survei
2
1
2
3
6!"1. $($
Ketinggian Pipa
(H)
Ketinggian Air (h)
Kecepatan air
masuk (v)
1'$1
9,29 m
5,18 m
50 cm (0,5 m)
4,624
1,84
m/s
m/s
ISSN 2338 1035
:!)$,!#
9$'&!
1.036206747
1"1-&9$'&!
1.017283761
$;1-&9$'&!
1.042797521
Perhitungan teoritis ini menggunakan
Persamaan Bernoulli[2], yaitu
+
2
+
=
+
2
+
Keterangan :
P1
= Tekanan di TPA (Pa)
= Kecepatan air keluar tangki
ν1
penampungan (m/s)
z1
= "
ketinggian = H + h di
titik 1 (m)
= Tekanan pada PAT (Pa)
P2
ν2
= Kecepatan air masuk turbin
(m/s)
= "
ketinggian = H + h di
z2
titik 2 (m)
γ
= Berat Jenis (N/m3)
g
= Gaya gravitasi (10 m/s2)
Dari proses perhitungan, maka
diperoleh hasil nilai perbandingan
antara perhitungan yang dilakukan
pada
proses
simulasi
dengan
perhitungan secara teoritis.
Tabel 7. Perbandingan hasil perhitungan tekanan antara perhitungan teoritis dengan
perhitungan simulasi numerik
!$#
!+$"$" !2)1
!+$"$" 1-&'$.1
$'$(
2
$
$
<
1
9,29 m
92209,312
102898.7126
11,5
2
5,18 m
60107,2
65903.59658
9,6
!.1-3&'$"
Berdasarkan hasil perhitungan
dan simulasi yang telah dilakukan pada
bab sebelumnya, dapat dilihat dengan
jelas aliran fluida yang terjadi di dalam
rumah pompa yang ditunjukkan dalam
bentuk kontur, vektor dan diperihatkan
data oleh grafik, maka untuk ini diambil
kesimpulan :
1. Untuk kontur tekanan pada dua
(H) yang digunakan nilai
tekanan terbesar adalah pada
bagian
dan tekanan
terendah terjadi pada bagian
2. Pada
masing
–
masing
penggunaan
(H), kecepatan
aliran yang tertinggi terjadi di
bagian
terendah
dan nilai
terjadi pada bagian
. Hal ini sesuai
dengan Prinsip Bernoulli 4
/
(
#
#
5
3. Dari hasil simulasi diperoleh hasil,
nilai dari tekanan akan terus
mengalami penurunan menuju sisi
buang dan sebaliknya kecepatan
aliran mengalami kenaikan.
4. Dari simulasi di dapatkan bahwa
semakin besar
(H) yang
- 178 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
ISSN 2338 1035
digunakan maka, nilai kecepatan
air masuk semakin besar, yang
menyebabkan menyebabkan nilai
dari tekanan dan kecepatan aliran
semakin besar. Hal ini dibuktikan
dengan penggunaan dua
(H)
yang berbeda.
$4($) &.($+$
[1] Dietzel,F, 1996.
.
Jakarta : Erlangga
[2] L. V. Steeter dan Wylie B. 1993.
.
Jakarta : Erlangga
[3]
Sularso,
1987.
. Jakarta:
PT. Pradya Paramita
[4] Warnick, C.C. 1984.
New York : Prentice Hall,
Inc.
[5] White, Frank M. 1997.
!
! Diterjemahkan
Ir. Mahana Hariandja
Jakarta :
Erlangga
179
ISSN 2338 1035
1,2
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
Email : [email protected]
!
#
"
!"
#
!
$
%
&
#
#
!"#
!"#$%&'&$"
$($) *!'$+$",
Kebutuhan listrik dewasa ini
kian meningkat, berbagai upaya terus
dilakukan baik mencari potensi baru
atau pun dengan mengembangkan
teknologinya. Satu hal yang di
usahakan untuk melakukan hal tersebut
adalah dengan melakukan konversi
atau perubahan energi dari satu energi
yang kurang bermanfaat menjadi energi
yang
lebih
bermanfaat.
Proses
perubahan energi ini dapat dilakukan
dengan berbagai macam
mesin
konversi energi. Seiring dengan
berkembangnya
teknologi
industri,
maka berdampak semakin pesatnya
pemakaian mesin – mesin konversi
sepanjang pengaliran. Pada simulasi ini
pompa
yang
digunakan
akan
'
#
#%
energi tersebut. Salah satu mesin
konversi energi yang sering digunakan
adalah pompa.
Pompa merupakan suatu mesin
konversi energi yang digunakan untuk
memindahkan suatu cairan dari suatu
tempat ke tempat lain dengan cara
menaikkan tekanan cairan tersebut.
Pompa beroperasi dengan prinsip
membuat perbedaan tekanan antara
bagian masuk
dengan bagian
keluar
. Dengan kata lain,
pompa berfungsi mengubah tenaga
mekanis dari suatu sumber tenaga
(penggerak) menjadi tenaga kinetis
(kecepatan), dimana tenaga ini berguna
untuk
mengalirkan
cairan
dan
mengatasi hambatan yang ada di
dioperasikan sebagai turbin
172
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
!)&-&.$" -$.$'$%
Dalam melakukan simulasi ini,
menitikberatkan kepada kasus aliran
fluida dalam hal ini adalah air pada
pompa yang digunakan sebagai turbin
dengan batasan masalah :
1. Pompa sentrifugal yang digunakan
berukuran 3 inchi.
2. Menganalisis
tekanan
dan
kecepatan aliran di dalam rumah
pompa
3. Menggunakan 2 (dua)
(H)
yang berbeda yaitu 9,29 m dan 5,18
m
4. Menggunakan perangkat lunak
(
)
*+,+
5. Data putaran pompa diambil dari
hasil pengujian.
/
&0&$" !"!'1(1$"
1. Untuk
mengetahui
distribusi
tekanan dan kecepatan aliran fluida
di dalam rumah pompa yang
dioperasikan sebagai turbin
2. Dapat mengetahui bentuk – bentuk
(tampilan kontur) yang terjadi di
dalam rumah pompa.
3. Mendapatkan hasil analisa numerik
untuk dibandingkan dengan analisa
perhitungan teoritis.
1"0$&$" &.($+$
2-3$ !"()14&,$'
Pompa sentrifugal mempunyai
sebuah
(baling baling) untuk
ISSN 2338 1035
mengangkat zat cairan dari tempat
yang lebih rendah ke tempat yang lebih
tinggi. Daya dari luar diberikan pada
poros pompa untuk memutarkan
di dalam zat cair. Maka zat cair
yang ada di dalam
oleh
dorongan sudu – sudu dapat berputar.[1]
Karena timbul gaya sentrifugal, maka
zat cair mengalir dari tengah
ke luar melalui saluran di antara sudu –
sudu. Disini
tekanan zat cair
menjadi lebih tinggi. Demikian juga
kecepatannya menjadi lebih tinggi
karena mengalami percepatan. Zat cair
yang keluar melalui
akan
ditampung oleh saluran berbentuk
(spiral) dikelilingi
dan
disalurkan keluar pompa melalui nozel
. Di dalam nosel ini
sebagian
kecepatan aliran diubah
menjadi
tekanan.[3] Jadi
pompa berfungsi memberikan kerja
pada zat cair sehingga energi yang
dikandungnya menjadi lebih besar.
Selisih energi per satuan berat atau
total zat cair antara
(flens)
isap dan
(flens) keluar disebut
total pompa.
Dari uraian di atas, jelas bahwa
pompa sentrifugal dapat mengubah
energi mekanik dalam bentuk kerja
poros menjadi energi fluida. Energi
inilah yang mengakibatkan perubahan
tekanan,
kecepatan dan
potensial pada zat cair yang
mengalir secara kontinu.
Gambar 1. Pompa Sentrifugal
- 173 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
Debit atau kapasitas fluida pada pompa
dapat dihitung dengan persamaan:
( )
=
=
Keterangan:
Q = Kapasitas fluida (m3/s)
v = Kecepatan air masuk pompa (m/s)
A = Luas penampang pipa (m2)
!",,&"$$" 2-3$ !*$,$1
&)*1"
Salah satu alternatif yang
ekonomis
untuk
membangun
pembangkit listrik tenaga air skala kecil
adalah dengan menggunakan pompa
sebagai turbin. Bidang ilmu yang
khusus
mengoperasikan
pompa
sebagai turbin ini sering disebut dengan
istilah PAT, singkatan dari
. Jarang yang tahu bahwa
beberapa tipe pompa air dapat
diaplikasikan
sebagai
turbin
air.
Biasanya pompa digerakkan oleh motor
listrik untuk menaikkan sejumlah air
sampai ketinggian tertentu. Pada
aplikasi pompa sebagai turbin, prinsip
kerja pompa di balik yaitu diberi jatuhan
air dari ketinggian tertentu untuk
memutar
pompa. Putaran
ini akan diteruskan untuk
memutar generator sehingga dihasilkan
tenaga listrik.
Beberapa kelebihan aplikasi pompa
sebagai turbin air[1] adalah:
1. Sebagai produk industri yang
massal, pompa mudah diperoleh
dengan berbagai variasi
.
(, tersedia dalam berbagai tipe
dan ukuran.
2. Mudah dalam instalasinya.
3. Harga relatif murah daripada turbin,
dan suku cadang mudah diperoleh.
4. Aplikasi pompa dapat dikoneksi
secara langsung dengan generator
atau menggunakan
transmisi
mekanik
.
apabila putaran
pompa sebagai turbin tidak sama
dengan
putaran
generator
(umumnya 1500 rpm).
ISSN 2338 1035
Pompa
sentrifugal
sebagai
turbin bisa diandalkan dengan efisiensi
yang tinggi pada unit pembangkit skala
kecil. Aplikasi pompa sebagai turbin di
lapangan sudah cukup banyak. Aplikasi
pompa sebagai turbin dapat dilakukan
di saluran irigasi, bendungan, menara
air
gedung
–
gedung
tinggi
memanfaatkan jatuhan air kondensasi
pendingin.
/
!-*$",+1(
1.()1+
!"$,$
1+)2 1#)2
Secara teknis PLTMH memiliki
3 komponen utama yaitu Air (sumber
energi), Turbin Air (pada penelitian ini
menggunakan
Pompa
Sentrifugal
sebagai turbin) dan generator.
PLTMH mendapatkan energi
dari aliran air yang memiliki perbedaan
ketinggian tertentu. Pada dasarnya,
PLTMH memanfaatkan energi potensial
jatuhan air. Semakin tinggi jatuhan air
maka semakin besar energi potensial
air yang dapat diubah menjadi energi
listrik. Air dialirkan (dijatuhkan) melalui
sebuah pipa ke dalam pompa untuk
menggerakkan
yang ada di
dalamnya. Energi mekanik yang
berasal dari putaran
pompa
akan diteruskan dan diubah menjadi
energi listrik oleh sebuah generator.[4]
Gambar 2. Instalasi PLTMH
- 174 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
ISSN
SN 2338
2
1035
/
5/
!(2#! !"!'1(1$"
#!"(141+$.1 -&Identifikasi yang dilakuk
ilakukan disini
adalah melihat isntalasi PLTMH
PLTM yang
digunakan dan siklus aliran
an fluida
flui yang
terjadi dan kondisi kerja yang
digunakan seperti ukuran
n pipa yang
digunakan dan kondisi lingkungan.
gkungan.
55
!'$+.$"$$" 1-&'$.1
&'$.1
Setelah kondisi dan
an da
data awal
didapatkan,
dilakukanlah
lah
proses
simulasi. Proses simulasii ini dilakukan
di
dengan
beberapa
tahap
yaitu
pembuatan model PAT,
T,
,
penentuan dan pengaturan
turan kondisi
batas dan terakhir proses per
erhitungan
(iterasi). Semua proses
es simulasi
dilakukan
dengan
menggunakan
meng
(
)
*+,+
Gambar 4. !
Tabel 1. Penentuan Kondis
ondisi Batas
/
0
1
Inlet
2
Outlet
3
4
Gambar 3. Model darii PAT
PA
yang
digunakan
2"#1.1
$($.
2
5
Sisi Dalam
Bagian
Depan
Sisi Dalam
Bagian
Belakang
1
6!"1.
1
3
2
1'$1
H = 9,29 m H = 5,18 m
4,264 m/s
1,84 m/s
101325
Pa
101325
Pa
269 rpm
195,1 rpm
)
)
2
5
5
$.1' #$" !-*$%$.$"
1.()1*&.1 !+$"$"
$" 1 $'$&-$% 2-3$ #!",$"
" 7
Hasil simulasi men
menunjukkan
bahwa tekanan terbesarr terjadi
terja pada
bagian
dari
sedangkan tekanan terkecil
cil terjadi
terj
pada
bagian yang berlawanan
nan dengan
dengan
yait
yaitu
pada
bagian
. Dii
Diibaratkan
adalah bagian
gian mukanya
m
sedangkan
bagian
belakangnya.
Gambar 5. Letak Kondisi
disi Batas
B
- 175 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
ISSN
SN 2338
2
1035
si Tekanan
Tek
Di Dalam Rumah Pompa pada H = 9,29 m
Gambar 6. Distribusi
Tabel 2. Nilai Tekanan Hasil
sil Sim
Simulasi Numerik untuk H = 9,29 m
2$' $-!
Static
Pressure
"1(
[Pa]
9$'&!
:!)$,!#
9$'&!
1"1-&9$'&!
$
$;1-&9$'&!
9$
102898.7126
102890.9781
102866.0995
10
102911.7258
1.(1*&.1 !8!3$($"
($" '1)$" 1
$'$- &-$% 2-3$
$ #!",$"
#!"
7
Hasil simulasi menu
menunjukkan
bahwa kecepatan aliran
an tterendah
terjadi pada bagian
,
5
dimana terjadi tekanan terbes
terbesar. Dan
sebaliknya kecepatan aliran
liran terbesar
terjadi pada bagian dimana
diman
nilai
tekanan terjadi terkecill yaitu
yait
pada
bagian
Gambar 7. Distribusi Kecepatan
Kecep
Aliran Di Dalam Rumah Pompa pada
a H = 9,29 m
Tabel 3. Nilai Kecepatan Aliran Hasil Simulasi Numerik untuk H = 9,29 m
$
$;1-&:!)$,!#
1"1-&9$'&!
2$' $-!
"1(
9$'&!
9$'&!
9$'&!
9$
Velocity
[m/s]
2.22196056 2.228089856 2.185753679 2.334354284
2.3
- 176 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
1.()1*&.1 !+$"$"
$" 1 $'$&-$% 2-3$ #!",$"
" 7
Hasil simulasi menu
menunjukkan
bahwa tekanan terbesar terjadi
terja pada
bagian
, dimana
diman fluida
5/
ISSN
SN 2338
2
1035
jatuh pertama kali menyentuh
entuh
dan disaat yang yang sama bagian
tersebut merupakan titik nilai terendah
dari kecepatan aliran.
Gambar 8. Distribusi
si Tekanan
Tek
Di Dalam Rumah Pompa pada H = 5,18 m
Tabel 4. Nilai Tekanan Hasil
sil Sim
Simulasi Numerik untuk H = 5,18 m
2$' $-!
Static
Pressure
55
"1(
[Pa]
9$'&!
:!)$,!#
9$'&!
1"1-&9$'&!
$
$;1-&9$'&!
9$
65903.59658
65922.15341
65872.10875
65
65958.55278
1.(1*&.1 !8!3$($"
($" '1)$" 1
$'$- &-$% 2-3$
$ #!",$"
#!"
7
Hasil
simulasii
numerik
menujukkan
bahwa
kecepatan
ke
aliran terbesar terjadii pada bagian
dimana nilai tekanan
an terbesar,
t
sesuai dengan prinsip
sip Bernoulli
menyatakan bahwa 4
#
#
5
ecepatan Aliran Di Dalam Rumah Pompa pada H = 5,18
5
m
Gambar 9. Distribusi Kecepa
Tabel 5. Nilai Kecepatan Aliran Hasil Simulasi Numerik untuk H = 5,18 m
- 177 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
2$'
$-!
Velocity
"1(
9$'&!
1.03531985
[m/s]
5
!)%1(&",$" !2)1(1.
Perhitungan teoritis yang terjadi
di dalam rumah pompa diawali dengan
melakukan pengambilan data – data
dari hasil penelitian dan survei adapun
data yang diambil adalah sebagai
berikut :
1. Ketinggian pipa yang diukur dari
poros
PAT
ke
tangki
penampungan atas (H)
2. Ketinggian air di dalam tangki
(h)
3. Kecepatan air masuk turbin (v)
Tabel 6. Data – Data Teknis Hasil
Penelitian dan Survei
2
1
2
3
6!"1. $($
Ketinggian Pipa
(H)
Ketinggian Air (h)
Kecepatan air
masuk (v)
1'$1
9,29 m
5,18 m
50 cm (0,5 m)
4,624
1,84
m/s
m/s
ISSN 2338 1035
:!)$,!#
9$'&!
1.036206747
1"1-&9$'&!
1.017283761
$;1-&9$'&!
1.042797521
Perhitungan teoritis ini menggunakan
Persamaan Bernoulli[2], yaitu
+
2
+
=
+
2
+
Keterangan :
P1
= Tekanan di TPA (Pa)
= Kecepatan air keluar tangki
ν1
penampungan (m/s)
z1
= "
ketinggian = H + h di
titik 1 (m)
= Tekanan pada PAT (Pa)
P2
ν2
= Kecepatan air masuk turbin
(m/s)
= "
ketinggian = H + h di
z2
titik 2 (m)
γ
= Berat Jenis (N/m3)
g
= Gaya gravitasi (10 m/s2)
Dari proses perhitungan, maka
diperoleh hasil nilai perbandingan
antara perhitungan yang dilakukan
pada
proses
simulasi
dengan
perhitungan secara teoritis.
Tabel 7. Perbandingan hasil perhitungan tekanan antara perhitungan teoritis dengan
perhitungan simulasi numerik
!$#
!+$"$" !2)1
!+$"$" 1-&'$.1
$'$(
2
$
$
<
1
9,29 m
92209,312
102898.7126
11,5
2
5,18 m
60107,2
65903.59658
9,6
!.1-3&'$"
Berdasarkan hasil perhitungan
dan simulasi yang telah dilakukan pada
bab sebelumnya, dapat dilihat dengan
jelas aliran fluida yang terjadi di dalam
rumah pompa yang ditunjukkan dalam
bentuk kontur, vektor dan diperihatkan
data oleh grafik, maka untuk ini diambil
kesimpulan :
1. Untuk kontur tekanan pada dua
(H) yang digunakan nilai
tekanan terbesar adalah pada
bagian
dan tekanan
terendah terjadi pada bagian
2. Pada
masing
–
masing
penggunaan
(H), kecepatan
aliran yang tertinggi terjadi di
bagian
terendah
dan nilai
terjadi pada bagian
. Hal ini sesuai
dengan Prinsip Bernoulli 4
/
(
#
#
5
3. Dari hasil simulasi diperoleh hasil,
nilai dari tekanan akan terus
mengalami penurunan menuju sisi
buang dan sebaliknya kecepatan
aliran mengalami kenaikan.
4. Dari simulasi di dapatkan bahwa
semakin besar
(H) yang
- 178 -
Jurnal e Dinamis, Volume 3, No.3 Desember 2012
ISSN 2338 1035
digunakan maka, nilai kecepatan
air masuk semakin besar, yang
menyebabkan menyebabkan nilai
dari tekanan dan kecepatan aliran
semakin besar. Hal ini dibuktikan
dengan penggunaan dua
(H)
yang berbeda.
$4($) &.($+$
[1] Dietzel,F, 1996.
.
Jakarta : Erlangga
[2] L. V. Steeter dan Wylie B. 1993.
.
Jakarta : Erlangga
[3]
Sularso,
1987.
. Jakarta:
PT. Pradya Paramita
[4] Warnick, C.C. 1984.
New York : Prentice Hall,
Inc.
[5] White, Frank M. 1997.
!
! Diterjemahkan
Ir. Mahana Hariandja
Jakarta :
Erlangga
179