PERMODELAN GEOMETRI DAN ANALISA NUMERIK
B. Proses solving dan postprocessing geometri impeler pompa sentrifugal
5.3 Analisa kavitasi dan performansi dari pompa sentrifugal yang telah direncanakan
5.3.1 Analisa kemungkinan kavitasi yang terjadi
Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang terjadi akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan ( dimana suhu air yang digunakan adalah 20o C, maka nilai tekanan uap air jenuh adalah sebesar 2340 N/m2) pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa.
Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada dinding namun bila hal itu terjadi berulang-ulang maka bisa mengakibatkan terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material bisa rusak oleh kavitasi bila dibiarkan terjadi dalam jangka waktu yang lama. Adanya benda asing yang masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab akan menyebabkan erosi pada dinding impeller. Maka hasil distribusi tekanan dan turbulensi di bawah ini akan menunjukkan daerah-daerah yang kemungkinan akan terjadi kavitasi pada pompa yang telah direncanakan sebelumnya ini. Daerah –daerah yang memiliki tekanan fluida dibawah tekanan uap air jenuh atau sebesar 2340 Pa maka daerah tersebut memiliki kemungkinan kavitasi.
Gambar 5.55 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 2 inci
Gambar 5.56 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 1 inci
Gambar 5.57 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 1 inci
Dari hasil simulasi aliran fluida di atas, ditunjukkan bahwa tidak terdapat daerah-daerah yang berpeluang untuk mengalami kavitasi pada impeler pompa sentrifugal ini, karena tidak terdapat daerah – daerah yang memiliki tekanan dibawah tekanan uap air jenuh. Namun pada gambar 5.55 terlihat bahwa ada daerah pada impeler dan rumah pompa yang mengalami kavitasi dengan posisinya, pada gambar 5.58 terlihat jelas bahwa kavitasi hanya terdapat pada rumah pompa sentrifugal tersebut, dikarenakan nilai tekanan pada sisi keluar rumah pompa tersebut berada dibawah tekanan uap air jenuh.
Gambar 5.58 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 2 inci
Gambar 5.59 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 1 inci
Gambar 5.60 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 1 inci
Dari hasil distribusi turbulensi diatas pompa tanpa reducer memiliki nilai energy kinetic turbulensi tertinggi yang terjadi sebesar 2,14 Nm dan nilai turbulen Re pada pipa sebesar 151838.23, pompa dengan reducer 1 inci memiliki nilai energy kinetic turbulensi tertinggi yang terjadi sebesar 2,56 Nm dan nilai turbulen Re pada pipa yang terjadi sebesar 127493.05 dan pompa dengan reducer 1 inci memiliki nilai energy kinetic turbulensi tertinggi yang terjadi sebesar 2,36 Nm dan nilai turbulen Re pada pada pipanya sebesar 88666,67.
Gambar 5.58 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida pada diameter pips tekan 2 inci
Gambar 5.59 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida pada diameter pips tekan 1 inci
Gambar 5.60 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida pada diameter pips tekan 1inci
5.3.2. Analisa performansi dari pompa sentrifugal
Dalam hasil simulasi pompa sentrifugal tersebut dihasilkanlah vektor – vektor kecepatan dengan terdapat nilai-nilai kecepatan yang terjadi pada rumah pompa sentrifugal tersebut. Distribusi kecepatan dihasilkan dengan menginput nilai kecepatan masuk maka akan dihasilkannya nilai kecepatan pada sisi keluar pompa sentrifugal berdasarkan simulasi. Dengan menggunakan nilai kecepatan masuk pada BAB III Vs = 1,25 m/s maka akan didapat kecepatan rata –rata yang
berada di sisi keluar rumah pompa ( Vd ). Dengan menggunakan nilai Vs
dan Vd maka dihasilkan head (tinggi tekan) yang mampu dihasilkan
Gambar 5.61 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 2 inci
Gambar 5.62 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 1 inci
Gambar 5.63 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 1inci
Maka dari hasil distribusi diatas didapatkan nilai kecepatan rata- rata pada sisi tekan pompa sentrifugal ( Vd ) tersebut sebesar 2,95 m/s.
Sehingga perhitungan head ( tinggi tekan )berdasarkan simulasi ( Hsim )
,sesuai dengan kecepatan pada sisi tekan pompa sentrifugal berdasarkan hasil simulasi tersebut . Dan hasil perhitungan head ( tinggi tekan ) pada sisi isap dapat dilihat pada BAB III.
5.3.2.1. Head berdasarkan simulasi ( Hsim )
5.3.2.1.1 Head Berdasarkan simulasi dengan diameter pipa tekan 2 inci a. Perbedaan Head Kecepatan ( ∆Hv )
Dari hasil simulasi didapat nilai Vs tidak sama dengan nilai Vd, sehingga
akan terjadi head kecepatan akibat perbedaan kecepatan tersebut. - Head kecepatan pada sisi isap ( Hvs)
Hvs = g Vs 2 ) ( 2 ( m ) = 81 , 9 . 2 ) 25 , 1 ( 2 = 0,08 m
- Head kecepatan pada sisi tekan ( Hvd )
Hvd = g Vd 2 ) ( 2 ( m ) = 81 , 9 . 2 ) 95 , 2 ( 2 = 0,44 m
Maka nilai perbedaan head kecepatannya adalah :
v H
∆ = Hvd - Hvs
= 0,44 m – 0,08 m = 0,36 m
2. Perbedaan Head Statis ( ∆Hs)
Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air pada reservoir bawah dengan ketinggian air maksimal pada reservoir atas seperti pada gambar 3.1. Dalam perencanaan ini head statis dapat dilihat pada gambar 3.1 yaitu :
Hs = 14,7 m
3. Kerugian head (HL)
Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2 yaitu kerugian akibat gesekan sepanjang pipa/kerugian mayor (hf) dan kerugian akibat adanya kelengkapanpada
instalasi pipa / kerugian minor (hm). Kerugian akibat gesekan tergantung pada
kekasaran dalam pipa dan sepanjang pipa. Kerugian akibat kelengkapan adalah kerugian akibat adanya perubahan arah aliran dan kecepatan aliran.