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 5.58 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 4 inci
Gambar 5.59 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 3 inci
Gambar 5.60 Distribusi tekanan fluida pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 3 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 5.58 terlihat bahwa ada daerah pada impeler dan rumah pompa yang mengalami kavitasi dengan posisinya, pada gambar 5.55 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 5.61 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 4 inci
Gambar 5.62 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 3 inci
Gambar 5.63 Distribusi energi turbulensi yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 3 inci
Dari hasil distribusi turbulensi diatas pompa tanpa reducer memiliki nilai energy kinetic turbulensi tertinggi yang terjadi sebesar 8,04 Nm dan nilai turbulen rata-rata Re pada pipa sebesar 409801.96, pompa dengan reducer 3 inci memiliki nilai energy kinetic turbulensi tertinggi yang terjadi sebesar 8,44 Nm dan nilai turbulen rata - rata Re pada pipa yang terjadi sebesar 373650 dan pompa dengan reducer 3 inci memiliki nilai energy kinetic turbulensi tertinggi yang terjadi sebesar 7,69 Nm dan nilai turbulen rata-rata Re pada pada pipanya sebesar 387308,24.
Gambar 5.65 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida pada diameter pips tekan 4 inci
Gambar 5.66 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida pada diameter pips tekan 3 inci
Gambar 5.67 Grafik tekanan fluida vs jarak posisi tekanan fluida pada diameter pips tekan 3 inci
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 = 2.573 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
pompa tersebut berdasarkan dari hasil simulasi.
Gambar 5.68 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 4 inci
Gambar 5.69 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 3 inci
Gambar 5.70 Distribusi vektor kecepatan yang terjadi pada pompa sentrifugal dengan diameter pipa tekan 3 inci
Maka dari hasil distribusi diatas didapatkan nilai kecepatan rata- rata pada sisi tekan pompa sentrifugal ( Vd ) tersebut sebesar 4,09 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. Dengan menggunakan data - data tersebut maka perancangan ini dilakukan improvisasi dengan mengubah
diameter pipa tekan dengan cara memasang reducer pada sisi tekan
pompa. Pipa yang digunakan memiliki bahan yang sama namun ukuran divariasi dari 3 inci dan 3 inci, sehingga dari hasil simulasi didapat kecepatan pada sisi tekan dengan pipa 3 inci adalah sebesar 5,07 m/s dan nilai kecepatan pada sisi tekan dengan pipa 3 inci adalah sebesar 4,23 m/s.
5.3.2.1. Head berdasarkan simulasi ( Hsim )
5.3.2.1.1 Head Berdasarkan simulasi dengan diameter pipa tekan 4 inci 1. 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 ) 573 , 2 ( 2 = 0,34 m
- Head kecepatan pada sisi tekan ( Hvd )
Hvd = g Vd 2 ) ( 2 ( m )
= 81 , 9 . 2 ) 09 , 4 ( 2 = 0,85 m
Maka nilai perbedaan head kecepatannya adalah :
v H
∆ = Hvd - Hvs
= 0,85 m – 0,34 m
= 0,51 m
