KARAKTERISTIK POMPA
5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan .1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
Karakteristik sebuah pompa perlu diketahui sebelum pompa dioperasikan, karakteristik pompa dapat diketahui dengan melakukan eksperimen terhadap pompa yang bersangkutan serta dengan melakukan pendekatan teoritis.
a. Head Euler dengan Kapasitas
Head Euler merupakan head yang didapat dari suatu persamaan yang didasarkan pada asumsi yang ideal, yaitu aliran fluida dianggap tanpa gesekan, tanpa turbulensi dan dengan jumlah sudu yang tak berhingga dengan harapan diperoleh pengarahan pada fluida yang mengalir secara sempurna.
Hubungan head Euler dengan kapasitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompresor, hal 311 ):
= - Dimana:
: head Kapasitas Euler Q : kapasitas pompa
U2 : kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 19,25 m/s ) β2 : sudut sisi keluar impeller ( 19,52o )
d2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,129 m ) b2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,0025 m )
g : percepatan gravitasi sehingga:
=
-
= 37,77 – 5463,26 Q
b. Head Teoritis dan Kapasitas
Aliran ideal menyatakan bahwa aliran mengalir tanpa gesekan dan diarahkan dengan sudu yang tak terbatas dan tanpa turbulensi, tetapi dalam praktek yang terjadi adalah sebaliknya, yaitu terjadi gesekan dan jumlah sudu yang terbatas serta sudu mempunyai ketebalan tertentu, dengan kondisi tersebut maka akan menghasilkan head yang lebih rendah dari pada head Euler. Head yang dihasilkan ini disebut sebagai head teoritis ( Hth ). Hubungan antara head Euler dengan head teoritis adalah dinyatakan dalam persamaan ( M. Khetagurov,
Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):
= Dimana:
= factor sirkulasi Hth = Head Teoritis
= = = 10,51 m
Pompa yang direncanakan beroperasi pada kapasitas ( Q ) = 0,0015 dengan head teoritis (Hth) sebesar 10,51 m, dengan data tersebut maka Head Euler dapat diketahui
= 37,77 – 5463,26 ( 0,0015 ) = 29,575 m
Sehingga:
=
= 0,355
berdasarkan hasil diatas maka hubungan antara head Euler dengan head teoritis dapat digambarkan dengan persamaan :
= 0,355 x ( 37,77 – 5463,26 Q)
= 13,408 – 1939,45 Q
c. Head Aktual dengan Kapasitas
Head aktual adalah head teoritis dikurangi dengan rugi-rugi hidrolis selama pemompaan, hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan ( M Khetagurov,
Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):
= - Dengan:
= rugi-rugi hidrolis selama pemompaan ( m )
Kerugian hidrolis disebabkan karena adanya shock loss atau turbulence loss ( hs ) serta fricton and diffusion loss ( ). Besar rugi-rugi hidrolis dinyatakan dengan persamaan :
Gambar 5.1 Kerugian - Kerugian Hidrolis
Sumber : AJ Stephanoff, Centrifugal And Axial Flow Pump, hal 164
Gambar di atas menunjukkan bahwa efisiensi terbaik terletak pada titik dimana rugi-rugi turbulensi sama dengan rugi-rugi gesekan, atau rugi-rugi turbulensi dan rugi-rugi gesekan sama dengan setengah dari rugi-rugi hidrolis. Titik dimana adalah titik dimana kerugian hidrolis paling kecil, sehingga pada titik inilah direncanakan kapasitas pompa ( Q ) sebesar 0,0015 m3/s dan head aktual sebesar 9,87 m, pada titik tersebut akan memberikan gambaran besar rugi-rugi hidrolis yang terjadi yaitu sebesar:
= -
= 10,51 – 9,87 = 0,64 m dan pada kondisi ini juga berlaku :
= = 0,5 hh = = 0,5 x 0,64 = = 0,32 m
Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And
System, hal 267 ):
=
[
+ ( )2 ] [ 1 - ]2Dengan:
= faktor percobaan yang dibatasi besarnya antara 0,6 ÷ 0,8 = 0,7 U1 = kecepatan keliling pada sisi masuk impeller ( 6,6 m/s )
U2 = kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 19,25 m/s ) K2cu = faktor sirkulasi ( 0,355 )
d3 = diameter masuk cincin diffuser = ( 1,02 ÷ 1,05 )
= 64,5 ( 1,035 )
= 66,7575 mm = 0,0667575 m
d2 = diameter sisi keluar impeller ( 0,129 m) Q = kapasitas pompa ( 0,0015 m3/s ) Qs = kapasitas pompa tanpa shockloss g = percepatan gravitasi ( 9.81 m2/s )
0,32 = [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,355 )2 ] [ 1 – ] 2
0,32 = 7,77565 [ 1 – ] 2
Qs = 0,001882 m3/s
= [ ( 6,6 )2 + ( 19,25 x 0,355 )2 ] [ 1 – ]
2
= ( 7,77565 ) [ 1 – ] 2
= [ 7,77565 – 8263,177Q + 2195318,14Q2
]
kemudian besar friction loss dan diffusion loss ( ) dapat dinyatakan dengan persamaan ( AJ Stepanov, Centrifugal And Axial Flow pump, hal 164 ):
= + = k3Q2
Dengan:
k3 = suatu konstanta yang mana pada kondisi normal harga k3 dapat dinyatakan dengan :
=
=
= 142222,22
berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion loss adalah :
= 142222,22Q2 m
Kerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah: = +
= 7,77565 – 8263,177Q + 2195318,14Q2+ 142222,22Q2 = 7,77565 – 8263,177Q + 2337540,36Q2
hubungan antara head aktual dengan kapasitas pompa adalah: = -
= 13,408 – 1939,45 Q
-
7,77565 + 8263,177Q - 2337540,36Q2 = 5,63235 + 6323,727Q – 2337540,36Q2d. Head Sistem dengan Kapasitas
Head system ( ) dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian dinamis dan bagian statis. Dimana bagian dinamis terdiri atas head loses dan perbedaan head kecepatan yang terjadi di instalasi berdasarkan hasil simulasi CFD Fluent. Dan bagian statis dari head system tersebut ialah head statis instalasi tersebut. Head system merupakan fungsi kuadrat terhadap Q dengan Hsys = F Q dan membentuk kurva parabola dengan koordinat titik puncak minimumnya pada nilai sumbu Y pada head statis ( 0,2 ) dan salah satu titik sembarang pada titik ( Kapasitas , Head Actual ) = ( 0,0015 ; 9,87 ). Maka dengan demikian fungsi kuadrat untuk head system ialah sebagai berikut:
y = a ( x – xpuncak )2 + ypuncak
dengan mengganti y = f ( x ) diatas menjadi hsys = f ( Q ),
hsys = a ( Q – Qsys )2 + Hstatis
9,87 = a ( 0,0015 – 0 )2 + 2
a = 3497777,778
dengan mensubstitusikan nilai a pada persamaan awal maka didapat fungsi Hsys
Hsys = 3497777,778 ( Q – 0 )2 + 2
= 3497777,778Q2 + 2
Dan hasil perhitungan head euler, head teoritis, head actual, dan head system pada berbagai kapasitas pompa.
Tabel 5.1 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan.
No Q ( m3/s ) ( m ) ( m ) ( m ) ( m ) 1 0 37.77 13.408 5.63235 2 2 0.00025 36.40 12.92 7.067 2.21 3 0.00050 35.04 12.43 8.209 2.87 4 0.00075 33.67 11.95 9.060 3.96 5 0.0010 32.31 11.46 9.618 5.49 6 0.00125 30.94 10.98 9.884 7.46 7 0.00150 29.57 10.49 9.858 9.87 8 0.00175 28.21 10.01 9.540 12.71 9 0.0020 26.84 9.53 8.929 15.99 10 0.00225 25.47 9.04 8.027 19.71 11 0.00250 24.11 8.56 6.832 23.86 12 0.00275 22.74 8.07 5.345 28.45 13 0.0030 21.38 7.59 3.565 33.48
5.1.2 Hubungan efisiensi dan daya pompa dengan kapasitas pompa
Perhitungan efisiensi dan daya pompa berikut ini telah dibahas pada BAB III, dimana hasil dari Q dan Hact diambil dari tabel 5.1.
a. Efisiensi Hidrolis
Efisiensi hidrolis merupakan perbandingan antara head pompa sebenarnya dengan head pompa teoritis dengan jumlah sudu tak berhingga. Besarnya efisiensi hidrolis dapat ditentukan dengan cara interpolasi dari data pada tabel 3.5.
Besarnya kecepatan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan [ Turbin, Pompa dan Compresor. Fritz diesel hal: 258 ]:
1 4 3 − = menit H Q n nq Dimana: q
n = kecepatan spesifik ( 1 menit ) Q = kapasitas pompa ( m3 s ) n = kecepatan kerja / putar pompa
b. Efisiensi Volumetris
Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran balik menuju sisi isap. Efisiensi volumetris dapat ditentukan berdasarkan interpolasi antara kecepatan spesifik impeller pada tabel 3.6 dengan menggunakan rumus ns pada BAB III.
Namun kerugian volumetris dapat dihitung dari persamaan berikut [AJ Stepanov,
Centrifugal And Axial Flow pump, hal 199]
ηv = Dimana:
Q = Kapasitas pompa ( m3/s)
QL = Jumlah kebocoran pipa yang terjadi pada pompa ( 0,02 ÷0,1 )Q
c. Efisiensi Mekanis
Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh kerugian mekanis yang terjadi yang disebabkan oleh gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan gesekan pada paking. Besarnya efisiensi mekanis menurut M. Khetagurov berkisar antara 0.9 – 0.97. Dalam perancangan ini diambil harga efisiensi mekanis 0,935.
Dari perhitungan diatas , maka didapat nilai efisiensi total pompa:
total
η = ηh ηv ηm
Setelah mendapatkan nilai efisiensi total dari pompa maka daya pompa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
Np =
Dimana
γ = Berat jenis fluida pada temperature 200C = 9790 N/m3 H = Tinggi tekan ( head ) pompa
ηt = Efisiensi total pompa
Dari persamaan – persamaan diatas, maka hubungan antara kapasitas dengan efisiensi dan daya pompa dituliskan pada table 5.2 berikut:
Tabel 5.2 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan
Hasil Perhitungan Q ( m³/s ) ( % ) ( W ) 0 0 0 0.0005 76.4 63.23 0.0010 80.8 119.58 0.0015 83.3 173.99 0.0020 84.6 228.43 0.0025 85.8 241.56 0.0030 86.7 334.35
5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Percobaan