KARAKTERISTIK POMPA 5.1 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Perhitungan
5.2 Karakteristik Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi .1 Hubungan Head Euler dengan Kapasitas Pompa
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 ( 23,67 m/s ) β2 : sudut sisi keluar impeller ( 19,18o )
d2 : diameter sisi keluar impeller ( 0,312 m ) b2 : lebar sisi keluar dari impeller ( 0,008 m )
g : percepatan gravitasi sehingga:
=
-
= 57,11 – 885,051 Q b. Head Teoritis dan Kapasitas
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 hasil simulasi = = = 20,020 m
Pompa yang direncanakan beroperasi pada kapasitas ( Q ) = 0,0444 dengan
head teoritis (Hth) sebesar 20,02 m, dengan data tersebut maka Head Euler dapat diketahui = 57,11 – 885,051 ( 0,0444 ) = 17,8137 m Sehingga: = = 1.1239
berdasarkan hasil diatas maka hubungan antara head Euler dengan head teoritis dapat digambarkan dengan persamaan :
= 1,1239 x ( 57,11 – 885,051 Q)
= 63,9632 – 991,257 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 5.2 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 0,0256 m3/s dan head aktual sebesar 18 m, pada titik tersebut akan memberikan gambaran besar rugi-rugi hidrolis
yang terjadi yaitu sebesar: = -
= 20,02 – 19,08 = 0,94 m dan pada kondisi ini juga berlaku :
= = 0,5 hh = = 0,5 x 0,94 = = 0,47 m
Besar shock loss atau turbulence loss dapat diketahui dengan menggunakan persamaan ( M. Khetagurov, Marine Auxilary Machinery And System, hal 267 ):
=
[
+ ( ) ] [ 1 - ] Dengan:= faktor percobaan yang dibatasi besarnya antara 0,6 ÷ 0,8. dalam hal ini ditentukan 0.7
U1 = kecepatan keliling pada sisi masuk impeller ( 9,6371 m/s ) U2 = kecepatan keliling pada sisi keluar impeller ( 23,67 m/s ) K2cu = faktor sirkulasi ( 1,1239 )
d3 = diameter masuk cincin diffuser = ( 1,02 ÷ 1,05 )
= 160,68 = 0,16068 m
d2 = diameter sisi keluar impeller ( 0,312 m) Q = kapasitas pompa ( 0,0444 m3/s ) Qs = kapasitas pompa tanpa shockloss g = percepatan gravitasi ( 9.81 m2/s )
0,47 = [ ( 9,6371 )2 + ( 23,67 x 1,1239 ) ] [ 1 – ] 2
0,47 = 0,03567 [ 92,9253 ] [ 1 – ] 2 Qs = 0,0712 m3/s
Harga shock loss untuk sembarang harga Q adalah:
= [ ( 9,6371 )2 + ( 23,67 x 1,1239 ) ] [ 1 – ] 2
= ( 3,3146 ) [ 1 – ] 2
= [ 3,3146 – 93,1067Q + 653,8446Q2
]
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 :
=
=
= 238,4140
berdasarkan hasil perhitungan diatas maka harga friction loss dan diffusion loss adalah :
= 238,4140 Q2 m
Kerugian hidrolis untuk sembarang harga Q, adalah: = +
= 3,3146 – 93,1067Q + 653,8446Q2 +238,4140 Q2 =
3,3146 – 93,1067Q + 892,2586Q2
hubungan antara head aktual dengan kapasitas pompa adalah: = -
= 63,9632 – 991,257 Q - 3,3146 – 93,1067Q + 892,2586Q2 = 60,6486 – 898,1503Q – 892,2586Q2
d. 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 (0,11) dan salah satu titik sembarang pada titik ( Kapasitas , Head Actual ) = ( 0,0444 ; 19,08 ). 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
19,08 = a ( 0,0444 )2 + 11 a = 4098,6932
dengan mensubstitusikan nilai a pada persamaan awal maka didapat fungsi Hsys ialah: Hsys = 4098,6932 ( Q – 0 )2 + 11
= 4098,6932 Q2 + 11
Dan hasil perhitungan head euler, head teoritis, head actual, dan head system pada berbagai kapasitas pompa.
Tabel 5.3 Hasil Perhitungan Head Euler, Head Teoritis, Head Actual, dan Head System Pada Berbagai Kapasitas Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi.
No Q ( m³/s ) ( m ) ( m ) ( m ) ( m ) 1 0 57.11 63.632 60.6486 11 2 0.0074 50.56062 56.2967 55.87678 11.22444 3 0.0148 44.01125 48.9614 49.78795 11.89778 4 0.0222 37.46187 41.62609 42.9655 13.02 5 0.0296 30.91249 34.29079 35.7867 14.59111 6 0.037 24.36311 26.95549 27.7869 16.61111 7 0.0444 17.81374 19.62019 19.01176 19.08 8 0.0518 11.26436 12.28489 9.6784 21.99778
5.2.2 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
dengan head pompa teoritis dengan jumlah sudu tak berhingga. Besarnya efisiensi hidrolis dapat ditentukan dengan cara interpolasi dari data pada tabel 3.6.
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 ( 1menit )
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 instalasi ( 0,02 ÷ 0,1 )Q, diambil 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 0,95.
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
Q = Kapasitas 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 5.4 Hubungan Kapasitas dengan Efisiensi dan Daya Pompa Berdasarkan Hasil Simulasi Q ( m³/s ) ( % ) ( W ) 0 0 0 0,0148 76,9 3595 0,0256 88,4 5409 0,0444 82,1 10114 0,0518 81,1 11945,5
Dari hasil-hasil tabulasi diatas dihasilkan dalam bentuk grafik-grafik karakteristik pompa berikut :
Titik Operasional Pompa : [ Q( m3/s ) ; H (m ) ] [ 0,0258 m3/s ; 18 m ]
Dengan memperhatikan grafik diatas dapat dianalisa Hubungan antara Kapasitas dengan Head System serta Kapasitas dengan Head Actual pada analisa Perhitungan Pompa.
1.Hubungan antara Kapasitas dengan Head system dapat disimpulkan berbanding lurus yaitu semakin besar kapasitasnya, head systemnya semakin tinggi pula dan sebaliknya.
2.Sementara hubungan antara Head Actual dengan Kapasitas juga berbandingan lurus pada kapasitas tertentu dan memiliki titik balik pada titik tertentu. Namun hubungannya menjadi hubungan terbalik yaitu kapasitas semakin besar maka head actual semakin kecil pula. Nilai titik balik inilah yang disebut dengan nilai / titik operasional pompa. Grafik antara Kapasitas dengan Head actual
merupakan siklus berulang.
Dari grafik diatas dapat dilihat titik perpotongan antara Head Actual dengan Head System. Dimana titik perpotongan tersebut dinamakan titik operasional pompa. Titik operasional dapat didefenisikan sebagai titik kerja pompa maksimum atau dengan kata lain kemampuan pompa tersebut untuk menaikkan fluida dari ground tank ke roof tank.
Gambar 5.4 Grafik Karakteristik Head vs Kapasitas berdasarkan hasil simulasi
Titik Operasional Pompa : [ Q( m3/s ) ; H (m ) ] [ 0,0446 m3/s ; 19,764 m ]
Dari Grafik dapat dilihat bahwa :
1.Hubungan antara Kapasitas dengan Head system dapat disimpulkan berbanding lurus yaitu semakin besar kapasitasnya, head systemnya semakin tinggi pula dan sebaliknya.
2.Sementara hubungan antara Head Actual dengan Kapasitas juga berbanding lurus pada kapasitas tertentu dan memiliki titik balik pada titik tertentu. Namun hubungannya menjadi hubungan terbalik yaitu kapasitas semakin besar maka head actual semakin kecil pula. Nilai titik balik inilah yang disebut dengan nilai / titik operasional pompa. Grafik antara Kapasitas dengan Head actual
merupakan siklus berulang.
Gambar 5.5. Grafik Perbandingan Efisiensi Pompa
Pada grafik efisiensi pompa dapat dilihat bahwa efisiensi pompa hasil simulasi dengan efisiensi pompa hasil perhitungan tidak berbeda jauh namun efisiensi pompa hasil perhitungan lebih tinggi dari efisiensi pompa hasil simulasi pada setiap titik-titik .
Gambar 5.6 Grafik Perbandingan Daya Pompa
Galat error : x 100 % = 1,08 %
Pada grafik perbandingan daya pompa hasil perhitungan dengan daya pompa hasil simulasi dapat dilihat bahwa daya pompa hasil simulasi tidak jauh berbeda dengan hasil perhitungan, namun daya pompa hasil simulasi selalu lebih tinggi
Berdasarkan grafik – grafik karakteristik pompa di atas, tinggi tekan actual pompa, efisiensi serta daya pompa sangat dipengaruhi oleh kapasitas pompa yang dialirkan dari tangki bawah ke tangki atas.