Head Pompa

BAB IV PEMILIHAN POMPA BOOSTER

4.3. Head Pompa

Head pompa adalah besarnya energi yang diperlukan pompa untuk memindahkan ataupun mengalirkan fluida dari keadaan awal menuju keadaan akhir. Head total Pompa yang harus disediakan pompa untuk mengalirkan jumlah fluida seperti yang direncanakan dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa tersebut.

Gambar sistem perpipaan pada pipa isap dan pipa tekan dilihat sebagai berikut ( gambar . ), dimana keterangan dari unit-unit pada instalasi tersebut adalah sebagai berikut:

- Pompa : Sebagai alat untuk memindahkan atau mentransfer air bersih dari roof tank ke kamar - kamar atau fasilitas lain pada lantai 11 dan 10.

- Roof tank : Berfungsi sebagai tempat tangki penampungan air bersih

yang telah dipompakan dari ground tank, yang kemudian akan didistribusikan untuk kebutuhan hotel tersebut. Roof tank ada 2 buah yang masing - masing memiliki kapasitas 30 m³. Dengan ukuran tangki : Tinggi = 2,5 m, Lebar = 3 m, dan Panjang = 4 m

Dengan menentukan titik 1 pada permukaan fluida dan titik 2 pada ujung pipa keluar (gambar . ) maka head pompa secara umum dinyatakan dengan :

Keterangan gambar 4.1 :

Hstatis= 1 + 2 + 4 + 1,9 = 8,9 m  Hstatis = - 8,9 m L_isap = L_isap + L _{header i} = 3,475 m + 9,6 m =13,075 m

Ltekan = L_tekan + L _{header t +} L_{pipa sirkuit utama} = 1 + 4,25 + 359,55 = 364,8 m

Hisap = 1 m

4.3.1. Perbedaan Head Tekanan ( ∆Hp)

Head tekanan merupakan energi yang dibutuhkan untuk mengatasi perbedaan tekanan pada sisi isap dengan sisi tekan. Dalam sistem kerja ini tekanan air pada muka air pada tangki atas adalah nol (Tangki terbuka ke udara), sedangkan tekanan pada titik 2 yaitu pada kamar terjauh adalah 0,7 KPa.

Adapun hubungan antara tekanan dan head tekanan dapat diperoleh dari rumus berikut [ Literatur 7 hal 28 ]:

H_p =

Dimana : p’ = Tekanan (Pa)

= Rapat massa (kg/ m³)

Rapat massa air pada 20°C adalah = 998,2 kg/m³

Maka head tekanannya :

H_p =

H_p = 7,1557 m

4.3.2 Perbedaan Head Kecepatan ( ∆Hv)

Dalam menentukan perbedaan head kecepatan aliran maka terlebih dahulu dicari besarnya kecepatan aliran dalam pipa. Diameter pipa hisapnya biasanya ditentukan sedemikian sehingga kecepatan aliran 2 sampai 3 m/s [Literatur 6, hal 98 ]. Untuk memperoleh kecepatan aliran dan diameter pipa

isap yang sesuai, perhitungan awal sementara diambil batas kecepatan rata - rata 2,5 m/s.

Dari persamaan kontinuitas diperoleh :

Q_p = V_s . A_s

Dimana : Q_p = Kapasitas pompa = 0,014659 m³/s

V_s = Kecepatan aliran dalam pipa hisap ( m/s )

A_s = π/4.(dis)² = luas bidang aliran (m²) D_s = diameter dalam pipa isap (m)

Sehingga diameter pipa isap adalah :

D_s =

=

D_{s =}0,0864046 m = 8,64046 cm = 3,4017 in

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka dipilih pipa nominal 3½ inch dengan dimensi pipa :

- Diameter dalam ( d_is ) = 3,548 in = 9,01192 cm = 0,0901192 m

- Diameter luar (d_os) = 4 in = 10,16 cm = 0,1016 m

Dengan ukuran standar pipa tersebut di atas maka kecepatan aliran yang sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah :

V_s =

=

V_s = 2,2981m/s

diperoleh kecepatan aliran fluida masih memenuhi batas kecepatan.

Maka head kecepatan aliran adalah :

H_v =

=

H_v = 0,26919 m

4.3.3 Perbedaan Head Statis ( ∆Hs)

Head statis adalah perbedaan ketinggian permukaan air terendah pada tangki atas ( 1m ) dengan titik tengah pipa distribusi di kamar paling jauh seperti pada gambar . . Dalam perencanaan ini head statis dapat dilihat pada gambar . yaitu :

ΔHs = H_suction + H_geodetik = 1 m + (2 m + 4m + 1,9 m) = 8,9 meter Karena muka air keluar pompa lebih rendah dari muka air masuk pompa

,maka ΔH_s = - 8,9 meter 4.3.4 Kerugian head (H_L)

Kerugian head sepanjang pipa terbagi atas 2 yaitu kerugian akibat gesekan sepanjang pipa/kerugian mayor (hf) dan kerugian akibat adanya kelengkapan pada 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.

a. Kerugian Head akibat gesekan pada pipa hisap

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa hisap menurut Darcy-Weisbach dapat diperoleh dengan persamaan [Literatur 7, hal 28 ]:

h_fs = f x

Dimana :

h_fs = kerugian karena gesekan (m)

f = factor gesekan (diperoleh dari table 4.2)

L_s = panjang pipa isap (m)

Dari peta survey diketahui L_s =3,475 m

d_i = diameter dalam pipa = 0,0901192 m

V_s = kecepatan aliran fluida = 2,2981 m/s

Bahan pipa isap yang direncanakan adalah Galvanized Iron dimana bahan pipa yang digunakan tersebut mempunyai kekasaran sebesar 0,00015 m .

Tabel 4.2 Kekasaran relatif ( e ) dalam berbagai bahan pipa

Pipeline Material

Absolute roughness, e

ft mm

Glass and various plastics ( e.g.,PVC and PE pipes

Drawn turbings (e.g., copper or aluminum pipes or turbings Commercial steel or wrought iron Cast iron with asphalt lining Galvanized iron Cast Iron Wood stave Concrete Riveted steel 0 (hydraulically smooth ) 5 x 10^-6 1.5 x 10^-4 4 x 10^-4 5 x 10^-4 8.5 x10^-4 6 x 10^-4 -3 x 10^-3 1 x 10^-3 -1 x 10^-2 3 x 10^-3-3 x 10^-2 0 (hydraulically smooth 1.5 x 10^-3 4.6 x 10^-2 0.12 0.15 0.25 0.18-0.9 0.3-3.0 0.9-9.0

e/di = = 0,00166446

Faktor gesekan (f) dapat diperoleh dari diagram moody dengan terlebih dahulu mengetahui bilangan Reynold ( Re ) [Literatur 2, hal 131 ] :

Re =

Dimana : V_s = kecepatan aliran fluida (m/s)

di = diameter dalam (m)

υ = viskositas kinematik air pada suhu 20^oC = 1,02.10^-6 m²/s

Sehingga bilangan Reynold (Re) adalah :

Re =

=

2,0304 × 10⁵ ( turbulen)

Dari diagram moody untuk Re = 2,0304 × 10⁵ dan (e/di) = 0,00166446 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan (f) = 0,02309. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa isap menurut Darcy Weisbach adalah :

hfs = 0,02309

x

= 0,2396 m

b. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa isap ( hms)

Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan [Literatur 2, hal 152]:

h_ms = Σn.k

dimana : n = jumlah kelengkapan pipa

k = koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa

Untuk mengetahui berapa besarnya kerugian head yang terjadi akibat adanya kelengkapan pipa, maka perlu diketahui terlebih dahulu jenis

kelengkapan pipa yang digunakan sepanjang jalur pipa isap. Adapun jenis dan jumlah kelengkapan tersebut adalah sebagai berikut :

Tabel 4.3 Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap

Jenis Jumlah K ^n.k

Strainer 4" 1 1 ¹

Gate valve 4" 1 0,14 ^0,14

Gate valve 100 mm 1 0,14 ^0,14

Total koefisien kerugian ^1,28

Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina

Sehingga besarnya kerugian head akibat kelengkapan pipa pada pipa isap adalah sebesar :

h_ms = 1,28 x

= 0,3445 m

c. Kerugian Head akibat gesekan pada pipa header sisi isap

Pipa Header direncanakan menggunakan ukuran pipa standar ANSI B.36.10 Schedule 40 dengan bahan pipa galvanized iron diameter 4 inci

(D_i = 4,026 inchi = 0,10226 m). Panjang pipa header = 9,6 meter.

Sehingga Head sepanjang pipa header:

H_{header isap} = 0,022898

x

× H_{header isap} = 0,57863 m

Dengan demikian, diperoleh besar kerugian kerugian head sepanjang jalur pipa isap pompa, yaitu sebesar :

h_Ls = h_fs + h_ms + H_{header isap}

= 0,2396 m + 0,3445 m + 0,57863 m

a. Kerugian head akibat gesekan pipa keluar pompa ( H_{f out} )

Pipa keluar dari pompa direncanakan menggunakan ukuran pipa standar ANSI B.36.10 Schedule 40 dengan bahan pipa adalah galvanized iron yang sama dengan pipa isap.

Ukuran pipa tersebut adalah :

D_d =

₌

=0,07887 m = 7,887 cm = 3,1051 in

Berdasarkan ukuran pipa standart ANSI B.36.10 Schedule 40, maka dipilih pipa nominal 3½" inch dengan dimensi pipa :

- Diameter dalam ( d_id ) = 3,548 in = 9,01192 cm = 0,0901192 m

- Diameter luar (d_od) = 4 in = 10,16 cm = 0,1016 m

Dengan ukuran standar pipa tersebut di atas maka kecepatan aliran yang sebenarnya sesuai dengan persamaan kontinuitas adalah :

V_d =

=

V_d = ₂

V_d = 2,2981 m/s

diperoleh kecepatan aliran fluida masih memenuhi batas kecepatan.

Besarnya kerugian head akibat gesekan pada pipa tekan :

h_{f out} = f

maka diperoleh :

h_{f out} = 0,02309

x ×

h_{f out} = 0,06896 m

b. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada pipa keluar ( hm out) Besarnya kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah :

h_{m out} = Σn.k

dimana untuk memperoleh harga koefisien peralatan, dari gambar perencanaan instalasi sepanjang pipa tekan terdapat yang dipasang dan disajikan pada tabel berikut:

Tabel 4.4 Koefisien kerugian gesek pada pipa tekan

Jenis Jumlah K ^n.k

Check swing valve 3½" 1 2,1 ^2,1

Gate valve 3½" 1 0,14 ^0,14

Total koefisien kerugian ^2,24

Maka harga kerugian head akibat peralatan instalasi pipa adalah :

h_{m out} = 2,24 x

= 0,60295 m

c. Kerugian head akibat gesekan pipa pada header sisi keluar :

Pipa Header direncanakan menggunakan ukuran pipa standar ANSI B.36.10 Schedule 40 dengan bahan pipa galvanized iron diameter 4 inci

Sehingga Head sepanjang pipa header:

H_{header tekan} = 0,022898

x

× H_{header tekan} = 0,256 m

d. Kerugian Head Sepanjang Pipa Sirkuit Utama (Hfc)

Pipa distribusi hotel direncanakan menggunakan ukuran pipa standar ANSI B.36.10 Schedule 40 dengan bahan pipa galvanized iron.

- Pada Daerah Pipa Distribusi A-B (4”) :

L_A-B = 50,75 m ; v_c = 2,4 m/s ; d_i = 0,01023 m

kekasaran relative (e/di) nya :

e/di = = 0,0014706

bilangan Reynold (Re) nya :

Re =

=

2,4 × 10⁵ ( turbulen)

Dari diagram moody untuk Re = 2,4 × 10⁵ dan (e/di) = 0,0014706 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan (f) = 0,022898. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa menurut Darcy Weisbach adalah :

h_fA-B = 0,022898

x

hfA-B = 3,3348 m

- Pada Daerah Pipa Distribusi B-C (3”) :

LB-C = 144,4 m ; vc = 2,4 m/s ; di = 0,0777 m

kekasaran relative (e/di) nya :

e/di = = 0,0019305

Re =

=

1,82823 × 10⁵ ( turbulen)

Dari diagram moody untuk Re = 1,82823 × 10⁵ dan (e/di) = 0,0019305 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan (f) = 0,0244659. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa menurut Darcy Weisbach adalah :

hfB-C = 0,0244659

x

hfB-C = 13,3484 m

- Pada Daerah Pipa Distribusi C-D (2½”) :

LC-D = 75,2 m ; vc = 2,4 m/s ; di = 0,0627 m

kekasaran relative (e/di) nya :

e/di = = 0,00239234

bilangan Reynold (Re) nya :

Re =

=

1,4752941 × 10⁵ ( turbulen)

Dari diagram moody untuk Re = 1,4752941 × 10⁵ dan (e/di) = 0,00239234 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan (f) = 0,025928. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa menurut Darcy Weisbach adalah :

hfC-D = 0,025928

x

hfC-D = 9,1294 m

- Pada Daerah Pipa Distribusi D-E (1½”) :

L_D-E = 89,2 m ; v_c = 2,4 m/s ; d_i = 0,0409 m

kekasaran relative (e/d_i) nya :

e/d_i = = 0,00366748

Dari diagram moody untuk Re = 9,623529 × 10⁴ dan (e/di) = 0,00366748 dengan cara interpolasi, diperoleh faktor gesekan (f) = 0,02917. Besarnya kerugian gesek sepanjang pipa menurut Darcy Weisbach adalah :

hfC-D = 0,02917

x

hfC-D = 18,6767 m

Maka Total Kerugian Head akibat gesekan pada pipa sirkuit utama A-E adalah:

h_fC = h_fA-E = 3,3348 + 13,3484 + 9,1294 + 18,6767 = 44,4893 m

e. Kerugian head akibat peralatan instalasi pada sirkuit utama Tabel 4.5 Tabel Kerugian Head Perlatan Pipa Sirkuit Utama Ukuran

Pipa ^{Nama Perlengkapan}

Jumlah Perlengkapan (n) ^{K n.K} 4" Belokan 90° T Cabang 90° T Lurus 90° Gate Valve 4 2 2 1 0,51 1,02 0,34 0,14 2,04 2,04 0,68 0,14 3" ^{T Cabang 90°} T Lurus 90° 1 9 1,08 0,36 1,08 3,24 2½" T Lurus 90° T Cabang 90° Belokan 90° 4 1 1 0,36 1,08 0,54 1,44 1,08 0,54 1½" Belokan 90° T Lurus 90° T Cabang 90° Gate Valve 6 3 1 2 0,63 0,42 1,26 0,15 3,78 1,26 1,26 0,3 Δn.K= 18,88

Maka harga kerugian head akibat peralatan instalasi pipa sirkuit utama adalah :

h_mc = 18,88 x

= 5,5427 m

Maka kerugian head pipa tekan ( HLd)

H_Ld = h_{f out} + h_{m out} + h_headertekan + h_fc + h_mc

= 0,06896 m + 0,60295 + 0,256 m + 44,4893 + 5,5427

H_Ld = 50,95991 m

Dari perhitungan sebelumnya maka dapat ditentukan head total yang dibutuhkan untuk melayani instalasi pemipaan :

Hpompa = Δ Hp+ Δ Hv + Hs + HLs + HLd

= (7,1557 + 0,26919 – 8,9 + 1,16273 + 50,95991) m

H_pompa = 50,64753 m

Namun untuk pemakaiannya dalam jangka waktu yang lama perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

- Kondisi permukaan pipa dalam jangka waktu yang panjang akan semakin kasar, sehingga nantinya akan memperbesar kerugian yang terjadi.

- Penurunan kinerja pompa yang dipakai dalam rentang waktu yang sangat lama.

- Kondisi - kondisi lain yang dapat mempengaruhi operasional pompa.

Maka dalam perencanaannya head pompa perlu ditambah (10 ÷ 25)% [Literatur 2, hal 248]. Dalam perancangan ini dipilih 10% maka besarnya head pompa yang akan dirancang :

H _pompa = 50,64753 m . (1+0,1)