TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh : FAUZI AHMAD TAUHID
2012 013 0120
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 26 Oktober 2016
Fauzi Ahmad Tauhid
….. Allah meninggikan orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang
yang diberi ilmu pengetahuan, beberapa derajat…. (QS. Al Mujaadilah :11)
Dan apabila hamba-hamba Ku bertanya kepadamu tentang Aku, maka
(jawablah bahwasanya Aku adalah dekat). Aku mengabulkan permohonan
orang yang berdoa apabila ia memohon kepada Ku, maka hendaklah mereka
itu memenuhi (segala perintah Ku) dan hendaklah mereka beriman
kepada-Ku, agar mereka selalu berada dalam kebenaran. (QS. Al Baqara :186)
Kesuksesan hanya dapat diraih dengan segala upaya dan usaha yang
disertai dengan doa, karena sesungguhnya nasib seorang manusia tidak
akan berubah dengan sendirinya tanpa berusaha.
Semua mimpi kita dapat terwujud , asalkan kita punya keberanian untuk
mewujudkannya.
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak dan Ibu tercinta, beliau Bapak Hendro Sujihartono dan Ibu Suparmi, sebagai ungkapan rasa syukur dan terima kasih atas kasih sayang, bimbingan, cinta
dan segalanya yang telah diberikan
Adik dan seluruh keluarga tercinta
yang selalu mendukung, mendoakan, dan memberi kepercayaan.
Tania Firellita yang selalu mendoakan, mendukung, memberi kepercayaan, semangat serta motivasi kepada penyusun.
Pihak dan teman yang telah banyak membantu khususnya yang telah banyak memberi bantuan dan support kepada penyusun.
Rekan-rekan Teknik Mesin Angkatan 2012 khususnya kelas B atas motivasi, kekompakan dan kerja sama yang telah terjalin selama ini.
HALAMAN PENGESAHAAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN………. ... iii
HALAMAN PENGESAHAN UJIAN PENDADARAN………iv
HALAMAN PERSEMBAHAN……….v
MOTTO………vi
INTISARI ………..……….vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL………..xvi
DAFTAR LAMPIRAN...xix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
1.3. Batasan Masalah ... 4
1.4. Tujuan ... 5
1.5. Manfaat Penulisan ... 5
BAB II DASAR TEORI 2.1. Teknologi Concentrated Solar Power tipe parabolic trough ... 7
2.2. Prinsip Kerja Teknologi Concentrated Solar Power ... 8
2.3. Pompa Sentrifugal ... 10
2.4. Fungsi dan Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal ... 12
2.5. Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal ... 14
2.6. Klasifikasi Pompa Sentrifugal ... 15
2.6.4. Menurut tekanan yang dihasilkan ... 18
2.6.5. Menurut jumlah impeller dengan tingkatannya ... 18
2.6.6. Menurut sisi masuk impeller ... 19
2.6.7. Menurut sistem penggerak ... 19
2.6.8. Menurut letak porosnya ... 19
2.6.9. Menurut Rangkaian Pompa Sentrifugal... 21
2.6.10. Menurut Bentuk Rumah Pompa ... 24
2.7. Terminologi Dan Rumus Pompa ... 26
2.7.1. Persamaan Kontinuitas ... 26
2.7.2. Head (H) ... 27
2.7.3. Kavitasi ... 34
2.7.4. NPSH (Net Positive Suction Head) ... 35
2.7.5. Performansi Pompa ... 39
2.7.6. Hukum Kesebangunan ... 40
2.7.7. Water Horse Power (WHP) ... 41
2.7.8. Break Horse Power (BHP) ... 42
2.7.9. Efisiensi Pompa ... 43
2.8. Pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power ... 43
BAB III METODELOGI STUDI KASUS 3.1. Bahan Studi Kasus ... 45
3.2. Alat Studi Kasus ... 45
3.3. Prosedur Studi Kasus ... 47
3.3.1. Diagram Alir Metode Studi Kasus ... 48
3.4. Analisa Data atau Metode Analisis ... 49
3.4.1. Data Pengukuran ... 49
BAB IV HASIL STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Pengukuran Pompa Sirkulasi Minyak Sawit A Dan B Concentrated
Solar Power Tahun 2015 ... 51
4.2. Analisa Perhitungan Pompa Sirkulasi Minyak Sawit pada Concentrated Solar Power ... 64
4.3. Hasil dan Analisa ... 69
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 94
5.2. Saran ... 95
DAFTAR PUSTAKA ... 97
LAMPIRAN ... 100
Gambar 2.2 Aliran fluida pada pada sistem pembangkit listrik tenaga matahari... 9
Gambar 2.3 Pompa rumah keong tipe radial ... 11
Gambar 2.4 Bagian pompa sentrifugal ... 12
Gambar 2.5 Klasifikasi pompa menurut jenis impeller ... 16
Gambar 2.6 Impeller tertutup ... 16
Gambar 2.7 Impeller setengah terbuka ... 17
Gambar 2.8 Impeller terbuka ... 18
Gambar 2.9 Pompa jenis poros vertikal ... 20
Gambar 2.10 Pompa jenis horizontal ... 21
Gambar 2.11 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa- pompa dengan karakteristik sama... 22
Gambar 2.12 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa- pompa dengan karakteristik berbeda ... 23
Gambar 2.13 Kurva operasi seri dari pompa-pompa dengan karakteristik berbeda ... 24
Gambar 2.14 Klasifikasi pompa menurut rumah pompa ... 25
Gambar 2.15 Head statis pada pompa... 29
Gambar 2.16 NPSH apabila tekanan uap atmosfer bekerja pada permukaan air yang diisap ... 37
Gambar 2.17 NPSH apabila tekanan uap bekerja di dalam tangki air yang diisap tertutup ... 37
Gambar 2.18 Kurva karakteristik pompa volut ... 39
Gambar 2.19 Kurva karakteristik pompa aliran aksia ... 40
Gambar 2.20 Kurva karakteristik pompa aliran campuran ... 40
Gambar 3.1 Diagram alir... 48
Gambar 4.1.(a) Head Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015 ... 71
Gambar 4.3.(a) WHP Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015... 78
Gambar 4.3.(b) WHP Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015 ... 78
Gambar 4.4.(a) BHP Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015 ... 81
Gambar 4.4.(b) BHP Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015 ... 81
Gambar 4.5.(a) Efisiensi Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015 ... 84
Gambar 4.5.(b) Efisiensi Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015 ... 84
Gambar 4.6.(a) Suction Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015... 88
Gambar 4.6.(b) Suction Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015... 88
Gambar 4.7.(a) Discharge Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit A selama tahun 2015... 92
Gambar 4.7.(b) Discharge Pressure Pompa sirkulasi minyak sawit B selama tahun 2015... 92
Tabel 4.1 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Januari
2015 ... 52 Tabel 4.2 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Januari
2015 ... 52 Tabel 4.3 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Februari
2015 ... 53 Tabel 4.4 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Februari
2015 ... 53 Tabel 4.5 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Maret 2015 .. 54 Tabel 4.6 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Maret 2015 .. 54 Tabel 4.7 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan April 2015 ... 55 Tabel 4.8 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan April 2015 ... 55 Tabel 4.9 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Mei 2015 ... 56 Tabel 4.10 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Mei 2015 ... 56 Tabel 4.11 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Juni 2015... 57 Tabel 4.12 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Juni 2015 ... 57 Tabel 4.13 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Juli 2015 ... 58 Tabel 4.14 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Juli 2015 .... 58 Tabel 4.15 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Agustus
2015 ... 59 Tabel 4.16 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Agustus
2015 ... 59 Tabel 4.17 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan September
2015 ... 60 Tabel 4.18 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan September
2015 ... 60
2015 ... 61 Tabel 4.21 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan November
2015 ... 62 Tabel 4.22 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan November
2015 ... 62 Tabel 4.23 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Desember
2015 ... 63 Tabel 4.24 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Desember
2015 ... 63 Tabel 4.25 Data Pompa sirkulasi minyak sawit A ... 64 Tabel 4.26 Data desain pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power.. 64 Tabel 4.27 Head pompa sirkulasi minyak sawit A pada Concentrated Solar Power
yang beroperasi selama tahun 2015 ... 69 Tabel 4.28 Head pompa sirkulasi minyak sawit B pada Concentrated Solar Power
yang beroperasi selama tahun 2015 ... 70 Tabel 4.29 Debit aliran fluida pompa sirkulasi minyak sawit A pada
Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 70 Tabel 4.30 Debit aliran fluida pompa sirkulasi minyak sawit B pada
Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 73 Tabel 4.31 WHP pompa sirkulasi minyak sawit A pada Concentrated Solar
Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 76 Tabel 4.32 WHP pompa sirkulasi minyak sawit B pada Concentrated Solar
Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 77 Tabel 4.33 BHP pompa sirkulasi minyak sawit A pada Concentrated Solar
Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 79
Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 82 Tabel 4.36 Efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit B pada Concentrated Solar
Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 83 Tabel 4.37 Suction Pressure pompa sirkulasi minyak sawit A pada
Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 86 Tabel 4.38 Suction Pressure pompa sirkulasi minyak sawit B pada
Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 87 Tabel 4.39 Discharge Pressure pompa sirkulasi minyak sawit A pada
Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 90 Tabel 4.40 Discharge Pressure pompa sirkulasi minyak sawit B pada
Concentrated Solar Power yang beroperasi selama tahun 2015 ... 91
Lingkungan P2Telimek-LIPI ... 101 Lampiran 3. Surat Pelaksanaan Bimbingan Teknis ... 103 Lampiran 4. Pompa Sirkulasi Minyak Sawit A dan B ... 104 Lampiran 5. Desain Inventor Thermal Storage Tank dan Gambar Tangki
Penampung Panas ... 105 Lampiran 6. Desain Inventor Steam Generator Pipping dan Desain Inventor
Steam Generator System ... 106 Lampiran 7. Gambar Sistem Solar Parabolic Through Collector ... 107
yang berbentuk parabolic pada alat Concentrated Solar Power (CSP) tipe Parabolic Through. Debit aliran , temperatur dan tekanan fluida merupakan parameter penting dalam operasi pompa sirkulasi heat transfer fluid. Pada dasarnya alat Concentrated Solar Power ini masih tahap prototype dan butuh pengembangan lebih lanjut serta perlu dilakukannya evaluasi. Peran pompa sirkulasi minyak sawit sangat vital pada operasional Concentrated Solar Power, maka perlu dilakukannya analisis unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit tersebut. Data yang diperlukan untuk evaluasi antara lain tekanan dan temperatur pada bagian suction, tekanan dan temperatur pada bagian discharge, kapasitas aliran dan putaran poros pompa selama CSP beroperasi.
Pada penelitian ini data diambil mulai bulan Januari – Desember 2015. Pengolahan data dilakukan menggunakan kalkulasi pompa sentrifugal, disajikan dalam bentuk tabel dan grafik menggunakan MS Excell. Analisis data menggunakan interprestasi kualitatif dari data kuantitafif pada parameter pompa. Hasil analisis diperoleh bahwa efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit selama beroperasi pada tahun 2015 mengalami penurunan efisiensi pada bulan Februari ke Maret untuk pompa sirkulasi minyak sawit A yaitu sebesar 2,74 % dan untuk pompa sirkulasi minyak sawit B terjadi penurunan efisiensi pada bulan Januari ke Februari sebesar 4,14%. Efisiensi tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit A di dapat pada bulan September sebesar 86,36% dan terendah pada bulan Maret sebesar 66,05%. Efisiensi tertinggi pompa sirkulasi minyak sawit B di dapat pada bulan November sebesar 85,23% dan terendah pada bulan Februari sebesar 65,5%.
Perubahan kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power dapat terjadi karena perubahan load steam generator CSP yang menyebabkan adanya perubahan tekanan dan perubahan kapasitas aliran. Faktor lain yang dapat menurunkan kinerja dari pompa sirkulasi minyak sawit adalah sifat kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power ini yang beroperasi selama 9 jam/hari dan usia kerja pompa sirkulasi minyak sawit dapat memungkinkan telah terjadinya penurunan performance dari kondisi awal pompa beroperasi pada tahun 2013 hingga tahun 2015.
Kata kunci : unjuk kerja, tekanan, temperatur, pompa sirkulasi minyak sawit
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan manusia terhadap ketersediaan energi khususnya energi listrik dari waktu ke waktu semakin meningkat. Semakin meningkatnya permintaan terhadap penggunaan energi, berakibat pula pada kebutuhan sistem pembangkit energi yang lebih banyak. Energi listrik merupakan bentuk energi yang fleksibel. Energi listrik cenderung tidak dimanfaatkan secara langsung, tetapi biasanya dikonversikan terlebih dahulu kemudian dimanfaatkan dalam bentuk energi lain, seperti panas, dingin, cahaya, bunyi, gerak, dorong, tarik dan lain-lain. Energi listrik tidak tersedia di alam secara langsung dalam jumlah besar. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu teknik mengubah energi yang tersedia di alam ke dalam bentuk energi listrik.
Pembangkit konvensional yang digunakan saat ini pada umumnya menggunakan bahan bakar yang berasal dari fossil atau minyak bumi sedangkan biaya untuk mendapatkannya pun akan semakin meningkat. Selain itu, cadangannya semakin menipis dan hasil pembuangan dari prosesnya akan menghasilkan gas CO2
yang dapat mempengaruhi iklim di seluruh dunia. Oleh karena beberapa hal di atas cukup menjadi alasan untuk mencari sumber energi alternatif lain yang dapat menopang ketersediaan energi dalam waktu yang panjang. Salah satu sumber alternatif tersebut berasal dari energi matahari yang memiliki beberapa keunggulan seperti ketersediaannya yang sangat melimpah dan tidak terbatas, bebas biaya, dan bebas CO2. Pembangkit listrik ini dapat mengurangi ketergantungan terhadap
penggunaan minyak bumi sebagai sumber energi utama untuk menggerakkan sistem dalam suatu pembangkit energi.
Pembangkit listrik dengan menggunakan sumber panas matahari ini ada 4 macam yaitu: parabolic trough, solar tower, parabolic dish dan fresnel. Dalam perkembangannya sistem parabolic trough menggambarkan sistem yang paling matang untuk digunakan. Hal ini ditandai dengan telah terpasangnya listrik dengan total daya sebesar 354 MW yang dihubungkan ke Southern California Amerika sejak tahun 1980 dan dengan daerah parabolic trough collector seluas 2 juta meter persegi.
Unit Pelaksana Teknis Balai Pengembangan Proses dan Teknologi Kimia Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (UPT BPPTK LIPI) salah satu lembaga penelitian yang terkemuka di Indonesia. UPT BPPTK LIPI Yogyakarta turut andil dalam perkembangan teknologi di Indonesia. Salah satu teknologi yang dimiliki UPT BPPTK LIPI Yogyakarta dalam bidang energi adalah teknologi Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta sendiri masih bersifat prototype sehingga dalam proses pengembangannya masih banyak terjadi kendala salah satu di antaranya terjadi pada pompa sirkulasi minyak sawit. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta sendiri memiliki 2 unit pompa A dan B sirkulasi minyak sawit untuk mengalirkan minyak sawit dari thermal storage tank menuju 2 layer parabolic trough (Eva Dayat, 2015).
Pompa sirkulasi minyak sawit berfungsi untuk mensirkulasi minyak sawit dari thermal storage tank menuju absorber berupa pipa panjang yang dilewatkan heat transfer fluida sebagai fluida pengambil panas. Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang berada di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta menggunakan 2 layer parabolic trough di mana sirkulasi minyak sawit harus stabil dan mencapai suhu yang
dilakukannya performance test, diharapkan mampu mengetahui karakteristik kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015. Jika terdapat permasalahan pada kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough, dapat dijadikan data rekaman untuk proses evaluasi. Hasil evaluasi kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta untuk pengembangan lebih lanjut karena alat ini masih tahap prototype yang suatu saat nanti akan digunakan di Indonesia terutama daerah khatulistiwa serta daerah timur Indonesia yang memiliki intensitas hujan sedikit.
1.2 Rumusan Masalah
Dengan didasari latar belakang tersebut, didapatkan rumusan masalah sebagai berikut :
1. Analisis unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough, pada bulan Januari sampai Desember selama pengoperasian pada tahun 2015.
1.3 Batasan Masalah
Dalam operasional Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough memiliki beberapa unit, maka perlu adanya batasan masalah dalam tugas akhir ini :
1. Fluida yang digunakan adalah minyak sawit.
2. Hanya membahas pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough secara umum dan efisiensi pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough secara khusus.
3. Analisis unjuk kerja dilakukan dengan menghitung head pompa, WHP (Water Horse Power), BHP (Break Horse Power), efisiensi pompa, ΔP
Suction dan ΔP Discharge pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015.
4. Data yang digunakan merupakan data yang diambil secara langsung melalui pengamatan alat ukur yang terdapat pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough dan data yang diperoleh dari catatan operator. Pengambilan data menggunakan data rata-rata pada setiap bulan selama Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough beroperasi pada tahun 2015.
1.4 Tujuan
Evaluasi unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough, bertujuan untuk:
1. Mempelajari unjuk kerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015.
2. Menginvestigasi faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough yang menyebabkan terjadinya penurunan.
3. Memberikan evaluasi kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta untuk pengembangan lebih lanjut karena alat ini masih tahap prototype yang suatu saat akan digunakan di Indonesia terutama daerah timur Indonesia yang memiliki intensitas hujannya sedikit.
1.5 Manfaat Penulisan
Investigasi terhadap pompa pompa sirkulasi minyak sawit A dan B pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough memiliki manfaat sebagai berikut :
1. Mendapatkan informasi performansi pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough selama beroperasi pada tahun 2015 tersaji dalam bentuk data kalkulasi dan data grafis.
2.1. Teknologi Concentrated Solar Power (CSP) tipe parabolic trough
Teknologi ini merupakan aplikasi dari rancangan modul solar parabolic trough collector sebagai Solar Collector Assembly (SCA). Setiap SCA terdiri dari parabolic reflector (mirror), rangka struktur pendukung, tabung receiver/heat collection element (HCE), dan sistem kendali/kontrol.
Gambar 2.1. Skema sistem solar parabolic trough. (Croma Solar, 2009. diakses pada 26 Desember 2015)
Sistem ini dapat dimaknai sebagai salah satu pengembangan energi terbarukan khususnya pada pemanfaatan energi matahari yang dapat menjadi salah satu solusi untuk mengatasi masalah krisis energi. Perancangan sistem pembangkit listrik tenaga
panas matahari ini secara keseluruhan mengacu pada beberapa pemetaan sebagai berikut.
1. Data potensi energi matahari di Indonesia.
2. Data karakteristik beberapa tipe teknologi yang sudah dikembangkan. 3. Perancangan sistem pembangkit panas matahari.
4. Pengembangan sistem pembangkit panas matahari untuk sistem pembangkit skala kecil.
2.2. Prinsip Kerja Teknologi Concentrated Solar Power
Gambar 2.2. Aliran fluida pada pada sistem pembangkit listrik tenaga matahari.
uap konvensional untuk menghasilkan listrik. Uap yang dikeluarkan dari turbin nantinya akan dikondensasikan di dalam kondensor dan dikembalikan kembali ke heat exchanger melalui condensate dan pompa feedwater untuk diubah kembali menjadi uap air. Heat transfer fluid dialirkan ke cold heat transfer fluid storage yang kemudian dipanaskan lagi di absorber (solar collector).
2.3. Pompa Sentrifugal
Pompa adalah peralatan mekanis yang diperlukan untuk mengubah kerja poros menjadi energi fluida (yaitu energi potensial atau energi mekanik). Pada umumnya pompa digunakan untuk menaikkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain yang lebih tinggi. Selain itu, dapat digunakan untuk memompa fluida dari suatu tingkat tertentu ke suatu tempat melalui pipa panjang atau melalui tahanan hidraulik yang besar. Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus.
kemudian melalui saluran yang penampangnya semakin membesar disebut volute, sehingga akan terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar sedangkan proses pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang di antara sudu-sudu menjadi vakum, sehingga zat cair akan terisap masuk. Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar dan flens masuk disebut sebagai head total pompa sehingga dapat dikatkan bahwa pompa sentrifugal berfungsi mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinyu.
2.4 Fungsi dan Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian-bagian pompa sentrifugal dapat dilihat pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Bagian pompa sentrifugal (Sumber : Sularso hal 75, 1996)
Keterangan:
1. Casing 4. Bearing housing 7. Eye of impeller 2. Impeller 5. Shaft
3. Shaft seal 6. Lubricating reservoir
Fungsi dari bagian-bagian pompa sentrifugal adalah sebagai berikut :
a. Casing
b. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
c. Shaft seal
Suatu part I bagian pada pompa yang berfungsi untuk penghalang atau mencegah kebocoran keluar atau masuknya suatu fluida yang diletakkan pada bagian poros penggerak impeller.
d. Bearing housing
Bagian pada pompa yang berfungsi sebagai rumah atau dudukan bearing atau sebagai penopang kerja bearing.
e. Bearing
Bearing atau bantalan berfungsi untuk menumpu atau menahan beban dari poros agar dapat berputar, bearing juga berfungsi untuk memperlancar putaran poros dan menahan poros agar tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek dapat diperkecil.
f. Shaft
g. Lubricating reservoir
Tempat atau dudukan dari penpung oli yang digunakan untuk proses pendinginan atau pelumasan pada bagian-bagian tertentu pada pompa.
h. Vane
Vane adalah sudu impeller yang berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
i. Discharge nozzle
Discharge nozzle adalah bagian dari pompa yang berfungsi sebagai tempat keluarnya fluida hasil pemompaan.
j. Eye of impeller
Eye of impeller adalah bagian masuk pada arah hisap impeller.
2.5 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal yaitu bahwa benda yang bergerak secara melengkung akan mengalami gaya yang arahnya keluar dari titik pusat lintasan yang melengkung. Besarnya gaya sentrifugal yang timbul tergantung dari masa benda, kecepatan gerak benda dan jari-jari lengkung lintasannya. Pompa sentrifugal mempunyai sebuah impeller (baling-baling) untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair sehingga zat cair yang ada didalam impeller, dapat berputar karena dorongan sudu-sudu. Karena timbul gaya sentrifugal, zat cair mengalir dari tengah impeller ke luar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini, head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi.
volut (spiral) dikelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi tekanan. Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Selisih energi persatuan berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar disebut head total pompa. Dari uraian diatas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk putaran poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan perubahan head tekanan, head kecepatan dan head potensial pada zat yang mengalir secara continue.
2.6 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain :
2.6.1 Menurut Jenis Aliran dalam Impeller
Bentuk jenis aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.
a. Pompa Radial
Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeller akan tegak lurus poros pompa arah radial).
b. Pompa Aksial
Aliran zat cair yang meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial).
c. Pompa Aliran Campuran
Gambar 2.5 Klasifikasi pompa menurut jenis impeller (Sumber : Sularso hal 7-8, 1983)
2.6.2 Bentuk Konstruksi dari Impeller
Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller.
a. Impeller tertutup
Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk memompa zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran Impeller tertutup dapat dilihat pada gambar 2.6.
b. Impeller setengah terbuka
Impeller jenis ini terbuka di sebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakang. Digunakan untuk memompa zat cair yang mengandung sedikit kotoran, misalnya air yang bercampur pasir. Impeller setengah terbuka ditunjukkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Impeller setengah terbuka (Sumber : Sularso hal 77, 1996)
c. Impeller terbuka
Gambar 2.8 Impeller terbuka
(AlamBahrul, 2012. Di akses pada 21 Juni 2016)
2.6.3 Menurut Kapasitas
Kapasitas dari pompa sentrifugal secara umum dibagi menjadi : a. Kapasitas rendah (20 m3/jam)
b. Kapasitas sedang (20-60 m3 /jam) c. Kapasitas tinggi (di atas 60 m3 /jam)
2.6.4 Menurut tekanan yang dihasilkan :
Klasifikasi tekanan pada pompa sentrifugal dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu :
a. Tekanan rendah (5>2 kg/cm2) b. Tekanan menengah (5>50 kg/cm2) c. Tekanan tinggi (di atas (50 kg/cm2)
2.6.5 Menurut jumlah impeller dengan tingkatannya :
a. Pompa dengan impeller tunggal disebut single stage pump.
Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller, jadi relatif rendah.
b. Pompa dengan impeller banyak disebut multistage pump.
Pompa ini menggunakan beberapa impeller yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeller pertama dimasukkan ke impeller pertama berikutnya dan seterusnya hingga impeller terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relatif tinggi.
2.6.6 Menurut sisi masuk impeller :
Dari jenis saluran masuk pada pompa sentrifugal dibagi menjadi dua jenis yaitu :
a. Pompa isapan tunggal (single suction) b. Pompa isapan ganda (double suction)
2.6.7 Menurut sistem penggerak :
Sistem penggerak pompa dibagi menjadi beberapa jenis, berikut jenis sistem penggerak pompa yang biasa digunakan :
a. Dikopel langsung pada unit penggerak baik menggunakan motor listrik, motor bakar maupun turbin.
b. Melewati beberapa macam jenis transmisi (belt, roda gigi, dll)
2.6.8 Menurut letak porosnya
Dari penempatan letak poros pompa dibagi menjadi dua jenis yaitu : a. Pompa Jenis Poros Tegak (Vertical)
oleh bantalan yang terbuat dari karet. Pompa ini dapat dilihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Pompa jenis poros vertikal (Sumber :Sularso hal 78, 1996)
b. Pompa Jenis Poros Mendatar (Horizontal)
Gambar 2.10 Pompa jenis horizontal
(Sumber :Sularso hal 76, 1996)
2.6.9 Menurut Rangkaian Pompa Sentrifugal
a. Operasi Rangkaian Seri dan Parallel dari Pompa dengan Karakteristik Relatif Sama
Gambar 2.11 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa dengan karakteristik sama
(Sumber :Sularso hal 94, 1996)
b. Operasi Parallel dari Pompa-Pompa dengan Karakteristik Berbeda
Gambar 2.12 Kurva operasi gabungan rangkaian seri dan parallel dari pompa pompa dengan karakteristik berbeda
(Sumber :Sularso hal 94, 1996)
Gambar 2.12 menunjukkan bahwa pompa 1 mempunyai kapasitas yang lebih kecil dari pada pompa 2, jika dipasang parallel akan menghasilkan kurva karakteristik 3. Untuk kurva head kapasitas sistem R akan dicapai titik operasi parallel di C dengan laju aliran total sebesar Q, pompa 1 beroperasi di titik D dengan kapasitas Q1 dan pompa 2 beroperasi di E dengan kapasitas Q2. Laju aliran total Q=Q1
+ Q2. Jika kurva head kapasitas sistem naik lebih curam daripada R, pompa 1 tidak
dapat menghasilkan aliran karena head yang dimiliki tidak cukup tinggi untuk melawan head sistem, bahkan jika head sistem lebih tinggi dari head pompa maka aliran akan membalik masuk ke dalam pompa 1.
c. Operasi Seri dengan Karakteristik Pompa Berbeda
kapasitas rendah, kurva (2) dari pompa dengan kapasitas tinggi dan kurva (2) merupakan karakteristik operas kedua pompa dalam susunan seri.
Gambar 2.13 Kurva operasi seri dari pompa-pompa dengan karakteristik berbeda
(Sumber :Sularso hal 95, 1996)
Jika sistem pipa mempunyai kurva karakteristik R1, titik operasi dengan pompa susunan seri akan terletak di (C). Dalam keadaan ini pompa (1) bekerja di titik (D) dan pompa (2) di titik (E). Sistem yang mempunyai kurva karakteristik R2 menjadi negatif sehingga akan menurunkan head pompa (2). Jadi, kurva sistem yang lebih rendah dari R2 lebih baik menggunakan pompa (2).
2.6.10 Menurut Bentuk Rumah Pompa
Dari jenis pengelompokkan rumah pompa sentrifugal diklasifikan menjadi beberapa jenis yaitu :
a. Pompa Volut
b. Pompa Diffuser
Konstruksi pompa ini dilengkapi dengan sudu pengarah (diffuser) di sekeliling saluran keluar impeller. Pemakaian diffuser ini akan memperbaiki efisiensi pompa. Diffuser ini sering digunakan pada pompa bertingkat banyak dengan head yang tinggi.
c. Pompa Vorteks
Pompa ini mempunyai aliran campur dan sebuah rumah volut. Pompa ini tidak menggunakan diffuser, namun memakai saluran lebar berbentuk cincin. Dengan demikian pompa ini tidak mudah tersumbat dan cocok untuk pemakaian pada pengolahan cairan limbah.
2.7 Terminologi Dan Rumus Pompa
Beberapa istilah dan definisi khusus yang sering berkaitan dengan operasi pompa, istilah dibawah ini juga digunakan untuk menggambarkan performansi pompa ialah :
2.7.1 Persamaan Kontinuitas
Persamaan kontinuitas adalah persamaan yang menyatakan bahwa di dalam aliran cairan termampatkan, jumlah aliran pada setiap satuan waktu adalah sama pada semua penampang di sepanjang aliran. Persamaan kontinuitas dapat dinyatakan dengan persamaan 2.2 dan 2.3 (Austin H., Crunch., 1996).
ρ1 . v1 . A1 = ρ2 . v2 . A2 ………...(2.1)
Diketahui bahwa :
Q = v . A ………...(2.2) Maka :
ρs . Qs = ρd . Qd……….(2.3)
Untuk cairan tidak termampatkan (Incompressible) nilai ρ (massa jenis) adalah tetap. Karena air adalah termasuk jenis fluida tidak termampatkan maka :
Q = Qs = Qd ………..(2.4)
Q = vs . As . = vd . vs ………(2.5)
Keterangan :
Q = Debit (m3/detik)
vd = Kecepatan aliran rata-rata di bagian pipa keluar (m/s)
As = Luas penampang pipa bagian dalam pada pipa masuk (m)
Ad = Luas penampang pipa bagian dalam pada pipa keluar (m)
Laju Aliran Fluida (v)
Perhitungan laju aliran fluida dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6 (Sularso., 2004) berikut :
= ………(2.6)
Keterangan :
v = laju aliran fluida (m/s) Q = Debit (m3/s)
A = Luas penampang pipa bagian dalam (m2)
Luas penampang pipa adalah :
=
4 � D
2………(2.7)
2.7.2 Head (H)
���+���
• Δhp = Perbedaan head tekanan yang bekerja kedua permukaan (m)
• Pd = Tekanan pada sisi discharge (kgf/cm2)
• Ps = Tekanan pada sisi suction (kgf/cm2)
• Hv = Head kecepatan (m)
• Vs = Kecepatan aliran fluida bagian suction (m/s)
• Vd = Kecepatan aliran fluida bagian discharge (m/s)
• Q = Laju aliran fluida (m3/hr) • D = Diameter pipa (m)
• ρ = Densitas aliran fluida (kgf/m3)
a. Head statis
• Head hisapan statis (hs)
dihasilkan dari pengangkatan cairan relative terhadap garis pusat pompa. hs nilainya positif jika ketinggian cairan berada di bawah garis pusat pompa (juga disebut “pengangkat hisapan”)
• Head pembuangan statis (hd)
Jarak vertical antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.
Hstatis = Δz = ( zd – zs ) ………(2.9)
Gambar 2.15 Head statis pada pompa (SuwasonoAgus, 2013. diakses pada 18 Juni 2016)
• Tanda (+)
• Tanda (-)
Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa (Suction head).
b. Head kecepatan
Head kecepatan merupakan ukuran energi kinetik yang dikandung suatu satu satuan bobot fluida yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh persamaan yang biasa dipakai untuk energi kinetic (v2 /2g).
ℎ� =∆�
Head tekanan adalah energi yang dikandung oleh fluida akibat beda tekanan antara sisi suction dan sisi discharge.
∆ℎ = ∆ =��2 − �1�… … … (2.11)
d. Head loss
terdiri atas kerugian gesek di dalam pipa-pipa, dan kerugian head di dalam belokan-belokan, reducer, katup-katup dan sebagainya.
Kerugian Head Mayor
Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil).
Selanjutnya, untuk aliran yang laminar dan turbulen memiliki rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminar atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds.
Rumus Hazen-Williams
Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relative sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen-Williams, yaitu :
ℎ =10.666
1.85
1.85�4.85 �… … … . (2.13)
Dimana :
hf = kerugian gesekan dalam pipa (m)
Q = laju aliran dalam pipa (m3 /s) L = panjang pipa (m)
Untuk nilai C dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Material C Factor
Low
C Factor High
Asbestos-cement 140 140
Cast iron 100 140
Cement-Mortar Lined Ductile Iron Pipe 140 140
Concrete 100 140
Copper 130 140
Steel 90 110
Galvanized iron 120 120
Polyethylene 140 140
Polyvinyl chloride (PVC) 130 130
Fibre-reinforced plastic (FRP) 150 150
Formula Darcy-Weisbach
Dengan cara Darcy, koefisien kerugian gesek (f) dihitung menurut rumus :
= 0,020 +0,0005… … … (2.14)
Dimana D adalah diameter dalam pipa (m). Rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Jika pipa telah dipakai selama bertahun-tahun, harga f akan menjadi 1,5 sampai 2,0 kali harga barunya.
Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut, yaitu :
ℎ = �
� �2
Dimana :
hf = kerugian head karena gesekan (m)
ƒ = faktor gesekan (dapat dicari dengan diagram Moody) L = panjang pipa (m)
d = diameter dalam pipa (m)
v = kecepatan aliran rata-rata fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan kavitasi (m/s2)
Kerugian Head Minor
Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses). Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa, dirumuskan sebagai berikut :
= [0,131 + 1,874� 2 )
3,5�(
90)
0,5… … … (2.16)
ℎ = � . .�
2
2 … … … . … (2.17)
2.7.3 Kavitasi
Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena tekanannya berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Misalnya air pada tekanan 1 atmosfer akan mendidih dan menjadi uap jenuh pada temperatur 1000C. Tetapi jika tekanan direndahkan maka air akan mendidih pada temperatur yang lebih rendah. Jika tekanannya cukup rendah maka pada temperatur kamarpun air akan mendidih.
Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair. Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam pompa maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terjadinya kavitasi. Pada pompa misalnya, bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isapnya. Kavitasi akan timbul bila tekanan isap terlalu rendah.
Jika pompa mengalami kavitasi, maka akan timbul suara berisik dan getaran. Selain itu untuk kerja pompa akan menurun secara tiba-tiba, sehingga tidak dapat bekerja dengan baik. Jika pompa dijalankan dalam keadaan kavitasi secara terus menerus dalam jangka waktu di dalam pompa maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan atau yang berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terjadinya kavitasi. Pada pompa misalnya, bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isapnya. Kavitasi akan timbul bila tekanan isap terlalu rendah.
Hal-hal berikut yang harus diperhitungkan untuk menghindari kavitasi :
a. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap harus dibuat serendah mungkin agar head isap statis menjadi rendah pula.
b. Pipa pada bagian isap di desain sependek mungkin. Jika terpaksa menggunakan pipa panjang, maka gunakanlah pipa dengan diameter yang lebih besar satu nomor dari pipa discharge untuk mengurangi kerugian gesekan.
c. Tidak dibenarkan untuk memperkecil laju aliran dengan menghambat aliran di sisi isap.
d. Head total pompa harus disesuaikan dengan kondisi operasi dilapangan, karena head total pompa yang berlebihan, maka kapasitas aliran pompa menjadi lebih besar yang memungkinkan terjadinya kavitasi.
e. Pemilihan impeller yang tahan erosi akibat kavitasi perlu diperhitungkan jika fenomena kavitasi tidak dapat dihindarkan.
f. Sebuah pompa booster dipasang pada ujung pipa isap. (Sudarja. dkk. 2015).
2.7.4 NPSH (Net Positive Suction Head)
Kebutuhan minimum pada pompa untuk bekerja secara normal. NPSH menyangkut apa yang terjadi pada bagian suction pompa, termasuk apa yang datang ke permukaan pendorong. NPSH dipengaruhi oleh pipa suction, fitting, ketinggian, tekanan di sisi isap, kecepatan fluida dan temperatur. NPSH dibagi menjadi dua macam NPSHa (Net Positive Suction Head available) dan NPSHr (Net Positive Suction Head required).
Dalam hal ini ada dua macam tekanan yang harus diperhatikan. Pertama, tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan dimana pompa dipasang dan kedua, tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa.
a. NPSHa (Net Positive Suction Head available)
NPSH yang tersedia yaitu nilai head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa (ekivalen dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut. Pada pompa yang mengisap zat cair dari tempat terbuka dengan tekanan atmosfer pada permukaan zat cair seperti diperlihatkan pada gambar 2.16, maka besarnya NPSH yang tersedia adalah :
ℎ� = �
� − �
� − ℎ − ℎ … … … (2.18)
Dimana :
hsv = NPSH yang tersedia/ NPSHa (m)
Pa = Tekanan atmosfer (kgf/m2)
Pv = Tekanan uap jenuh (kgf/m2)
γ = Berat jenis persatuan volume (kgf/m3) hs = Head isap statis (m)
hs adalah positif (bertanda +) jika pompa terletak di atas permukaan
zat cair diisap, dan negative (bertanda -) jika dibawah. hls = Head losses pada sisi isap (m) (Sudarja. dkk. 2015).
dikurangi tekanan uap. Besarnya tergantung pada kondisi luar pompa di mana pompa tersebut dipasang.
Gambar 2.16 NPSH apabila tekanan uap atmosfer bekerja pada permukaan air yang diisap (Sularso hal 44, 1996)
Jika zat cair diisap dari tangki tertutup seperti yang terlihat pada gambar 2.17 maka ρa dalam persamaan 2.18 menyatakan tekanan mutlak yang bekerja pada permukaan zat cair di dalam tangki tertutup tersebut.
b. NPSHr (Net Positive Suction Head required)
Merupakan pressure pompa pada sisi isap yang nilainya ditentukan berdasarkan design pompa (inlet suction, impeller dan lain-lain). NPSHr bernilai positif sehingga bersifat menghambat kemampuan daya hisap pompa. jika pompa memiliki nilai NPSHr kecil maka pompa tersebut memiliki kemampuan daya hisap yang baik. Agar pompa dapat bekerja dengan optimal tanpa mengalami kavitasi, harus dipenuhi syarat bahwa NPSHa > dari NPSHr. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan putaran yang tetap. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan memiliki putaran yang tetap.
2.7.5 Performansi Pompa
Karakteristik pompa dapat digambarkan dalam kurva-kurva karakteristik yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros dan efisiensi pompa terhadap kapasitas pompa. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan memiliki putaran yang tetap.
Gambar 2.19 Kurva karakteristik pompa aliran aksial (Sularso, Tahara hal 10. 1996)
Gambar 2.20 Kurva karakteristik pompa aliran campuran (Sularso, Tahara hal 10. 1996)
2.7.6 Hukum Kesebangunan
pompa yang direncanakan apabila pompa tersebut geometris sebangun dengan pompa yang sudah diketahui performansinya.
• Q ∞ N
• H ∞ N2
• P ∞ N2
1
2
= [ �]3… … … (2.19)
1
2
= �… … … (2.20)
�1
�2 = [ �]2… … … (2.21)
� =
�… … … (2.22)
Dimana :
• Q = kapasitas aliran fluida (m3/detik) • n = speed (rpm)
• H = Head pompa (m) • P = Daya input pompa (W)
2.7.7 Water Horse Power (WHP)
Daya hidrolis atau WHP (water House Power) adalah daya dari pompa yang dipindahkan menjadi daya fluida untuk menggerakkan fluida dari tekanan rendah ke tekanan yang tinggi. Dapat dinyatakan dengan persamaan 2.23. (Dietzel F.,1980).
WHP = Daya hidrolis atau Water House Power (W)
ρ = Kerapatan fluida (kg/m3) g = Percepatan gravitasi (m/detik2)
Q = Kapasitas fluida yang di pompa (m3/detik) H = Head total pompa (m)
2.7.8 Break Horse Power (BHP)
Daya poros adalah daya yang bekerja pada poros untuk menggerakkan sebuah pompa atau biasa disebut BHP (Break Horse Power). Daya ini dapat dinyatakan dengan persamaan 2.24.
� = � ………...(2.24)
Pdf =
� ………..(2.25) ηt = ηd x pdf………(2.26)
Keterangan :
BHP = Daya poros (W) WHP = Daya hidraulis (W)
ηt = Efisiensi data koreksi (%) pdf = Precentage of design flow
2.7.9 Efisiensi Pompa
Efisiensi pompa dapat dinyatakan dengan perbandingan antara daya hidraulis pompa dengan daya poros pompa. dinyatakan dengan persamaan 2.27.
ηp = �
� x 100 %...(2.27) Keterangan :
ηp = Efisiensi pompa WHP = Daya hidraulis (W) BHP = Daya poros (W)
2.8 Pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power
BAB III
METODOLOGI STUDI KASUS
3.1 Bahan Studi Kasus
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power selama beroperasi pada tahun 2015.
b. Minyak sawit sebagai heat transfer fluid c. Refrigerant pada unit Steam Generator d. Air pada unit Cooling Tower
3.2 Alat Studi Kasus
a. Pompa utama sirkulasi minyak sawit
Berjumlah 2 unit dengan tipe pompa sentrifugal dengan kapasitas 4,5 m3/h.
b. Cermin (parabolic reflector)
Merupakan cermin melengkung dalam bentuk parabola, yang memungkinkan radiasi sinar matahari langsung terkonsentrasi pada penerima linier(absorber).
c. Tabung penerima (receiver tube)
Tabung penerima (receiver tube) ataudisebut juga denganheat collection element (HCE), terdiri dari tabung logam beberapa meter panjang yang diselimuti dengan tabung kaca. Di antara tabung kacadengan tabung kaca ini biasanya kedap udara
(vakum) untuk mengurangi kerugian panas konvektif yang memungkinkan untuk ekspansi termal
d. Generator uap(steam generator)
Fungsi daristeam generator adalah untuk memproduksi uap(steam) untuk menggerakkan turbin. Proses produksinya adalah dengan penguapan pada boiler drum. Uap tersebut harus memenuhi standar kualitas tertentu (pressure, temperature, dan unsur kimia) dan juga kuantitas sesuai yang dibutuhkan turbin pada saat tertentu untuk dapat menggerakkan generator.
e. Kondenser
Kondensor adalah sebuah alat penukar kalor(Heat Exchanger) yang digunakan untuk mengkondensasikan / mengubah gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan yang bertekanan tinggi yang kemudian akan dialirkan keReceiver Dryerdan dilanjutkan ke expansi valve.Kondensor bisa disebut heat exchange yang bisa memindahkan panas ke udara.
f. Menara pendingin air(water cooling tower)
Fungsi utama dari cooling tower ini sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakanfan/kipas.
g. Tangki Penyimpan Panan (Thermal Storage Tank)
h. Control room
akan diinput ke computer yang akan digunakan datanya untuk penelitian.
i. Laptop
Laptop digunakan untuk mengolah data yang diperlukan untuk studi kasus.
3.3 Prosedur Studi Kasus
3.3.1 Diagram Alir Metode Studi Kasus
Penyiapan Bahan dan Alat data
Pengukuran dan pengumpulan data dilakukan pada 3 waktu shift pagi, siang dan sore
Menghidupkan pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated
Solar Power Mulai
Output -Suction pressure -discharge pressure -suction temperature -discharge temperature -flow
Mematikan pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated
Solar Power
Gambar 3.1 Diagram Alir
3.4 Analisis Data atau Metode Analisis 3.4.1 Data Pengukuran
Pengukuran data pada pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power dilakukan secara berkala terbagi dalam tiga shift yaitu pagi, siang dan sore dalam setiap hari data yang diperlukan untuk proses pengolahan data dalam mengukur kinerja pompa sirkulasi minyak sawit A dan B, antara lain suction temperature, discharge temperature, kapasitas (flow rate), putaran (speed) pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power serta beberapa data desain pompa.
Analisa Hasil Perhitungan dan Hasil Grafik Perbandingan
Penarikan Kesimpulan Dan Penyusunan Laporan Pengolahan data disajikan dalam
bentuk tabel A
3.4.2 Pengolahan Data
Data pengukuran disajikan dalam bentuk tabel, data yang digunakan merupakan data operasional Concentrated Solar Power selama tahun 2015 mulai dari Januari hingga Desember. Data yang digunakan untuk proses pengolahan merupakan data rata-rata setiap bulannya. Metode yang digunakan dalam proses pengolahan data diolah menggunakan perhitungan pompa sentrifugal dengan program Microsoft excel. Parameter yang diperlukan untuk mengetahui kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power selama tahun 2015 antara lain yaitu head pompa, WHP (Water Horse Power), BHP (Break Horse Power) dan efisiensi pompa pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B. Hasil data yang telah diolah disajikan dalam bentuk tabel dan grafik hubungan terhadap waktu.
3.4.3 Analisis Data
Pada tahap ini analisis dari hasil data yang diolah menggunakan intepretasi kualitatif.
1. Perubahan head tekanan pompa pada masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015. 2. Perubahan debit aliran rata-rata pada masing-masing pompa sirkulasi
minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015. 3. Perubahan nilai WHP (Water Horse Power) atau daya hidraulis pada
masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015.
4. Perubahan harga BHP (Break Horse Power) atau daya poros dari masing-masing pompa sirkulasi minyak sawit A dan B Concentrated Solar Power selama tahun 2015.
4.1 Data Pengukuran Pompa Sirkulasi Minyak Sawit A Dan B Concentrated Solar Power Tahun 2015
Pada tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.24 merupakan kumpulan data yang disajikan dalam bentuk tabel, diperlukan untuk proses perhitungan kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power. Data yang digunakan merupakan data operasional Concentrated Solar Power di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta terhitung pada bulan Januari hingga bulan Desember tahun 2015. Terdiri dari 3 shift yaitu pagi, siang dan sore. Concentrated Solar Power di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta memiliki 2 unit pompa sirkulasi minyak sawit A dan B. Data yang dibutuhkan untuk proses perhitungan kinerja pompa sirkulasi minyak sawit pada Concentrated Solar Power di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta terdiri dari Speed, Suction Pressure, Discharge Pressure, Suction Temperature, Discharge Temperature, kapasitas aliran dan beberapa data desain pompa sirkulasi minyak sawit yang dibutuhkan untuk perhitungan kinerja pompa sirkulasi minyak sawit Concentrated Solar Power di UPT BPPTK LIPI Yogyakarta.
Tabel 4.1 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Januari 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2805.67 2839,36 2857
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,44 0,44 0,488 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 22,32 23,37 19,16 4 Suction Temperature (˚C) 40 39,83 41,58 5 Discharge Temperature (˚C) 51,5 48,83 54,66
6 Flow (m3/hour) 4,05 4,07 4,11
Tabel 4.2 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Januari 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2799,37 2872,50 2882,33
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,41 0,45 0,43 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,19 21,71 18,28 4 Suction Temperature (˚C) 38,67 39,83 41,58 5 Discharge Temperature (˚C) 47,83 48,83 54,66
Tabel 4.3 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Februari 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2848,16 2833,83 2845,73
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,44 0,45 0,5 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 22,32 23,2 18,98 4 Suction Temperature (˚C) 42,08 40,75 42,5 5 Discharge Temperature (˚C) 53,5 50,5 55,67
6 Flow (m3/hour) 4,25 4,2 4,05
Tabel 4.4 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Februari 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2890 2890,66 2872
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,41 0,45 0,46 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,1 17,75 18,28 4 Suction Temperature (˚C) 42,08 40,75 42,5 5 Discharge Temperature (˚C) 53,5 50,5 55,66
Tabel 4.5 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Maret 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2883 2869 2878,46
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,46 0,45 0,52 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 22,06 22,85 18,98 4 Suction Temperature (˚C) 42,58 42,75 44,5 5 Discharge Temperature (˚C) 51,5 51 55,67
6 Flow (m3/hour) 4,15 4,23 3,93
Tabel 4.6 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Maret 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2869,5 2868,67 2895
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,42 0,45 0,48 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 17,93 17,31 18,28 4 Suction Temperature (˚C) 42,58 42,75 38 5 Discharge Temperature (˚C) 51,5 51 55,67
Tabel 4.7 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan April 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2849,67 2843,53 2869,67
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,48 0,45 0,54 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 21,97 19,68 18,72 4 Suction Temperature (˚C) 40,25 41,41 42,67 5 Discharge Temperature (˚C) 50,67 51,67 56
6 Flow (m3/hour) 4,25 4,2 4,15
Tabel 4.8 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan April 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2868,86 2887 2904,33
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,44 0,45 0,48 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 17,66 16,8 17,41 4 Suction Temperature (˚C) 40,25 41,41 42,83 5 Discharge Temperature (˚C) 50,67 51,66 56
Tabel 4.9 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Mei 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2846 2845,66 2873,33
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,48 0,45 0,54 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,63 19,68 18,63 4 Suction Temperature (˚C) 43,16 42,16 43,83 5 Discharge Temperature (˚C) 57,66 55,66 60
6 Flow (m3/hour) 4,26 4,35 4,25
Tabel 4.10 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Mei 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2888 2891,66 2823,66
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,49 0,46 0,51 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 17,22 16,78 17,40 4 Suction Temperature (˚C) 43,16 42,16 43,83 5 Discharge Temperature (˚C) 57,66 55,66 60
Tabel 4.11 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Juni 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2879,7 2830 2850
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,49 0,49 0,54 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,63 18,1 18,28 4 Suction Temperature (˚C) 41,58 42,75 44,41 5 Discharge Temperature (˚C) 55,5 56,5 60,5
6 Flow (m3/hour) 4,31 4,2 4,21
Tabel 4.12 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Juni 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2828 2882,03 2878,33
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,49 0,46 0,52 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 17,22 16,61 17,40 4 Suction Temperature (˚C) 41,58 42,75 45,41 5 Discharge Temperature (˚C) 55,5 56,5 60,5
Tabel 4.13 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Juli 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2835,33 2791,66 2814
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,54 0,51 0,55 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,63 18,98 18,45 4 Suction Temperature (˚C) 42,5 43,5 45,41 5 Discharge Temperature (˚C) 56,33 57,5 60,83
6 Flow (m3/hour) 4,26 4,2 4,18
Tabel 4.14 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Juli 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2822,33 2875 2875
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,51 0,5 0,52 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 17,48 17,13 16,87 4 Suction Temperature (˚C) 42,5 43,5 45,41 5 Discharge Temperature (˚C) 56,33 57,5 60,83
Tabel 4.15 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Agustus 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2871,33 2858 2891
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,54 0,49 0,48 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,45 19,33 23,02 4 Suction Temperature (˚C) 43,91 44,91 46,83 5 Discharge Temperature (˚C) 56,67 57,83 61,16
6 Flow (m3/hour) 4,2 4,18 4,16
Tabel 4.16 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Agustus 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2882 2903,66 2883,66
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,4079 0,45 0,45 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 22,14 17,04 17,22 4 Suction Temperature (˚C) 43,91 44,91 46,83 5 Discharge Temperature (˚C) 56,66 57,83 61,16
Tabel 4.17 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan September 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2433,33 2425,13 2865
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,55 0,49 0,53 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,45 19,33 19,15 4 Suction Temperature (˚C) 44,91 45,33 47,25 5 Discharge Temperature (˚C) 57,66 57,5 60,83
6 Flow (m3/hour) 4,25 4,33 4,23
Tabel 4.18 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan September 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2872,33 2902 2893
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,40 0,46 0,45 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 21,97 17,04 17,22 4 Suction Temperature (˚C) 44,91 45,33 47,25 5 Discharge Temperature (˚C) 57,66 57,5 60,83
Tabel 4.19 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan Oktober 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2826,33 2808,43 2857,5
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,56 0,49 0,53 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,45 19,15 18,98 4 Suction Temperature (˚C) 45,41 45,83 47,75 5 Discharge Temperature (˚C) 57 56,83 60,5
6 Flow (m3/hour) 4,26 4,26 4,28
Tabel 4.20 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan Oktober 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2856,5 2886,83 2884,5
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,41 0,46 0,45 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 21,7 17,04 17,04 4 Suction Temperature (˚C) 45,41 45,83 47,75 5 Discharge Temperature (˚C) 57 56,83 60,5
Tabel 4.21 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit A Bulan November 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2872 2870,13 2449,67
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,56 0,49 0,54 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 18,45 19,15 18,8 4 Suction Temperature (˚C) 45,75 46,33 48,08 5 Discharge Temperature (˚C) 59,16 59,33 62,66
6 Flow (m3/hour) 4,25 4,3 4,26
Tabel 4.22 Data pengukuran pompa sirkulasi minyak sawit B Bulan November 2015
No Parameter Pagi Siang Sore
1 Speed (rpm) 2457,5 2918,33 2886,33
2 Suction Pressure (kgf/cm2) 0,43 0,46 0,45 3 Discharge Pressure (kgf/cm2) 17,75 16,96 16,87 4 Suction Temperature (˚C) 45,75 46,33 48,08 5 Discharge Temperature (˚C) 59,16 59,33 62,66
