1
BAB I PENDAHULUAN
1.1.LATAR BELAKANG
Fenomena kavitasi merupakan problem yang sering muncul pada proses di industri yang mempergunakan pompa sentrifugal sebagai alat utamanya. Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir karena tekanannya berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Air pada tekanan 1 atmosfir akan mendidih dan menjadi uap jenuh pada temperatur 1000C, akan tetapi jika tekanan direndahkan maka air akan mendidih pada temperatur yang lebih rendah. Apabla tekanannya cukup rendah maka pada temperatur kamarpun air dapat mendidih. Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair.
Munculnya gelembung-gelembung uap dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam pompa maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan yang berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terjadinya kavitasi. Peningkatan kecepatan secara tiba-tiba pada cairan yang dipompa akan berpengaruh pada penurunan tekanan dan suatu ketika penurunan tekanan ini berada dibawah tekanan uap jenuhnya. Peristiwa ini akan mengakibatkan terbentuknya gas serta gelembung pada cairan tersebut.
2
jangka waktu yang lama, akan mengakibatkan permukaan saluran di sekitar aliran yang berkavitasi mengalami kerusakan. Permukaan dinding akan termakan sehingga menimbulkan lubang-lubang atau bopeng. Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagai akibat dari tumbukan gelembung-gelembung uap yang pecah pada dinding secara terus-menerus.
Gambar 1. Kerusakan sudu pompa akibat erosi kavitasi (Suyanto, 2005)
Selain menurunkan unjuk kerja pompa, peristiwa kavitasi diduga akan menimbulkan suara berisik dan timbul efek getar pada pompa. Suara bising diakibatkan oleh pecahnya gelembung-gelembung udara secara kontinyu karena tekanan tinggi disekelilingnya. Getaran pada pompa akan muncul jika gelembung-gelembung udara yang pecah mengenai dinding casing memiliki intensitas yang tinggi.
3
memetakan macam-macam response getaran pada komponen mesin. Hal inilah yang akan diteliti oleh pengusul bagaimana mengungkap kekuatan response getaran yang diakibatkan oleh pecahnya gelembung pada fenomena kavitasi melalui pengukuran secara eksperimental.
1.2. Waktu dan Tempat
Penelitian pada tahun ke 2 ini merupakan riset yang dilakukan secara eksperimental di laboratorium maupun uji coba alat yang telah didesain dan dirancang dilapangan. Penelitian dan pengujian dilapangan dilakukan diberbagai institusi dan perusahaan yang mempunyai instalasi pompa sentrifugal.
Waktu Penelitian : Dilakukan mulai Maret 2009 hingga Maret 2011 Tempat Penelitian :
1. Lokasi pembuatan model alat beserta sistem dan proses penyusunan analisis data di laboratorium Teknik Mesin UMS.
2. Lokasi pengukuran fenomena getaran pompa sentrifugal: a. Komplek Rusunawa K.H.Mas Mansur gedung I b. Komplek Rusunawa K.H.Mas Mansur gedung II c. PDAM Surakarta
2.2.Bahan dan Alat
4
Pompa sentrifugal, motor penggerak, puli-puli, pipa paralon, pipa transparan selang, katup, bak air
2. Bahan dan alat pengukuran kavitasi:
Software untuk mengetahui fenomena kavitasi Tranduser getar, aplifier penguat getaran. 3. Alat ukur bantu : Rotameter, flow meter
2.3.Desain Penelitian
Desain pada eksperimen ini adalah awalnya menciptakan instalasi pompa pada kondisi berkavitasi. Setelah fenomena kavitasi terjadi, kemudian kita ukur berapa nilai accelerometer dan frekuensi yang terjadi, untuk kita gunakan sebagai acuan bahwa dengan sistem yang dibangun, dapat diketahui nilai accelerometer dan nilai frekuensi kavitasi yang terjadi.
33
BAB VI PENUTUP
6.1. Kesimpulan
1. Dari pengujian yang didesain dengan instalasi pompa sentrifugal, didapat gambaran bahwa fenomena kavitasi terjadi pada instalasi pompa dengan intensitas kavitasi terukur pada respon getaran dengan frekuensi + 8000 Hz, hal ini terlihat terjadinya lonjakan harga accelerometer yang cukup significan pada frekuensi tersebut.
2. Dari pengujian dilapangan dengan mengunakan instalasi yang sesungguhnya, dimana ada 3 lokasi pengujian uang berbeda, dapat disimpulkan bahwa terjadi fenomena kavitasi pada instalsi pompa yang digunakan di PDAM Surakarta, hal ini terlihat dari lonjakan harga accelerometer pada frekuensi + 8000 Hz, sedangkan di dua tempat yang lain yaitu rusun 1 dan rusun 2 kondisi operasinya normal.
6.2. Saran
34
DAFTAR PUSTAKA
Apriyanto, Prima, 2006, Mendeteksi Fenomena Kavitasi Pompa Sentrifugal Menggunakan Respon Getar, Tugas Akhir, UMS
Goldman Steve, 1999, Vibration Spectrum Analysis, Edisi Kedua, Industrial Press Inc., New York
Jensen, J., Dayton, K., 2000, Detecting Cavitation in Centrifugal Pumps, ORBIT, Second quarter 2000, Research & Development, Nevada Corporotion.
Nouwen, 1994, Pompa 2, jilid 2, Bhratara, Jakarta
Rahmeyer,dkk, 2006, Calibration And Verivication of cavitation Tersting Facilities using Oriffice, www.enginering.usu.edu/cee/SNI/Cavitation.
Saputro, Bagus, 2008, Rancang Bangun Alat Percobaan Kavitasi Pada Venturi Sistem Tertutup Menggunakan Pompa Turbin dan Fluida Air Pada Variasi temperatur Kerja, Tugas akhir, UMS
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena
Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal
Wijianto, ST.M.Eng.Sc
Marwan Effendy, ST. MT.
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2010
iii
KATA PENGANTAR
Puji-pujian hanyalah milik Allah Azza Wajalla semata, yang telah
menganugerahkan kami dengan rahmat serta inayah-Nya, sehingga kami bisa
menyelesaikan laporan penelitian ini. Shalawat serta salam semoga tetap tercurah
kepada junjungan dan sauri tauladan kita Rasulullah Muhammad SAW.
Laporan yang berjudul “Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis
Fenomena Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal” terlaksana dengan adanya
pendanaan dari program Hibah Bersaing Dirjen Dikti tahun 2008 dan juga tidak
lepas dari bantuan dan dorongan berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini
diterima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Dr. Harun Joko Prayitno, M.Hum selaku Ketua LPPM-UMS yang telah
memberikan dukungan dan motivasi dalam melakukan penelitian.
2. Dirjen Dikti atas dukungan dana untuk penelitian ini.
3. Saudara Firdaus, Wardoyo dan saudara Maskuh atas kerja sama dan
kontribusinya dalam membantu pelaksanaan penelitian .
4. Semua pihak yang telah membantu, semoga Allah membalas kebaikanmu.
Tak lepas dari sifat manusiawi, disadari bahwa penulisan Laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu diharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat membangun untuk dapat dijadikan pedoman kelak dikemudian hari.
iv
2.2.1. Kerja pompa sentrifugal... 9
2.2.2. NSPH... 11
2.2.3. NSPH yang tersedia ... 13
2.2.4. NSPH yang diperlukan ... 14
v
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT ... 17
3.1. Perumusan Masalah ... 17
3.2. Tujuan Penelitian ... 17
3.3. Manfaat Penelitian ... 18
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 19
4.1.Bahan ... 19
4.2.Alat ... 20
4.3.Diagram Alir Penelitian ... 21
4.4.Langkah – Langlah Penelitian ... 22
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN... 26
5.1. Data Hasil Pengujian ... 36
5.2. Perhitungan Frekuensi Input Getaran ... 27
5.2.1. Frekuesi belt ... 27
5.2.2. Frekuesi kerusakan ball bearing ... 27
5.3. Analisis Hasil Spektrum Frekuensi ... 27
BAB VI PENUTUP ... 33
6.1. Kesimpulan ... 33
6.2. Saran ... 33
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Kerusakan sudu pompa akibat erosi kavitasi ... 2
Gambar 2.1 Penempatan sensor getar dan alat ukur pada pompa ... 6
Gambar 2.2 spectrum analysis getaran pompa karena kavitasi ... 7
Gambar 2.3. Hubungan antara tekanan uap jenuh, tekanan keluar dan temperatur terhadap kavitasi 9
Gambar 2.4. Pompa sentrifugal ... 10
Gambar 2.5. NPSH tekanan atmosfer ... 12
Gambar 2.6. NPSH tekanan atmosfer dalam tangki hisap ... 13
Gambar 2.7. Sistem mekanis pompa sentrifugal ... 15
Gambar 2.8. Spektrum sistem mekanis pompa ... 15
Gambar 4.1. Instalasi penelitian ... 20
Gambar .4.2. gelembung uap pipa transparan ... 22
Gambar 4.3. penempatan Tranduser pada pompa ... 23
Gambar 5.1. Hubungan ferkuensi dan accelerometer sistem ... 28
Gambar 5.2. Hubungan ferkuensi dan accelerometer sistem (perbesaran) ... 29
Gambar 5.1. Hubungan ferkuensi dan accelerometer sistem dilapangan ... 30
iii
Aplikasi Response Getaran Untuk Menganalisis Fenomena Kavitasi
Pada Instalasi Pompa Sentrifugal
Wijianto dan Marwan Effendy
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik UMS Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Surakarta 57102
Email: wijianto@ums.ac.id
RINGKASAN
Dalam sistem instalasi pemipaan fenomena kavitasi sering tidak
diperhatikan, sedangkan kavitasi sendiri adalah salah satu kerugian di dalam
sistem instalasi pemipaan. Yang disebut kavitasi adalah timbulnya
gelembung-gelembung dalam aliran fluida akibat penurunan tekanan pada fluida sehingga
tekanan tersebut di bawah tekanan uap jenuhnya. Gelembung-gelembung uap
dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir, baik di dalam pompa maupun
pipa, tempat-tempat yang bertekanan rendah atau yang berkecepatan tinggi
didalam aliran sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi.
Fenomena kavitasi yang terjadi dalam impeler pompa sentrifugal akan
menyebabkan kerusakan-kerusakan mekanis yaitu terjadinya lubang-lubang yang
disebut erosi kavitasi. Kerusakan ini bisa terjadi pada sudu maupun pada casing.
Disamping terjadi kerusakan mekanis, pompa sentrifugal juga akan mengalami
penurunan head, kapasitas maupun efisiensinya akan turun dan apabila kavitasi
yang terjadi pada sudu pompa berlangsung lama bisa mengakibatkan kerusakan
iv
Untuk mendeteksi apakah sebuah pompa mengalami kavitasi atau tidak
maka dilengkapi dengan pipa transparan disisi hisap dan sisi tekan. Dimana
gambaran umum desain eksperimen tentang kavitasi dilakukan sebagai berikut:
1. Membuat instalasi pengujian pompa serta penempatan alat ukur pada
sisi isap dan sisi tekan.
2. Mempersiapkan fluida air di tangki hisap sebagai bahan utama
pengamatan serta mengatur sistem keluar air agar tidak berpengaruh
pada pola aliran yang dihisap.
3. Memvariasikan debit air dengan tujuh variasi debit berbeda.
4. Mengukur getaran pompa sisi vertikal ataupun horisontal, kemudian
merekam besarnya getaran.
5. Besarnya getaran yang ditimbulkan akibat kavitasi dapat dilihat pada
layar monitor Signal Analyser Unit, yang kemudian dapat dianalisa
nilai angka kavitasi berada pada frekuensi tertentu.
6. Hasil akhir dari pengukuran getaran dapat diplot, yang akan diperoleh
grafik nilai frekuensi antara lain : frekuensi putaran motor, frekuensi
pompa tanpa beban aliran, frekuensi pompa saat terjadi kavitasi.
Dari pengujian yang didesain dengan instalasi pompa sentrifugal, didapat
gambaran bahwa fenomena kavitasi terjadi pada instalasi pompa dengan intensitas
kavitasi terukur pada respon getaran dengan frekuensi + 8000 Hz, hal ini terlihat
terjadinya lonjakan harga accelerometer yang cukup signifikan pada frekuensi
v
Dari pengujian dilapangan dengan mengunakan instalasi yang
sesungguhnya, dimana ada 3 lokasi pengujian uang berbeda, dapat disimpulkan
bahwa terjadi fenomena kavitasi pada instalsi pompa yang digunakan di PDAM
Surakarta, hal ini terlihat dari lonjakan harga accelerometer pada frekuensi + 8000
Hz, sedangkan di dua tempat yang lain yaitu rusun 1 dan rusun 2 kondisi
