1,2
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA Email : ridho.affandi@yahoo.com
! " !"
# # !
$
% & # # !"# ' # # %
!"#$%&'&$" $($) *!'$+$",
Kebutuhan listrik dewasa ini kian meningkat, berbagai upaya terus dilakukan baik mencari potensi baru atau pun dengan mengembangkan teknologinya. Satu hal yang di usahakan untuk melakukan hal tersebut adalah dengan melakukan konversi atau perubahan energi dari satu energi yang kurang bermanfaat menjadi energi yang lebih bermanfaat. Proses perubahan energi ini dapat dilakukan dengan berbagai macam mesin konversi energi. Seiring dengan berkembangnya teknologi industri, maka berdampak semakin pesatnya pemakaian mesin – mesin konversi
energi tersebut. Salah satu mesin konversi energi yang sering digunakan adalah pompa.
Pompa merupakan suatu mesin konversi energi yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk dengan bagian keluar . Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada di sepanjang pengaliran. Pada simulasi ini
pompa yang digunakan akan
!)&-&.$" -$.$'$%
Dalam melakukan simulasi ini, menitikberatkan kepada kasus aliran fluida dalam hal ini adalah air pada pompa yang digunakan sebagai turbin dengan batasan masalah :
1. Pompa sentrifugal yang digunakan berukuran 3 inchi.
2. Menganalisis tekanan dan kecepatan aliran di dalam rumah pompa
3. Menggunakan 2 (dua) (H) yang berbeda yaitu 9,29 m dan 5,18 m
4. Menggunakan perangkat lunak
( )
*+,+
5. Data putaran pompa diambil dari hasil pengujian.
/ &0&$" !"!'1(1$"
1. Untuk mengetahui distribusi tekanan dan kecepatan aliran fluida di dalam rumah pompa yang dioperasikan sebagai turbin
2. Dapat mengetahui bentuk – bentuk (tampilan kontur) yang terjadi di dalam rumah pompa.
3. Mendapatkan hasil analisa numerik untuk dibandingkan dengan analisa perhitungan teoritis.
1"0$&$" &.($+$ 2-3$ !"()14&,$'
Pompa sentrifugal mempunyai sebuah (baling baling) untuk
mengangkat zat cairan dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan pada poros pompa untuk memutarkan di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam oleh dorongan sudu – sudu dapat berputar.[1] Karena timbul gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah
ke luar melalui saluran di antara sudu – sudu. Disini tekanan zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian juga kecepatannya menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan. Zat cair yang keluar melalui akan ditampung oleh saluran berbentuk (spiral) dikelilingi dan disalurkan keluar pompa melalui nozel - . Di dalam nosel ini sebagian kecepatan aliran diubah menjadi tekanan.[3] Jadi
pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Selisih energi per satuan berat atau total zat cair antara (flens) isap dan (flens) keluar disebut
total pompa.
Dari uraian di atas, jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan perubahan tekanan, kecepatan dan potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinu.
Debit atau kapasitas fluida pada pompa dapat dihitung dengan persamaan:
= ( )=
ekonomis untuk membangun
pembangkit listrik tenaga air skala kecil adalah dengan menggunakan pompa sebagai turbin. Bidang ilmu yang khusus mengoperasikan pompa sebagai turbin ini sering disebut dengan istilah PAT, singkatan dari
. Jarang yang tahu bahwa beberapa tipe pompa air dapat diaplikasikan sebagai turbin air. Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin, prinsip kerja pompa di balik yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk
memutar pompa. Putaran
ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik.
Beberapa kelebihan aplikasi pompa sebagai turbin air[1] adalah:
1. Sebagai produk industri yang massal, pompa mudah diperoleh dengan berbagai variasi .
(, tersedia dalam berbagai tipe dan ukuran.
2. Mudah dalam instalasinya.
3. Harga relatif murah daripada turbin, dan suku cadang mudah diperoleh. 4. Aplikasi pompa dapat dikoneksi
secara langsung dengan generator atau menggunakan
transmisi mekanik .
apabila putaran pompa sebagai turbin tidak sama dengan putaran generator (umumnya 1500 rpm).
Pompa sentrifugal sebagai turbin bisa diandalkan dengan efisiensi yang tinggi pada unit pembangkit skala kecil. Aplikasi pompa sebagai turbin di lapangan sudah cukup banyak. Aplikasi pompa sebagai turbin dapat dilakukan di saluran irigasi, bendungan, menara air gedung – gedung tinggi memanfaatkan jatuhan air kondensasi pendingin.
/ !-*$",+1( 1.()1+ !"$,$
1+)2 1#)2
Secara teknis PLTMH memiliki 3 komponen utama yaitu Air (sumber energi), Turbin Air (pada penelitian ini menggunakan Pompa Sentrifugal sebagai turbin) dan generator.
PLTMH mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, PLTMH memanfaatkan energi potensial jatuhan air. Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Air dialirkan (dijatuhkan) melalui sebuah pipa ke dalam pompa untuk menggerakkan yang ada di dalamnya. Energi mekanik yang berasal dari putaran pompa akan diteruskan dan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator.[4]
/ !(2#! !"!'1(1$" 5 / #!"(141+$.1
-&-Identifikasi yang dilakuk adalah melihat isntalasi PLTM digunakan dan siklus aliran flui terjadi dan kondisi kerja digunakan seperti ukuran pipa digunakan dan kondisi lingkungan. 5 5 !'$+.$"$$" 1-&'$.1
Setelah kondisi dan da didapatkan, dilakukanlah simulasi. Proses simulasi ini di dengan beberapa tahap pembuatan model PAT, penentuan dan pengaturan batas dan terakhir proses per (iterasi). Semua proses dilakukan dengan meng
( )
Gambar 3. Model dari PA digunakan
Gambar 5. Letak Kondisi B
ilakukan disini
turan kondisi erhitungan
Tabel 1. Penentuan Kondis
/ 0 Hasil simulasi men bahwa tekanan terbesar terja
bagian dari
sedangkan tekanan terkecil terj bagian yang berlawanan
dengan yait
Gambar 6. Distribusi Tek Tabel 2. Nilai Tekanan Hasil Sim
2$' $-! "1(
Static
Pressure [Pa]
5 1.(1*&.1 !8!3$($"
$'$- &-$% 2-3$ #!"
-Hasil simulasi menu bahwa kecepatan aliran t terjadi pada bagian
Gambar 7. Distribusi Kecep Tabel 3. Nilai Kecepatan Aliran
2$' $-! "1(
Velocity [m/s]
si Tekanan Di Dalam Rumah Pompa pada H = 9,29 m sil Simulasi Numerik untuk H = 9,29 m
9$'&! :!)$,!#
9$'&!
1"1-&-9$'&!
$ 9$
102898.7126 102890.9781 102866.0995 10
($" '1)$" 1 $ #!",$" 7
menunjukkan an terendah ,
dimana terjadi tekanan terbes sebaliknya kecepatan aliran terjadi pada bagian diman tekanan terjadi terkecil yait bagian
Kecepatan Aliran Di Dalam Rumah Pompa pada H = Aliran Hasil Simulasi Numerik untuk H = 9,29 m
9$'&! :!)$,!#
9$'&!
1"1-&-9$'&!
$ 9$ 2.22196056 2.228089856 2.185753679 2.3
9,29 m
$;1-&-9$'&!
102911.7258
terbesar. Dan liran terbesar dimana nilai l yaitu pada
a H = 9,29 m
$;1-&-9$'&!
5 / 1.()1*&.1 !+$"$" &-$% 2-3$ #!",$" 7
Hasil simulasi menu bahwa tekanan terbesar terja
bagian , diman
Gambar 8. Distribusi Tek Tabel 4. Nilai Tekanan Hasil Sim
2$' $-! "1(
Static
Pressure [Pa]
5 5 1.(1*&.1 !8!3$($" $'$- &-$% 2-3$ #!"
-Hasil simulasi menujukkan bahwa ke aliran terbesar terjadi pada dimana nilai tekanan t
Gambar 9. Distribusi Kecepa
Tabel 5. Nilai Kecepatan Aliran
$" 1
$'$-" 7
-menunjukkan terjadi pada dimana fluida
jatuh pertama kali menyentuh dan disaat yang yang sama tersebut merupakan titik nilai dari kecepatan aliran.
si Tekanan Di Dalam Rumah Pompa pada H = 5,18 m sil Simulasi Numerik untuk H = 5,18 m
9$'&! :!)$,!#
9$'&!
1"1-&-9$'&!
$ 9$
65903.59658 65922.15341 65872.10875 65
($" '1)$" 1 $ #!",$" 7
i numerik kecepatan i pada bagian an terbesar,
sesuai dengan prinsip menyatakan bahwa 4
# 5
ecepatan Aliran Di Dalam Rumah Pompa pada H = 5
Aliran Hasil Simulasi Numerik untuk H = 5,18 m entuh
sama bagian nilai terendah
5,18 m
$;1-&-9$'&!
65958.55278
sip Bernoulli 4
#
2$' $-! "1( 9$'&! :!)$,!#
Velocity [m/s] 1.03531985 1.036206747 1.017283761 1.042797521 5 !)%1(&",$" !2)1(1.
Perhitungan teoritis yang terjadi di dalam rumah pompa diawali dengan melakukan pengambilan data – data dari hasil penelitian dan survei adapun data yang diambil adalah sebagai berikut :
1. Ketinggian pipa yang diukur dari poros PAT ke tangki penampungan atas (H)
2. Ketinggian air di dalam tangki (h)
3. Kecepatan air masuk turbin (v) Tabel 6. Data – Data Teknis Hasil Penelitian dan Survei
2 6!"1. $($ 1'$1
1 Ketinggian Pipa
(H) 9,29 m 5,18 m
Perhitungan teoritis ini menggunakan Persamaan Bernoulli[2], yaitu
+
Dari proses perhitungan, maka diperoleh hasil nilai perbandingan antara perhitungan yang dilakukan pada proses simulasi dengan perhitungan secara teoritis.
Tabel 7. Perbandingan hasil perhitungan tekanan antara perhitungan teoritis dengan perhitungan simulasi numerik
2 !$#
Berdasarkan hasil perhitungan dan simulasi yang telah dilakukan pada bab sebelumnya, dapat dilihat dengan jelas aliran fluida yang terjadi di dalam rumah pompa yang ditunjukkan dalam bentuk kontur, vektor dan diperihatkan data oleh grafik, maka untuk ini diambil kesimpulan :
1. Untuk kontur tekanan pada dua (H) yang digunakan nilai tekanan terbesar adalah pada
bagian dan tekanan
terendah terjadi pada bagian 2. Pada masing – masing penggunaan (H), kecepatan aliran yang tertinggi terjadi di
bagian dan nilai
terendah terjadi pada bagian . Hal ini sesuai dengan Prinsip Bernoulli 4
/ ( mengalami penurunan menuju sisi buang dan sebaliknya kecepatan aliran mengalami kenaikan.
digunakan maka, nilai kecepatan air masuk semakin besar, yang menyebabkan menyebabkan nilai dari tekanan dan kecepatan aliran semakin besar. Hal ini dibuktikan dengan penggunaan dua (H) yang berbeda.
$4($) &.($+$
[1] Dietzel,F, 1996.
. Jakarta : Erlangga
[2] L. V. Steeter dan Wylie B. 1993. . Jakarta : Erlangga
[3] Sularso, 1987.
. Jakarta: PT. Pradya Paramita
[4] Warnick, C.C. 1984.
New York : Prentice Hall, Inc.
[5] White, Frank M. 1997.
! ! Diterjemahkan
