SIMULASI PENGARUH NPSH TERHADAP TERBENTUKNYA
KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN
MENGGUNAKAN PROGRAM KOMPUTER
COMPUTATIONAL FLUID DYANAMIC FLUENT
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
AURORA PUSPITA SARI NIM. 05 0401 030
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Salah satu kegagalan yang terjadi pada pengoperasian pompa sentrifugal dilapangan adalah kavitasi. Kavitasi merupakan peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap didalam cairan yang sedang mengalir. Fenomena ini terjadi akibat turunnya tekanan fluida sampai di bawah tekanan uap jenuh fluida dan turbulensi (pulsasi). Pada pompa sentrifugal, kavitasi dapat terjadi pada suction pompa maupun pada pipa aliran fluida. Indikasi kavitasi adalah timbulnya gelembung-gelembung uap, getaran dan suara bising pada pompa. Dampak kavitasi pada pompa adalah kerusakan pada sudu pompa dan performansi pompa menurun. Kavitasi dipengaruhi oleh perubahan NPSH yang tersedia yang nilainya harus lebih besar daripada NPSH yang diperlukan yang sudah dirancang dari pabrik. Perubahan tekanan pada bagian sisi isap pompa akan mempengaruhi perubahan NPSH yang tersedia. Bila NPSH yang tersedia mengalami pernurunan, maka performansi pompa juga akan mengalami penurunan. Dan ini merupakan kerugian dalam merancang pompa yang harus dihindari.
Dengan menggunakan software CFD akan didapatkan data-data, gambar-gambar, atau kurva-kurva yang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan sistem yang akan didesain. CFD merupakan pendekatan dari persoalan yang asalnya kontinu (memiliki jumlah sel tak terhingga) menjadi model yang diskrit (jumlah sel terhingga).
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim Assalamu alaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur kehadirat Allah Swt atas berkat dan rahmat-Nya yang telah memberikan penulis kesehatan jasmani dan rohani sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini. Adapun Skripsi ini dibuat untuk melengkapi syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik dengan judul:
“SIMULASI PENGARUH NPSH TERHADAP TERBENTUKNYA KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM KOMPUTER
COMPUTATIONAL FLUID DYANAMIC FLUENT”.
Selama penulisaan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan pengarahan, saran dan bantuaan baik berupa tenaga, materi maupun dorongan semangat dari berbagai pihak yang sangat bermanfaat bagi penulis.
Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Kepada kedua orang tua penulis, Ayahanda Mukharram Fauruzai dan Ibunda Runta Puspita, yang telah begitu berjasa membimbing dan memberi semangat. 2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi MSc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
saran dan pengetahuan.
3. Bapak Dr.Ing.Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin USU dan sebagai dosen pembanding yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini dan memberikan arahan serta bimbingan dalam mengerjakan tugas akhir ini.
4. Bapak Ir. Syahril Gultom, MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU dan sebagai dosen pembanding yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini memberikan arahan serta bimbingan dalam mengerjakan tugas akhir ini
5. Bapak Ir. Tugiman K, MT. Selaku Koordinator Skripsi yang telah memberikan waktu dan pikirannya dalam penyelesaian skripsi ini
6. Ibu Ir. Farida Ariani, MT. Selaku koordinator kerja praktek yang telah memberikan banyak waktu dan pikiran diwaktu penulis melakukan kerja praktek. 7. Seluruh pegawai Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
9. Seluruh Asisten Laboratorium Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberi bimbingan selama praktikum berlangsung.
10.Seluruh teman-teman Teknik Mesin USU stambuk 2005,2006, dan 2007 ”Solidarity Forever”.
11.Seluruh teman-teman, pengurus, Keluarga Besar HMI Komisariat FT. USU yang selalu memberikan dukungan satu persatu, semoga selalu menjadi jiwa yang selalu menolong.
12.Kepengurusan HMI Cabang Medan Periode 2011-2012 yang telah mensupport perjuangan selama ini
13.Rekan-rekan Instruktur HMI Cabang Medan yang telah memberikan semangat untuk menyelesaikan semua tanggung jawab untuk mencerdaskan para kader HMI dan terima kasih atas kebersamaannya.
Penulis menyadari masih banyak kelemahan dan kekurangan dalam penyelesaian skripsi ini. Untuk itu Segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan penulis guna kesempurnaan skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya.
Wassalamu alaikum Wr. Wb
Medan, Februari 2012 Penulis,
DAFTAR ISI
Hal
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI iv
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL x
1.4 Metodologi Penulisan 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin- mesin Fluida 5
2.2 Pengertian Pompa 5
2.3Pompa Sentrifugal
2.3.1 Sejarah dan Perkembangan Pompa Sentrifugal 2.3.2 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
6 7 8
2.4 Komponen-komponen Pompa 9
2.5 Prinsip Kerja Pompa 10
2.6 Head (Tinggi Tekan) Pompa 11 2.6.1 Head Statis Total
2.6.2 Head Kerugian 2.6.3 Head Total Pompa
12 13 15
2.7Performansi Pompa 15
2.7.1 Kapasitas Pompa Sentrifugal 15
2.7.2 Kecepatan Spesifik 16
2.7.3Hubungan antara Kapasitas dengan efesiensi pompa sentrifugal
16
2.8 Kavitasi Pompa 19
2.8.1 Tekanan Uap Zat Cair 19
2.8.2 Proses Terjadinya Kavitasi
2.8.3 Faktor Penyebab Terjadinya Kavitasi 2.8.4 Akibat Terjadinya Kavitasi
2.8.5 Pencegahan Kavitasi
19 21 23 25 2.9 Nett Posstive Suction Head ( NPSH ) sebagai parameter
Kavitasi
25
2.9.1 NPSH yang Tersedia 25
2.9.2 NPSH yang Diperlukan 28
2.10 NPSH dan Performansi Pompa
2.11 Computational Fluid Dynamics (CFD) 2.11.1Pengertian Umum CFD
2.11.2 Penggunaan CFD 2.11.3 Manfaat CFD
2.11.4 Proses Simulasi CFD 2.11.5 Metode Diskritisisasi CFD 2.12 Pengenalan Fluent
2.12.1 Struktur Program Fluent
2.12.2 Perencanaan Analisis CFD dan Langkah Penyelesain Masalah Menggunakan FLUENT
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Bahan dan Alat
3.3 Prosedur Simulasi 38
BAB IV PERMODELAN DAN SIMULASI POMPA
4.1 Pendahuluan 42
4.2 Proses Permodelan pompa sentrifugal
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 Kapasitas Pompa 5.2 Head Pompa 5.3 Efisiensi Pompa
5.4 Daya Pompa dan Motor Penggerak 5.5 Nett Possitive Suction Head
5.5.1 NPSH yang Tersedia 5.5.2 NPSH yang diperlukan
5.6 Hasil Simulasi Pompa dengan Program CFD Fluent 6.3.26
5.6.1 Analisa Simulasi Variasi Bukaan Katup
5.6.2 Analisa Hasil Simulasi Pada Program CFD Fluent 6.3.26
55 57 63 65 66 66 68 66 70 77
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 80
5.2 Saran 81
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Instalasi Pompa Sentrifugal 6
Gambar 2.2 Pompa sentrifugal saat pertama dibuat 7
Gambar 2.3 Kontruksi pompa 9
Gambar 2.4 Konstruksi Pompa 10
Gambar 2.5 Proses pemompaan 10
Gambar 2.6 penampang impeller 11
Gambar 2.7 perubahan energi pompa 11
Gambar 2.8 head statis total 12
Gambar 2.9 instalasi pompa dan head total 15
Gambar 2.10 proses kavitasi pada pompa 18
Gambar 2.11 proses kavitasi pada pompa 19
Gambar 2.12 Instalasi pompa dengan posisi pompa di atas permukaan cairan isap
25
Gambar 2.13 Instalasi pompa dengan posisi pompa di bawah permukaan cairan isap
24
Gambar 2.14 Instalasi pompa dengan posisi pompa di bawah tangki isap tertutup
25
Gambar 2.15 Instalasi pompa dengan posisi pompa di atas tangki isap tertutup
26
Gambar 2.16
Gambar 2.17 Gambar 2.18
Hubungan antara koefisien kavitasi dan kecepatan spesifik
Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Skripsi 38
Gambar 3.2 Pompa Sentrifugal 39
Gambar 3.3 Diagram Alir Pengerjaan Pemodelan Menggunakan ANSYS FLUENT 6.3
40
Gambar 4.1 Tampilan awal GAMBIT 43
Gambar 4.2 Tampilan awal FLUENT 43
Gambar 4.3 Diagram alir simulasi 44
Gambar 4.5 Tampilan hasil grid check 46
Gambar 4.6 Tampilan hasil Grid scale 46
Gambar 4.7 Tampilan hasil smooth/swap grid 47
Gambar 4.8 Kotak dialog solver 47
Gambar 4.9 Kotak dialog viscous model 48
Gambar 4.10 Kotak dialog energy 48
Gambar 4.11 Kotak dialog material 49
Gambar 4.12 Kotak dialog unit 49
Gambar 4.13 Kotak dialog boundary condition 50
Gambar 4.14 Kotak dialog fluid 50
Gambar 4.15 Kotak dialog Zona inlet 51
Gambar 4.16 Kotak Dialog Zona Outlet 51
Gambar 4.17 Kotak dialog zona wall 52
Gambar 4.18 Kotak dialog solutioncontrol 52
Gambar 4.19 Kotak dialog solution initialization 52
Gambar 4.20 Kotak dialog residualmonitors 53
Gambar 4.21 Kotak dialog Surface Monitors 53
Gambar 4.22 Kotak panel iterasi 54
Gambar 4.23 Kurva residual iterasi 54
Gambar 4.24 Kurva residual iterasi 54
Gambar 5.1 Skema instalasi pompa yang digunakan 55 Gambar 5.2
Grafik hubungan antara kapasitas pompa dengan head total pompasecara teoritis
Grafik hubungan antara kapasitas pompa dengan efisiensi total pompa secara teoritis
Grafik hubungan antara kapasitas pompa dengan daya pompa secara teoritis
Grafik hubungan antara kapasitas pompa dengan NPSHa teoritis
Grafik hubungan antara Head total pompa dengan NPSHr teoritis
Grafik hubungan antara kapasitas pompa dengan Head total Pompa hasil simulasi
Gambar 5.8
Gambar 5.9
Gambar 5.10
Gambar 5.11
Grafik hubungan antara kapasitas pompa dengan efisiensi total Pompa hasil simulasi
Grafik hubungan antara kapasitas pompa dengan daya pompa hasil simulasi
Grafik Hubungan Kapasitas pompa dengan NPSHa secara simulasi
Grafik Hubungan antara Head total pompa dengan NPSHr simulasi
76
78
79
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 5.1 Kapasitas pompa berdasarkan pembukaan katup 56
Tabel 5.2 Perhitungan kecepatan aliran berdasarkan kapasitas dan bukaan katup 56
Tabel 5.3 Perhitungan head kecepatan sesuai dengan kecepatan aliran
58
Tabel 5.4 Koefisien kerugian kelengkapan pipa hisap 60
Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Bilangan Reynold, faktor gesek,dan head kerugian sepanjang
pipa hisap (hls)
Tabel 5.6 Koefisien kerugian kelengkapan pipa 61
Tabel 5.7 Hasil Perhitungan head kerugian sepanjang pipa tekan (hld) 61
Tabel 5.8 Hasil Perhitungantotal Head Kerugian 62
Tabel 5.9 Hasil Perhitungan Head total Pompa 62
Tabel 5.10 Hasil Perhitungan Efisiensi pompa 64
Tabel 5.11 Perhitungan antara Kapasitas, head pompa, dan efisiensi terhadap 65
daya pompa
Tabel 5.12 Hubungan antara Kapasitas, kerugian head dalam pipa isap 67 terhadap NPSHa
Tabel 5.13 Hubungan antara Head total Pompa, bilangan Kavitaasi Thoma 69
terhadap NPSHr
Tabel 5.14 Data Hasil Simulasi 71
Tabel 5.15 Head Total Hasil Simulasi 71
Tabel 5.16 efisiensi pompa hasil simulasi 72
Tabel 5.17 Daya pompa hasil simulasi 74
Tabel 5.18 NPSHa Simulasi 75
Tabel 5.19 NPSHr Hasil Simulasi 76
DAFTAR NOTASI
Simbol Arti Satuan
AS luas bidang aliran m2
dis diameter dalam pipa m
g Percepatan gravitasi m/s2
H Head m
hl kerugian head pompa m
hs head statis total m
hp head tekan pompa m
hv head kecepatan m
n Putaran rpm
Np daya pompa kW
P Tekanan kgf/cm2
Pa Tekanan atmosfer Pa
Pv Tekanan uap jenuh kgf/cm2
Q Kapasitas pompa m3/s
Vs kecepatan aliran fluida m/s
Simbol Yunani
Koefisien kavitasi Thoma
γ berat zat cair N/m3
