ANALISIS DAN PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL (1)

ANALISIS DAN PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL SEBAGAI STUDI AWAL

PERANCANGAN

PUMP STORAGE PLANT

Moh Iryandhasyah Akbar

4314217024

Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik,Universitas Pancasila, Jakarta, Indonesia

yandhaakbar@gmail.com/yandha27@live.com

ABSTRAK

Penggunaan pompa air sentifugal yang di alihfungsikan sebagai turbin air merupakan suatu gagasan dalam mencari energi alternatif yang murah dan mudah dalam perawatan serta perakitan instalasinya. Umumnya pompa digunakan untuk menghisap air dari tempat yang rendah ke suatu tempat dengan ketinggian tertentu. Hal ini merupakan studi awal dalam perancangan pump storage plant. Pemompaan air ke penampungan atas saat beban listrik rendah dapat dikatakan sebagai penampung energi (energy storage) yang tidak terpakai untuk kemudian digunakan pada saat yang tepat. Pada tugas akhir ini pompa sentrifugal difungsikan sebagai turbin air jenis impuls dengan cara membalik putarannya, yaitu dengan memasukan air dari saluran keluar dan mengeluarkan air dari saluran masuk dari sistem pompa tersebut. Besar ketinggian (H),debit (Q), dan putaran poros (n) dicari untuk mencari jenis alternatif turbin lain. Tekanan yang digunakan sebesar 41368.54 Pa, dengan ketinggian total (Htotal) 80.268 m2/s2,debit (Q) sebesar 1.6 ℓ/s serta putaran pompa (n) 734 rpm.

Menghasilkan efisiensi 32.17 %

Kata kunci : Pump Storage Plant, Ketinggian (H),Debit (Q),dan Putaran poros (n)

ABSTRACT

Centrifugal pump is use as functional shift to be water turbine is an idea to look for in alternative energy that cheap and easy in maintenance also in installation. In generally, pump is use to suck water from lower place

to higher place. This is the beginning of pump storage plant design.Pumping water into the upper reservoir

when the electrical load. Low can be said as a reservoir of energy (energy storage) is not unused for later use at the right time. In this final assignment centrifugal pump to be functionalized as water turbine impuls type by reversing the rotation, by entering the water from outlet and bring out the water from inlet. Value of head (H), debit (Q), and shaft rotation (n) is looked for to find another type of water turbine. Pressure is 41368.54 Pa, with head total (Htotal) 80.268 m2/s2, debit (Q) 1.6 ℓ/s, pump rotation (n)734 rpm, produced efisiensi 32.17 %

A. PENDAHULUAN

Pada masa modern ini, energi sangat dibutuhkan di hampir seluruh kebutuhan. Energi menjadi salah satu syarat mutlak dalam pembangunan suatu negara. Penggunaan energi yang sangat besar pada saat ini menyebabkan kebutuhan akan ketersediaan energi semakin meningkat. Dewasa ini cadangan minyak di dunia mulai menipis, diperlukan suatu energi alternatif untuk menggantikan ketersediaan cadangan minyak tersebut. Pemanfaatan energi terbarukan saat ini sedang gencar dipromosikan dan diprogramkan oleh pemerintah Indonesia, hal ini dibuktikan dengan adanya Kebijakan Energi Nasional dalam Perpres No.5/2006 yang menargetkan 17% peran energi baru terbarukan dalam energi mix pada tahun 2025 1

Prinsip dasar kerja pompa merupakan kebalikan dari cara kerja turbin air. Pompa sentrifugal difungsikan sebagai turbin air jenis impuls dengan cara membalik putarannya, yaitu dengan memasukan air dari saluran keluar dan mengeluarkan air dari saluran masuk dari sistem pompa tersebut. Penggunaan pompa sebagai turbin lebih praktis, murah, mudah didapatkan dipasaran dan mudah dalam perawatan.

Pemanfaatan pompa sebagai turbin sebetulnya sudah ada dengan nama pump storage

plant dimana pada negara maju sudah memakai

teknologi ini. Pump storage sama dengan Pembangkit Listrik Tenaga Air pada umumnya, hanya saja pada pump storage memanfaatkan

upper reservoir dan lower reservoir. Pump

1

OUTLOOK Energi Indonesia 2014

storage plant terbagi menjadi dua model, yaitu pompa dan turbin terpisah serta pembalikan pompa-turbin. Pump storage dapat membantu memenuhi kebutuhan energi pada saat beban puncak. Pemilihan pump storage plant juga mendukung program pemerintah untuk memanfaatkan energi terbarukan yang ramah lingkungan dimana pemerintah terus mengembangkan pemanfaat energi air dari tahun 2011 sebesar 12 319 MW sampai tahun 20272 diharapkan dapat bertambah lagi

1.1. PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang yang sudah dijelaskan, maka permasalahan yang menjadi objek penelitian pada tugas akhir ini adalah :

1. Bagaimana membuat pembangkit listrik mikrohidro dari pompa

sentrifugal yang mudah?

2. Bagaimana daya dan efisiensi yang didapat dari pompa sentrifugal yang dialih fungsikan sebagai turbin air? 3. Apakah ada jenis alternatif turbin air

yang dapat menggantikan pompa tersebut?

1.2. BATASAN MASALAH

Adapun batasan masalah yang dihadapi penulis dalam menulis tugas akhir ini adalah:

1. Pompa sentrifugal yang digunakan adalah pompa sentrifugal dengan impeller tipe open fluid.

2. Menghitung daya poros yang dihasilkan serta efisiensinya.

3. Mencari head (H), debit (Q), serta putaran spesifik (ns) untuk mengetahui jenis alternatif turbin air yang sesuai.

1.3. TUJUAN

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Sebagai studi awal perancangan pump

storage plant di Indonesia.

2. Mencari daya dan efisiesi dari pompa sentrifugal yang di ahlifungsikan sebagai turbin air.

3. Meningkatkan kreatifitas masyarakat dalam mencari Sumber energi atau Pembangkit Listrik Alternatif.

B. TINJAUAN PUSTAKA

2.1.PUMPED STORAGE PLANT [1]

2 _{Diskusi Panel Masyarakat Energi Indonesia pada}

Pump storage adalah pemanfaatan penyimpanan air (energy storage). Air dari tempat penyimpanan bawah di pompa ke tempat penyimpanan atas untuk selanjutnya digunakan menghasilkan listrik pada beban puncak

.

Kapasitas penyimpanan biasanya terisi secara variasi dilihat dari aliran tahun per tahun, banjir, musim kemarau, irigasi, atau kombinasi dari ketiganya. Dari kondisi tersebut kadang skema energi hydro bisa penuh, sedang atau rendah dalam pengoperasian. Dengan penambahan pompa, skema tersebut dapat dimodifikasi dengan dua cara. Yang pertama dapat dilakukan pemakaian air untuk menghasilkan energi tetapi mengurangi penyimpanan. Yang kedua hasil keluaran dipompa kembali ke penyimpanan saat beban rendah untuk digunakan kembali pada saat beban puncak.

Pemasangan pompa dapat menjaga kapasitas penyimpanan tetap konstan jikalau adanya penambahan kapasitas air. Keuntungan kedua yang didapat dari pump storage penambahan kapasitas pada siang hari relative kecil dibandingkan penyimpanan secara alamiah, penambahan tersebut diharapkan dapat menjadi suatu aspek yang utama.Pada saat beban puncak pada malam hari fungsi dari pump storage dapat membantu dalam memenuhi kebutuhan listrik harian. Dimana pada saat siang hari pompa di

pump storage memompakan air dari tempat

penyimpanan bawah ke tempat penyimpanan atas, sehingga pada malam hari bisa digunakan untuk menggerakan turbin air agar bisa menghasilkan listrik untuk menutupi kebutuhan listrik pada beban puncak.

Gambar 2.1 skema umum pump storage plant [6]

1.1 Karakteristik beban di pump storage plant

Pada saat beban mencapai puncak, dibutuhkan lebih banyak pembangkitan dari unit

pembangkit listrik agar beban dapat terpenuhi. Sedangkan pada saat beban rendah, maka unit-unit pembangkit yang ada akan dipadamkan agar biaya bahan bakar dapat ditekan

Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Beban [6]

Pump Storage memanfaatkan hal tersebut.

Dalam kata lain pump storage berfungsi untuk mengoptimumkan pembangkitan dari unit-unit pembangkit tersebut untuk disimpan energinya untuk digunakan pada saat yang tepat, yaitu pada saat beban puncak. Pada saat beban puncak, pump storage akan bekerja sebagai pembangkit untuk memenuhi permintaan beban yang ada

Gambar 2.3 Kurva Karakteristik Beban dengan Pemanfaatan Pump Storage [6]

2.2. POMPA SENTRIFUGAL [4]

2.2.1. Head (H)

1) Head total pompa

Pada penampang gambar diatas, zat cair mempunyai tekanan statis p (dalam kg/ms2), kecepatan V (dalam m/s) dan ketinggian z

(dalam m) yang diukur dari bidang referensi. Maka zat cair tersebut mempunyai head total

H (dalam m2/s2) yang dinyatakan sebagai berikut :

H=

……….(2.1)

Dimana :

ρ = Massa zat cair per satuan volume (kg/m3)

2) Kerugian head dalam jalur pipa

Dalam aliran melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi jika ukuran pipa, bentuk penampang, atau arah aliran berubah. Kerugian yang demikian dapat dinyatakan secara umum dengan rumus:

hf = f ……….(2.2)

Hambatan yang disebabkan karena adanya belokan pada pipa biasanya terjadi pada sudut 45o – 90o. Harga koefisien tergantung pada jenis elbow dan sudut belokan yang terjadi. Nilai kerugian pada

elbow dapat dirumuskan :

……….(2.4)

4) Pengecilan penampang pipa secara Kerugian head untuk pengecilan mendadak dinyatakan dengan rumus:

hf= f ……….(2.5)

2.2.2. Menghitung kinerja pompa

. Daya batang torak pompa (Ps) adalah daya Hp yag dikirimkan ke batang torak pompa, dan dapat dihitung sebagai berikut: (Ps) = T x ω………….…(2.6)

Daya hirolik adalah daya yang dikeluarkan pompa untuk menggerakan air. Daya ini dapat dihitung dengan rumus :

(PH) = QxρxH……….(2.7)

Efisiensi pada dasarnya didefinisikan sebagai perbandingan antara output dan input atau perbandingan antara daya hidrolik pompa dengan daya poros pompa.

ɳp = …………..(2.8)

dimana :

ɳp : Efisiensi pompa 2.2.4. Putaran spesifik

Putaran spesifik adalah besaran tak berdimensi yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan jenis impeller pompa.

ns = ……….(2.9)

Dimana :

n = Putaran pompa (rpm)

H = Head pompa (m2/s2)

Q = Kapasitas aliran (m3/s)

Gambar 2.4 Putaran Spesifik Impeller (ns) [2]

2.2.5. Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds (Re)

menggambarkan ciri-ciri aliran fluida di definisikan sebagai berikut Apabila viskositas zat cair yang mengalir

dinyatakan sebagai viskositas mutlak ( ),

maka harga viskositas kinematiknya (v) dapat diperoleh dari hubungan

v =

Dimana :

μ = Viskositas mutlak zat cair (kg/m.s) (1 kg/m.s = 10 poise)

ρ = Massa jenis zat cair (kg/m3)

Hubungan antara bilangan Reynolds dengan aliran fluida adalah sebagai berikut

1) Bila Re < 2000 maka alirannya laminar.

2) Bila 2000 < Re < 4000 maka alirannya transisi.

3) Bila 4000 < Re maka alirannya turbulen.

C. METODE PENELITIAN

3.1.Bahan dan Peralatan

Sebuah pompa sentrifugal rumahan yang di alihfungsikan sebagai turbin. Dengan name plate sebagai berikut Tabel 3.1 Name Plate pompa sentrifugal

Tabel 3.2 Name Plate Pompa Model AUDP-255

Alat yang digunakan untuk mengukur dalam pengambilan data ini adalah, ultrasonic flow, tachometer,

stopwatch.

3.2.Diagram Flow Chart

Diagram 3.1 Flow Chart Penelitian

D. ANALISIS DAN PENGUJIAN

Pada pengujian pompa ini penulis akan menjelaskan cara kerjanya.

1. Air di penampung dihisap naik oleh pompa sirkulasi memalui pipa 1 inch sepanjang 1 m.

2. Air keluar dari pompa sirkulasi melalui pipa 1 inch dengan tekanan 6 psi yang selanjutnya di reducer ke pipa ½ inch. 3. Air mengalir di dalam pipa ½ inch

dengan debit 1,6 ℓ/s menuju pompa sentrifugal yang berfungsi sebagai turbin air.

Putaran pada turbin air dicatat setiap 5 menit selama 1 jam.

Tabel 4.1 pengukuran langsung putaran mekanik pompa

Putaran mekanik pompa (rpm) rata-rata adalah 733.5 ~734.

4.1.Analisis Hasil Pengujian

4.1.1. Menghitung losses pada sistem pemipaan

a) Bagian suction

Pada bagian ini komponen-komponen yang digunakan adalah:

- Pipa PVC ∅ 1 inch dengan panjang 1 meter.

- Elbow 90o∅ 1 inch sebanyak 1 buah.

1) Perhitungan Head lossess pada pipa ∅ 1 inch

D1 = pipa PVC 1 inch = 30 mm = 0.03 m L = 1 m

Q = 0.0017 m3/s

v = 1.004 10−6 2/

Kecepatan fluida di dalam pipa (V1) dapat dicari dengan rumus

Bilangan Reynolds nya

Re = =

= 71 713

karena bilangan reynold yang didapat Re > 4000. Maka dapat dicari koofisien gesek :

(untuk pipa PVC).

Nilai kekasaran permukaan relatif pipa :

=

= 0.0017

Dari kedua nilai diatas, maka di dapat koefisien pipa (f1) sebesar 0.022. Sehingga

nilai head losses berdasarkan persamaan Darcy-Weisbach adalah :

Hf1 = = 0.022 = 0.063 m

2 /s2 2) Perhitungan head lossesselbow 90o∅ 1 inch

Dalam perhitungan elbow 90o digunakan nilai ekivalen length, dimana untuk standar elbow 90o Le/D adalah 30, maka :

Hlm = f = 0.022 x (30) x = 1.9

m2/s2

b) Bagian discharge

Pada bagian ini komponen-komponen yang digunakan:

karena bilangan reynold yang didapat Re > 4000. Maka dapat dicari koofisien gesek :

(untuk pipa PVC).

Nilai kekasaran permukaan relatif pipa : =

= 0.00245

Dari kedua nilai diatas, maka di dapat koefisien pipa (f2) sebesar 0.027. Sehingga

nilai head losses berdasarkan persamaan Darcy-Weisbach adalah :

Hf2= = 0.027 = 0.365 m2/s2

3) Perhitungan head lossesselbow 90o∅ ½ inch

Dalam perhitungan elbow 90o digunakan nilai ekivalen length, dimana untuk standar elbow 90o Le/D adalah 30, maka:

4.1.2. Menghitung Head (H)

a) Head (H) tekanan

4.1.3. Menghitung putaran spesifik (ns)

ns =

ns =

4.1.4. Menghitung volume penampung air Penampung dalam penelitian ini berbentuk balok persegi panjang dengan ketentuan sebagai berikut:

4.1.5. Mengitung daya keluaran dan efisiensi Untuk menghitung efisiensi yang dihasilkan dari kita perlu mencari daya hidrolik (PH) pada pompa sentrifugal lalu dilanjutkan dengan mencari daya poros (PS). (PH) = Q x ρ x H

ω = kecepatang sudut angular (rad/s) ω =

Kesimpulan dari penelitian ini adalah, bahwa pompa sentrifugal dapat di gunakan sebagai alternatif turbin air dengan membalik fungsi dari pompa tersebut, dengan ketentuan sebagai berikut:

1. Pembuatan pembangkit listrik mikro hidro

dengan menggunakan pompa sentrifugal tipe

open fluid yang dijual di pasaran cukup

mudah dalam instalasi pemipaan, dimana fungsi dari pompa sentrifugal tersebut dibalik. Dengan Htotal 80.268 m2/s2 dan aliran

air sebesar 1.6 ℓ/s.

2. Daya hidrolik sebesar 136.45 W dan daya poros sebesar 424.1 W menghasilkan efisiensi sebesar 32.17 %, dimana hal ini cukup untuk menggerakan motor sinkron yang di ahlifungsikan sebagai generator sehingga dapat menghasilkan listrik. dan motor sinkron dapat dijadikan motor listrik kembali sehingga pompa sentrifugal yang di ahlifungsikan sebagai turbin dapat menjadi pompa. Hal ini sesuai dengan pengertian

pump storage plant dimana pompa

sentrifugal dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dengan merubah fungsinya sebagai turbin air pada saat beban puncak dan pada saat beban rendah dapat dirubah kembali menjadi pompa sebagaimana fungsinya kembali.

3. Dilihat dari Putaran Spesifik diatas, dengan 6 tingkat maka alternatif jenis impeller turbin air yang dapat digunakan sesuai data adalah jenis turbin air dengan impeller radial.

DAFTAR PUSTAKA

1. Brown, J. Guthrie. 1984, “

Volume 2 Mechanical and Electrical Engineering, First Indian Edition,

2. Prayatmo, W. 2005, “POMPA” , Jakarta: Fakultas Teknik Universitas Pancasila.

3. Sumanto, 1993 “Motor Listrik Arus

Bolak-Balik Motor Sinkron Motor Induksi”,

Yogyakarta: Andi Offset.

4. Sularso, Tahara, Haruo. 2004, “Pompa dan

Kompressor: Pemilihan, Pemakaian dan

Pemeliharaan edisi 9”. Jakarta : PT. Pradnya Paramita. ISBN: 979-408-090-X

5. Dietzel, F., “Turbin Pompa dan Kompresor”,

Erlangga, Jakarta, 1980.

6. Afianto, Wirawan A, 2010,” Masalah dan

Solusi Pump Storage”, Universitas Indonesia,

Jakarta

7. Adi Ramadhani dan Muhammad Arief,

“Performasi Pompa Air DAB Type DB-125B

yang Difungsikan Sebagai Turbin”, Manado

8. Gatot Suwoto,“Kaji Eksperimental Kinerja

Turbin Air Hasil Modifikasi Pompa

Sentrifugal untuk Pembangkit Listrik Tenaga

Mikrohidro”, Semarang, Jawa Tengahμ

Politeknik Negeri Semarang: Jurnal

9. Deni Rafli dkk, Maret, 2004 “Simulasi

Numerik Penggunaan Pompa sebagai Turbin pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan Head 9.29 m dan 5.18 m Menggunakan Perangkat Lunak CFD

pada Pipa Berdiameter 10.16 cm”,

Univesitas Sumatera Utara: e-jurnal

10. Suarda, Made, April,2009,” Pengujian

Performa Pompa sebagai Turbin

Air”,Jimbaran Baliμ Jurnal Teknik Mesin

11. Kementerian Energi Sumber Daya

Mineral,2014, “Outlook Energi 2014”,

Jakarta

12. Allerstorfer,Christian, “Bachelor Thesis:

Centrifugal Pumps, MU Leoben, diakses dari

www.academia.edu pada 19 juli 2016 pada pukul 22.38

13. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di - www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 2006

14. Rubidiyanto, Nobeli Debi, 2009, “Makalah

Motor Sinkron”, Joint Program BA-Malang

15. Ramos, Helena M, 2014, “Pumped-Storage

Solution towards Energy Efficiency and Sustainability: Portugal Contribution and

Real Case Studies”, Departmentof Civil