commit to user
SIMULASI PENAMBAHAN SPLITTER PADA SUDU IMPELLER POMPA SENTRIFUGAL MENGGUNAKAN ANSYS CFX
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
SABDONO ABDI SUCIPTO NIM. I0409046
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
PERSEMBAHAN
Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan syukur kehadirat Ilahi,
kupersembahkan tulisan ini kepada :
1. Allah SWT, pemilik segala keagungan, kemuliaan, kekuatan dan keperkasaan.
Segala yang kualami adalah kehendak-Mu, semua yang kuhadapi adalah kemauan-Mu, segala puji hanya bagi-Mu, ya Allah, pengatur alam semesta, tempat bergantung segala sesuatu, tempatku memohon pertolongan.
2. Junjungan Nabi besar Muhammad SAW, Manusia terbaik di muka bumi,
uswatunhasanah, penyempurna akhlak, shollawat serta salam semoga selalu tercurah padanya, keluarga, sahabat dan pengikutnya yang istiqomah sampai akhir zaman.
3. Dukungan dan doa yang tak pernah putus dari Ibu, Bapak, dan semua keluarga
tercinta. Kalian tak akan pernah kulupakan sepanjang hidupku.
4. Pak Danardono dan Pak Wibawa E.J yang bersedia membimbing dan
mendukung saya dalam menyelesaikan tugas akhir.
5. Seluruh staf dosen, karyawan, dan kawan-kawan seperjuangan di Teknik
commit to user
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan
menyelesaikan Skripsi “Simulasi Penambahan Splitter Pada Sudu Impeller Pompa
Sentrifugal Menggunakan Ansys CFX” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa
bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh
karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih
yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam
menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada :
1. Bapak D. Danardono, ST, MT, PhD selaku Pembimbing I atas bimbingannya
hingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.
2. Bapak Wibawa Endra Juwana, ST, MT selaku Pembimbing II yang telah turut
serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.
3. Bapak Dr. Budi Santoso, ST, MT, bapak Eko Presetyo B., ST, MT dan bapak
Tri Istanto, ST, MT selaku dosen penguji tugas akhir saya yang telah memberi
saran yang membangun.
4. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST, MT selaku Pembimbing Akademis yang
telah menggantikan sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di
Universitas Sebelas Maret ini.
5. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST. MT, selaku koordinator Tugas Akhir
6. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut
mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.
7. Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a restu, motivasi,
dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian Tugas Akhir.
8. Teman-teman teknik mesin angkatan 2009 beserta kakak dan adik angkatan di
teknik mesin UNS.
9. Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun
commit to user
viii
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi
ini.
Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.
Surakarta, Mei 2014
commit to user
ix
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Judul ... i
Halaman Surat Penugasan... ii
Halaman Pengesahan... iii
commit to user
x
d. Moment of Momentum Equation ... 14
e. Turbulensi ... 16
f. Fluid Domain ... 17
g. Boundary Condition... 18
h. Meshing ... 18
BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN 3.1. Garis Besar Penelitian ... 21
3.2. Variabel Penelitian ... 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Validasi Permodelan... 23
4.2. Simulasi Impeller Tanpa dan Dengan Splitter pada sisi luar 26 4.3 Simulasi Impeller Tanpa dan Dengan Splitter pada sisi hisap 32 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 37
5.2. Saran ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 38
commit to user
Gambar 2.3 Konfigurasi impeller pompa sentrifugal tanpa dan dengan penambahan setengah panjang sudu asli ... 5
Gambar 2.4 Kurva perbandingan luas area kavitasi tanpa dan dengan penambahan splitter ... 6
Gambar 2.5 Grafik unjuk kerja pompa tanpa dan dengan penambahan splitter 7 Gambar 2.6 (a) Impellerasli, (b) Impeller dengan splitter ... 7
Gambar 2.7 Kurva performa pompa sentrifugal tanpa dan dengan penambahan splitter. ... 8
Gambar 2.8 Velocity triangles ... 9
Gambar 2.9 Bentuk sudu impeller. ... 12
Gambar 2.10 Kurva pompa berdasarkan bentuk sudu ... 12
Gambar 2.11 Permodelan Impeller pompa sentrifugal ... 13
Gambar 2.12 Finite control volume and absolute velocity elements for analysis of angular momentum ... 14
Gambar 2.13 Meshing impeller pompa sentrifugal ... 18
Gambar 2.14 Bentuk-bentuk dasar Meshing ... 18
Gambar 2.15 Skala kualitas meshing... 19
Gambar 2.16 Meshing dengan pengaturan face spacing dan tanpa face spacing ... 19
Gambar 2.17 Edge proximity off dan edge proximity on... 19
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ... 21
Gambar 4.1 Meshing permodelan impeller (a) Rajendran dan Purushothaman; (b) penulis ... 24
Gambar 4.2 Hasil permodelan distribusi tekanan (a) Rajendran dan Purushothaman; (b) penulis ... 24
commit to user
xii
Gambar 4.4 Grafik perbandingan pengaruh panjang splitter dengan
head yang dihasilkan pada kondisi 1.2 Qbep ... 29
Gambar 4.5 Distribusi tekanan pada 1.2 Qbep (a) tanpa splitter; (b)
0.25 L sudu asli; (c) 0.375 L sudu asli; (d) 0.5 L sudu asli 30
Gambar 4.6 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi 1.2 Qbep (a) tanpa
splitter; (b) 0.5 L sudu asli ... 32
Gambar 4.7 Grafik hubungan laju aliran dengan head ... 34
Gambar 4.8 Distribusi tekanan pada 1.2 Qbep (a) tanpa splitter; (b)
0.25 L sudu asli; (c) 0.375 L sudu asli; (d) 0.5 L sudu asli 35
Gambar 4.9 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet splitter saat kondisi 1.2 Qbep (a) tanpa
commit to user
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Kelebihan dan kelemahan untuk berbagai jenis model turbulensi 16
Tabel 4.1 Spesifikasi pompa ... 23
Tabel 4.2 Data hasil meshing ... 23
Tabel 4.3 Spesifikasi impeller ... 26
Tabel 4.4 Data hasil simulasi impeller tanpa splitter ... 26
Tabel 4.5 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.25L sudu asli .. 27
Tabel 4.6 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.375L sudu asli . 27 Tabel 4.7 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.5L sudu asli... 27
Tabel 4.8 Persentase kenaikan head ... 31
Tabel 4.9 Data hasil simulasi impeller tanpa splitter ... 32
Tabel 4.10 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.25L sudu asli 33
Tabel 4.11 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.375L sudu asli 33 Tabel 4.12 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.5L sudu asli ... 33
commit to user
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Distribusi tekanan pada 0.5 Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25
L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli
(splitter sisi luar impeller)... 39
Lampiran 2 Distribusi tekanan pada 0.8 Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25
L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli
(splitter sisi luar impeller)... 40
Lampiran 3 Distribusi tekanan pada Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25 L
sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli (splitter
sisi luar impeller) ... 41
Lampiran 4 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi 0.5 Qbep (a) tanpa
splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5
L sudu asli (splitter sisi luar impeller) ... 42
Lampiran 5 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi 0.8 Qbep (a) tanpa
splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5
L sudu asli (splitter sisi luar impeller) ... 43
Lampiran 6 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi Qbep (a) tanpa
splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5
L sudu asli (splitter sisi luar impeller) ... 44
Lampiran 7 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
commit to user
xv
Lampiran 9 Distribusi tekanan pada 0.8 Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25
L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli
(splitter dekat suction)... 47
Lampiran 10 Distribusi tekanan pada Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25 L
sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli (splitter
dekat suction) ... 48
Lampiran 11 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi 0.5 Qbep (a) tanpa
splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5
L sudu asli (splitter dekat suction) ... 49
Lampiran 5 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi 0.8 Qbep (a) tanpa
splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5
L sudu asli (splitter dekat suction) ... 50
Lampiran 6 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi Qbep (a) tanpa
splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5
L sudu asli (splitter dekat suction) ... 51
Lampiran 7 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif
(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi 1.2 Qbep (a) tanpa
splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5
commit to user
xvi
DAFTAR NOTASI
A = luas area (m2)
b1 = Ketinggian sudu pada bagian inlet (m)
b2 = Ketinggian sudu pada bagian outlet (m)
C = Kecepatan absolute aliran fluida (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
H = Head pompa (m)
L = Panjang sudu asli (mm)
p = Tekanan (N/m2)
Qbep = Debit fluida pada best efficiency point (m3/s)
r1 = Jari-jari dalam impeller (m)
r2 = Jari-jari luar impeller (m)
u = Kecepatan sudu (m/s)
v = Kecepatan aliran (m/s)
w = Kecepatan relatif fluida (m/s)
Z = Ketinggian dari titik acuan (m)
α = Sudut absolut
β = Sudut sudu
ρ = Densitas kg/m3
commit to user
v
ABSTRAK
SIMULASI PENAMBAHAN SPLITTER PADA SUDU IMPELLER POMPA
SENTRIFUGAL MENGGUNAKAN ANSYS CFX
Sabdono Abdi Sucipto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Sabdonoabdi.s@gmail.com
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan distribusi tekanan dan vektor kecepatan yang terjadi pada impeller pompa sentrifugal kondisi normal dengan impeller yang ditambahkan splitter, memvisualisasikan hasil simulasi secara 3-D agar lebih informatif serta menunjukkan pengaruh penambahan splitter
terhadap head yang dihasilkan. Software Solidworks digunakan dalam
menggambar model impeller dan ANSYS CFX dalam simulasi. Impeller diteliti pada kondisi aliran 0.5Qbep, 0.8Qbep, Qbep, dan 1.2Qbep, dimana debit aliran best efficiency point (Qbep) adalah 3,02.10-3 m3/s. Variasi splitter yang ditambahkan
yaitu 0.25, 0.375 dan 0.5 panjang sudu asli. Variasi penempatan splitter yaitu pada daerah suction dan sisi terluar impeller. Penambahan splitter pada sisi luar impeller akan meningkatkan head pompa sedangkan penambahan splitter pada daerah suction cenderung tidak meningkatkan head pompa.
commit to user
vi
ABSTRACT
SIMULATION OF ADDING SPLITTER TO IMPELLER BLADE OF
CENTRIFUGAL PUMP USING ANSYS CFX
Sabdono Abdi Sucipto
Mechanical Engineering Department
Sebelas Maret University
Sabdonoabdi.s@gmail.com
The purpose of this study is to compare pressure distribution and vector velocity on original impeller to impeller with splitter, to visualize the simulaton in 3-D so can be more informative and to show the effect of adding splitter to the head pump. Solidworks is used for making the impeller model and ANSYS CFX for conducting the simulation. Impeller is inspected in 0.5Qbep, 0.8Qbep, Qbep, and
1.2Qbep, where the best efficiency point of the flow (Qbep) is 3,02.10-3 m3/s.
Splitter has variation in length, 0.25, 0.375 and 0.5 length of the original blade. Splitter is placed in two condition, near suction area and at the outer side of impeller. Adding splitter at the outer side of the impeller increase the head pump compared to the original impeller whereas adding splitter at the suction side does not make much effect in increasing the head pump.
