BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN

(1)

BAB III

ANALISA DAN PERHITUNGAN

3.1 Kapasitas Pompa

3.1.1 Kebutuhan air water cooled packaged (WCP)

Kapasitas pompa di tentukan kebutuhan air seluruh unit water cooled packaged (WCP)/penyegar udara model 60 CF, dari data spesifikasi di dapat sebagai berikut:

Tabel 3.1 Spesifikasi water cooled packaged (WCP)

Water flow rate = 38,4 m3_{/h untuk 1 unit water cooled packaged (WCP)}

(2)

Maka total kebutuhan air water cooled packaged (WCP) adalah 24 x 38,4 m3_{/h = 921,6 m}3_/h = 0,256 m3_/detik

3.1.2 Kapasitas Pompa

Data spesifikasi pompa yang dipasang yang di sebut condenser water pump (CWP) adalah sebagai berikut:

Unit Brand : EBARA

Unit Model : 250 x 150 CNGA Type of Unit : Horizontal Split Case Number of Units : 2 + 1 (standby unit) Capacity : 2100 US.Gpm Total head : 100 feet Pump Rotation : 1450 rpm Motor rated : 56,25 KW Working temperatur : 150 °F Working pressure : 150 Psi

Electrical data : 380 V/3 phase/50 Hz (sumber : manual book pompa ebara)

Dari data pompa / condenser water pump (CWP) maka :

Kapasitas untuk 1 pompa = 2100 USGpm = 7949,4 ℓ/menit = 7,949 m3/menit = 0,1325 m3_/detik.

Maka untuk 2 pompa = 2 x 0,1325 m3/detik = 0,265 m3/det

Kapasitas 2 pompa/condenser water pump (CWP) 0,265 m3_{/detik > kebutuhan air} water cooled packaged (WCP) 0,256 m3_{/detik, maka kebutuhan air pendingin water} cooled package (WCP) dapat terpenuhi dengan baik.

(3)

3.2 Head Total Pompa

Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah air sesuai kebutuhan water cooled pakaged (WCP)/penyegar udara paket, dapat di tentukan dari instalasi yang di layani pompa seperti gambar 3.1.

Gambar 3.1 Cooling tower dan condenser water pump

(sumber : Manual Operation MVAC Supermal Karawaci, hal 4) Menurut persamaan 2.2, head total adalah :

H = ha + p + hl +

Dimana H : Head total pompa (m)

ha : Head statis total (m)

Δhp : Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air (m) Δhp = hp2 - hp1

hl : berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan, dll (m)

: Head kecepatan keluar (m)

g : percepatan gravitasi (=9,8 m/s²)

(4)

3.2.1 Head statis total

Head statis total/total tinggi tekan statik adalah perbedaan tinggi antara muka air sisi keluar dan di sisi isap dari sistem pompa, dengan tanda positip (+) di pakai apabila permukaan air di sisi keluar lebih tinggi dari pada sisi isap pompa. Gambar 3.2 menunjukan sistem pemipaan, air pendingin dari cooling tower/menara pendingin di pompa oleh condenser water pump/pompa ke kondesor water cooled packaged/peyegar udara paket untuk mendinginkan kondensor dan air kembali ke cooling tower/menara pendingin untuk didinginkan menggunakan sistem terbuka.

ha : Head statis total (m)

Gambar 3.2 Head statis total pada menara pendingin

(Sumber : Arismunandar & Heizo Saito, Penyegaran Udara, 2005, hal 313)

Maka perbedaan permukaan air di sisi keluar dengan air di sisi masuk pompa (ha) sesuai dengan pengukuran lapangan adalah 2,18 m.

3.2.2 Perbedaan tekanan pada kedua permukaan

Seperti di tunjukan gambar 3.2 sistem sirkulasi air pendingin adalah sistem terbuka, tekanan pada permukaan air masuk dan keluar adalah tekanan atmosfir, maka perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air (Δhp) = 0.

(5)

3.2.3 Head kerugian

Head kerugian terdiri atas head kerugian gesek di dalam pipa-pipa dan head kerugian di dalam belokan-belokan, reduser, katup-katup.

a) Head kerugian gesek dalam pipa

Untuk menghitung kecepatan rata-rata aliran air dalam pipa, menurut persamaan 2.4 adalah:

Q = A.v dimana : Q : kapasitas pompa (m³/det)

A : luas penampang (m²)

v : kecepatan rata-rata aliran (m/det)

v =

A= D2

dimana D : diameter dalam pipa = 250 mm = 0,25 m A= (0,25)2

A1= 0,049 m2

Maka :

v =

=

2,704 ( )

Harga λ akan berbeda untuk jenis aliran yang laminer dan turbulen.

Untuk menentukan suatu aliran laminer atau turbulen, menurut persamaan 2.5 dipakai bilangan Reynolds:

Re =

(6)

Di mana, Re : Bilangan Reynolds (tak berdimensi)

v : kecepatan rata-rata aliran dalam pipa (m/det)

D : Diameter dalam pipa (m)

v : Viskositas kinematik zat cair (m²/det)

Pada tabel 2.1 sifat-sifat fisik air pada 30°C, viskositas kinematik (V) = 0,801 . 10 -6 (m2_/detik). Maka : Re =

= 842.384

Karena Re > 4000, maka aliran bersifat turbulen, rumus yang di gunakan menurut persamaan 2.7 adalah:

+

= 0,022

Untuk menghitung kerugian gesekan dalam pipa dapat di pakai persamaan 2.3 berikut :

hf =

Dimana, hf : Head kerugian gesekan dalam pipa (m) λ : Koefisien kerugian gesek

g : percepatan gravitasi (m/det²) L : panjang pipa (m)

D : diameter dalam pipa (m)

(7)

1) Untuk pipa diameter (D) = 250 mm, panjang pipa (L) = 28,2m, v1= 2,704 (m/detik) +

= 0,022

= =

=

0,92 m

2) Untuk pipa dimeter (D2) = 200 mm, panjang pipa (L) = 291,8 m

Oleh karena pipa kondesornya bercabang dari D1=250 mm ke D2=200 mm dan

D3=200mm, maka : Q1 = Q2 + Q3 dimana, D2 = D3 maka : Q2 = Q3 v1. A1 =2( v2. A2)

v

2

= v

3 = dimana 2A2= 2 2 = 0,063 m2

v2= v3 =

=

2,103(m/detik)

maka : +

= 0,022

(8)

Maka: =

=

7,2 m

3) Untuk pipa diameter (D3) = 125 mm, panjang pipa (L)= 100,2 m

Oleh karena pipa kondesornya bercabang dari D3=200 mm ke D4=125 mm, D5= 125

mm dan D6= 125 maka : Q3 = Q4 + Q5 + Q6 Dimana, D3 = D4 = D5 Maka : Q4 = Q5 = Q6 v3 A3 = 3 v4 A4

v

4

=

dimana 3A4 = 3A5 = 3A6 = 3 2 = 0,037 m2

v4 = v5 = v6 =

=

1,762(m/detik)

maka : +

= 0,024

Maka: =

=

3 m

(9)

4) Untuk pipa diameter (D) = 80 mm, panjang pipa (L) = 72 m

Oleh karena pipa kondesornya bercabang dari D6=125 mm ke D7=80 mm dan

D8=80mm maka : Q6 = Q7 + Q8 Dimana, D7 = D8 Maka : Q7 = Q8 v6 A6 = v7 A7

v

7

=

dimana 2A7= 2 2 = 0,010 m2

v7 =

=

2,114(m/detik)

maka : +

= 0,026

Maka: =

=

5,3 m

Maka head kerugian gesek dalam pipa = 0,92 + 7,2 + 3 + 5,3 = 16,42 m b) Kerugian head dalam jalur pipa

Dalam aliran melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi apabila ukuran pipa, bentuk penampang, atau arah aliran berubah, kerugian head ini dapat di hitung dengan rumus 2.8 yaitu:

hf = f

(10)

ƒ : Koefisien kerugian

g : Percepatan gravitasi (9,8 m/det²) hƒ : Kerugian head (m)

1) Kerugian ujung masuk pipa hf = f

f = 0,25 seperti ditunjukkan gambar 2.26 (ii) f = 0,25 v =

hf = 0,25

= 0,093 m

2) Kerugian pada belokan pipa Ø 250 mm

hf = f

f = 0,17 seperti ditunjukkan gambar 2.25, sudut θ = 90 ° pada R/D = 1,5 v =

hf = 0,17

= 0,063 m (untuk 1 buah elbow 90 ° ) Jumlah belokan pipa Ø 250 mm = 8 buah, maka :

hf = 0,063 m x 8 = 0,504 m

3) Kerugian pada belokan pipa Ø 200 mm hf = f

hf = 0,17

(11)

hf = 0,038 m x 10 = 0,380 m

hf = 0,17

hf = 0,027 m x 32 = 0,864 m

hf = 0,17

hf = 0,038 m x 48 = 1,824 m

6) Kerugian ujung kelur pipa hf = f

f = 1,0 (Sularso & Haruo Tahara, Pompa & Kompresor, 1996, hal 38) v =

hf = 1,0

(12)

maka total kerugian dalam jalur pipa = 0,093 + 0,504 + 0,380 + 0,864 + 1,824 + 0,372

= 4,037 m

c) Kerugian head di katup

Kerugian head pada katup (valve) dapat di hitung dengan persamaan 2.9 sebagai berikut:

hv : fv

di mana : v : kecepatan rata-rata di penampang masuk katup (m/det)

ƒv : Koefisien kerugian katup

hᵥ : Kerugian head katup (m) 1) Kerugian head di katup sorong Ø 250 mm

hv : fv

f v = 0,09 seperti di tunjukkan tabel 2.2 pada diameter 250 mm jenis katup sorong

v = hv : 0,09

= 0,033 m (untuk 1 buah katup sorong)

Jumlah katup sorong pipa Ø 250 mm = 2 buah, maka : hf = 0,033 m x 2 = 0,066 m

2) Kerugian head di katup sorong Ø80 mm hv : fv

f v = 0,14 seperti di tunjukkan tabel 2.2, diameter 80 mm jenis katup sorong tidak

ada maka diambil diameter 100 mm yang paling mendekati v =

hv : 0,14

(13)

Jumlah katup sorong pipa Ø 80 mm = 24 buah, maka :

hf = 0,032 m x 24 = 0,768 m

3) Kerugian head di katup cegah Ø 250 mm

hv : fv

f v = 1,15 seperti di tunjukkan tabel 2.2 pada diameter 250 mm jenis katup cegah jenis

ayun v = hv : 1,15

= 0,428 m (untuk 1 buah katup cegah)

Jumlah katup cegah pipa Ø 250 mm = 1 buah, maka : hf = 0,428 m x 2 = 0,428 m

maka total kerugian head di katup = 0,066 + 0,768 + 0,428 = 1,262 m

maka head total pompa yang dibutuhkan adalah: H = ha + p + hl +

H = 2,18 m + + (16,42+4,037+1,262) m+

H = 24,271 m

Dari hasil perhitungan head total pompa yang dibutuhkan adalah 24,271 m dan head total pompa yang terpasang adalah 30 m, maka pompa yang terpasang dapat memenuhi kebutuhan head total pompa yang diperlukan sehingga air dapat mengalir dengan baik sebagai pendingin pada kondensor dalam sistem penyegar udara.

(14)

3.3 Net Positive Suction Head (NPSH)

Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Jadi, untuk menghindari kavitasi, harus di usahakan agar tidak ada satu bagian pun dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh dari temperatur zat cair tersebut.

a) NPSH yang tersedia

NPSH yang tersedia dapat di hitung dengan dengan persamaan 2.10 yaitu: hsv = - - hs - hls

Dimana: hsv : NPSH yang tersedia

Pa : Tekanan atmosfir (kgf/m2₎

Pv : Tekanan uap jenuh (kgf/m2₎

γ : Berat zat cair per satuan volume (kgf/m3₎

hs : Head isap statis (m)

hs adalah positif (bertanda +) jika pompa terletak di atas permukaan zat cair

yang diisap dan negatif (bertanda - ) jika di bawah. hls : Kerugian head di dalam pipa isap (m)

Pa = 1 atm = 1,0332 kgf/cm2_{= 10332 kgf/m}2

γ = 0,9957 kgf/ℓ = 995,7 kgf/m3_{(dari tabel 2.1 pada suhu 30° C)}

Pv = 0,04325 kgf/cm2_{= 432,5 kgf/m}2_{(dari tabel 2.1 pada suhu 30° C)}

hs = - 0,37 m hls = 0,421 m hsv = - - hs - hls hsv =

- – (-0,37 m) – 0,421m = 9,891 m hsv = 9,891 m

(15)

b) NPSH yang diperlukan

Nilai NPSH yang diperlukan di dapat dari pabrik pembuat pompa tersebut, seperti terlampir:

Gambar 3.3 NPSH yang di perlukan

(Sumber : Data spesifikasi manual book pompa ebara) Dari data grafik diatas, HsvN = 8,9 feet = 2,712 m

Maka : hsv = 9,891 m

HsvN = 2,712 m

9,891 m > 2,712 m

NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan

Dari perhitungan di atas NPSH yang tersedia lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan, maka pompa dapat beroperasi tanpa kavitasi.

3.4 Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik berfungsi untuk menentukan jenis impeler yang di gunakan, dapat di hitung dengan persamaan 2.12 sebagai berikut:

ns = n

Dimana : ns : Kecepatan spesifik (rpm)

n : Putaran pompa (rpm) Q : Kapasitas pompa (m3_/det)

(16)

Q = 2100 US GPM = 7,949 m3_/menit H = 100 feet = 30,48 m n = 1450 rpm ns = 1450 ns = 315 rpm

Kecepatan spesifik (ns) = 315 rpm, maka jenis impeler yang di pakai adalah pompa volut isapan ganda dapat dilihat pada gambar 2.29.