ANALISIS RUGI-RUGI INSTALASI POMPA PEMINDAH AIR
PENCUCI PASIR DARI SUNGAI KE PENAMPUNG DI DESA
CILALANGIT KABUPATEN LEBAK
PROVINSI BANTEN
Davit Kristiyanto, Sorimuda Harahap
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila Jl. Srengseng Sawah Jagakarsa, Jakarta Selatan 12640 - Indonesia
Telp: (021) 78880305, 7270086, Fax: (021) 7864721, 7271868 Email: humas@univpancasila.ac.id, Website: www.univpancasila.ac.id
ABSTRACT
PT. X is one of the sand mining industry, which uses a walker pump. PT X is located region Cilalangit village, Lebak, Banten. In the sand mining industry, a pump is used to suck water from the river and distribute it through a pipe 0255 meters to the shelter (reservoir), the distance between the river and a reservoir as far as 2.2 km and the elevation difference 45.86 meters. Current conditions with a pump capacity of 450 m3/h at a distance of 2.2 km and head static 45.86 meters only able to move liquid fluid from
the river to the shelter (reservoir) of 84.6 m3/h while the need for the production process requires a minimum
of 200 m3/h with discharge which uses carbon steel pipeline for 0.255 meters and 0.255 meters suction.
To overcome these problems, it is necessary to add an appropriate booster pump, because the pump long-planned work does not meet the needs of the production process. Calculation specifications appropriate pump production process needs to be done. Data for calculation obtained by gathering technical documents that already exist, as well as conducting surveys directly in the field. Once the data is collected, then performed the calculation of specifications of the pump by using the theoretical formula.
Booster pump specification of calculation, obtained a higher head. It shows that the longer the pipeline as well as the differences in height, the losses in the pipeline are also getting bigger. Therefore, it can be concluded that the change pipelines and height, affect the pump specification requirements.
Keywords: Loss Analysis Pump Installation I. PENDAHULUAN
PT. X merupakan salah satu industri pertambangan pasir, yang menggunakan alat bantu pompa. PT X terletak dikawasan desa Cilalangit, Kabupaten Lebak, Banten. Dalam industri pertambangan pasir, pompa digunakan untuk menyedot air dari sungai dan mendistribusikannya melalui pipa baja karbon 0.255 meter ke tempat penampungan (reservoir), jarak antara sungai dan tempat penampungannya sejauh 2,2 km dan dengan beda elevasi 45.86 meter. Pada area kolam penampungan terdapat 2 pompa dengan kapasitas masing-masing 450 m3/jam yang berfungsi memompakan air untuk meningkatkan tekanan air menuju hopper pasir pada proses pencucian, dengan tujuan memisahkan antara pasir dengan lumpur.
Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa yang dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yang lama, hal ini tidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya.
Kondisi saat ini dengan pompa kapasitas 450m3/jam dengan jarak 2.2 km serta head statis 45.86 meter hanya mampu memindahkan fluida cair dari sungai ke tempat penampungan
(reservoir) sebesar 84.6 m3/jam dengan discharge yang menggunakan saluran pipa besi sebesar 0.255 m dan suction 0.255 m. Hal ini mengakibatkan debit air yang dibutuhkan untuk proses pencucian pasir dengan air bertekanan sangat kurang.
II. LANDASAN TEORI
Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis yang digunakan untuk menaikkan cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi atau untuk mengalirkan cairan dari daerah bertekanan rendah ke daerah yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan perpipaan. Hal ini dicapai dengan membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau suction dan tekanan yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa.
Pada prinsipnya, pompa mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi tahanan-tahanan yang terdapat pada saluran yang dilalui. Pompa juga dapat digunakan pada proses-proses yang membutuhkan tekanan hidraulik yang besar. Hal ini bisa dijumpai antara lain pada peralatan-peralatan berat. Dalam operasi, mesin-mesin peralatan berat membutuhkan tekanan discharge
yang besar dan tekanan isap yang rendah. Akibat tekanan yang rendah pada sisi isap pompa maka fluida akan naik dari kedalaman tertentu, sedangkan akibat tekanan yang tinggi pada sisi discharge akan memaksa fluida untuk naik sampai pada ketinggian yang diinginkan.
Didalam roda jalan fluida mendapat percepatan sedemikian rupa sehingga fluida tersebut mempunyai kecepatan mengalir keluar dari sudu sudu roda jalan.
Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurangdan berubah menjadi tinggi kenaikan H di sudu sudu pengarah atau rumah spiral pompa (Rumah Keong). Besarnya tekanan yang timbul tergantung beda besarnya kerapatan fluida. Karena adanya gesekan yang timbul maka tinggi kenaikan yang diinginkan akan berkurang, supaya kerugian ini tidak terlalu besar maka kecepatan aliran fluida dibatasi. Dan selain itu besarnya kecepatan keliling dari roda jalan juga terbatas. Sebagai bahan untuk membuat roda jalan adalah besi tuang kelabu, baja tuang, kuningan, dan lain lainnya, di mana berdasarkan kekuatanya bahan tersebut harus kuat dengan u_2 sampai 40 m/detik dan untukbaja tuang sampai 60 m/detik. Bila kenaikan pompa lebih besar dari 100 m kolom zat cair, maka pompa tersebut harus dibuat beberapa tingkat berturut-turut dan dihubungkan jadi satu. Tingkat-tngkat tersebut terdiri dari roda jalan yang diikuti oleh sudu pengarah yang statis, dan kemudian sudu pembalik yang fungsinya membalikan aliran fluida untuk diantarkan kesisi bagian isap tingkat berikutnya. Supaya perhitungan dan pembuatannya lebih mudah maka tingkat ukurannya dibuat sama.
III. METODE PENELITIAN
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian
IV. PERHITUNGAN DAN ANALISA 1. Head Pompa
Perhitungan head pompa dengan menggunakan persamaan Bernoulli : ℎ = 𝑝 𝜌+ 𝑣2 2 + 𝑧 = 1034214 [𝑁 𝑚2] 1000 [𝑘𝑔 𝑚3] +(0,4640[ 𝑚 𝑠]) 2 2 + 9.81 45.86 [𝑚] = 151.29 m 2. Kerugian Head
- Kerugian pada pipa lurus
Nilai koefisien kerugian gesek sudah didapatkan, selanjutnya dapat dilakukan penghitungan kerugian gesekan pada pipa lurus. ℎ𝑓 = 𝜆 𝐿 ∙ 𝑣2 𝐷 ∙ 2 ∙ 𝑔 = 0.011 2200 [m]∙(0.4640 [m s])² 0.255 [m]·2·9.81 = 1.04 m
- Kerugian pada belokan
Jadi jika koefisien kerugian belokan sudah didapatkan untuk 90° yaitu 0.485 dan untuk 45° adalah 0.642. Selanjutnya dihitung niai kerugian untuk satu belokannya. ℎ𝑚1= 𝑘𝑘𝑏∙ 𝑣2 2. 𝑔 = 0.485 x 0.46402[𝑚 𝑠] 2 .9.81 = 0.00527 m.
Pada jalur pemipaan terdapat 4 elbow 90°, sehingga nilai (ℎ𝑚1) kerugian belokan dikalikan 4 menjadi 0.021 m Selanjutnya dihitung nilai kerugian belokan 45°. ℎ𝑚2 = 𝑘𝑘𝑏∙ 𝑣2 2. 𝑔 = 0.642 x 0.46402[𝑚 𝑠] 2 .9.81 = 0.00704 m
Pada jalur pemipaan terdapat 39 elbow 45°, sehingga nilai (ℎ𝑚2) kerugian belokan dikalikan 39 menjadi 0.274 m.
- Kerugian Butterfly Valve
Berikut perhitungan untuk kerugian dalam
buterfly valve: ℎ𝑙1 = 𝜁 ∙ 𝑣2 2 . 𝑔 = 0.28 x 0.4640 [𝑚 𝑠] 2 2 .9,81 = 0.00307 m - Kerugian Diffuser
Jadi untuk kerugian diffuser di hitung :
ℎ𝑙2 = 𝜁 ∙(𝑣1− 𝑣2) 2 2 . 𝑔 = 0.044 x 0.0064[𝑚 𝑠] 2 .9.81 = 0.000326 m
- Kerugian gesekan pada check valve
ℎ𝑙3 = 𝜁 ∙ 𝑣2 2. 𝑔 = 3 x ( 39[m s])² 2. 9.81 = 0.023 m
3. Kebutuhan head total
Jumlah kebutuhan head total pompa setelah ditambahkan dengan total kerugian head adalah sebagai berikut:
ℎ𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = ℎ + (ℎ𝑓+ (ℎ𝑚1+ ℎ𝑚2) + (ℎ𝑙1+ ℎ𝑙2+ ℎ𝑙3) = 151.29 + (1.04 + (0.021+0.274)+(0.00307+0.000326+0.02 3)) = 151.29+ 1.361 = 152.65 m 4. Daya Pompa
Daya pada pompa dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu daya air (Pw) dan daya poros (P).
1. Daya air (Pw) 𝑃𝑤= 𝜌 ∙ 𝑄 ∙ ℎ = 1000 kg/m3· 0.125 m³/s · 153.688 m = 19211 W
Jadi daya air sebesar 19211 W atau 19.211 kW. 2. Daya Poros 𝑃 = 𝜌∙𝑄∙ℎ 𝜂 = 1000[kg m³]· 0.125[ m³ s]·153.688[m] 92% = 20881.5 W
Jadi daya pompa sebesar 20881.5 W atau 20.882 kW.
5. Putaran Spesifik
Putaran spesifik impeler adalah suatu besaran atau indeks untuk menentukan rancangan dasar impeler. Putaran spesifik (ns) dihitung dengan persamaan
sebagai berikut :
ns =
n√Q h3/4
Head dibuat dalam satuan metris, kapasitas dalam m3/s. ns = 1450 [rpm]√0.125[m3 s] (153.688[m])3/4 = 11,74 ≈ 12
Dari perhitungan, didapatkan nilai nq sebesar 12, sehingga jenis impeler yang tepat digunakan adalah impeler radial jenis High head impeller.
Gambar 4.1 High head impeller 6. Segitiga Kecepatan
Gambar 4.2 Penampang segitiga Kecepatan Dmin = 0.262 m
Dmax = 0.385 m a. Sisi Masuk Roda Jalan
𝑈1= 𝑑 .𝜋 .𝑛 60 𝑈1= 0.262 .3.14 .1450 60 = 19.88 m/s
Jadi kecepatan masuk keliling
impeller adalah 19.88 m/s
𝑣𝑠′= kapasitas setelah memperhitungkan arus balik, dibuat sekitar 3 -5% dari V karena kerugian arus balik yang diperhatikan.
𝑣𝑠′ = 1.05 𝑥 𝑉 = 1.05 x 0,125 = 0.131 m3/s
𝐶1= Kecepatan absolut aliran masuk
Kecepatan absolut aliran tegak lurus terhadap kecepatan keliling impeller (𝐶1), sehingga α = 90° Besar Co = 3.5
𝐶1 = 𝜏1 𝑥 𝐶𝑜 = 1.3 x 3.5 = 4.55 m/s - Lebar 𝑏1 sisi masuk
𝑏1= 𝑣𝑠 𝐷1 . 𝜋 .𝐶1 𝑏1= 0.131 0.262 .3.14 .4.55 = 0.023 m = 23 mm b. Segitiga Kecepatan Masuk
𝑊1=
√
𝑈12+ 𝐶12 𝑊1=√
19.882+ 4.552 = 20.39 m/s 𝑇𝑔 𝛽1 =𝐶1 𝑈1 𝑇𝑔 𝛽1 = 4.55 19.88 = 0.22 𝛽1= 12.83°c. Segitiga Kecepatan Keluar d. 𝑈2= 𝑑 .𝜋 .𝑛 60 𝑈2= 0.385 .3.14 .1450 60 = 29.22 m/s
Kecepatan Cu2 adalah dari kecepatan absolut sisi keluar V2
𝐶𝑢2= 𝑈2− 𝐶2
tan 𝛽2
𝛽2 diset lebih besar dari 𝛽1 maka ditentukan 43°
C2 adalah kecepatan radial dari sisi keluar dibuat lebih kecil dari C1 yakni: = 4.2 m/s. 𝐶𝑢2= 𝑈2− 𝐶2 tan 𝛽2 𝐶𝑢2= 29.22− 4.2 tan 43° = 26.83 m/s - Lebar b2 sisi keluar
-𝑏1= 𝑣𝑠2. 𝜏2 𝐷2 . 𝜋 .𝐶2 𝑏1= 0.131 . 1.05 0.385 . 3.14 . 4.2 = 0.027 m = 27 mm - Diagram kecepatan keluar
𝑈2 = 29.22 m/s 𝐶𝑢2 = 26.83 m/s 𝐶𝑢2′ = 𝐶𝑢2 𝑥 ƞ = 26.83 x 0.78 = 20.93 m/s Cr2 secara grafis = 5 mm 1 m/s = 3 mm Cr2 = 3 x 5 = 15 m/s
Kecepatan sisi absolute sisi keluar
𝐶2′ =
√
𝐶𝑢2′ 2 + 𝐶𝑟22 = √20.932+ 152 = 25.75 m/stan α = 15
20.93 = 0.72
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan tahap pengumpulan data, serta analisa terhadap sistem pemipaan pada jalur pipa di PT.X, maka didapat kesimpulan sebagai berikut:
1. Dari hasil analisa awal, didapat total head losses yang terjadi dijalur pipa PT. X sebesar 152.65 m. Sedangkan spesifikasi pompa yang digunakan saat ini hanya mempunyai kemampuan head pompa sebesar 40 m. 2. Dengan head losses sebesar 152.65 m, maka
dibutuhkan spesifikasi pompa dengan head
153 m. Dan ditemukan pompa yang sesuai dengan spesifikasi tersebut adalah Pompa Ebara dengan type 100x65 2KA575. Dengan menggunakan tabel selection chart 3000 min-1. Dengan spesifikasi pompa sebagai
berikut :
Fluida Kerja : Air
Kapasitas (Q) : 350 m3/jam
Putaran (n) : 3000 rpm
Head (h) : 154 m
Daya pompa : 20.8 kW
Impeller : Impeler radial tipe high head impeller
3. Hasil perhitungan NPSHa lebih besar dibanding dengan NPSHr, sehingga pompa aman dari gejala kavitasi.
4. Hasil dari perhitungan dan pengambilan data di lapangan, didapat kebutuhan daya air sebesar 19.211 kW, dan dengan daya pompa sebesar 20.882 kW.
5. Dari perhitungan kecepatan spesifik, didapatkan nilai nq sebesar 12, sehingga jenis impeler yang tepat digunakan adalah impeler radial jenis High Head Impeller.
6. Di dapatkan segitiga kecepatan masuk 20.39 m/s dan kecepatan keluar 25.75 m/s
5.2 SARAN
Jika PT X menginginkan debit air minimal 500 m3/jam maka disarankan untuk penambahan pompa booster dengan type yang sama disusun secara paralel. Dengan penyusunan pompa secara paralel, dapat menghasilkan head
yang sama namun meningkatkan kapasitas.
Gambar 5.1 Kurva 2 pompa dengan susunan paralel
Dalam hubungan paralel ini, paling baik menggunakan dua pompa yang sama. Bila digunakan dua pompa yang berbeda , maka kapasitas pompa tidak naik pada head tekan di atas head maksimum dari pompayang lebih kecil, dan pompa yang kedua akan bekerja hanya bila
head delivery nya lebih besar dari head yang telah beroperasi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] White, Frank M., Manahan Hariandja. Mekanika Fluida (Terjemahan).Jilid I, Penerbit Erlangga, Jakarta. 1988.
[2] Haruo Tahara, Sulrso. Pompa dan Kompresor. Pemilihan Pemakaian dan Pemeliharaan (Terjemahan). Cetakan ketuju, Pradnya Pramita, Jakarta. 2000.
[3] Miller, D.S. Internal Flow Systems. BHRA Fluid Engineering, Cranfield, England. 1978.
[4] Raswari. Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan. Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. 1986.
[5] Franzini Joseph B, Finnemore E. Jhon. Fluid Mechanics. The McGraw-Hill Companies, Inc, New York. 2002.
[6] Saleh, Jamal. Fluid Flow Handbook, The McGraw-Hill Companies. Inc, New York. 2002.
[7] Dietzel, Fritz, Darso Sriyono. Turbin Pompa dan Kompresor, Erlangga, Jakarta. 1992. [8] Google.
http://www.edcousa.net/vacuum_training.ht ml, Atmospheric Pressure. Jakarta: 16 Januari 2016 pukul 10.18 WIB, 2016. [9] Paryatmo, Wibowo. Pompa, Universitas
