BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 II TINJUN USTK ompa adalah suatu alat yan diunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain denan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut diunakan untuk menatasi hambatan - hambatan penaliran. ambatan - hambatan penaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinian atau hambatan esek. Klasifikasi pompa secara umum dapat diklasifikasikan menjadi baian yaitu pompa kerja positif positive displacement pump dan pompa kerja dinamis non positive displacement pump. Salah satu jenis pompa kerja dinamis adalah pompa sentrifual yan prinsip kerjanya menubah eneri kinetik kecepatan cairan menjadi eneri potensial dinamis melalui suatu impeller yan berputar dalam casin. ada Instalasi enolahan ir I, sebaian besar pompa yan diunakan ialah pompa bertipe sentrifual. Gaya sentrifual ialah sebuah aya yan timbul akibat adanya erakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lenkun melinkar. ompa sentrifual merupakan pompa kerja dinamis yan palin banyak diunakan karena mempunyai bentuk yan sederhana dan hara yan relatif murah. Keuntunan pompa sentrifual dibandinkan jenis pompa perpindahan positif adalah erakan impeler yan kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa, keandalan operasi tini disebabkan erakan elemen yan sederhana dan tidak adanya katup - katup, kemampuan untuk beroperasi pada putaran tini, yan dapat dikopel denan motor listrik, motor bakar atau turbin uap ukuran kecil sehina hanya membutuhkan ruan yan kecil, lebih rinan dan biaya instalasi rinan, hara murah dan biaya perawatan murah..1 rinsip -rinsip Dasar ompa Sentrifual rinsip-prinsip dasar pompa sentrifual ialah sebaai berikut: 1. Gaya sentrifual bekerja pada impeller untuk mendoron fluida ke sisi luar sehina kecepatan fluida meninkat.. Kecepatan fluida yan tini diubah oleh casin pompa volute atau diffuser menjadi tekanan atau head.

2 . liran fluida liran dalam pemipaan akan terjadi dari titik yan mempunyai head hidrolik yan lebih tini eneri internal per satu-satuan berat air ke head yan lebih rendah, dimana terjadi kehilanan eneri hidrolik di sepanjan pipa. Kehilanan eneri hidrolik sepanjan pipa secara umum disebabkan oleh:. Keruian head mayor Keruian head ini terjadi akibat adanya esekan antara dindin pipa denan fluida yan menalir di dalamnya. ersamaan umum yan dapat diunakan untuk mencari headlosses akibat esekan dalam pipa dapat dilakukan denan menunakan: 1. ersamaan Darcy Weisbach. ersamaan azen - Williams Kedua persamaan diatas memiliki kelebihan dan kekuranan masin - masin yaitu: 1. ersamaan Darcy - Weisbach Memberikan hasil yan lebih baik untuk pipa yan relatif pendek. Untuk sistem terdiri dari bermacam-macam pipa akan lebih rumit perhitunannya. opuler atau serin dipakai untuk perhitunan denan beda eneri besar. ersamaan ini secara teori palin baus dan dapat diunakan ke semua jenis fluida.. ersamaan azen-williams : Umumnya dipakai untuk menhitun keruian head dalam pipa yan relatf sanat panjan seperti jalur pipa penyalur air minum. Untuk sistem yan terdiri dari bermacam-macam pipa, perhitunannya akan lebih mudah disbandin Darcy - Weisbach. ersamaan azen - Williams palin banyak diunakan untuk menhitun headlosses, tetapi biasa diunakan untuk semua fluida selai dari air dan diunakan hanya untuk aliran turbulen.

3 . Keruian Minor Keruian ini diakibatkan adanya perubahan dalam eometri aliran seperti katup, belokan, perubahan diameter pipa, sambunan saluran masuk dan keluar pipa.3 ead ompa ead pompa adalah eneri per satuan berat yan harus disediakan untuk menalirkan sejumlah zat cair yan direncanakan sesuai denan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk menalirkan sejumlah zat cair, yan umumnya dinyatakan dalam satuan panjan. Menurut persamaan ernoulli yan berbunyi bila fluida inkompresibel menalir sepanjan pipa yan penampannya mempunyai beda ketinian, perbedaan tekanan tidak hanya terantun pada perbedaan ketinian tetapi jua pada perbedaan antara kecepatan dimasin - masin titik tersebut. Dalam persamaan ernoulli, ada tia macam head enery fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu eneri tekanan, eneri kinetik dan eneri potensial. al ini dapat dinyatakan denan rumus sebaai berikut: = = ead total pompa m = ead tekanan m = ead statis total m = ead kecepatan m Karena eneri itu kekal, maka bentuk head tini tekan dapat bervariasi pada penampan yan berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rui-rui eneri losses.

4 Gambar.1 Skema instalasi pompa ada kondisi yan berbeda seperti pada ambar di atas maka persamaan ernoulli adalah sebaai berikut: L L ke Loss = = Karena = maka: L = ST L = = ead total pompa m = ead pompa karena perbedaan tekanan pada sisi isap denan sisi tekanm = ead yan diakibatkan karena ada perbedaan kecepatan m No Keteranan Gambar 1 Reservoir isap ipa isap 3 ompa 4 ipa tekan 5 Reservoir tekan

5 ST = ead statis m L = ead loss dari ke m.3.1 ead Tekanan ead tekanan adalah perbedaan eneri tekanan yan bekerja pada permukaan zat cair pada sisi tekan denan eneri tekanan yan bekerja pada permukaan zat cair pada sisi isap. ead tekanan dapat dinyatakan denan rumus: = ead tekanan m = = Eneri tekanan pada permukaan zat cair pada sisi tekan m = Eneri tekanan pada permukaan zat cair pada sisi isap m.3. ead Kecepatan ead kecepatan adalah perbedaan antar eneri kecepatan zat cair pada saluran tekan denan eneri kecepatan zat cair pada saluran isap. ead kecepatan dapat dinyatakan denan rumus: = ead kecepatan = = Eneri kecepatan zat cair pada saluran tekan = Eneri kecepatan zat cair pada saluran isap

6 .3.3 ead Statis Total ead statis total adalah perbedaan tini antara permukaan zat cair pada sisi tekan denan permukaan zat cair pada sisi isap. ead statis total dapat dinyatakan denan rumus: = = ead statis total = eda tini tekan statis pada sisi tekan = eda tini tekan statis pada sisi isap Tanda : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa. Tanda - : Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tini dari sumbu pompa..3.4 Keruian ead ead Loss Keruian eneri per satuan berat fluida dalam menaliran cairan dalam sistem perpipaan disebut sebaai keruian head head loss. ead loss terdiri dari mayor head loss h f, minor head loss h m, dan total loss h tot Mayor ead Loss Mayor Loss Merupakan keruian eneri sepanjan saluran pipa yan dinyatakan denan rumus [ Sularso, hal 8 ]: L h f = f d h f = Mayor loss m f = Faktor esekan L = anjan pipa m = Kecepatan fluida dalam pipa m/s d = Diameter dalam pipa m ara f faktor esekan didapat dari diaram Moody sebaai funsi dari nka Reynold Reynolds Number dan Kekasaran relatif Relative Rouhness - ε/d, yan nilainya dapat dilihat pada rafik sebaai funsi dari nominal

7 diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa ε yan terantun dari jenis material pipa. Sedankan besarnya Reynolds Number dapat dihitun denan rumus [ ump andbook, hal 131 ]: = Re = Reynold Number = Kecepatan aliran m/s = Diameter dalam pipa mm = viskositas kinematik m /s pabila aliran laminar Re < 100, faktor esekan f dapat dicari denan pendekatan rumus: f = pabila aliran turbulen Re > 4000, faktor esekan f dapat dicari denan diaram moody. 64 Re.3.4. Minor ead Loss Minor Loss Merupakan keruian head pada fittin, elbow dan valve yan terdapat sepanjan sistem perpipaan. Dapat dicari denan menunakan Rumus: v h m = k h m = Minor loss m k = Koefisien keruian dari fittin, elbow dan valve Total Loss Total loss merupakan keruian total sistem perpipaan, yaitu: h tot = Total loss m h = h h tot f m

8 h f = Total mayor loss m h m = Total minor loss m.4 Kecepatan Spesifik ompa erformansi pompa sentrifual kecuali turbin reenerative dihubunkan pada suatu parameter yan disebut kecepatan spesifik specific speed. Seperti yan didefinisikan oleh The ydraulic Institute hal ini merupakan hubunan antara kapasitas, tini tekan, dan kecepatan pada efisiensi optimum yan menklasifikasikan impeller pompa denan respek terhadap persamaan eometris. Kecepatan spesifik merupakan sebuah bilanan aljabar yan dinyatakan sebaai [ Khetaurov, hal 05 ]: Ns = n p Q N S = Kecepatan spesifik pompa m/min n p = utaran pompa rpm Q = Kapasitas pompa m 3 /min = ead total pompa m.5 Daya pompa Daya pompa ialah daya yan dibutuhkan poros pompa untuk memutar impeler didalam memindahkan sejumlah fluida dena kondisi yan diininkan. esarnya daya poros yan dibutuhkan dapat dihitun berdasarkan Fritz dietzel. al 43 N = N p = daya pompa watt Q = kapasitas pompa m 3 /s p = head pompa m

9 ρ = rapat jenis fluida k/m 3 η p = effisiensi pompa.6 Karakteristik ompa Sentrifual Karakteristik dari pompa sentrifual merupakan sebuah cara dimana tini tekan tekanan diferensial bervariasi denan keluaran output pada kecepatan konstan. Karakteristik dapat jua menyertakan kurva efisiensi dan hara brake horse power-nya. Kurva kapasitas tini tekan Gambar. ditunjukkan sebaai kapasitas peninkatan total tini tekan, dimana tini tekan pompa mampu untuk dinaikkan atau dikurani. Umumnya sebuah pompa sentrifual akan menaikkan tini tekan terbesarnya pada suatu titik, dimana tidak ada aliran yan serin dianap sebaai shut off head. Jika shut off head kuran dari hara maksimum tini tekan, pompa menjadi tidak stabil dan dibawah beberapa kondisi dapat memperbesar daya dan kecepatan fluktuasi yan menyebabkan etaran mekanis yan besar pada sistem pemipaan..7 Computational Fluid Dynamic CFD Fluent Computational Fluid Dynamic CFD dapat dibai menjadi dua kata, yaitu: Computational : Seala sesuatu yan berhubunan denan matematika dan metode numerik atau komputasi. Fluid Dynamic : Dinamika dari seala sesuatu yan menalir. Ditinjau dari istilah di atas, CFD bisa berarti suatu teknoloi komputasi yan memunkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat yan menalir. Secara definisi, CFD adalah ilmu yan mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya denan menyelesaikan persamaan - persamaan matematika model matematika. Dan Fluent adalah salah satu jenis proram CFD yan menunakan metode elemen hina dan Fluent jua menyediakan fleksibilitas mesh yan lenkap, sehina dapat menyelesaikan kasus aliran fluida denan mesh rid yan tidak

10 terstruktur sekalipun denan cara yan relatif mudah. enunaan CFD umumnya berhubunan denan keempat hal berikut: 1. Studi konsep dari desain baru. enembanan produk secara detail 3. nalisis keaalan atau troubleshootin 4. Desain ulan.7.1 roses simulasi CFD ada uumnya terdapat tia thapan yan harus dilakukan ketika kita melakukan simulasi CFD, yaitu: a re-processin Komponen pre-processor merupakan komponen input dari permasalahan aliran ke dalam proram CFD denan menunakan interface yan memudahkan operator, berfunsi sebaai transformer input berikutnya ke dalam bentuk yan sesuai denan pemecahan oleh solver. ada tahapan pre-processor, dapat dilakukan hal-hal sebaai berikut: 1 mendefinisikan eometri daerah yan dikehendaki perhitunan domain ; pembentukan rid mesh pada setiap domain; 3 pemilihan fenomena kimia dan fisik yan dibutuhkan; 4 menentukan sifat-sifat fluida konduktivitas, viskositas, panas jenis, massa jenis dan sebaainya ; 5 menentukan kondisi batas yan sesuai denan keperluan. Ketepatan aliran dalam eometri yan dibentuk dalam CFD ditentukan oleh jumlah sel di dalam rid yan dibanun. Semakin besar jumlah sel, ketepatan atau ketelitian dari hasil pemecahan semakin baik. Mesh optimal tidak harus selalu seraam, dapat dilakukan denan memperhalus mesh pada baian yan memiliki variasi cukup besar dan semakin kasar untuk baian yan relatif tidak banyak menalami perubahan.

11 b Solvin roses pada solver merupakan proses pemecahan secara matematika dalam CFD denan software FLUENT Metode yan diunakan adalah metode volume hina finite volume yan dikembankan dari metode beda hina finite difference khusus..7. enunaan CFD Fluent pada ompa Sentrifual ada pompa sentrifual, yan dapat dianalisa oleh CFD Fluent ini adalah airan fluidanya, dimana denan CFD Fluent ini kita dapat mensimulasikan vektor - vektor kecepatan yan terjadi pada impeler dan rumah keon pompa tersebut. CFD Fluent jua dapat mensimulasikan distribusi tekanan yan terjadi dalam pompa tersebut. asil simulasi aliran fluida ini adaah ambaran aliran fluida nantinya yan terjadi di lapanan. ada ambar. dan ambar.3 merupakan contoh hasil dari simulasi pompa sentrifual. Gambar. asil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yan terjadi

12 Gambar.3 asil simulasi untuk distribusi tekanan yan terjadi