ABSTRACT. Keywords: electromagnetic Pump, Discharge, pressure, Flow and Power of the pump. ABSTRAK

Transkripsi

1 EXPERIMENT ALAT SIMULATOR RADIATOR UNTUK PERHITUNGAN DAYA PENGGERAK POMPA SENTRIFUGAL TERHADAP LAJU ALIRAN FLUIDA Oleh Fajar Fransiskus Simatupang ( ) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik ABSTRACT Experiments on Denso radiator simulator tool 640-Bz00 using a special type of centrifugal pump that the electromagnetic type aims to calculate the driving power generated on centrifugal pump with valve openings comparison of full valve opening, the valve openings ½ and ¼ valve openings.experimental results indicate changes in temperature 30 0 c valve opening, the valve openings for full suction pressure obtained with exhaust pressure that is 2000 kg. f/, on a flow rate of 2 litres/minute, then had obtained a pump power 53 W. at the opening of the valve of the suction pressure obtained ½ equal to 400 kg. f/, on a flow rate of 6 liters/minute, then had obtained a pump power 6 W. Whereas at the opening of the valve of the suction pressure is obtained same ¼ with pressure waste that is 600 kg. f/, at a flow rate of 3 liters/minute, then had obtained a pump power 6 w. Keywords: electromagnetic Pump, Discharge, pressure, Flow and Power of the pump. ABSTRAK Eksperimen pada alat simulator radiator Denso 640-Bz00 menggunakan Pompa Sentrifugal jenis khusus yaitu jenis elektromagnetik bertujuan untuk menghitung daya penggerak yang dihasilkan pada pompa sentrifugal dengan perbandingan bukaan katup dari bukaan katup penuh, bukaan katup ½ dan bukaan katup ¼. Hasil eksperimen menunjukkan perubahan bukaan katup pada suhu 30 0 c, untuk bukaan katup penuh diperoleh tekanan isap sama dengan tekanan buang yaitu 2000 kg.f/, pada laju aliran 2 liter/menit, maka didapat daya yang diperoleh pompa sebesar 53 W. Pada bukaan katup ½ diperoleh tekanan isap sama dengan tekanan buang yaitu 400 kg.f/, pada laju aliran 6 liter/menit, maka didapat daya yang diperoleh pompa sebesar 6 W. Sedangkan pada bukaan katup ¼ diperoleh tekanan isap sama dengan tekanan buang yaitu 600 kg.f/, pada laju aliran 3 liter/menit, maka didapat daya yang diperoleh pompa sebesar 6 W. Kata kunci : Pompa elektromagnetik, Debit Aliran, Tekanan, dan Daya Pompa.

2 PENDAHULUAN Dalam pembuatan alat simulator radiator sebagai bentuk eksperimen. Dan team membuat alat simulator radiator agar dapat digunakan dan dimanfaatkan sebagai praktikum dari landasan teori yang sudah dipelajari. Pada bagian pembahasan penulis, akan membahas tentang pompa sentrifugal dari hasil analisis alat simulator. Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari satu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari satu tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi melalui sistem pemipaan dan berlangsung secara terus-menerus. Pompa beroperasi dengan megadakan perbedaan tekanan antara bagian masuk menjadi energi fluida yang bergerak (sumber tenaga) dan bagian keluar, untuk mengalirkan energi fluida yang akan mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang proses. Impeler dipasang pada poros pompa yang berhubungan dengan motor pengerak, biasanya motor listrik atau motor bakar. Poros pompa akan berputar apabila penggeraknya berputar. Karena poros pompa berputar impeler dengan sudu-sudu impeler berputar, zat cair yang ada di dalamnya akan ikut berputar sehingga tekanan dan kecepatannya naik dan terlempar dari tengah pompa ke saluran yang berbentuk volut atau spiral kemudian ke luar melalui nosel. Klasifikasi atau pengelompokkan pompa dapat ditinjau dari beberapa aspek yaitu menurut jenis, bentuk, dan cara kerja pompa itu sendiri. A. Positive Displacement Pump atau Pompa Perpindahan Positif Jenis Positive Displacement Pump atau Pompa Perpindahan Positif : Pompa Rotary atau Pompa Berputar Berdasarkan desainnya, pompa rotary dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Screw Pumps atau Pompa Sekrup Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi terbagi atas beberapa bagian, yaitu: External Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi Luar Internal Gear Pumps atau Pompa Roda Gigi Dalam Lobe Pumps atau Pompa Cuping Vane Pumps atau Pompa Baling-baling Pompa Rotary atau Pompa Berputar Berdasarkan desainnya, pompa rotary dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Pompa Piston Pompa Torak B. Pompa Dinamik Jenis Pompa Dinamik : Pompa Aksial Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal ini mempunyai tujuan untuk mengubah energi dari suatu pemindah utama (motor electric atau turbin) menjadi kecepatan atau energi kinetik dan kemudian menjadi energi tekanan dari suatu fluida yang dipompakan. Perubahan energi terjadi melalui sifat dari kedua bagian utama pompa, impeller dan volute atau diffuser. Impeller adalah bagian yang berotasi (berputar) yang mengubah energi menjadi energi kinetik. Volute dan diffuser adalah bagian yang stationer (tidak bergerak) yang mengubah dari kinetik menjadi tekan. 2

3 Pada Re < 2300, aliran bersifat laminer. Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen. Pada Re = terdapat daerah transisi, dimana aliran dapat bersifat laminer atau turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran. Gambar 2.7 Pompa Sentrifugal Head Pompa H = p γ + v2 2g + z Dimana : H = Head total pompa (m) p = Tekanan (N ) γ = Berat jenis zat cair (N m 3 ) v = Kecepatan (m s) g = Percepatan gravitasi (9,8 m s 2 ) z = Head Potensial (N m 3 ) Head Losses (Kerugian Head) Hloss = Hgesekan + Hsambungan V = Q A V = Kecepatan Aliran (m/s) A = Luas Penampang ( ) A = π. 4 (D)2 D = Diameter Pipa (m) Q = Debit Aliran (m 3 s) h f = f L V 2 D 2g = 64 L V 2 Re D 2g f = Koefesien kerugian gesek g = Percepatan gravitasi (9,8 m s 2 ) D = Diameter pipa (m) V = Kecepatan aliran ( m s) L = Panjang pipa (m) h f =Koefisen gesekan (m) Head kerugian gesek dalam pipa (Hgesekan) V. d R e = ν Re = Bilangan Reynolds (tak berdimensi) V = Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa ( m s) ν = Viskositas kinematik zat cair ( s) D = Diameter dalam pipa (m) Kekasaran Relatif ε D ε = Kekasaran permukaan di dalam pipa (feet) D = Diameter pipa (m) Tabel 2.2 Nilai Kekasaran Permukaan Pipa 3

4 Fitting Types K Standard (R/D = ) Elbow Long Radius (R/D =.5) Elbow Standard (R/D = ) 0.75 Curved Long Radius (R/D =.5) 0.45 Gambar 2.23 Diagram Moody Tee, as Elbow Entering in run Kerugian head pada belokan, sambungan dan katup h e = K v2 2g Tee, as Elbow Entering in branch K= Koefisien pada belokan, sambungan dan katup v = Kecepatan rata-rata di pipa ( m s) g = Percepatan gravitasi (9,8 m s 2 ) h e = Kerugian head pada belokan, sambungan dan katup (m) Tabel 2.3 Harga Koefisien Tahanan Pipa Pada Berbagai Macam Fitting Coupling 0.04 Union 0.04 Fully Open 0.7 Gate valve 3/4 Open 0.9 4

5 Globe valve, Bevel Seat Water meter /2 Open 4.5 /4 Open 24 Fully Open 6 /2 Open 9.5 Disk 7 Flowmeter dq dw ( p + v 2 γ 2g + z ) + f. l. v2 v2 + K. d 2g 2g = Temperatur ( 0 c) = Energi yang dihasilkan (J/s) ρ = Massa Jenis Fluida (kg/m 3 ) Q = Debit Aliran (m 3 s) p = Tekanan Fluida (kg/c ) z = Beda Ketinggian (m) g = Percepatan gravitasi (9,8 m/s 2 ) γ = Berat air per satuan volume (kn m 3 ) v = Kecepatan (m/s) Penerapan Bernoulli untuk persamaan energi terhadap kerugian head Dengan menggunakan rumus penerapan Bernoulli untuk persamaan energi terhadap kerugian head, dapat dinyatakan seperti dibawah ini: dq dw = ṁ (e 2 e ) + Σ h f + Σh m Rumus ini dapat dihitung dengan mengeluarkan setiap variabel untuk mencari laju aliran air yang terjadi pada pompa sentrifugal, dikarenakan adanya tekanan dan daya yang dihasilkan, sehingga dapat dijabarkan dari rumus diatas, sebagai berikut : dq dw = ρ. Q (p 2 γ + v 2 2 2g + z 2) NPSHr (NPSH yang diperlukan) NPSHr H Dimana : H = Head aktual per tingkat pompa = Bilangan Kavitasi Thoma NPSHa (NPSH yang tersedia) NPSHa = ( P a P v ) ± h γ s h f Pa = Tekanan Atmosfer (N/ ) Pv = Tekanan Uap Jenuh (N/ ) hs = Head Isap Statis (m) (+) untuk kondisi pompa di bawah permukaan cairan yang dihisap (-) untuk kondisi pompa di atas permukaan cairan yang dihisap h f = Tinggi tekan yang hilang akibat gesekan (m) = Berat Jenis Fluida (N/m 3 ) = h 4 N 4 / 3 sq h = Efisiensi Hidrolis Pompa Nsq= Kecepatan Spesifik Kinematis 5

6 Agar pompa dapat beroperasi dengan aman dan terhindar dari peristiwa kavitasi, maka sebagai syarat utama adalah harga NPSH yang tersedia (NPSHa) harus lebih besar daripada NPSH yang diperlukan (NPSHr). METODOLOGI PENELITIAN Data-data yang dikumpulkan dari analisa ini dilakukan dengan kondisi pompa dihidupkan. Debit aliran air yang mengalir dari penampung ke heater dapat disesuaikan dengan globe valve dan gate valve.. Dapat dilihat pada gambar 3.4 untuk pengaturan bukaan katup atau disebut juga kran dan data-data tersebut dikumpulkan dengan perbandingan bukaan kran, sebagai berikut:. Bukaan Katup Penuh P = 0,2 Kg. f c, P2 = 0,2 Kg. f c, Q = 2 liter/menit. 2. Bukaan Katup ½ P = 3 cmhg = 0,04 Kg. f c, P2 = 0,04 Kg. f c, Q = 6 liter/menit. 3. Bukaan Katup ¼ P = 5 cmhg = 0,06 Kg. f c, P2 = 5 cmhg = 0,06 Kg. f c, Q = 3 liter/menit. Gambar 3.2 Sketsa Tiga Dimensi Sistem Kerja Simulator Radiator Gambar 3. Skema Sistem Kerja Simulator Radiator 6

7 HASIL DAN PEMBAHASAN Bukaan Katup Penuh P = 995 kg m 3 x 0,2 x 0 3 m3 s x 9,8 m s 2 x 0,94 m dq dw = ṁ (p 2 γ + v K. v2 2g 2g + z 2) ( p γ + v 2 2g + z ) + f. l d. v2 2g dq dw = ṁ (p 2 γ p 2 γ ) + (v 2 2g v 2 2g ) + (z 2 z ) + f. l d. v2 v2 + K. 2g 2g 0 dw = ṁ (p 2 γ p 2 γ ) + (v 2 2g v 2 2g ) + (z 2 z ) + f. l d. v2 v2 + K. 2g 2g ṁ = dw = (p 2 γ p 2 γ ) + (v 2 2g v 2 2g ) + (z 2 z ) + f. l d. v2 v2 + K. 2g 2g Nilai dari dw = Head pompa, jadi dapat dijabarkan: ṁ = dw = ( 2000 Kg. f 995,65 Kg. f ( (2,8 m s) 2 2 x 9,8 m s 2 0,4 m 0,027 x (2,8 m s) 2 2 x 9,8 m s 2 x (0,74 m s) 2 0,09 x 9,8 m s ,79 x (0,74 m s) 2 2 x 9,8 m s 2 ṁ = dw 2000 Kg. f 995,65 Kg. f ) + ) +(0,65 m 0,27 m) + = (0) + (0) + (0,38 m) + 0,04 m + 0,52 m = 0,94 m Untuk mencari daya penggerak pompa terlebih dahulu satuan diubah menjadi energi, maka didapat daya pompa yang dicari dengan memindahkan variabel dw dengan memasukkan nilai ṁ, sehingga didapat persamaan dibawah ini : P = ṁ x dw P = ρ. Q. g x dw P = 995 kg m 3 x 0,0002 m3 s x 9,8 m s 2 x 0,94 m kg. m2 P =,784 =,784 W. s s 2 =,784 W x 30 s = 53,52 W Bukaan Katup ½ Nilai dari dw = Head pompa, jadi dapat dijabarkan: ṁ = dw = ( 400 Kg. f 995,65 Kg. f 400 Kg. f 995,65 Kg. f ) + ( (,4 m s) 2 2 x 9,8 m (,4 m s) 2 s 2 2 x 9,8 m ) + (0,65 m 0,27 m) + s 2 0,4 m 0,033 x 0,09 m x (0,357 m s) 2 2 x 9,8 m s 2 +28,62 x (0,357 m s) 2 2 x 9,8 m s 2 ṁ = dw = (0) + (0) + (0,38 m) + 0,004 m + 0,7 m = 0,555 m Untuk mencari daya penggerak pompa terlebih dahulu satuan diubah menjadi energi, maka didapat daya pompa yang dicari dengan memindahkan variabel dw dengan memasukkan nilai ṁ, sehingga didapat persamaan dibawah ini : P = ṁ x dw P = ρ. Q. g x dw P = 995 kg m 3 x 0, x 0 3 m3 s x 9,8 m s 2 x 0,555m P = 995 kg m 3 x 0,000 m3 s x 9,8 m s 2 x 0,555m 7

8 kg. m2 P = 0,54 = 0,54 W. s Bukaan Katup ¼ s 2 = 0,54 W x 30 s = 6,23 W Nilai dari dw = Head pompa, jadi dapat dijabarkan: ṁ = dw = ( 600 Kg. f 995,65 Kg. f ( (,42 m s) 2 2 x 9,8 m (,42 m s) 2 s 2 2 x 9,8 m ) s 2 + (0,65 m 0,27m) + 0,4 m 0,04 x 0,09 m x (0,785 m s) 2 2 x 9,8 m s 2 +38,62 x (0,785 m s) 2 2 x 9,8 m s 2 ṁ = dw = (0) + (0) + (0,38 m) + 0,002 m + 0,057 m = 0,438 m 600 Kg. f 995,65 Kg. f ) + Untuk mencari daya penggerak pompa terlebih dahulu satuan diubah menjadi energi, maka didapat daya pompa yang dicari dengan memindahkan variabel dw dengan memasukkan nilai ṁ, sehingga didapat persamaan dibawah ini : P = ṁ x dw P = ρ. Q. g x dw P = 995 kg m 3 x 0,05 x 0 3 m3 s x 9,8 m s 2 x 0,438 m P = 995 kg m 3 x 0,00005 m3 s x 9,8 m s 2 x 0,438 m kg. m2 P = 0,23 = 0,23 W. s s 2 = 0,23 W x 30 s = 6,4 W Hasil Perhitungan Tabel 4. Hasil Perhitungan No Katup Bukaan Penuh Bukaan ½ Bukaan ¼ Debit Aliran Grafik 4. Hasil Perhitungan Pembahasan Re h f (m) Daya Pompa 0,0002 m 3 /s ,04 m 53 W 0,000 m 3 /s ,004 m 6 W 0,00005 m 3 /s ,002 m 6 W Hasil Perhitungan Bukaan Katup Penuh Bukaan Katup Setengah Bukaan Katup Seperempat Dari perbandingan ketiga uji coba yang dilakukan dari bukaan katup terlihat bahwa besarnya debit aliran mempengaruhi kinerja daya penggerak pompa yang dihasilkan dengan suhu 30 o C, berbanding terbalik dengan kecepatan aliran yang terjadi pada saat fluida mengalir lebih kecil, dikarenakan adanya hambatan yang terjadi pada saat katup ditutup setengah dan katup ditutup seperempat. Hasilnya kecepatan aliran pada saat dibuka penuh lebih besar dibanding dengan ditutup setengah dan seperempat yang akan mempengaruhi nilai koefisien gesekan dan nilai koefisien tahanan dari sambungan, maka nilai daya penggerak pompa lebih kecil pada saat katup ditutup 8

9 setengah dan seperempat. Debit Aliran mempengaruhi kinerja Daya Penggerak Pompa SIMPULAN Berdasarkan hasil analisa dan pengujian, maka didapat simpulan untuk daya penggerak pompa yang dihasilkan untuk mengalirkan fluida dalam satu siklus akibat perubahan bukaan katup sebagai berikut : a) Perbandingan Ketiga Uji Coba Bukaan Katup Maka dapat disimpulkan bahwa dari hasil uji coba yang dilakukan dan pengambilan data serta perhitungan dengan rumus yang digunakan didapat daya penggerak pompa sentrifugal lebih besar pada saat kinerja pompa awal bekerja karena aliran konstan tanpa adanya hambatan yang terjadi untuk menghisap fluida dari penampung, dibandingkan pada saat katup ditutup ½ dan ditutup ¼. Hasil pada percobaan pertama pada saat bukaan katup penuh menghasilkan daya pompa sebesar 53 W, pada percobaan kedua nilai daya pompa sebesar 6 W pada saat katup ditutup ½ dan pada percobaan ketiga nilai daya pompa sebesar 6 W pada saat katup ¼, perubahan daya akibat adanya perubahan debit aliran disebabkan adanya hambatan yang terjadi pada katup, sehingga kecepatan aliran yang mengalir nilainya kecil, dikarenakan nilai koefisien tahanan pada katup dan sambungan memiliki nilai yang bervariasi, dapat dilihat pada tabel 2.3 pada saat katup terbuka penuh, pada saat katup ditutup ½ dan pada saat katup ditutup ¼, dan mempengaruhi nilai koefisien gesekan yang lebih besar pada saat katup ditutup ½ dan ditutup ¼ dibanding katup terbuka penuh, menghasilkan debit aliran yang bervariasi pada percobaan pertama pada saat katup terbuka penuh menghasilkan debit sebesar 0,2 x 0 3 m 3 /s, pada percobaan kedua sebesar 0, x 0 3 m 3 /s pada saat katup ditutup ½ dan percobaan ketiga sebesar 0,05 x 0 3 m 3 /s, sehingga mempengaruhi kecepatan aliran dari hasil percobaan yang dilakukan, dari kecepatan aliran sebesar 0,74 m/s pada saat bukaan penuh percobaan pertama, pada percobaan kedua kecepatan aliran sebesar 0,357 m/s pada saat katup ditutup ½ dan pada percobaan ketiga kecepatan aliran sebesar 0,785 m/s pada saat katup ditutup ¼. Hasil akhir dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran lebih kecil pada saat katup ditutup ½ dan ¼ dibanding pada saat katup terbuka penuh dan mempengaruhi kinerja daya yang dihasilkan pompa. b) Hasil Temperatur dari Percobaan Pada Suhu 80 0 dan 90 0 Bahwa kecepatan aliran udara yang semakin tinggi menjadikan nilai efektifitas radiator semakin meningkat sehingga dengan kata lain kecepatan aliran udara berpengaruh terhadap pendinginan radiator. Hal ini ditandai dengan peningkatan suhu Tc2, peningkatan tersebut menjadikan nilai efektifitas semakin tinggi. Bahwa kecepatan aliran udara yang semakin tinggi menjadikan nilai LMTD semakin menurun. Hal ini ditandai dengan peningkatan suhu Tc2, peningkatan tersebut menjadikan nilai LMTD menurun. Pengambilan data pada suhu 90 o C juga terlihat bahwa nilai efektifitas radiator untuk kecepatan aliran udara 5 m/s dengan nilai efektifitas 0,447 merupakan nilai efektifitas tertinggi dibandingkan dengan nilai efektifitas kecepatan aliran udara yang lainnya. Pada kecepatan aliran udara 0 m/s nilai efektifitasnya 0,5, kecepatan aliran udara 2 m/s nilai efektifitasnya 0,237, kecepatan aliran udara 3,5 m/s nilai efektifitasnya 0,354. 9

10 Pengambilan data pada suhu 90 o C juga terlihat bahwa nilai LMTD untuk kecepatan aliran udara 0 m/s dengan nilai LMTD 55,23 merupakan nilai LMTD tertinggi dibandingkan dengan nilai LMTD kecepatan aliran udara yang lainnya. Pada kecepatan aliran udara 2 m/s nilai LMTDnya 50,622, kecepatan aliran udara 3,5 m/s nilai LMTDnya 45,582, kecepatan aliran udara 5 m/s nilai LMTDnya 40,852. Pengambilan data pengujian dengan penahanan suhu 90 o C, terjadi peningkatan nilai efektifitas yang signifikan pada suhu diantara 80 o C dan 90 o C. Pada nilai LMTD terjadi penurunan nilai LMTD yang cukup signifikan pada suhu diantara 80 o C dan 90 o C. DAFTAR PUSTAKA. Edward, Hick. (996). Teknologi Pemakaian Pompa. Jakarta: Erlangga. 2. Giles, Ranald. (993). Mekanika Fluida Dan Hidraulika; Soemitro; Herman Widodo; Schaum. Jakarta: Erlangga. 3. Karassik, I.J. (976). Pump Handbook. Mc.Graw-Hill Book Company. New York. 4. Khurmi R.S.Gupta dan Gupta J.k, (982). A text book of machine design. Eurasia publishing house LTD; Rem Nagar. New Delhi. 5. Streeter,Victor L;Wylie,E.Benjamin. Mekanika Fluida; Prijono, Arko.Jakarta. 6. Sularso, Tahara. Pompa dan Kompresor; Pradya Paramitha. 7. Tyler, H., G., Edwadrs, T. (97). Pump Application Engneering. McGraw-Hill: Singapore. 0