LABORATORIUM SATUAN OPERASI

Transkripsi

1 LABORATORIUM SATUAN OPERASI SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN MODUL : Pompa Sentrifugal PEMBIMBING : Ir. Unung Leoanggraini, MT Praktikum : 10 Maret 2014 Penyerahan : 17 Maret 2014 (Laporan) Oleh : Kelompok : I (satu) Nama : 1. M. Iqbal Aulia A, Nabilah Hasna P, Naura Agustina, Pria Gita Maulana, Kelas : 2A PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2014

2 I. TUJUAN PERCOBAAN Menentukan karakteriistik pompa sentrifugal dengan : a. Kurva hubungan antara head pompa (H pompa) Vs laju alir Q b. Kurva hubungan antara daya dynamo pompa No Vs laju alir Q c. Kurva hubungan antara efisien pompa η Vs laju alir Q II. DASAR TEORI Pompa sentrifugal merupakan alat pemindah fluida dengan menggunakan gaya sentrifugal yang diakibatkan gerak putar impeler. Seluruh impeler berputar dalam rumah pompa (chasing) dengan kecepatan tinggi, sehingga memberikan percepatan pada fluida yang dialirkan. Energi yang ditransfer dari motor penggerak ke impeler melalui percepatan sentrifugal. Fluida yang dialirkan dikonversikan menjadi energi kinetik dan energi tekan. Tinggi tekan (head) yang dicapai suatu pompa tergantung pada putarannya, diameter, dan bentuk lengkungan impeler. Karena tinggi tekan pompa terbatas, maka dengan menghubungkan beberapa impeler saling berurutan pada suatu poros akan didapatkan tinggi tekan yang lebih besar. Pompa sentrifugal tidak dapat menghisap sendiri, hal ini disebabkan oleh konstruksinya. Pompa ini tidak memiliki chek valve dalam keadaan diam, cairan mengalir ke tangki yang besar. Bila pompa dioperasikan dalam keadaan kosong, vakum yang dihasilkan tidak cukup untuk mengisap fluida yang dialirkan masuk ke rumah pompa. Pompa sentrifugal pada saat mulai dipakai harus dipenuhi cairan, hal ini dilakukan dengan jalan membuka valve tekan. Dengan cara ini cairan bisa mengalir kembali ke saluran tekan (discharge) dengan : Vd = Kecepatan linier fluida pada pipa discharge (m/s) Vs = Kecepatan linier pada pipa suction (m/s) g = Percepatan gravitasi bumi (m/s2) Z = Perbedaan tinggi pengukuran suction dan discharge (m) = 0,3 m

3 Menurut hukum Kontinuitas untuk fluida inkompressibel (tak dapat dimanfaatkan dan densitas tetap) berlaku: [ ] [( ) ] dengan, Ds = diameter pipa suction (0,049 m) Dd = diameter pipa discharge (0,039 m) * + As = ( ) dengan, As adalah luas lubang pipa suction (cross section area suction) [( ) ] ( ) ( ) Velocity Head Correction (VHC) Daya Hidrolik/Hydraulic Power (Nh) ( ) dengan, Uw: densitas air (1000 kg/m 3 ) Daya Dinamometer Output Point (No) dengan, W: Beban Kesetimbangan Dinamometer (kg) L: Panjang lengan torsi (200 mm = 0,2 m) n: Kecepatan putar dinamomter (rad/sec) N: Kecepatan putar dinamometer (Rpm) Daya yang dibutuhkan pompa (Np) sama dengan daya yang hilang karena transmisi (Nt), dengan Nt antara W

4 Efisiensi Pompa (η) Keterangan: Hm: H 1 H 2 (perbedaan tinggi manometer suction-discharge) (m) Hd: head pada discharge (m) Hs: head pada suction (m) W: Berat beban kesetimbangan dinamometer (kg) VHC: (Velocity Head Correction) H: Head pompa (mwg) III. ALAT DAN BAHAN a. Alat Pompa sentrifugal Manometer air raksa 1000 mm dan 500 mm Manometer pressure gauge Venturi Sumptank Storage tank Stopwatch Anak timbangan b. Bahan Air

5 IV. PROSEDUR KERJA Isi Storage tank dengan air sebanyak 2/3 bagian Tutup valve pipa suction Isi chasing dengan air sampai penuh dengan cara membuka valve tekan hubungkan motor pompa dengan arus listrik hidupkan switch motor pompa bersamaan dengan valve pada pipa suction atur putaran pompa 1000 rpm<n<2000 rpm buka valve yang menghubungkan manometer, kemudian tutup kembali untuk mengeluarkan udara yang ada dalam pipa-pipa pastikan fluida dalam kondisi steady state dan permukaan raksa pada manometer sama buat kurva kalibrasi dengan cara: mengubah debit pada pompa dan membaca perbedaan tinggi air raksa Ukur kapasitas pompa dengan membaca pada level control sumptank catat waktu dengan stopwatch Catat data yang harus diolah: perbedaan tinggi permukaan air raksa (H1 dan H2) Hd dan Hs pada pressure gauge dan W (beban) untuk menyeimbangkan dinamometer Ulangi dengan variasi Rpm dan bukaan valve

6 V. DATA PENGAMATAN a. Kalibrasi antara Q dan H No. Volume (L) T (det) H Venturi 1 0, ,05 19, ,05 18, ,05 17, ,05 15, ,05 14,1 45 b. Data per rpm 1000 rpm P Venturi Pompa Berat Penyeimbang HS HD Buka Penuh ,4 0,2 0 Tutup ,6 0,21 0 Tutup , rpm P Venturi Pompa Berat Penyeimbang HS HD Buka Penuh ,5 0,3 0 Tutup ,6 0,3 0 Tutup ,2 0,4 0, rpm P Venturi Pompa Berat Penyeimbang HS HD Buka Penuh ,1 0,4 0,5 Tutup ,3 0,5 Tutup ,9 0,4 0, rpm P Venturi Pompa Berat Penyeimbang HS HD Buka Penuh ,3 0,4 0,5 Tutup ,8 0,4 0,5 Tutup ,5 0,5 0, rpm P Venturi Pompa Berat Penyeimbang HS HD Buka Penuh ,6 0,6 0,9 Tutup ,7 0,4 0,5 Tutup ,64 0,5 0, rpm P Venturi Pompa Berat Penyeimbang HS HD Buka Penuh ,1 0,7 1 Tutup ,1 0,7 1,5 Tutup ,9 0,7 1,2

7 VI. PENGOLAHAN DATA a. Kalibrasi antara Q dan H No. Volume (m3) T (det) H Venturi Q (m3/s) 1 0, , ,05 19,3 20 0, ,05 18,5 25 0, ,05 17,8 30 0, ,05 15,6 35 0, ,05 14,1 45 0, Kurva Kalibrasi y = 16194x R² = Kurva Kalibrasi Linear (Kurva Kalibrasi)

8 b. Perhitungan hubungan antara Q dan H 1000 rpm H Laju Alir (m3/det) Venturi (m) Pompa (mm) 1 2 Rata-rata W (kg) HS (mwg) HD (mwg) L (m) Buka Penuh , ,002 0, ,736 0,2 0 0,2 Tutup , , , ,633 0,21 0 0,2 Tutup , , , ,6294 0,21 0 0, rpm H Laju Alir (m3/det) Venturi Pompa 1 2 Rata-rata W (kg) HS (mwg)hd (mwg) L (m) Buka Penuh , , , ,738 0,3 0 0,2 Tutup , , , ,680 0,3 0 0,2 Tutup , , , ,617 0,4 0,3 0, rpm H Laju Alir (m3/det) Venturi (m) Pompa (mm) 1 2 Rata-rata W (kg) HS (mwg) HD (mwg) L (m) Buka Penuh , , , ,921 0,4 0,5 0,2 Tutup , , , ,916 0,3 0,5 0,2 Tutup , , , ,868 0,4 0,5 0, rpm H Laju Alir (m3/det) Venturi (m) Pompa (mm) 1 2 Rata-rata W (kg) HS (mwg)hd (mwg) L(m) Buka Penuh , , , ,860 0,4 0,5 0,2 Tutup , , , ,859 0,4 0,5 0,2 Tutup , , , ,845 0,5 0,5 0, rpm H (mm) Laju Alir (m3/det) Venturi Pompa 1 2 Rata-rata W (kg) HS (mwg) HD (mwg) L (m) Buka Penuh , , , ,124 0,6 0,9 0,2 Tutup , , , ,020 0,4 0,5 0,2 Tutup , , , ,946 0,5 0,8 0, rpm H Laju Alir (m3/det) Venturi Pompa 1 2 Rata-rata W (kg) HS (mwg) HD (mwg) L (m) Buka Penuh , , , ,382 0,7 1 0,2

9 Head Pompa (ΔH) Head Pompa (ΔH) Head Pompa (ΔH) Kurva Head Pompa (ΔH) vs Laju Alir y = x R² = rpm Linear (1000 rpm) Kurva Head Pompa (ΔH) vs Laju Alir y = x R² = rpm Linear (1100 rpm) Kurva Head Pompa ( H) vs Laju Alir y = x R² = rpm Linear (1200rpm)

10 Head Pompa ( H) Head Pompa (ΔH) Head Pompa (ΔH) Kurva Head Pompa (ΔH) vs Laju Alir y = x R² = rpm Linear (1300rpm) Kurva Head Pompa (ΔH) vs Laju Alir y = x R² = rpm Linear (1400 rpm) Kurva Head Pompa ( H) vs Laju Alir y = x R² = rpm Linear (1600 rpm)

11 c. Hubungan daya dinamo pompa (No) vs laju alir (Q) 1000 rpm ΔH Pompa (mm) Q (m3/detik) N 0 (watt) N p (watt) N h (watt) η (%) Buka Penuh 65 0, ,906 25,906 1,329 5,13 Tutup , ,858 4,858 1,495 30,78 Tutup , ,119 4,119 1,331 32, rpm ΔH Pompa (mm) Q (m3/detik) N 0 (watt) N p (watt) N h (watt) η (%) Buka Penuh 115 0, ,583 41,583 2,943 7,08 Tutup , ,359 28,359 2,837 10,00 Tutup , ,120 14,120 2,760 19, rpm ΔH Pompa (mm) Q (m3/detik) N 0 (watt) N p (watt) N h (watt) η (%) Buka Penuh 125 0, , ,753 3,632 3,57 Tutup , , ,497 3,446 3,43 Tutup , ,656 88,656 3,711 4, rpm ΔH Pompa (mm) Q (m3/detik) N 0 (watt) N p (watt) N h (watt) η (%) Buka Penuh 135 0, , ,301 4,085 3,92 Tutup , , ,954 4,349 4,18 Tutup , , ,434 3,963 3, rpm ΔH Pompa (mm) Q (m3/detik) N 0 (watt) N p (watt) N h (watt) η (%) Buka Penuh 150 0, , ,704 5,058 2,56 Tutup , , ,846 4,813 2,87 Tutup , , ,610 2,830 1, rpm ΔH Pompa (mm) Q (m3/detik) N 0 (watt) N p (watt) N h (watt) η (%) Buka Penuh 190 0, , ,653 7,137 2,17 Tutup , , ,692 7,175 2,35 Tutup , , ,398 4,920 1,78

12 Daya Dinamo Pompa (N 0 ) Daya Dinamo Pompa (N 0 ) Daya Dinamo Pompa (N0) Kurva N 0 vs Q y = 31874x R² = rpm Linear (1000 rpm) Kurva N 0 vs Q y = 75188x R² = rpm Linear (1100 rpm) Kurva N 0 vs Q y = 27278x R² = rpm Linear (1200 rpm)

13 Daya Dinamo pompa (N 0 ) Daya Dinamo Pompa (N 0 ) Daya Dinamo Pompa (N 0 ) Kurva N 0 vs Q y = x R² = rpm Linear (1300 rpm) Kurva N 0 vs Q y = 25746x R² = rpm Linear (1400 rpm) Kurva N 0 vs Q y = 31913x R² = rpm Linear (1600 rpm)

14 Efisiensi Pompa η (%) Efisiensi Pompa η (%) d. Hubungan efisiensi pompa (η) dan laju alir (Q) Kurva Efisiensi Pompa (η) vs Q y = x R² = rpm Linear (1000 rpm) Kurva Efisiensi Pompa (η) vs Q y = x R² = rpm Linear (1100 rpm)

15 Efisiensi Pompa η (%) Efisiensi pompa η (%) Efisiensi Pompa η (%) Kurva Efisiensi Pompa (η) vs Q y = x R² = rpm Linear (1200 rpm) Kurva Efisiensi Pompa (η) vs Q y = x R² = rpm Linear (1300 rpm) Kurva Efisiensi Pompa (η) vs Q y = x R² = rpm Linear (1400 rpm)

16 Efisiensi Pompa η (%) Kurva Efisiensi Pompa (η) vs Q y = x R² = rpm Linear (1600 rpm) VII. PEMBAHASAN a. Oleh Muhammad Iqbal Aulia Aristide ( ) Pada praktikum kali ini, alat yang di operasikan adalah Pompa Sentrifugal. Pada kali ini kami melakukan percobaan untuk mengetahui head Pompa, daya dinamo pompa, dan efisiensi pompa dari setiap variasi valve maupun rpm dari pompa tersebut. Variasi dari valve berupa tiga variasi yaitu untuk valve bukaan kran penuh, satu putaran kran lebih kecil, dan dua putaran kran lebih kecil. Sedangkan variasi dari rpm berupa 6 variasi yaitu untuk 1000 rpm, 1100 rpm, 1200 rpm, 1300 rpm, 1400 rpm, dan 1600 rpm. Dari hasil pengamatan H pompa di setiap variasi rpm, seluruhnya memiliki sifat sama yaitu H akan semakin tinggi jika kran diputar semakin kecil. Hal ini disebabkan karena dengan diperkecilnya bukaan kran, maka head yang dicapai akan semakin tinggi. Kemudian untuk daya dinamo pompa (yang diperoleh dari hasil perkalian antara beban kesetimbangan, panjang lengan torsi, dan kecepatan putar) di setiap rpm, juga memiliki sifat sama yaitu daya dinamo akan semakin kecil jika kran diputar semakin kecil. Berbeda dengan head pompa yang semakin besar. Hal ini disebabkan karena beban kesetimbangan yang dibutuhkan semakin kecil seiring diperkecilnya bukaan kran, karena energi yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida semakin kecil. Selanjutnya untuk efisiensi pompa di setiap rpm, akan tidak teratur seiring diubahnya bukaan kran. Hal ini disebabkan karena perbandingan antara

17 daya hidrolik (Nh) dengan daya yang dibutuhkan pompa (Np) tidak konsisten. Daya hidrolik itu sendiri dipengaruhi oleh besarnya head pompa dimana head pompa akan mempengaruhi baik nilai daya hidrolik dan daya yang dibutuhkan pompa. Sedangkan secara umum, variasi rpm mempengaruhi seluruh variabel yang diamati, yaitu laju alir, head pompa, daya dinamo pompa, dan efisiensi pompa. Semakin besar rpm dari pompa tersebut, maka seluruh variabel akan semakin tinggi. Karena setiap variabel dipengaruhi oleh laju alir, dan laju alir pompa sebanding dengan rpm dari pompa tersebut. b. Oleh Nabilah Hasna P ( ) Pompa sentrifugal termasuk alat yang sering ditemui di industri. Pompa sentrifugal memiliki beberapa variabel yang berpengaruh pada proses kinerjanya, antara lain ialah jumlah putaran per menit (rpm), debit, dan tekanan yang berada dalam sistem. Variabel ini harus dikendalikan untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi sehingga lebih menghemat biaya operasionalnya. Pada praktikum saat praktikum, variabel yang divariasikan ialah jumlah putaran per menit (rpm), dan bukaan valve. Bukaan valve dibagi menjadi tiga yaitu bukaan setengah, bukaan satu putaran, dan bukaan penuh. Ketiga variasi bukaan ini dilakukan pada setiap rpm. Perhitungan beban penyeimbang pompa dilakukan untuk mengetahui seberapa banyak beban pompa yang diemban pada setiap variasi rpm dan bukaan valve. Perlakuan yang dilakukan ialah dengan menaruh beban hingga keadaan pompa seimbang atau berada pada garis batas. Proses penyeimbangan ini harus dilakukan secara perlahan (tanpa kedutan), karena bila dilakukan secara tiba-tiba hal yang terjadi ialah kerusakan pada pompa. Pada hasil pengolahan data, dibuat kurva H dan Q. Semakin tinggi debit, semakin rendah H. Hal ini membuktikan bahwa bila pompa di set pada rpm yang stabil, dengan bukaan valve kecil maka kecepatan aliran akan meninggi. Contoh sederhana dalam kehidupan sehari hari ialah selang air yang ditutup setengah pada ujung keluarannya tentu akan memiliki debit yang lebih tinggi.

18 Pada kurva efisiensi dan debit, kurva menunjukkan bahwa semakin tinggi debit maka semakin tinggi efisiensinya. Tingginya aliran debit tentu akan lebih meningkatkan kinerja pompa. Pada industri, aliran debit dalam pipa dapat berkurang akibat adanya hambatan seperti kerak pada pipa. Hal ini akan mempengaruhi efisiensi dan lebih boros dalam penggunaan energi. Simpulan ini juga bersambung dengan kurva daya dinamo dengan debit, Semakin tinggi debit, daya dinamo juga lebih besar untuk dibutuhkan. Jika terdapat hamabatan seperti kerak, daya pompa akan tetap besar namun efisiensi akan menurun sehingga memperbesar resiko kerusakan. Perawatan yang dilakukan untuk memperbsar dan menjaga kinerja pompa untuk bekerja dalam kondisi baik ialah pemastian pada daya pompa dan perawatan pada dinding pipa agar tercegah dari hambatan. c. Oleh Naura Agustina ( ) Proses industri tidak terlepas dengan keberadaan pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal paling sederhana mengandung impeller yang berputar di dalam pompa. Prinsip kerja pompa sentrifugal mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui impeller yang berputar tersebut. Banyak faktor yang memengaruhi efisiensi pompa diantaranya gesekan yang dihasilkan oleh bearing dan komponen mekanis lainnya (seal, stuffing box, dll). Namun impeller dan volute memiliki pengaruh terbesar dalam menghasilkan efisiensi pompa. Pada praktikum ini dicari hubungan antara perbedaan head pompa terhadap laju alir fluida, hubungan daya dinamo dan laju alir, serta hubungan antara efisiensi pompa dan laju alir. Variabel bebas dalam praktikum ini adalah kecepatan rpm dan besar bukaan valve. Variasi kecepatan rpm yang dipakai adalah 1000 rpm, 1100 rpm, 1200 rpm, 1300 rpm, 1400 rpm dan 1600 rpm. Sedangkan variasi bukaan valve yang dipakai adalah bukaan penuh, tutup 1 (ditutup satu putaran), dan tutup 2 (ditutup dua putaran). Dari percobaan yang dilakukan dengan variabel bebas tersebut diperoleh kurva hubungan head pompa terhadap laju alir fluida, hubungan daya dinamo dan laju alir, serta hubungan antara efisiensi pompa dan laju alir. Berdasarkan kurva H vs Q didapatkan penurunan garis kurva. Hal ini

19 disebabkan oleh variasi bukaan valve. Semakin kecil bukaan valve maka laju alir semakin besar, bersamaan dengan itu H semakin kecil. Dari variasi rpm tersebut (1000 rpm, 1100 rpm, 1200 rpm, 1300 rpm, 1400 rpm dan 1600 rpm) di dapatkan persamaan linier berturut-turut adalah y = x + 161,16; y = x + 187,71; y = x + 252,73; y = x + 232,36; y = -7945,9x + 179,37; y = x + 241,98. Pada kurva hubungan antara No dan Q didapatkan garis kurva yang mengalami kenaikan. Kenaikan ini diakibatkan oleh semakin besarnya daya dinamo pompa seiring dengan meningkatnya laju alir. Pada kecepatan rotasi yang sama pada perbedaan kapasitas laju alir akan diimbangi dengan penambahan beban pada dinamometer. Dari variasi rpm didapatkan persamaan linier berturut-turut y = 31874x + 80,195; y = 75188x - 28,839; y = 27278x + 146,52; y = 8940,8x + 201,65; y = 25746x + 224,32; dan y = 31913x + 324,29. Berdasarkan kurva Q dan efisiensi garis, kurva tidak stabil. Pada penambahan debit, efisiensi pompa naik turun. Kecepatan putar dinamometer (rpm) berpengaruh pada laju alir, perbedaan tekanan, dan beban pemberat. Semakin besar kecepatan putar maka laju alir semakin cepat dan beban semakin besar pula. Beban tersebut berpengaruh pada kerja gaya sentrifugal untuk mempercepat putaran impeller. d. Oleh Pria Gita Maulana ( ) Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu fluida dari satu tempat ke tempat lain. Pompa merupakan alat untuk memindahkan fluida yang paling efektif sehingga penggunaannya cukup luas, khususnya pada industri kimia, industri minyak, industri kertas, industri tekstil dan lain-lain. Salah satu jenis pompa yang paling banyak digunakan di industri adalah pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal adalah suatu pompa yang memindahkan cairan dengan memanfaatkan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh putaran impeler. Pompa sentrifugal bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal yaitu benda yang bergerak secara melengkung akan mengalami gaya yang arahnya keluar dari titik pusat lintasan yang melengkung tersebut.

20 Pada praktikum satuan operasi ini adalah mengenai pompa sentrifugal. Tujuan dari praktikum pompa sentrifugal ini adalah mengetahui hubungan antara head pompa dengan laju alir (Q), daya dinamo pompa (N 0 ) dengan laju alir (Q), dan efisiensi pompa (η) dengan laju alir (Q). Dari data percobaan diketahui bahwa semakin besar kapasitas fluida atau laju alir fluida yang dialirkan oleh pompa maka perbedaan head pompa akan semakin kecil. Hal ini dapat dilihat dari kurva hubungan head pompa dengan laju alir atau kapasitas fluida, dimana untuk semua variasi putaran pompa yang diberikan (rpm) perbedaan head pompa semakin kecil ketika laju alir atau kapasitas fluida semakin besar. Hal ini juga terjadi karena adanya pengurangan gaya tekan yang diakibatkan oleh laju alir atau kapasitas fluida yang semakin besar. Kapasitas atau laju alir fluida juga dapat mempengaruhi daya dinamo pompa (N 0 ). Dari data percobaan diketahui bahwa semakin besar kapasitas atau laju alir fluida (Q) maka semakin besar pula daya dinamo pompa (N 0 ). Hal ini terjadi karena daya dinamo pompa dibutuhkan (N 0 ) untuk mengalirkan suatu fluida dari satu tempat ke tampat lain. Ketika kapasitas fluida semakin besar maka pompa membutuhkan energi kinetik yang semakin besar pula untuk mengalirkan fluida tersebut. Sementara itu untuk efisiensi pompa juga dapat dipengaruhi oleh laju alir atau kapasitas fluida dan kecepatan putar dinamo pada pompa (rpm). Dari data percobaan diketahui bahwa semakin besar laju alir atau kapasitas fluida yang dialirkan pompa maka efisiensi cenderung semakin menurun. Hal ini terjadi karena ketika kecepatan putar dinamo pada pompa diperbesar maka laju alir atau kapasitas fluida yang dialirkan pompa akan semakin besar. Laju alir atau kapasitas fluida yang semakin besar menyebabkan daya yang dibutuhkan pompa akan semakin besar pula sehingga kerja pompa akan semakin berat yang menyebabkan efisiensi pompa menurun. VIII. SIMPULAN Pada praktikum kali ini, variasi yang dilakukan pada rpm pompa dan bukaan kran pompa menyebabkan terjadinya variasi pada laju alir, dimana laju alir inilah yang menentukan besar kecilnya perubahan head pompa, daya dinamo pompa, dan

21 efisiensi pompa karena variabel laju alir ini digunakan dalam menentukan nilai head pompa, daya dinamo pompa, dan efisiensi pompa tersebut. IX. DAFTAR PUSTAKA Geankoplis, C.J Transport Process and Unit Operation. Third Edition. New Delhi: Prentice-Hall of India Tim Dosen Satuan Operasi. Petunjuk Praktikum Satuan Operasi. Bandung: Politeknik Negeri Bandung