ANALISA PENGARUH INSTALASI BRANCH LINE SYSTEM TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI POMPA SENTRIFUGAL Deny Andreanto 1, Setyo Nugroho 2,Achmad Bahrul Ulum 3 1 Mahasiswa Sistem Pembangkit Energi, Teknik Mekanika dan Energi PENS 2,3 Dosen Sistem Pembangkit Energi, Teknik Mekanika dan Energi PENS Email: denyandreanto@gmail.com Abstrak Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pada instalasi perpipaan pada pompa terdapat jenis sistem perpipaan yang dikenal dengan branch line system. Branch line system adalah jenis percabangan perpipaan pada pompa yang memiliki fungsi untuk membagi aliran fluida ke dalam beberapa cabang. Pada penelitian ini dirancang sistem branch line pada pompa sentrifugal dengan menggunakan variasi jumlah percabangan, ketinggian dan bukaan valve. Jumlah percabangan adalah sebanyak 3 percabangan dengan ketinggian masing-masing percabangan adalah 1.5 m, 1.8 m, 2.1 m dan menggunakan variasi bukaan valve 100 dan 50. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh branch line system terhadap daya dan efisiensi pompa. Hasil yang didapat adalah pada saat menggunakan sistem branch line efisiensi yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan metode single pipeline dan penggunaan metode branch line system lebih efisien dan efektif dalam hal penggunaan pompa dan sistem perpipaan. Kata kunci : Branch Line System, Daya, Efisiensi, Pompa Sentrifugal 1. Pendahuluan. Kebutuhan akan penggunaan pompa dalam kehidupan sehari-hari semakin meningkat, mulai dari kebutuhan rumah tangga sampai penggunaan dalam kegiatan industri. Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Salah satu jenis pompa yang paling banyak dipakai saat ini adalah jenis pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal memanfaatkan kecepatan dari putaran impeller untuk memberikan tekanan atau energi pada aliran fluida. Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa sentrifugal yang dapat beroperasi optimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yang lama. Salah satu faktor penentu performa pompa adalah instalasi perpipaan. Seringkali terdapat sistem instalasi pompa yang kurang tepat, sehingga mengakibatkan performa pompa 29
FI I-8 FI I-7 tidak maksimal. Pada instalasi perpipaan pada pompa terdapat jenis sistem perpipaan yang dikenal dengan branch line system. Sistem perpipaan jenis ini digunakan untuk memindahkan fluida dari satu reservoir ke beberapa reservoir yang berbeda melalui sebuah media percabangan perpipaan (branch). Penggunaan branch line system sering diaplikasikan pada dunia industri maupun rumah tangga karena dianggap lebih efektif dan efisien. Oleh karena itu penulis ingin mengetahui pengaruh instalasi branch line system terhadap daya dan efisiensi pompa sentrifugal. Dalam instalasinya akan dilakukan dengan pemasangan pompa sentrifugal tunggal dengan jumlah 3 variasi percabangan/branch. Pada perancangan penelitian ini jenis branch line system yang digunakan adalah jenis open ended system. Mulai Studi literatur Perancangan alat uji Branch Line System Integrasi alat ukur (flowmeter, pressure gauge, tachometer, pengukur torsi) Pengujian sistem Pengambilan data Didapat data RPM, torsi, debit dan pressure a Ya Tidak a Pengolahan data Tidak Diketahui nilai Head, Daya dan Efisiensi pada tiap variasi percabangan Analisa dan Pembahasan Kesimpulan Selesai Gambar 2.1 Diagram Alir Penelitian 2.1 Perancangan Branch Line System Pada gambar dibawah ini menampilkan perancangan branch line system. Ya 2. Metodologi Branch C Branch B Branch A Flowmeter Pressure gauge Pressure gauge Pump Flowmeter Reservoir Gambar 2.2 Perancangan sistem Pada perancangan sistem, tinggi branch/percabangan A adalah 150 cm, tinggi branch/percabangan B adalah 180 cm, dan tinggi branch/percabangan C adalah 210 cm. Pressure gauge dipasang pada sisi discharge dan suction untuk mengetahui perbedaan tekanan. 30
Gambar 2.3 Desain sistem 2.2 Pengujian Sistem Alat Uji Branch Line System Tachometer Torsimeter Putaran Mesin (RPM) Pressure Suction & Discharge Torsi Debit Head Loss (Mayor & Minor) Head Total Daya Mekanik Daya Hidrolik Efisiensi Plot Grafik poros pompa (Brake horse power/bhp) didapat dari torsi dan putaran mesin (rpm). Kemudian didapatkan efisiensi pompa dimana efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang diperlukan pompa kepada fluida dengan daya yang diberikan motor listrik kepada pompa. Pengujian dilakukan dengan menggunakan variasi bukaan valve dan variasi percabangan. Dari data yang telah didapatkan akan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan daya mekanik, daya hidrolik dan efisiensi. Kemudian dibandingan dengan beberapa variasi. Gambar 2.5 Alat Uji Branch Line System 3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Data Pengujian Tahap ini berisi data pengujian. Pengolahan data ini untuk mendapatkan daya hidrolik (water Pressure Gauge Flowmeter Gambar 2.4 Blok diagram pengujian Pengambilan data pada pengujian sistem dilakukan dengan menggunakan alat ukur flowmeter untuk mendapatkan kapasitas pompa, pressure gauge untuk mendapatkan pressure pada discharge dan suction, tachometer untuk mengetahui nilai putaran mesin pompa (RPM), torsimeter untuk mengetahui nilai torsi mesin pompa. Didapatkan daya hidrolik pompa (water horse power/whp ) dari penjumlahan head velocity, head pressure, head ketinggian dan Head loss serta daya horse power/whp) dan daya mekanik (brake horse power/bhp). Daya hidrolik dan mekanik diperlukan untuk mengetahui besarnya efisiensi pompa. Tabel 3.1 data pengujian daya hidrolik Bra valv Ps (Pa) Pd (Pa) Q nch e (m 3 /s) A 50 114657 125819 2.8.10-4 100 114657 122877 3.0.10-4 31
B 50 114657 134645 2.6.10-4 100 114657 128761 2.8.10-4 C 50 114657 135625 2.6.10-4 A+ B A+ C 100 114657 129741 2.8.10-4 50 114657 126799 2.8.10-4 100 114657 123857 3.0.10-4 50 114657 128761 2.8.10-4 100 114657 122877 3.0.10-4 B+C 50 114657 132683 2.8.10-4 A+ B+C 100 114657 126799 2.9.10-4 50 114657 123857 2.8.10-4 100 114657 120915 3.0.10-4 Tabel 3.2 data pengujian daya mekanik Branch valve Torsi (Nm) Rpm A 50 0.201 2900 100 0.197 2900 B 50 0.205 2900 100 0.199 2900 C 50 0.217 2900 100 0.211 2900 A+B 50 0.221 2900 100 0.215 2900 A+C 50 0.225 2900 100 0.223 2900 B+C 50 0.225 2900 100 0.221 2900 A+B+C 50 0.229 2900 100 0.225 2900 Pengujian dilakukan pada 3 variasi percabangan, yaitu percabangan A, B dan C. Data yang diambil pada saat pengujian menggunakan variasi bukaan valve 50 dan 100. Dari data diatas perbedaan nilai tekanan suction dan discharge digunakan untuk mencari nilai head tekanan (Hp). Perbedaan kecepatan fluida pada sisi suction dan discharge untuk mendapatkan head kecepatan (Hv), sedangkan nilai head ketinggian (Hz) adalah adalah perbedaan ketinggian antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi hisap. Kerugian head (head losses) juga mempengaruhi aliran fluida pada branch line system dimana kerugian head (head losses) adalah kerugian energi persatuan berat fluida dalam pengaliran fluida dalam sistem perpipaan. Head losses dibagi menjadi 2 jenis yaitu kerugian energi sepanjang saluran perpipaan (head losses mayor) dan kerugian akibat adanya fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan (head losses minor). Total head digunakan untuk mengetahui besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah zat cair ( daya hidrolik). Nilai torsi dan rpm digunakan untuk mengetahui daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan poros pompa (daya mekanik). 3.2 Hasil Pengolahan Data Dari data pengujian didapatkan nilai daya hidrolik, daya mekanik dan efisiensi pompa. Tabel 3.3 Perhitungan head loss Branch valve Head loss mayor (m) Head loss minor (m) Total Head loss (m) A 50 0.224 8.793 9.017 100 0.253 4.055 4.308 B 50 0.214 7.998 8.212 100 0.244 4.015 4.259 C 50 0.212 7.998 8.210 100 0.241 4.015 4.256 A+B 50 0.310 12.22 12.52 32
DAYA HIDROLIK ( WATT ) 100 0.349 4.969 5.318 A+C 50 0.307 12.22 12.52 100 0.346 4.969 5.315 B+C 50 0.306 12.22 12.52 100 0.326 4.643 4.969 A+B+C 50 0.372 15.16 15.53 100 0.420 5.329 5.750 Head losses adalah suatu nilai untuk mengetahui seberapa besarnya reduksi tekanan (head total) yang diakibatkan oleh fluida saat melewati suatu sistem. Head losses tidak dapat dihindarkan pada penerapan suatu sistem pengaliran fluida. Hal ini disebabkan karena gesekan fluida dengan dinding pipa di sepanjang aliran fluida, diameter pipa, panjang pipa, kecepatan aliran dalam pipa, viskositas fluida dan turbulensi yang disebabkan berubahnya arah aliran fluida akibat komponen perpipaan (valve, reducer, fitting dan alat ukur). Kerugian dari total sistem perpipaan (head losses mayor dan head losses minor) ditambahkan pada total head kecepatan, head tekanan dan head ketinggian. Dari hasil pengujian didapatkan hasil bahwa semakin panjang pipa dan banyaknya komponen perpipaan maka kerugian head akan semakin besar. Hal ini dapat dilihat pada variasi A+B+C dimana headloss yang dihasilkan adalah yang paling besar. Pada bukaan valve 50 head losses yang dihasilkan lebih besar dibanding dengan bukaan valve 100 hal ini dikarenakan nilai koefisien minor losses pada ball valve dengan bukaan valve 50 lebih besar sehingga akan berpengaruh terhadap besarnya kerugian head minor. Berikut ini adalah tabel hasil perhitungan daya hidrolik, daya mekanik dan efisiensi pompa. Tabel 3.4 Perhitungan daya dan efisiensi Branch valve Daya hidrolik (watt) Daya mekanik (watt) Efisie nsi () A 50 32.07 61.27 52.35 100 19.65 60.08 32.72 B 50 30.78 62.46 49.28 100 20.66 60.68 34.06 C 50 31.79 66.03 48.15 100 21.75 64.25 33.86 A+B 50 42.81 67.22 63.68 100 23.80 65.44 36.38 A+C 50 44.17 68.41 64.57 100 24.38 67.82 35.95 B+C 50 45.27 68.41 66.18 100 23.71 67.22 35.28 A+B+C 50 51.06 69.60 73.36 100 25.07 68.41 36.64 Dari hasil perhitungan daya hidrolik, daya mekanik dan efisiensi kemudian di plot ke dalam bentuk grafik sebagai berikut, 60 50 40 30 20 10 valve 50 valve 100 PERCABANGAN Gambar 3.1 Grafik daya hidrolik terhadap variasi percabangan 33
EFISIENSI ( ) DAYA MEKANIK ( WATT ) 34 100 80 60 40 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 valve 50 valve 100 PERCABANGAN Gambar 3.2 Grafik daya mekanik terhadap variasi percabangan valve 50 valve 100 PERCABANGAN 73.36 36.64 Gambar 3.3 Grafik efisiensi terhadap variasi percabangan Dari hasil perhitungan dan grafik diatas dapat diketahui bahwa daya hidrolik terkecil terjadi pada saat variasi menggunakan metode single pipeline yaitu pada variasi A, B dan C yaitu sebesar 30-32 watt pada bukaan valve 50 dan 19-21 watt pada bukaan valve 100. Sedangkan pada metode percabangan daya hidrolik yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan metode single pipeline yaitu sebesar 42-51 watt pada bukaan valve 50 dan 23-25 watt pada bukaan valve 100. Hal ini terjadi karena ketika menggunakan metode braneh line daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida lebih besar. Besarnya debit aliran fluida dan perbedaan tekanan pompa juga mempengaruhi besarnya daya hidrolik, semakin besar debit aliran fluida dan perbedaan tekanan pada pompa maka daya hidrolik akan semakin besar begitupula sebaliknya. Semakin besar head ketinggian dan semakin banyak jumlah percabangan maka daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida pada sistem perpipaan semakin besar, hal ini terjadi karena pada kondisi ini head losses dihasilkan lebih besar dikarenakan panjang lintasan aliran fluida yang semakin panjang dan komponen perpipaan (valve, fittig) semakin banyak. Pada hasil pengujian diketahui bahwa pada variasi percabanga A+B+C daya hidrolik yang dihasilkan adalah yang paling besar yaitu sebesar 51.06 watt pada bukaan valve 50 dan 25.07 watt pada bukaan valve 100. Daya mekanik pompa pada variasi A+B+C yaitu sebesar 69.60 watt pada bukaan valve 50 dan 68.41 watt pada bukaan valve 100. Pada kondisi ini daya mekanik yang dihasilkan lebih besar dibanding variasi lain, hal ini disebabkan karena torsi yang dibutuhkan lebih besar. Torsi sama dengan gaya pada gerak translasi, torsi menunjukkan kemampuan sebuah gaya untuk membuat benda melakukan gerak rotasi. Pada kondisi percabangan A,B dan C dibuka nilai torsi menjadi lebih besar dibanding variasi lain hal ini disebabkan karena gaya yang dibutuhkan untuk memutar poros pompa menjadi lebih besar
Daya hidrolik dan mekanik dibutuhkan untuk mengetahui besarnya efisiensi pada pompa. Efisiensi pompa pada dasarnya didefinisikan sebagai perbandingan antara output dan input atau perbandingan antara daya hidrolis pompa dengan daya mekanik pompa. Daya hidrolik pompa adalah daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah zat cair pada suatu sistem perpipaan. Sedangkan daya mekanik / daya poros pompa adalah daya yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa. Pada hasil pengujian diketahui bahwa efisiensi terbesar terjadi pada percabangan A+B+C yaitu sebesar 73.36 pada bukaan valve 50 dan 36.64 pada bukaan valve 100. Efisiensi pada variasi tersebut lebih tinggi disebabkan karena daya hidrolik yang dibutuhkan besar namun daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan poros pompa juga besar sehingga berdampak pada nilai efisiensi yang besar. Pada metode branch line system dalam kasus variasi percabangan A+B+C memiliki efisiensi yang paling besar dibanding variasi jumlah percabangan yang lain, serta lebih efektif dan efisien dalam pendistribusian fluida ke beberapa tempat yang berbeda dalam hal jumlah komponen perpipaan, panjang pipa dan jumlah pompa yang digunakan. 4. Kesimpulan 1. Daya hidrolik ketika menggunakan metode branch line lebih besar dibandingkan dengan metode single pipeline. 2. Semakin panjang sistem perpipaan dan semakin banyak komponen perpipaan maka head losses yang dihasilkan akan semakin besar. 3. Semakin banyak jumlah percabangan maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar sehingga daya mekanik akan semakin besar. 4. Efisiensi ketika menggunakan metode branch line system lebih besar dibandingkan dengan metode single pipeline. 5. Semakin banyak jumlah percabangan maka efisiensi yang dihasilkan semakin besar dalam kasus ini terjadi pada variasi percabangan A+B+C. 6. Penggunaan sistem branch line lebih efektif dan efisien dalam hal jumlah komponen perpipaan, panjang pipa dan jumlah pompa dibandingkan dengan metode single pipeline. Daftar Pustaka [1] Sularso, Tahara,H. 2000. Pompa dan Kompresor. Edisi ke-7. PT Pradnya Paramita. Jakarta [2] Dietzel., Fritz., 1980. Turbinen, Pumpen und Verdichter. Vogel- Verlag, Wu rzburg, Germany. [3] Evans, J. Ph.D. 2013. Pumps & Systems.101(1) [4] Karasik, Igor J., William C. Krutzsc, Warren H. Frase, Joseph Messina. 2001. Pump Handbook Third Edition.The McGraw-Hill Companies.USA 35
[5] Pritchard. Philip J.2011. Fox and McDonald s Introduction to Fluid Mechanics. Eighth Edition. John Wiley & Sons, Inc.USA [6]Peerless Pump Company.2004. System Analysis for Pumping. Peerless Pump Labour Taber. USA [7] Christian Allerstorfer.Centrifugal Pumps, Bachelor Thesis Alma Mater Leobiensis 36