BAB IV DATA DAN ANALISA

28 BAB IV DATA DAN ANALISA Penelitian tentang pengaruh jumlah sudu terhadap unjuk kerja dan kavitasi pada pompa sentrifugal dilakukan dengan memakai impeler semi-opened. Variasi impeler yang digunakan adalah impeler dengan jumlah sudu 2, 3, 4 dan 5. Adapun data-data penelitian adalah sebagai berikut : 4.1 Data Pompa. Dari pengujian yang dilakukan didapat beberapa data, yaitu: 1. Umum. a. Lokasi : Lab. Motor Bakar, UNS, Surakarta. b. Ketinggian : 165 m dpl (99347,059 Paabs). c. Tipe Servise : Cairan yang disirkulasikan adalah air. 2. Pompa. a. Buatan : Grundfos NS Basic 13-18. (made in Italia) b. Daya hisap : 6,8 m. c. Daya dorong : 16,5 m. d. Total head : 18,6 m. e. Kapasitas : 3,6-16,8 m 3 /jam f. Dudukan poros : Horizontal. g. Jumlah hisapan : Tunggal (single suction). h. Jumlah tingkat : Satu (single stage). 3. Penggerak a. Tipe : Motor induksi 1 fasa b. Buatan : Grundfos c. Daya : 1,24 KW d. Putaran : 2760 rpm e. Sumber daya : 220 V, 50 Hz, 5,8 A 28

29 4.2 Karakter Performa dari sudu impeller 2, 3, 4 dan 5. Dari data hasil pengujian pompa dengan jumlah sudu impeler 2, 3, 4 dan 5 setelah dilakukan perhitungan didapat hasil sebagai berikut : a. Impeller Sudu 2 Tabel 4.1 Data performa Impeller sudu 2 Q.10-3 H I V Cos φ Pin Pout ηtotal m 3 /s meter ampere Volt watt Watt % 3,258 7,738 6,59 180,1 0,913 1083,602 246,360 22,74 3,245 7,839 6,43 182,9 0,916 1077,259 248,531 23,07 3,213 8,070 6,38 183,7 0,914 1071,213 253,371 23,65 3,182 8,290 6,32 184,6 0,914 1066,338 257,732 24,17 3,131 8,541 6,31 183,9 0,914 1060,614 261,315 24,64 3,089 8,752 6,27 185,1 0,913 1059,607 264,174 24,93 3,023 9,043 6,18 185,7 0,913 1047,783 267,089 25,49 2,835 9,475 6,61 168,1 0,912 1013,361 262,414 25,90 2,638 9,866 6,49 166,8 0,911 986,187 254,352 25,79 2,462 10,208 6,21 170,2 0,909 960,760 245,567 25,56 2,168 10,739 6,10 169,1 0,906 934,548 227,466 24,34 1,786 11,251 6,03 167,5 0,901 910,033 196,371 21,58 1,142 12,064 5,79 163,5 0,895 847,265 134,675 15,90 0,381 12,877 5,75 155,7 0,886 793,214 47,917 6,04 Contoh perhitungan tabel 4.1 untuk data pertama 1. Daya output (Pout) = ρ. g. Q. H Dimana : ρ = 996 kg/m 3 g = 9,81 m/s 2 Dari Manometer Venturi diketahui : ΔPventurimeter = 0,366 kg/cm 2 = 0,366. 98068 = 35892,888 Pa Q = 0,0017. = 0,0017., =.., 3,258.10-3 m 3 /s Dari Manometer Pompa : ΔPpompa = 0,771 kg/cm 2 = 0,771. 98068 = 75610,428 Pa

30 Maka, H = =, = 7,738 m.., HTotal = 7,738 m Pout = ρ. g. Q. H =996 kg/m 3. 9,81 m/s 2. 3,258. 10-3 m 3 /s. 7,738 m = 246,360 watt 2.Daya Input (Pin) = V. I. cos φ Dimana : V I = 180,1 volt = 6,59 ampere Cos φ = 0,913 Maka Pin = V. I. cosφ = 180,1 V. 6,59 A. 0,913 =1083,602 watt 3. Efisiensi total (ηo)= Maka η =,, = 22,74 % b. Impeller sudu 3 Tabel 4.2 Data performa Impeller sudu 3 Q. 10-3 H I V Cos φ Pin Pout ηtotal m 3 /s Meter Ampere Volt watt Watt % 3,563 8,914 6,58 201,4 0,943 1249,675 310,597 24,85 3,546 9,154 6,55 201,0 0,945 1244,140 317,522 25,52 3,518 9,505 6,54 200,3 0,945 1237,914 327,024 26,42 3,480 9,756 6,53 200,1 0,945 1234,787 332,092 26,89 3,438 9,997 6,49 200,2 0,947 1230,435 336,189 27,32 3,370 10,378 6,48 200,2 0,947 1228,539 342,091 27,85 3,331 10,679 6,47 200,1 0,947 1226,031 347,942 28,38 3,243 11,009 6,44 199,2 0,946 1213,574 349,232 28,78 3,021 11,711 6,43 196,7 0,943 1192,688 346,064 29,02 2,761 12,333 6,41 193,7 0,940 1167,120 332,997 28,53 2,425 12,915 6,26 190,5 0,937 1117,401 306,353 27,42 1,985 13,636 6,14 185,6 0,930 1059,813 264,768 24,98 1,285 14,469 5,99 179,5 0,919 988,113 181,870 18,41 0,481 15,301 5,80 169,9 0,913 899,688 72,054 8,01

31 c. Impeller sudu 4 Tabel 4.3 Data performa Impeller sudu 4 Q. 10-3 H I V Cos φ Pin Pout ηtotal m 3 /s Meter Ampere Volt watt Watt % 3,858 10,288 6,73 215,7 0,935 1357,303 387,756 28,57 3,820 10,569 6,71 214,5 0,934 1344,302 394,446 29,34 3,770 10,770 6,69 213,1 0,933 1330,121 396,710 29,83 3,708 11,131 6,69 211,9 0,933 1322,631 403,270 30,49 3,669 11,392 6,67 210,3 0,937 1314,331 408,348 31,07 3,597 11,673 6,59 209,9 0,938 1297,480 410,226 31,62 3,465 12,034 6,52 208,9 0,939 1278,944 407,469 31,86 3,337 12,456 6,52 206,5 0,938 1262,904 406,175 32,16 3,150 13,028 6,55 204,5 0,935 1252,409 400,925 32,01 2,885 13,610 6,53 201,8 0,932 1228,147 383,686 31,24 2,491 14,282 6,43 197,6 0,928 1179,087 347,686 29,49 2,051 15,075 6,40 189,9 0,923 1121,777 302,085 26,93 1,384 15,637 6,35 181,4 0,916 1055,131 211,405 20,04 0,565 16,380 6,27 170,2 0,909 970,043 90,405 9,32 d. Impeller sudu 5 Tabel 4.4 Data performa Impeller sudu 5 Q. 10-3 H I V Cos φ Pin Pout ηtotal m 3 /s Meter Ampere Volt watt Watt % 4,104 11,627 6,91 223,2 0,959 1479,077 466,486 31,54 4,072 11,928 6,90 223,0 0,960 1477,152 474,839 32,15 4,029 12,219 6,87 223,7 0,959 1473,809 481,291 32,66 3,975 12,520 6,86 222,8 0,958 1464,215 486,496 33,23 3,913 12,861 6,80 223,3 0,959 1456,184 491,894 33,78 3,864 13,071 6,74 222,9 0,959 1440,750 493,759 34,27 3,738 13,643 6,66 224,2 0,957 1428,966 498,573 34,89 3,616 13,974 6,67 221,1 0,956 1409,849 493,976 35,04 3,367 14,747 6,67 218,9 0,953 1391,440 485,369 34,88 3,079 15,228 6,66 212,7 0,948 1342,920 458,366 34,13 2,531 16,131 6,40 210,1 0,941 1265,306 399,162 31,55 2,064 16,793 6,40 200,0 0,937 1199,360 338,907 28,26 1,330 17,385 6,31 190,7 0,925 1113,068 226,011 20,31 0,614 17,907 6,06 188,0 0,921 1049,277 107,467 10,24

32 e. Kurva performa impeller sudu 2, 3,4 dan 5 Head (m) 19 17 15 13 11 sudu 5 sudu 4 sudu 3 sudu 2 9 7 0 1 2 3 4 5 Q. 10-3 (m 3 /s) Gambar 4.1 grafik performa hubungan H(Head) dan Q(Debit) P (watt) 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 0 1 2 3 4 5 Q.10-3 (m 3 /s) sudu 5 sudu 4 sudu 3 sudu 2 Gambar 4.2 grafik hubungan Pin (Daya Input) dan Q(Debit) η (%) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 Q.10-3 (m 3 /s) sudu 5 sudu 4 sudu 3 sudu 2 Gambar 4.3 grafik hubungan ηo (Efisiensi total) dan Q(Debit)

33 Gambar 4.1 menunjukkan performa pompa sentrifugal setiap sudu yang dioperasikan. Setiap sudu menunjukkan peningkatnya kapasitas(debit) nilai head semakin turun, penambahan sudu semakin banyak akan meningkatkan nilai head untuk kapasitas yang sama. Hal ini disebabkan sudu banyak, luas penampang di sisi eye impeller yang sempit meningkatkan tekanan air pada sisi masuk, sehingga head yang dihasilkan besar. Gambar 4.2 menunjukkan peningkatan besaran daya, pada saat pompa bekerja untuk setiap sudu. Daya semakin besar menunjukkan kapasitas (debit) yang dihasilkan semakin besar. Hal ini berpengaruh pada performa pompa itu sendiri. Gambar 4.3 menunjukkan semakin besar kapasitas semakin besar efisiensi pompa dan semakin kecil kapasitas pompa maka efisiensi pompa yang dihasilkan semakin kecil. Efisiensi maksimum terjadi pada sudu 5 dan efisiensi minimum terjadi pada sudu 2. Nilai optimal pada setiap jumlah sudu dengan debit, head dan efisiensi sebagai berikut : Tabel 4.5 Data nilai optimum nilai head pada tiap jumlah sudu Jumlah Sudu (Z) Q ( 10-3 m 3 /s) Head (m) Efisiensi Total (%) 2 2,835 9,475 25,90 3 3,021 11,711 29,02 4 3,337 12,456 32,16 5 3,616 13,974 35,04 Secara teoritis head semakin besar dengan penambahan jumlah sudu. Syarat head teoritis dimana jumlah sudu tak berhingga nilai H=(U2. Cu2)/2g. Menurut Strodola adanya kondisi slip (aliran eddy atau adanya perbedaan tekanan pada sisi depan sudu yang lebih besar daripada tekanan dibelakang sudu yang kecil membuat aliran menjadi mengalir menuju tekanan yang lebih kecil) nilai ΔCu menjadi semakin kecil dengan bertambahnya Z. Maka nilai Cu2 semakin besar untuk menghasilkan nilai head.(srinivasan 2008).

34 4.3 Pengaruh jumlah sudu terhadap NPSHR pada pompa sentrifugal. a. Impeller sudu 2 Dari data hasil pengujian pompa dengan jumlah sudu impeller 2, setelah dilakukan perhitungan didapat hasil sebagai berikut : Table 4.6 Hasil perhitungan pengujian pompa dengan jumlah sudu 2. Ps (cmhg) Q. 10-3 (m 3 /s) H (m) NPSHR(m) 2,789 8,685 1,562 2,725 8,865 1,555 2,677 9,026 1,549 2,628 9,156 1,544-60 2,561 9,347 1,536 2,366 9,729 1,516 2,044 10,391 1,486 1,625 11,014 1,453 1,240 11,707 1,430 0,681 12,560 1,407 Contoh perhitungan untuk tabel 4.6 data -60cmHg 1. Head Total (HTotal) Dari manometer digital diketahui : ΔPpompa = 0,865 kg/cm 2 ( 1 kg/cm 2 = 98068 Pa) = 84828,820 Pa T = 30 0 C maka ρ = 995,7 kg/m g = 9,81 m/s 2 maka H =. =,,., = 8,685 m 2. Debit Aliran (Q) Dari manometer digital diketahui : ΔPventurimeter = 0,268 kg/cm 2 (1 kg/cm 2 = 98068 Pa) = 26282,224 Pa

35 Q=0,0017.. = 0,0017.,,., = 2,789.10-3 m 3 /s Luasan pipa(a) = 0,0015510050 m 2 Maka, Kecepatan Aliran(V)= =,. =1,798 m/s. 3. NPSHR NPSHR = ha hva + hs, dimana h =. + Z Dimana Psg = 60 cmhg (1cmHg = 1333.17 Pa) = 79990,200 Pa T = 30 o C maka ρ = 995,7 kg/m 3 g = 9,81 m/s 2 Zps = 0,15 m h =. =,,., = 10,171 m h =. =,., = 0,434 m ) = (,.., = 0,165 m Maka NPSHR = 1,562m

36 Berdasarkan tabel 4.6 sesuai dengan standar API 610 batas nilai kavitasi kritikal pada pompa sentrifugal sudu 2 terjadi pada kondisi tekanan suction -60 cmhg. 14 Head (m) 13 12 11 10 9 1 60 cmhg normal 3% titik 1 kritikal 8 7 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Q.10-3 (m 3 /s) Gambar 4.4 nilai NPSHR kritikal pada tekanan suction -60 cmhg sudu 2 Batas kritikal tekanan terendah kavitasi pada sudu 2 terjadi pada tekanan suction sebesar -60 cmhg, sehingga dapat dihitung nilai kritikalnya sebagai berikut : Titik 1 terletak pada perpotongan kurva 3% dan -60 cmhg nilai Head dan Debit sebagai berikut : Kurva 3% antara titik (1,786. 10-3 ; 10,914) dan (1,142.10-3 ; 11,702) persamaan garisnya : H 10,914 = (,, ) (,.,. ) (Q-1,786.10-3 ) H = -1800,1 Q + 13,939.(4.1) Kurva kavitasi -60 cmhg antara titik (1,625. 10-3 ; 11,014) dan (1,240.10-3 ; 11,707) persamaan garisnya : H 11,014 = (,,,, ) (,.,. ). (Q 1,625.10-3 )

37 H = -1225,0Q + 13,102..(4.2) Perpotongan garis persamaan 4.1 dan 4.2 adalah Q1 = 1,455.10-3 m 3 /s dan H1= 11,319 m Sehingga titik 1 dapat dihitung nilai NPSHR kritikal sebagai berikut : Tair = 30 o C, maka ρ = 995,7 kg/m 3 Q = 1,455.10-3 m 3 /s H = 11,319 m Psg= -60 cmhg = -60. 1333,17 = -79990,2 Pa V =,. = = 0,938 m/s, ha=. =,,., = 10,171 m hva=. =,,., = 0,467 m hs= + 79990,2 0,15 =. 995,7. 9,81 + 0,9382-0,15 = -8,294 m 2. 9,81 NPSHR= ha hva + hs= 10,171 0,467 8,294= 1,442 m σc = =,, = 0,127 Jadi nilai kritikal titik 1 sudu 2 dengan tekanan suction -60 cmhg menghasilkan nilai NPSHR 1,442 m, head 11,319 m, debit 1,455.10-3 m 3 /s dan angka thoma kritikal (σc) 0,127.

38 b. Impeller sudu 3 Dari data hasil pengujian pompa dengan jumlah sudu impeller 3, setelah dilakukan perhitungan didapat hasil sebagai berikut : Table 4.7 Hasil perhitungan pengujian pompa dengan impeller jumlah sudu 3. Ps (cmhg) Q. 10-3 (m 3 /s) H (m) NPSHR(m) 3,208 9,540 1,673 3,181 9,801 1,669 3,107 10,202 1,659 2,964 10,784 1,641-60 2,813 11,266 1,622 2,571 11,968 1,595 2,227 12,650 1,560 1,888 13,192 1,659 1,455 14,004 1,499 0,851 14,877 1,470 Head (m) 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 Tabel 4.7 sesuai dengan standar API 610 batas nilai kavitasi kritikal pompa sentrifugal sudu 3 terjadi pada kondisi tekanan suction -60 cmhg. 2 0 1 2 3 4 Q. 10-3 (m 3 /s) -60 cmhg normal 3% titik 2 kritikal Gambar 4.5 nilai NPSHR kritikal pada tekanan suction -60 cmhg sudu 3

39 Sehingga gambar 4.5 diatas nilai kritikal titik 2 sudu 3 dengan tekanan suction -60 cmhg menghasilkan nilai NPSHR 1,515 m, head 13,574 m, debit 1,684. 10-3 m 3 /s dan angka thoma kritikal (σc) 0,112. c. Impeller sudu 4 Dari data hasil pengujian pompa dengan jumlah sudu impeller 4, setelah dilakukan perhitungan didapat hasil sebagai berikut : Table 4.8 Hasil perhitungan pengujian pompa dengan impeller jumlah sudu 4. Ps (cmhg) Q ( 10-3 m 3 /s) H (m) NPSHR(m) 3,362 9,789 1,713 3,288 10,261 1,703 3,194 10,882 1,690 3,050 11,685 1,671-60 2,818 12,287 1,642 2,588 13,039 1,616 2,309 13,851 1,587 1,993 14,573 1,690 1,551 15,316 1,525 0,948 15,967 1,493 Head (m) 17 16 15 14 13 12 11 10 9 Berdasarkan tabel 4.8 sesuai standar API 610 batas nilai kavitasi kritikal pada pompa sentrifugal sudu 4 terjadi pada kondisi tekanan suction -60 cmhg. 3 0 1 2 3 4 Q. 10-3 (m 3 /s) Grafik 4.6 nilai NPSHR kritikal pada tekanan suction -60 cmhg sudu 4-60 cmhg normal 3% titik 3 kritikal

40 Pada gambar 4.6 diatas nilai kritikal titik 3 sudu 4 dengan tekanan suction -60 cmhg menghasilkan nilai NPSHR 1,550 m, head 14,752 m, debit 1,893.10-3 m 3 /s dan angka thoma kritikal (σc) 0,105. d. Impeller sudu 5 Dari data hasil pengujian pompa dengan jumlah sudu impeller 5, setelah dilakukan perhitungan didapat hasil sebagai berikut : Table 4.9 Hasil perhitungan pengujian pompa dengan impeller jumlah sudu 5. Ps (cmhg) Q. 10-3 (m 3 /s) H (m) NPSHR(m) 3,711 11,645 1,765 3,600 12,016 1,748 3,506 12,457 1,734 3,358 13,039 1,713-60 3,235 13,420 1,695 3,083 13,891 1,675 2,884 14,634 1,650 2,531 15,406 1,609 1,865 16,559 1,713 1,036 17,562 1,496 Head (m) Berdasarkan Tabel 4.9 sesuai dengan standar API 610 batas nilai kavitasi kritikal pompa sentrifugal sudu 5 terjadi pada kondisi tekanan suction -60 cmhg. 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 4 0 1 2 3 4 5 Q. 10-3 (m 3 /s) -60 cmhg normal 3% titik 4 kritikal Gambar 4.7 nilai NPSHR kritikal pada tekanan suction -60 cmhg sudu 5

41 Pada gambar 4.7 diatas nilai kritikal titik 4 sudu 5 dengan tekanan suction -60 cmhg menghasilkan nilai NPSHR 1,557 m, head 16,352 m, debit 1,985.10-3 m 3 /s dan angka thoma kritikal (σc) 0,096. 4.4 Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap NPSHR Hasil penelitian ini berdasarkan grafik 4.4, 4.5, 4.6 dan 4.7 bahwa pengaruh penambahan sudu mempengaruhi nilai NPSHR dalam kondisi tekanan suction konstan -60 cmhg dan kecepatan putar konstan 2760 rpm ditunjukkan dalam tabel dibawah ini : Tabel 4.10 Pengaruh jumlah sudu terhadap Head dan NPSHR Jumlah Sudu (Z) Head (m) NPSHR (m) 2 11,311 1,442 3 13,574 1,515 4 14,752 1,550 5 16,267 1,566 1.58 1.56 1.54 NPSH R (m) 1.52 1.5 1.48 1.46 1.44 1.42 1 2 3 4 5 6 JUMLAH SUDU Grafik 4.8 Hubungan Jumlah Sudu dengan NPSHR

42 Dari penelitian didapat dengan penambahan jumlah sudu pada unjuk kerja pompa sentrifugal Head didapat semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah sudu, dimana nilai maksimum Head pada jumlah sudu 5 sebesar 16,267 m. Sedangkan nilai NPSHR meningkat pada kondisi sudu 3 hingga sudu 5 dan nilai optimum NPSHR pada sudu 5 sebesar 1,566 m. Distribusi tekanan statik dari eye impeller rendah sampai ke sudut terluar impeller semakin besar. Kecepatan relative (w) semakin naik dengan bertambahnya jumlah sudu dimana β2 semakin turun. Sudu terbanyak mempunyai nilai NPSHR terbesar dan nilai head tertinggi, sedangkan nilai kavitasi bernilai besar (Houlin 2010).