panduan praktikum fenomena dasar mesin (hmkb 645) · “panduan praktikum fenomena dasar mesin...
TRANSCRIPT
1
PANDUAN
PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN
(HMKB 645)
Disusun Oleh:
Aqli Mursadin, Ph.D
Editor
Achmad Kusairi Samlawi, MM., MT
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
BANJARBARU
2017
1
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat
limpahan rahmat dan karuniaNya sehingga kami dapat menyusun modul
“Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini.
Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan
sebagai petunjuk dan panduan bagi mahasiswa agar dapat melakukan praktikum
dengan baik dan benar.
Penyusun menyadari bahwa penyusunan Panduan Praktikum Fenomena
Dasar Mesin ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, Kami sangat
mengharapkan sekali saran-saran dan masukan dari pihak manapun yang
sifatnya membangun tanpa mengurangi tujuan pembuatan panduan ini.
Demikian Modul Panduan ini dibuat untuk dapat dipergunakan semestinya..
Amin.
Banjarbaru, ..........................2017
Penulis
2
TATA TERTIB PRAKTIKUM (WAJIB DIBACA SEBELUM MELAKSANAKAN PRAKTIKUM)
Tata tertib dari peserta praktikum prestasi mesin adalah sebagai berikut:
1. Praktikan diharapkan datang tepat waktu dan apabila terlambat lebih dari
15 menit tidak diperbolehkan mengikuti praktikum kecuali ada alasan
khusus yang bisa dimaklumi.
2. Praktikan mengenakan peralatan safety lengkap (sepatu, wearpack, dan
helm putih).
3. Praktikan mengumpul laporan maksimal satu bulan setelah
melaksanakan praktikum dasar mesin.
4. Penulisan laporan ditulis manual (tulis tangan) untuk setiap anggota
kelompok, sertakan corat-coret konsultasi dengan dosen pada lampiran.
5. Dalam batas waktu tersebut laporan harus sudah selesai dan dikumpul
pada dosen pembimbingnya masing-masing.
6. Laporan bisa dikumpul apabila telah di ACC oleh dosen pembimbing
praktikum.
7. Apabila melanggar poin di atas maka dosen pembimbing berhak untuk
membatalkan laporan tersebut, yang berarti nilai dari peserta Praktikan
adalah 0 atau E.
8. Mahasiswa wajib membawa lembar konsultasi setiap berkonsultasi pada
dosen pembimbing.
3
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i
KATA PENGANTAR ................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................ v
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..................................................................... 5
1.2 Rumusan Masalah ............................................................... 7
1.3 Tujuan Praktikum ................................................................. 7
1.4 Mafaat Praktikum ................................................................. 8
1.5 Batasan Masalah ................................................................. 8
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengertian Fluida dan Head ................................................. 9
2.2 Pengertian Pompa Sentrifugal ............................................. 102.2.1. Karakteristik Pompa Sentrifugal 11
2.2.2. Prinsip-prinsip Dasar Pompa Sentrifugal .................... 12
2.2.3. Klasifikasi Pompa Sentrifugal ..................................... 12
2.3 Head Pompa dan Energi Aliran ............................................ 13
2.4 Head Total Pompa ............................................................... 15
2.5 Efisiensi Pompa ................................................................... 15
2.6 Kavitasi ................................................................................ 15
2.7 Net Positive Suction Head (NPSH) ...................................... 17
2.7.1 NPSH yang Tersedia (NPSH) .................................... 17
2.7.2 NPSH yang Diperlukan (NPSHR) ................................ 18
2.8 Parameter Kavitasi ............................................................... 18
2.8.1 Koefisien Kavitasi Thoma ............................................ 18
2.8.2 Kecepatan Spesifik (Ns) .............................................. 19
4
2.8.3 Kecepatan Spesifik Hisap ........................................... 19
2.9 Perhitungan ......................................................................... 20
BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1 Deskripsi Alat Praktikum ...................................................... 24
3.2 Alat dan Bahan .................................................................... 25
3.3 Prosedur Percobaan ............................................................ 26
3.3.1 Persiapan .................................................................... 26
3.3.2 Percobaan .................................................................. 26
3.3.3 Akhir Percobaan ......................................................... 27
5
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan zat
cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifatnya
hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas
dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan
fluida sehingga dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dapat dipindahkan
adalah fluida inkompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan. Dalam
kondisi tertenatu, pompa dapat digunakan untuk memindahkan zat padat yang
berbentuk bubukan atau tepung.
Prinsip kerja pompa adalah mengisap dan melakukan penekanan terhadap
fluida. Pada sisi isap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam
ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan Antara ruang pompa
dengan permukaan fluida yang diisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang
pompa. Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan
sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang
tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi.
Pompa yang dipergunakan sebelumnya harus diketahui karakteristik pada
kondisi kerja yang berbeda, dengan demikian dapat ditentukan batas-batas
kondisi kerja dimana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini
perlu dilakukan karena pada kenyataannya sangat sulit memastikan performansi
pompa pada kondisi kerja yang sebenarnya.
Sedangkan pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah
energy mekanik ke dalam energy hidrolik melalui aktivitas sentrifugal, yaitu
6
tekanan fluida yang sedang dipompa. Selain itu pompa sentrifugal merupakan
salah satu alat indrustri yang simpel, tapi sangat diperlukan.
Proses kerja pompa sentrifugal yaitu aliran fluida yang radial akan
menimbulkan efek sentrifugal dari impeler diberikan kepada fluida. Jenis pompa
sentrifugal atau kompresor aliran radial akan mempunyai head yang tinggi tetapi
kapasitas alirannya rendah. Pada mesin aliran radial ini, fluida masuk melalui
bagian tengah impeler dalam arah yang pada dasarnya aksial. Fluida keular
melalui celah-celah antara sudut dan piringan dan meninggalkan bagian luar
impeler pada tekanan yang tinggi dan kecepatan agak tinggi ketika memasui
casing atau volute. Volute akan merubah head kinetik yang berupa kecepatan
buang tinggi menjadi head tekanan sebelum fluida meninggalkan pipa keluaran
pompa. Jika casing dilengkapi dengan strip pemandu (guide vane), pompa
tersebut diffuser atau pompa turbin. Impeler yaitu bagian dari pompa yang
berputar yang mengubah tenaga mesin ke tenaga kinetil. Volute yaitu bagian dari
pompa yang diam yang mengubah tenaga kinetik ke bentuk tekanan.
Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan pompa sentrifugal
adalah adanya kemungkinan kativasi pada pompa sentrifugal yang
menyebabkan pernurunan kapasitas pompa kemudian kerusakan mekanis pada
impeler pompa dan juga menimbulkan getaran. Dalam skala yang lebih besar
lagi dapat menurunkan kapasitas produksi pada sebuah industri yang
mengandalkan penggunaan pompa sentrifugal, pada industri perminyakan
misalnya.
Kavitasi adalah fenomena perubahan fase uap dari zat cair yang sedang
mengalir, karena tekanannya berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya.
Pada pompa bagian yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap pompa.
Misalnya, air pada tekanan 1 atm akan mendidih dan menjadi uap pada suhu
100 derajat celcius. Tetapi jika tekanan direndahkan maka air akan bisa mendidih
7
pada temperatur yang lebih rendah bahkan jika tekanannya cukup renda maka
air bisa mendidih pada suhu kamar. Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul
gelembung-gelembung uap zat cair, yang kemudian gelembung tersebut pecah
karena mengalami tekanan yang lebih besar.
Fenomena kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal dapat
mengakibatkan kerusakan mekanis, yaitu terjadinya lubang-lubang yang disebut
erosi kavitasi pada permukaan sudu dan casing pompa sentrifugal. Kavitasi pada
pompa sentrifugal dapat menurunkan unjuk kerja pompa yang meliputi
penurunan head, kapasitas dan efisiensi pompa.
Identifikasi timbulnya kavitasi pada pompa sentrifugal sering kali
menyulitkan, dikarenakan material pipa pompa terbuat dari bahan yang tidak
tembus pandang, hal ini mengakibatkan kondisi fluida di dalam pompa tidak
diketahui secara visual. Dengan kondisi tersebut maka pada alat praktikum ini
pompa uji dibuat dari pipa yang tembus pandang, sehingga kita dapat
mengamati langsung terjadinya kavitasi melalui pengambilan gambar dengan
kamera digital. Dasar perhitungan secara matematis dengan persamaan
bilangan kavitasi dapat dipergunakan untuk memperkirakan keadaan fluida yang
sedang mengalir melewati sudu pompa sentrifugal.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana nilai besaran kavitasi yang terjadi pada pompa sentrifugal?
2. Bagaimana efisiensi pompa terhadap bukaan katup?
1.3 Tujuan Praktikum
Tujuan dari Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini antara lain adalah:
1. Untuk mengetahui hubungan antara debit aliran fluida terhadap head
pompa.
8
2. Mengetahui hubungan antara debit aliran fluida terhadap efisiensi pompa.
1.4 Manfaat Praktikum
Manfaat yang akan didapatkan ialah praktikan dapat memahami proses
terjadinya kavitasi pada pompa sentrifugal.
1.5 Batasan Masalah
Batasan yang digunakan dalam Praktium Fenomena Dasar Mesin ini adalah:
1. Penelitian ini hanya dilakukan pada pompa sentrifugal shimizu tipe ps-130
bit.
2. Aliran dalam kondisi steady.
3. Perpindahan panas pada pompa diabaikan.
4. Getaran pada pompa diabaikan.
9
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Pengertian Fluida dan Head
Definisi dari fluida adalah substansi yang mengalir karena antar partikel satu
dengan lainnya bebas. Secara umum, fluida dibagi menjadi fluida compresible
(mampu mampat) dan incompresible (tidak mampu mampat). Karakteristik fluida
bisa dijelaskan dengan properti fluida. Adapun properti fluida yaitu temperatur,
tekanan, massa, volume spesifik, dan kerapatan massa (Anis Samsudin dan
Karnowo, 2008).
Energi fluida untuk melakukan kerja yang dinyatakan dalam feet atau kaki
tinggi tekanan (head) fluida yang mengalir. Jadi, head atau tinggi tekan
merupakan ketinggian pada mana kolom fluida harus naik untuk memperoleh
jumlah energi yang mana sama dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida
pada kondisi yang sama (Austin H. Church, 1993). Head ada dalam tiga bentuk
yang dapat saling dapat dipertukarkan, antara lain:
1. Head potential/head aktual
Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang datar. Jadi, suatu kolam air
setinggi 2 kaki atau feet mengandung jumlah energi yang disebabkan oleh
posisinya dan dikatakan fluida tersebut mempunyai head sebesar 2 feet kolam
air (Austin H. Church, 1993).
2. Head kinetik/head kecepatan
Adalah suatu ukuran energi kinetik yang dikandung suatu satuan bobot fluida
yang disebabkan oleh kecepatan dan dinyatakan oleh kecepatan dan
dinyatakan oleh persamaan yang biasa dipakai untuk energi kinetik (V2/2g),
energi ini dapat dihitung dengan tabung pitot yang diletakkan dalam aliran
seperti gambar 2.1 di bawah. Kaki kedua dari manometer dihubungkan
10
dengan pipa aliran tegak lurus dari manometer dihubungkan dengan pipa
aliran untuk menyamakan tekanan yang ada pada pipa aliran titik ini (Austin
H. Church, 1993).
3. Head tekanan
Adalah energi yang dikandung oleh fluida akibat tekanannya dalam
persamaannya dengan . Jika sebuah manometer terbuka dihubungkan
dengan sudut tegak lurus aliran, maka fluida di dalam tabung akan naik
sampai ketinggian sama dengan (Austin H. Church, 1993).
Gambar 2.1 Cara mengukur Head
2.2 Pengertian Pompa Sentrifugal
Pompa Sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi
mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi hidrolik melalui aktivitas
sentrifugal. Energi inilah yang mengakibatkan head tekanan, head kecepatan,
dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu (Sularso dan
Haruo Tahara, 2004). Sedangkan untuk gaya sentrifugal itu sendiri memiliki arti
yaitu sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerrakan sebuah benda atau
partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).
11
Gambar 2.2 Pompa Sentrifugal
2.2.1 Karakteristik Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari impeller yang dilengkapi sudu-
sudu yang dipasangkan pada poros yang berputar yang disubungi oleh sebuah
rumah (casing). Fluida memasuki impeller secara aksial dan menerima energi
yang diberikan oleh sudu-sudu. Begitu fluida meninggalkan impeller pada
kecepatan yang relatif tinggi, fluida itu dikumpulkan dalam valute yang
mentransformasikan energi kinetik menjadi energi tekanan. Ini tentu saja diikuti
oleh pengurangan kecepatan.
Setiap pompa biasanya pabrik pembuatannya memberikan kurva
karakteristik yang menunjukkan unjuk kerja pompa pada berbagai kondisi
pemakaian. Karakteristik sebuah pompa digambarkan dalam kurva karakteristik
menyatakan besarnya head total, daya pompa dan efisiensi pompa terhadap
kapasitas.
12
2.2.2 Prinsip-prinsip Dasar Pompa Sentrifugal
Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:
1. Gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar
sehingga kecepatan fluida meningkat.
2. Kecepatan fluida yanng tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser)
menjadi tekanan atau head.
2.2.3 Klasifikasi Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal dikualifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara
lain sebagai berikut:
1. Kapasitas:
a. Kapasitas rendah : < 20 m3/jam
b. Kapasitas menengah : 20 – 60 m3/jam
c. Kapasitas tinggi : > 60 m3/jam
2. Tekanan discharge:
a. Tekanan rendah : < 5 kg/cm2
b. Tekanan menengah : 5 - 50 kg/cm2
c. Tekanan tinggi : > 50 kg/cm2
3. Jumlah/susunan impeller dan tingkat:
a. Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing
b. Multi stage : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam
satu casing
c. Multi impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam
satu casing
d. Multi Impeller – Multi Stage : Kombinasi multi impeller dan multi stage.
13
4. Posisi poros:
a. Poros tegak
b. Poros mendatar
5. Jumlah Suction:
a. Single suction
b. Double suction
6. Arah aliran keluar impeller:
a. Radial flow
b. Axial flow
c. Mixed flow
2.3 Head Pompa dan Energi Aliran
Head zat cair merupakan energi mekanik yang dikandung oleh suatu berat
zat cair yang mengalir pada penampang yang bersangkutan, dimana satuan
energi persatuan berat ekuivalen dengan satuan panjang (tinggi). Head ini
adalah jumlah dari ketiga head yaitu head tekanan/energi yang dikandung oleh
fluida akibat tekanan, head kinetik/energi yang dikandung oleh fluida dan terakhir
head potensial didasarkan pada ketinggian fluida (z) di atas bidang banding yang
mengandung sejumlah energi disebabkan posisinya.
Berbagai bentuk tinggi-tekan dapat bervariasi besarnya pada penampang
yang berbeda dengan mengabaikan rugi-rugi, penjumlahan selalus ama. Head
adalah tinggi tekan energi total yang merupakan jumlah dari tinggi tempat, tinggi
tekanan dan tinggi kecepatan yang berbeda dari garis arus yang satu ke garis
arus yang lain. Jadi persamaan tersebut hanya berlaku untuk titik-titik satu garis
lurus.
14
2.4 Head Total Pompa
Head total pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan air dengan kapasitas
yang telah ditentukan dapat ditentukan dari kondisi instalasi pompa yang akan
dilayani.
Gambar 2.3 Head Total Pompa
2.5 Efisiensi Pompa
Dalam industri pompa, banyak pekerjaan yang melibatkan dua hal
sederhana, yakni efisiensi mesin pompa sentrifugal dan motor induksi AC.
Pompa sentrifugal mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik (aliran,
kecepatan dan tekanan) dan motor AC mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Banyak sentrifugal besar menghasilkan efisiensi antara 75 – 90% dan
yang kecil biasanya ke kisaran 50 – 70%. Motor AC besar di sisi lain, dapat
mendekati efisiensi 97% dan motor lain di atas 5 HP, dapat didesain mencapai
90% hambatan.
2.6 Kavitasi
15
Pada sistem pemipaan yang menggunakan pompa sentrifugal sangat
mungkin terjadi kavitasi yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan perbedaan
penampang yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan sampai turun di
bawah tekanan uap jenuhnya sehingga menyebabkan terjadinya fenomena yang
disebut kavitasi. Kavitasi adalah periwtiwa terbentuknya gelembung-gelembung
uap di dalam cairan yang dipompa akibat turunnya tekanan cairan sampai di
bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa.
Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang
sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai
terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu
sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya
berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap
jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan peah dan akan
menyebabkan shock pada dinding dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba
ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga
mengakibatkan tumbukan.
Gambar 2.4 Proses Kavitasi
Pompa Sentrifugal mempunyai sifat-sifat teknis yang harus dipenuhi agar
dapat beroperasi dengan baik. Salah satu permasalahan yang sering terjadi
16
pada pompa tipe ini adalah gagalnya pompa dalam proses priming, sehingga
pompa tidak bisa mengisap dan akhirnya gagal pemompaan serta menyebabkan
kerusakan pada bagian-bagian pompa
Ada beberapa penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal diantaranya
adalah:
1. Vaporation (penguapan),
2. Air ingestion (masuknya udara lura ke dalam sistem),
3. Internal Recirculation (sirkulasi balik di dalam sistem),
4. Turbulance (pergolakan aliran), dan
5. Vane Passing Syndrome.
Cara menghindari proses kavitasi yang paling tepat adalah dengan
memasang instalasi pompa dengan NPSH yang tersedia lebih besar daripada
NPSH yang diperlukan. NPSH yang tersedia bisa diusahakan oleh pemakai
pompa sehingga nilainya lebih besar dari NPSH yang diperlukan. Berikut hal-hal
yang diperlukan untuk instalasi pompa :
1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang diisap harus dibuat
serendah mungkin agar head statis lebih renda pula. Pipa isap harus dibuat
sependek mungkin. Jika terpaksa dipakai pipa isap yang panjang, sebaiknya
diambil pipa yang berdiameter satu nomor lebih besar untuk mengurangi
kerugian gesek.
2. Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar (bagian yang
mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan lebih rendah).
3. Tidak dibenarkan untuk mengurangi laju aliran dengan menghambat aliran
disisi isap.
4. Head total pompa harus ditentukan sedemikian rupa hingga sesuai dengan
yang diperlukan pada kondisi operasi yang sesungguhnya.
17
5. Jika head pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head terendah
harus diadakan pengamanan terhadap terjadinya kavitasi.
Untuk meramalkan terjadinya kavitasi pada suatu pompa, digunakan suatu
parameter sebagai dasar hubungan. Dasar hubungan ini adalah Hukum Thoma-
Moody yang menghasilkan suatu koefisien atau sigma atau koefisien Thoma.
Koefisien kavitasi adalah perbandingan antara NPSH dengan head total
pompa.
2.7 Net Positive Suction Head (NPSH)
Kavitasi terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai
dibawah tekanan uap jenuhnya. Oleh karena itu, untuk menghindari kavitasi
harus diusahakan agar tidak ada satu bagian pun dari aliran di dalam pompa
yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada
temperatur yang bersangkutan. Sehubungan dengan hal ini perlu diperhatikan
dua macam tekanan yang memegang peranan, pertama tekanan yang
ditentukan oleh kndisi lingkungan dimana pompa dipasang dan kedua tekanan
yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa.
Sebagai ukuran untuk keamanan pompa terhadap kaviasi telah
didefinisikan suatu Net Position Suction Head (NPSH). Dalam hal ini NPSH dapat
dibagi dua yaitu, NPSH yang tesedia pada instalasi (sistem) dan NPSH yang
diperlukan oleh pompa. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi
maka harus dipenuhi persyaratan berikut: NPSH yang tersedia > NPSH yang
diperlukan.
2.7.1 NPSH yang Tersedia (NPSH)
18
NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap
pompa (ekuivalen dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa) dikurangi
dengan tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut. NPSH yang tersedia
merupakan tekanan absolut yang masih tersisa pada pompa setelah dikurangi
tekanan uap. Besarnya hanya tergantung pada kondisi luar pompa dimana
pompa dipasang. Tinggi isap (h) bisa diukur dari permukaan zat cair sampai
sumbu poros pompa (untuk pompa dengan poros mendatar).
2.7.2 NPSH yang Diperlukan (NPSHR)
Tekanan di dalam pompa biasanya terdapat di suatu titik yang dekat
setelah sisi masuk sudu impeler. Hal ini disebabkan oleh kerugian head di nozel
isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan
kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu. Gambar 2.5 di bawah ini
menunjukkancara mengukur efisiensi pompa dengan memakai NPSH sebagai
parameter.
Gambar 2.5 Perubahan Kurva Karakteristik akibat Perubahan NPSH
Pada umumnya perubahan nilai NPSHR sudah ditentukan oleh pabrik yang
bersangkutan. Namun melalui penelitian, harga NPSHR dapat ditentukan dengan
menghubungkan pengaruh NPSH pada performansi pompa, yakni dengan
perubahan kurva performansi karena perubahan NPSH yang diperiksa. NPSH
pada titik dimana performansi mulai menuruh merupakan harga NPSHR. Namun
19
pengukuran titik ini sangat sukar, sehingga NPSHR dalam banyak hal ditetapkan
pada titik dimana performansi menurun 3%.
2.8 Parameter Kavitasi
2.8.1 Koefisien Kavitasi Thoma.
Syarat agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi adalah NPSH
yang tersedia > NPSH yang diperlukan. Untuk penafsiran secara kasar, NPSH
yang diperlukan dapat dihitung dari konstanta kavitasi yaitu koefisien kavitasi
Thoma () yang dinyatakan dalam perbandingan antara NPSH yang diperlukan
dengan head pompa.
2.8.2 Kecepatan Spesifik (Ns)
Kecepatan spesifik dapat digunakan untuk menentukan jenis-jenis pompa.
Kecepatan spesifik untuk pompa-pompa yang sebangun (sama bentuk
impelernya) meskupun ukuran dan putarannya berbeda adalah sama. Dalam
halini kecepatan spesifik berlaku pada titik efisiensi tertinggi.
2.8.3 Kecepatan Spesifik Hisap (S)
Kecepatan Spesifik Hisap (S) dalam hal ini dapat menghubungkan harga
minimum yang aman untuk kondisi operasi pompa terhadap gangguan kavitasi.
Antara koefisien kavitasi Thoma () dan Kecepatan Spesifik (Ns) dengan
Kecepatan Spesifik Hisap (S) terhadap hubungan seperti yang terlihat pada
gambar 2.6 di bawah ini.
20
Gambar 2.6 Hubungan Koefisien Thoma, Kecepatan Spesifik dan Kecepatan
Spesifik Hisap
2.9 Perhitungan
1. Kecepatan Fluida
Dimana :
v = kecepatan fluida (m/s)
Q = debit fluida (m3/s)
A = luas penampang pipa (m)
2. Head Pompa
(
) (
)
Dimana :
Ht = head loss total pompa (m)
vd = kecepatan fluida di saluran tekan (m/s)
vs = kecepatan fluida di saluran isap (m/s)
Pd = tekanan di saluran tekan (N/m2)
Ps = tekanan di saluran isap (N/m2)
.......................................................................................... (2.1)
........ (2.2)
21
Zd = jarak pusat impeler pompa ke alat ukur pada saluran tekan (m)
Zs = jarak pusat impeler pompa ke alat ukur pada saluran isap (m)
= massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasi (9,81 m/s2)
3. Daya Hidrolisis
Dimana :
Ph = daya hidrolisis (watt)
= massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasi (9,81 m/s2)
Q = debit fluida (m3/s)
H = head pompa (m)
4. Daya Poros
Daya poros adalah daya yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa
atau sering disebut (Break House Power) BHP. (careca F., dkk., 2011). Daya
poros ditunjukkan pada ditunjukkan pada persamaan dibawah ini :
Dimana :
BHP = daya poros (watt)
n = putaran motor (rpm)
T = torsi (Nm)
Berdasarkan Applied Industrial Technology, persamaan untuk Torsi adalah
sebagai berikut :
Dimana :
................................................................... (2.4)
....................................................................... (2.5)
....................................................................... (2.3)
22
T = torsi (lbs in)
Q = debit fluida (GPM)
P = tekanan (Psi)
n = putaran mesin (rpm)
5. Daya Listrik/Motor
Adalah besarnya daya yang dihasilkan oleh motor yang dipakai dalam
menggerakkan pompa, yang dapat dirumuskan dengan :
Dimana :
Pmotor = daya listrik/motor (watt)
V = besar tegangan yang dipakai oleh motor listrik (volt)
I = besar arus yang dipakai oleh motor listrik (ampere)
6. Efisiensi Motor dan Pompa
Efisiensi motor :
Dimana :
BHP = daya poros (watt)
Pmotor = daya listrik/motor (watt)
Efisiensi pompa :
Dimana :
Ph = daya hidrolisis (watt)
BHP = daya poros (watt)
.............................................................................. (2.6)
................................................................. (2.7)
................................................................. (2.8)
23
7. Perhitungan NPSH yang tersedia (NPSHa)
Dimana :
Hsv = NPSHa (m)
Pa = tekanan pada permuakaan fluida (kgf/m2)
Pv = tekanan uap jenuh (kgf/m2)
= berat jenis zat cair (kgf/m3)
hs = head isap statis (m)
hls = kerugian head dalam pipa isap (m)
8. Perhitungan NPSH yang diperlukan (NPSHr)
a. Kecepatan spesifik
Dimana :
n = putaran dari impeler pompa (rpm)
Q = debit fluida (m3/s)
H = head pompa (m)
Dimana :
= koefisien kavitasi thoma
b. Kecepatan spesifik hisap
Kecepatan spesifik sisi hisap (S) dapat juga digunakan sebagai pengganti
koefisien kavitasi Thoma dalam menghitung NPSH yang diperlukan. Nilai
kecepatan spesifik diasumsikan 1200, berdasarkan Sularso Hubungannya
dapat dilihat pada persamaan di bawah ini :
................................................................. (2.9)
....................................................................... (2.10)
................................................................. (2.11)
................................................................. (2.12)
24
(
)
Dimana :
n = putaran dari impeler pompa (rpm)
Q = debit fluida (m3/s)
S = kecepatan spesifik sisi hisap (m/s)
BAB III
METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1 Deskripsi Alat Praktikum
25
Gambar 3.1 Instalasi Pengujian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebuah instalasi pompa
sentrifugal yang dirancang khusus telah mengalami kavitasi. Tedapat 2 katup
pada instalasi pompa ini yaitu katup awal pada pipa isap yang berfungsi sebagai
26
bukaan untuk fluida masuk ke dalam pompa sentrifugal dan katup akhir pada
pipa tekan berfungsi untuk mengeluarkan fluida. Katup awal dapat diatur
sedemikian rupa untuk mengetahui debit, kecepatan dan tekanan yang nantinya
digunakan sebagai data untuk mengetahui nilai besaran dari proses kavitasi
yang terjadi pada pompa sentrifugal. Pada instalasi pompa ini juga terdapat 4
buah lubang yang digunakan untuk mengatur tekanan.
3.2 Alat dan Bahan
Berikut alat dan bahan yang digunakan pada saat Praktikum Fenomena
Dasar Mesin pada pompa sentrifugal.
1. Pompa Sentrifugal merek Shimizu tipe PS 130-Bit dengan spesifikasi :
Daya motor : 125 watt
Daya hisap : 9 meter
Daya dorong : 31 meter
Kapasitas : 35 Liter/menit
Total Head : 40 meter
Pipa : 1 inch
Tegangan : 220 Volt, 50 Hz
2. Bak penampungan
3. Manometer vakum dan kompound
4. Katup isap
5. Katup tekan
6. Rotameter air
7. Pipa transparan
8. Pipa PVC
9. Stopwatch
27
3.3 Prosedur Percobaan
3.2.1 Persiapan
1. Menyiapkan instalasi percobaan.
2. Memeriksa persediaan air di reservoir dan memastikan keadaannya layak
untuk percobaan.
3. Memeriksa katup-katup dapat dibuka dan ditutup sempurna.
4. Memeriksa kabel-kabel daya pompa.
5. Menjalankan mesin pompa sentrifugal.
3.2.2 Percobaan
a. Buka katup keran mulai dari 360.
b. Hitung debit air dengan memperhatikan volume air pada wadah penampung
dan gunakan stopwatch untuk mengukur waktu.
c. Lakukan pengulangan sebanyak 3 kali.
d. Ukur tekanan air pada lubang yang terdapat pada posisi P1, P2, P3 dan P4
dengan menggunakan Manometer.
e. Pada saat mengukur tekanan pada posisi P1, lubang pada posisi P2, P3 dan
P4 ditutup. Begitu pula pada saat mengukur tekanan pada posisi P2, maka
pada lubang posisi P1, P3 dan P4 ditutup dan seterusnya.
f. Catat nilai tekanan pada Manometer sebanyak 3 kali di setiap posisi P1, P2,
P3 dan P4.
g. Ukur jarak antara P1, P2, P3 dan P4 terhadap permukaan fluida.
h. Ukur kecepatan putaran mesin pompa menggunakan Tachometer.
i. Kemudian lanjutkan percobaan ini dengan pembukaan keran 324, 288,
252, 216, 180, 144, 108, 72, 36.
j. Kemudian susun data percobaan.
28
3.2.3 Akhir Percobaan
1. Mematikan pompa.
2. Mengatur katup ke posisi tutup.
3. Membersihkan semua peralatan yang digunakan.
4. Mengembalikan semua peralatan ke tempatnya dalam keadaan baik seperti
semula.