BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 4. 1. Perhitungan Pompa yang akan di pilih digunakan untuk memindahkan air bersih dari tangki utama ke reservoar. Dari data survei diketahui : 1. Kapasitas aliran (Q) = 26,4 m3/hr = 0,0073 m3/s = 7,33 lt/s. 2. Pipa yang digunakan adalah pipa baja, dengan nilai kekasaran (ε) = 0,04572 mm. 3. Standar pipa yang digunakan adalah ASME / ANSI B36.10 M - 1985 4. Data pompa di asumsikan pompa baru Pipa Hisap (Suction) a. Pipa berdiameter 3” -
Inner diameter (ID)
= 78 mm = 78 x 10-3m
74
75
-
Out diameter ( OD ) = 89 mm = 89 x 10-3m
-
Panjang pipa (L)
=3m
Pipa tekan (discharge) a. Pipa berdiameter 3” -
Inner diameter (ID) = 78 mm = 78 x 10-3m
-
Out diameter ( OD ) = 89 mm = 89 x 10-3m
-
Panjang pipa A (LA) = 57,8 m
b. Pipa berdiameter 2” -
Inner diameter (ID)
= 53 mm = 53 x 10-3 m
-
Out diameter ( OD ) = 60 mm = 60 x 10-3m
-
Panjang pipa B (LB) = 2 m
5. Data Fluida -
Fluida yang digunakan
= Air Bersih
-
Temperatur kerja
= Di asumsikan 20° C
-
Viskositas Kinematik (υ)
= 1,004 x 10-6 m2/s
76
-
sp Gr.
=1
6. Head Statis (Hs)
= 41,8 m - 0,8 m = 41 m
4. 1.1. Head Kerugian Mayor 1. Pada pipa isap a. Pipa berdiameter 3” -
Inner Diameter (ID)
= 78 mm = 78 x 10-3 m =3m
-
Panjang pipa (L)
Kecepatan aliran (v) yang mengalir melalui pipa ini sebesar :
Kekasaran relative (ε / D)
Bilangan Reynolds
77
Koefisien gesekan pipa (f )
Nilai koefisien gesekan dalam pipa dapat dicari dengan menggunakan moody, namun untuk ketelitian lebih dapat digunakan persamaan Moody untuk aliran turbulent.
f = 0,0055 (1 + (20000 x ε/D + 10⁶ / Re)1/3) = 0,0055 ( 1 + (20000 x 0,0006 + 10⁶ / 118709,2)1/3 ) = 0,02
Karena pipa telah digunakan bertahun-tahun, maka koefisien gesek pipa bertambah besar menjadi 1,5 sampai 2,0 kalinya. Pada umumnya diambil 1,5 kali, sehingga :
f = 1,5 x 0,02 = 0,03
Kerugian gesek
78
= 0,14 m 2. Pada Pipa Tekan a. Pipa berdiameter 3” -
Inner diameter (ID)
= 78 mm = 78 x 10-3 m
-
Panjang pipa (L)
= 57,8 m
Kecepatan aliran (v) yang mengalir melalui pipa ini sebesar :
Kekerasan relative (e/D)
Bilangan Reynolds
79
Koefisien gesekan pipa (f ) f = 0.0055 [ 1 + (20000 x ε / D + 10⁶ /Re)1/3] = 0.0055 [ 1 + (20000 x 0,0006 + 10⁶/ 118709.2]1/3] x1,5 = 0.03
Kerugian gesek (hf)
= 2,65 m b. Pipa berdiameter 2” -
Inner diameter (ID)
= 53 mm = 53 x 10-3 m
Panjang pipa (L)
Kecepatan aliran (v) yang mengalir melalui pipa ini sebesar :
Kekasaran relative (ε / D) /
=2m
Bilangan Reynolds
80
Koefisien gesekan pipa (f ) f = 0.0055 [ 1 + (20000 x ε / D + 10⁶ / Re)1/3] = 0.0055 [ 1 + (20000 x 0,0009 + 10⁶/ = 0.02
f = 1,5 x 0,02 = 0,03
Kerugian gesek (h)
= 0,633 m Maka kerugian gesek total, Htotal = hf1+hf2+hf3 = 0,14 + 2,65 + 0,633
]1/3]
81
= 3,423 m 4. 1.2. Head Kerugian-kerugian minor (hmI) 1. Pada pipa hisap
Kerugian ujung masuk pipa hisap 3”
Dari table koefisien kerugian ujung masuk pipa hisap tipe (iv) f = 0.56
Besarnya kerugian, Hmi1 = f
Kerugian belokan pada pipa Pada pipa 3”, terdapat elbow 90° sebanyak 1 buah. Koefisien
kerugian didapat : .
= 0,297 Hmi2 = 0,297 x = 0,035 m
Pipa 3” terdapat sambungan Tee, namun dianggap sebagai belokan karena fluida hanya mengalir ke satu cabang, sehingga kerugian kecil karena belokan.
82
f = 0,320 Besarnya kerugian, hmi3
= 0,038 m
Kerugian gate valve Pada pipa 3”, terdapat gate valve 1 buah berdiameter 3" Koefisien kerugian, k = 0,14 Besarnya kerugian, hm14 =
= 0,0167 m
Kerugian pada butterfly valve Pada pipa 3”, terdapat Katup putar 1 buah Koefisien kerugian, k = 0,81 ( didapat dari tabel friction losses pipe in pipe fittings ref.4 hal 213 ) Besarnya kerugian, hm15 =
= 0,096 m
Kerugian Expanser
83
Terdapat 1 buah Expanser : -
Expanser 2,5” x 3” dengan θ =20 β = d/D = 2,5”/3” = 0,83
Nilai V Pada pipa 2,5" inner diameter : 63 mm : 63 x 10-3 m Panjang Pipa : 73,2 mm 73,2 x 10-3 m Kecepatan aliran (v) yang mengalir melalui pipa ini sebesar :
Koefisien kerugian untuk < θ 45°
84
Besarnya kerugian
hml6 =
= 0,0069 m Head minor losses total pada sisi isap hmlti = hml1 + hml2 .......+ hml6 = 0,067 + 0,04 + 0,038 + 0,0167 + 0,096 + 0,0069 = 0,265 m 2. Pada pipa tekan
Kerugian elbow pada pipa -
Pada pipa 3” terdapat elbow 90° sebanyak 6 buah koefisien Kerugian didapat
85
besarnya kerugian, hml7
= 0,21 m Pada pipa 2” terdapat elbow 90° sebanyak 1 buah koefisien Kerugian didapat
besarnya kerugian, hml8
= 0,17 m
Kerugian gate valve
86
-
1 buah gate valve pada pipa 3”
Koefisien kerugian, f = 0,14
Besarnya kerugian, hml9 =
= 0,0167 m
Kerugian check valve 1 buah swing check valve pada pipa 3” Koefisien kerugian, f = 1,80 Besarnya kerugian, hml10 =
= 0,214 m
Kerugian Expanser 2”x 3” Ө = 20° = d/D = 2”/3” = 0,67 Koefisien kerugian untuk θ < 45°
87
= 0,5543
Besarnya kerugian,
= 0.09 m
Kerugian pada keluaran pipa ( ref.1 hal.38 ) Koefisien kerugian (f) = 1, untuk semua jenis keluaran -
Pada pipa 3”
Besarnya kerugian, hml12 =
= 0,56 m hmltd
= hml7 + hml8 + ...... + hml11+ hml12 = 0,21 + 0,0167 +0,17 + 0,214 + 0,09 + 0,56 = 1,26 m
Maka kerugian kecil total , Hml = hml1 + hml2 + hml3. + ….. + hml11
88
Hml = ( 0,067 + 0,04 + 0,038 + 0,0167 + 0,096 + 0,0069 + 0,21 + 0,0167 +0,17 + 0,214 + 0,09 + 0,56 ) = 1,53 m Jadi kerugian Head total didapat
hl total = hf total + hml total hl total = (3,423 + 1,53) m = 4,95 m 4. 1.3. Head Total yang Dibutuhkan Pompa Head total pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah air secara teoritis didapat :
H = ha + Δ hp + h1 +
Dimana : ha = Head statis total (m) Δ hp = Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air (m) dianggap 0 karena tangki terbuka ( sama sama 1 atm ) h1 = berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan sambungan dan lainlain (m)
= Head kecepatan (m)
89
Head statis total (ha)
ha = Z2 – Z1 Dimana : Z1 = ketinggian permukaan air pada tangki hisap (m) = 0,8 m Z2 = ketinggian permukaan air pada tangki buang (m) = 41,8 m Jadi head statis total :
ha = ( 41,8 - 0,8 ) m = 41 m Head losses (h1) h1 = hf + hml = (3,423 + 1,53) m = 4,95 m Head Kecepatan Kecepatan air pada pipa tekan diameter 3” (Vd) = 1,528 m/s
90
Head kecepatan keluar =
=
= 0,12 m Jadi secara teoritis head total yang dibutuhkan sentrifugal Pada gedung pada kondisi operational : H = (41 + 4,95 + 0,12) m = 46,07 m note : head tekanan dianggap 0 karena tekanan di tangki penampungan ( 1 atm bak terbuka ) sama dengan di reservoar karena ketinggian kurang dari 100 meter maka tekana di reservoar karena jenis terbuka dianggap 1 atm 4. 1.4. NPSH yang Tersedia (NPSH avalaible) NPSH yang tersedia didapat dari persamaan :
Hsv. =
Dimana : hsv. = NPSH yang tersedia (m) Pa
= Tekanan mutlak permukaan zat cair dalam tangki (kgf/m2)
91
= 10332,2745 kgf/m2 Pv = Tekanan uap jenuh air bersih pada suhu 20° ( kgf/m2) = 0,02383 kgf/cm2 = 238,3 kgf /m2
ƴ = berat zat cair per satuan volume – densitas (kgf/m3) liat tabel = 0,9983 kgf / l = 998,3 kgf /m3 hs = head isap statis = 0,8 m
Karena suction pompa lebih sama dengan dari permukaan air muka hs bertanda Positif (+). hls = Head kerugian pada sisi hisap = (hf1 + hml1 + hml2+ hmi3+ hml4 + hmi5+hml6 = (0,14 + 0,067 + 0,04 + 0,038 + 0,0167 + 0,096 + 0,0069) = 0,405 m
Maka, hsv =
92
= 10,5 m Jadi NPSHa yang tersedia adalah sebesar 9,63 m Maka NPSHa = 10,5 m > NPSHr = 4 m, jadi pompa sentrifugal pada gedung berlantai dapat memenuhi persyaratan aman dari kavitasi. 4. 1.5. Putaran Spesifik
Ns =
Dimana : N = Putaran pompa (rpm) Q = Kapasitas aliran (m3/min) H = Head pompa (m)
Maka : Ns = 2915
= 109,35 Jenis impeller full closed sesuai dengan type existing (Gbr. 2.10.2.17 ns dan bentuk impeller).
93
4. 1.6 Daya Air Energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa persatuan waktu disebut daya air, yang dapat ditulis dengan persamaan : Pw = Daya air (kW) γ = Berat jenis fluida (kg/l) Q = Kapasitas (m3/min) H = Head total pompa (m) Sehingga :
Pw = 0.163 γ Q H = 0,163 x 0,9963 kg/l x 0,44 m3/min x 46,07 m = 3,29 kW 4. 1.6. Daya Poros Besarnya daya yang diperlukan untuk menggerakkan dan memutar poros pompa adalah sama dengan daya air ditambah kerugian daya didalam pompa. Daya ini dapat dinyatakan sebagai berikut :
P=
94
Dimana : P = Daya poros sebuah pompa (kW) = Efisiensi pompa Sehingga :
P=
=
P = 5,87 kW
95
Performance Curve Pump
Gambar 4.1 Performance Curve Pump
96
4.I.7 Pemilihan Penggerak Mula
Pm =
α : jenis penggerak motor induksi = 0,2 ηt: Efesesiensi transmisi ( kopling hidrolik ) = 0,95
=
= 7,43 kw. 4. 2. Analisa Perhitungan Dari hasil perhitungan kerugian aliran di dalam pipa didapat head kerugian mayor pada pipa isap sebesar 0,14 m dan head kerugian mayor pada pipa tekan sebesar 3,423 m, dimana kerugian mayor dipengaruhi oleh factor gesekan, panjang pipa diameter dalam pipa dan kecepatan rata-rata aliran. Sedangkan head kerugian minor pada pipa isap sebesar 0,265 m dan head kerugian minor pada pipa tekan sebesar 1,54 m, dimana kerugian minor dipengaruhi oleh sambungan pada pipa reducer, expanser, elbow dan katup. Kerugian head mayor lebih besar dibandingkan dengan head kerugian minor ini disebabkan karena pada kerugian mayor panjang pipa discharge menyumbang kerugian yang lebih besar.
97
Sedangkan pada perhitungan NPSH Yang tersedia didapat sebesar 10,5 m lebih besar dari NSPH yang dibutuhkan sebesar 4 m. jadi pompa sentrifugal pada gedung bertingkat dapat memenuhi persyaratan aman dari kavitasi. Dimana pompa sentrifugal ini dari perhitungan didapat hasil sebagai berikut :
Head kerugian mayor pada pipa isap
: 0,14 m
Head kerugian mayor pada pipa tekan
: 3,423 m
Head kerugian minor pada pipa isap
: 0,265 m
Head kerugian minor pada pipa tekan
: 1,53 m
Head statis total
: 41 m
Head losses
: 4,95 m
Head kecepatan
: 0,12 m
Head total pompa secara teoritis
: 46,07 m
Head design pompa
: 43 m
NPSH tersedia
: 10,5 m
NPSH dibutuhkan
:4m
Putaran spesifik
: 109,53
Daya air
: 3,29 kW
Daya poros
: 5,87 kW
Pemilihan Penggerak Mula
: 7,43 kW
98
4. 3. Grafik hasil perhitungan data
Grafik antara panjang pipa (L) dengan head losses mayor (hf)
No A B C
Deskripsi Discharge hf3 Suction hf1 Discharge hf2
Panajng Pipa 2 3 57.8
Head Losses Mayor 0.633 0.14 2.65
Panjang Pipa (m)
Grafik Antara L Pipe dengan Head losses Mayor 100 50 0 0.633
0.14
2.65
Head Losses Mayor (m)
Gambar 4.2 Grafik antara L pipe dengan head losses mayor
Grafik antara panjang pipa dengan head losses minor (hlm) No A B C
Deskripsi Discharge 2" Suction Discharge 3"
Panjang Pipa 2 3 57.8
Losses 0.56 0.265 1.53
99
Grafik L Pipe terhadap Losses Minor L(m)
80 60 40 20 0 0.56
0.265
1.53
hml ( m )
Gambar 4.3 Grafik antara L pipe terhadap losses minor Grafik antara koefisien gesek minor total terhadap minor losses No B C
Deskripsi Suction Discharge
Koefisien Gesek ( f ) 2.331 3.7913
Losses ( m ) 0.265 1.26
Grafik f minor dengan Hml 4 3 f/k
2 1 0 0.265
1.26 hl ( m )
Gambar 4.4 Grafik antara friction minor dengan Head minor losses
100
Grafik antara koefisien gesek sisi isap dengan losses minor No A B C D E F
Deskripsi Gate Valve Expanser Elbow 3" 90° Tee Ujung Masuk Pipa Butterfly Valve
Nilai F / K 0.14 0.204 0.297 0.32 0.56 0.81
Nila Losses 0.0167 0.0069 0.035 0.038 0.067 0.096
Grafik koefisien gesek sisi isap dengan losses 1 F
f / K (m)
0.8 0.6
E
0.4 0.2
B
A
D
C
0 0.0167
0.0069
0.035
0.038
0.067
0.096
Hml (m)
Gambar 4.5 Grafik antara Koefisien gesek suction dengan losses
Grafik antara koefisien gesek sisi buang dengan losses minor No A B C D E F
Deskripsi gate valve Elbow 2" 90° Elbow 3" 90° Expanser 2" ke 3 " Keluaran Pipa 2" Check Valve 3"
Nilai f / k 0.14 0.297 0.297 0.5543 1 1.8
Nila Losses 0.0167 0.17 0.21 0.009 0.56 0.214
101
Grafik f / k terhadap hml 2
f/k
1.5 1 0.5 0 0.0167
0.17
0.21
0.009
0.56
0.214
hml ( m)
Gambar 4.6 Grafik antara Friction / Koefisien terhadap head minor losses
