Tugas Akhir
BAB IV PERHITUNGAN INSTALASI POMPA HYDRANT
4.1
4.2
Data – data Perencanaan
•
Jenis cairan
•
Massa jenis cairan : 1 kg/liter
•
Temperatur cairan : 25ºC
•
Kapasitas
: 4.731 liter/menit = (1250 gpm)
•
Kondisi kerja
: Tidak kontinyu
•
Penggerak
: Motor listrik
•
Putaran
: 3800 rpm
: Air
Perhitungan Head Total Pompa
Dalam merencanakan head total pompa, maka diasumsikan bahwa pompa harus mampu mensuplai air sampai ke titik terjauh dengan tekanan yang diharapkan. Untuk mendapatkan head total pompa digunakan rumus sebagai berikut : H = ha + ΔhP + h1 +
1 ( Vd2 − Vs2 ) 2g
Dimana : H
: Head total pompa (m)
ha
: Head statis total (m)
Δhp
: Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air (m)
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
55
Tugas Akhir
h1
: Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan dan lain-lain.
g
: Percepatan gravitasi (m/s²)
(V
2 d
− Vs2 ) = Selisih head kecepatan keluar antara sisi tekan dan isap (m) 2g Harga head total pompa yang digunakan harus lebih besar dari head total
pompa yang harus dihitung, karena jika nilai total pompa yang akan dihitung lebih besar maka pompa yang akan direncanakan tidak dapat dipakai. 4.3
Head Statis Total (ha)
Beda ketinggian dari level air pada Ground Water Tank •
Kotak hydrant
:102 meter
•
Massa jenis cairan
:1kg/liter
•
Grafitasi
: 9,8
Maka ha = 1 x 9,8 x 102 = 99,96 m 4.4
Perbedaan Tekanan (Δhp)
Perbedaan head tekanan pada kotak hydrant terjauh dan tertinggi yaitu 45 meter (4,5 bar). 4.5
Kerugian Tekanan Akibat Gesekan pada Pipa
Kerugian tekanan akibat gesekan sangat tergantung pada : •
Diameter dan panjang pipa
•
Laju aliran
•
Fitting-fitting
•
Valve-valve
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
56
Tugas Akhir
4.5.1
Kerugian gesekan pipa pada sisi isap
Data –data pada pipa : •
Panjang pipa (L)
: 20 m
•
Diameter
(D)
: 200 mm (0,2 m)
•
Laju aliran
(Q)
:4.731 liter/menit (1250 gpm) → 0,07885 m²/s
a. Kecepatan cairan pada sisi isap Q = v⋅A Q π 2 ⋅D 4
v=
=
0,07885 3,14 ⋅ (0,2) 2 4
= 2,511 m/s b. Kerugian gesekan pada sisi isap hf = f
Dimana,
L v2 ⋅ D 2⋅g
f : faktor gesekan
L : panjang pipa (m) D : diameter dalam pipa (m) v : kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s)
g : percepatan gravitasi (m/s²) Faktor gesekan dapat dicari dengan rumus :
Re =
v⋅D υ
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
57
Tugas Akhir
Dimana,
Re : Bilangan Reynold v : kecepatan rata-rata dalam pipa υ
: Viskositas kinematik zat cair pada temperatur 25ºC Viskositas dari air pada temperatur 25ºC = 0,542 x 10-6
Maka,
Re =
2,511 ⋅ 0,2 0,542 × 10 −6
= 926568,2 Untuk nilai Re > 4000 maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Maka dapat digunakan rumus Darcy atau diagram Moody untuk mendapatkan faktor gesekan ( f ) dalam pipa pada aliran turbulen. Dengan menggunakan rumus Darcy yaitu :
λ = 0,020 +
0,0005 D
= 0,020 +
0,0005 0,2
= 0,0225 Dimana λ = faktor gesekan (ƒ) Maka, h f = 0.0225
20 2,5112 ⋅ 0,2 2 ⋅ 9.8
= 0,723 m c. Kerugian gesekan pada Elbow (90º) /sambungan L
v = 2,511 m/s f = 0,75
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
58
Tugas Akhir
hf = f
v2 2⋅g
h f = 0.75
2,5112 2 ⋅ 9,8
= 0,2412 m d. Kerugian gesekan pada Tee / sambungan T
v = 2,511 m/s f = 0,9 hf = f
v2 2⋅g
2,5112 h f = 0.9 2 ⋅ 9,8 = 0,2895 m e. Kerugian gesekan pada Flexible Joint
v = 2,511 m/s f = 0,8 hf = f
v2 2⋅g
h f = 0.8
2,5112 2 ⋅ 9,8
= 0,2573 m f. Kerugian gesekan pada Gate Valve
v= 2,511 m/s f = 0,10
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
59
Tugas Akhir
Jumlah katup k = 2 buah hf = f
v2 2⋅g
h f = 0.10 ⋅ 2
2,5112 2 ⋅ 9,8
= 0,064 m 4.5.2
Kerugian gesekan pipa pada sisi tekan
Data –data pada pipa :
•
Panjang pipa (L)
: 16 m
•
Diameter
(D)
: 150 mm (0,15 m)
•
Laju aliran
(Q)
:4.731 liter/menit (1250 gpm) → 0,07885 m²/s
a. Kecepatan cairan pada sisi tekan Q = v⋅A Q π 2 ⋅D 4
v=
=
0,07885 3,14 ⋅ (0,15) 2 4
= 4,464 m/s b. Kerugian gesekan pada sisi tekan hf = f
Dimana,
L v2 ⋅ D 2⋅g
f : faktor gesekan
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
60
Tugas Akhir
L : panjang pipa (m) D : diameter dalam pipa (m) v : kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s)
g : percepatan gravitasi (m/s²) Faktor gesekan dapat dicari dengan rumus : Re = Dimana,
v⋅D υ
Re : Bilangan Reynold v : kecepatan rata-rata dalam pipa
υ
: Viskositas kinematik zat cair pada temperatur 25ºC Viskositas dari air pada temperatur 25ºC = 0,542 x 10-6
Maka,
Re =
4,464 ⋅ 0,15 0,542 × 10 −6
= 1235424,3 Untuk nilai Re > 4000 maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Maka dapat digunakan rumus Darcy atau diagram Moody untuk mendapatkan faktor gesekan ( f ) dalam pipa pada aliran turbulen. Dengan menggunakan rumus Darcy yaitu :
λ = 0,020 +
0,0005 D
= 0,020 +
0,0005 0,15
= 0,0233 Dimana λ = faktor gesekan (ƒ)
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
61
Tugas Akhir
Maka, h f = 0.0233
16 4,464 2 ⋅ 0,15 2 ⋅ 9.8
= 2,50 m c. Kerugian gesekan pada Elbow (90º) /sambungan L
v = 4,464 m/s f = 0,85 hf = f
v2 2⋅g
h f = 0.85
4,464 2 2 ⋅ 9,8
= 0,8641 m d. Kerugian gesekan pada Tee / sambungan T
v = 4,464 m/s f = 0,9 hf = f
v2 2⋅g
h f = 0.9
4,464 2 2 ⋅ 9,8
= 0,9150 m e. Kerugian gesekan pada Flexible Joint
v = 4,464 m/s f = 0,8 hf = f
v2 2⋅g
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
62
Tugas Akhir
h f = 0.8
4,464 2 2 ⋅ 9,8
= 0,8133 m f. Kerugian gesekan pada Gate Valve
v = 4,464 m/s f = 0,10 Jumlah katup k = 1 buah h f = f ⋅k
v2 2⋅g
4,464 2 h f = 0.10 ⋅ 1 2 ⋅ 9,8 = 0,1016 m g. Kerugian gesekan pada Check Valve
v = 4,464 m/s f = 0,2 hf = f
v2 2⋅g
h f = 0.2
4,464 2 2 ⋅ 9,8
= 0,2033m
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
63
Tugas Akhir
4.5.3
Hasil perhitungan faktor gesekan pada pipa
a. Faktor gesekan pada pipa utama
No
Item
D (mm)
L (m)
f
20
0,723
k
LEk
Hf
1
Sisi isap
200
2
Elbow
200
0.02412
2
6,5
3,13
3
Tee
200
0,02895
2
14,0
8,10
4
Gate Valve
200
0,064
2
1,4
0,17
5
Flexible joint
200
0,2573
1
33,0
8,50
6
Sisi tekan
150
7
Elbow
150
0,8641
1
6,0
5,1846
8
Tee
150
0,9150
2
9,0
16,47
9
Gate valve
150
0.1016
1
1,2
0,121
10
Check valve
150
0,2033
1
12,0
2,439
11
Flexible joint
150
0,8133
1
24,0
19,51
16
14,46
2,50
40
Total H1 = 118,08 b. Faktor gesekan pada pipa tegak
No
Item
D (mm)
L (m)
f
102
0,43
k
LEk
Hf
1
Pipa
150
43,86
2
Elbow
150
0.08
1
6,0
0,48
3
Tee
150
0,06
9
9,0
4,86
Total H2 = 49,2 c. Faktor gesekan pada pipa cabang
No
Item
D (mm)
L (m)
f
2
0,156
k
LEk
Hf
1
Pipa
65
0,312
2
Elbow
65
0.13
1
2,4
0,312
3
Tee
65
0,16
1
0,48
0,076
Total H3 = 0,7 Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
64
Tugas Akhir
HK pipa
=Lxf
HK fitting/valve
= f x LEK x k
Dimana : Hf
: Head akibat kerugian gesekan
L
: Panjang pipa
LEK
: Panjang ekuivalent
f
: Koefisien kerugian gesekan
k
: Jumlah fitting/valve
Total gesekan pada pipa : H1 + H2 +H3 = 118,08 + 49,2 + 0,7 = 167,98 m
Jadi Head total pompa adalah : H = h a + Δh P + h 1 +
Vd2 − Vs2 2g
= 99,96 + 45 + 167,98
(4,464 − 2,511) 2 ⋅ 9,8
= 161.69 ≈ 162 meter 4.6
Putaran Spesifik Pompa (ns)
Data –data pompa : •
Head total pompa (H)
: 162 m
•
Kapasitas pompa (Q)
: 4.731 liter/menit = 0,07885 m³/s
•
Putaran poros
: 3800 rpm
•
Cairan
: Air
•
Temperatur cairan
: 25ºC
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
(n)
65
Tugas Akhir
ns =
n Q H3/ 4
ns =
3800 0,07885 162 3 / 4
= 23,50 rpm Dari putaran didapat, maka bentuk impeller adalah : ns = (12 – 35), adalah impeller jenis radial. 4.7
Effisiensi Pompa
Gambar 4.1 Grafik efisiensi Pompa
Berdasarkan grafik di atas dengan Q = 0,07885 m³/s dan putaran spesifik (ns) = 23,50 rpm maka diperoleh effisiensi pompa (ηp) = 80 %.
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
66
Tugas Akhir
4.8
Daya Fluida (PW)
Daya fluida adalah energi yang secara effektif diterima air akibat dari bekerjanya pompa. Daya fluida dapat dihitung dengan menggunakan rumus : PW = ρ x g x Q x H Dimana, ρ : Massa jenis fluida
= 1000 kg/m³
Q : Kapasitas pompa
= 0,07885 m³/detik
H : Head total pompa
= 162 m
g : Percepatan gravitasi
= 9,81 m/s²
Maka, PW = 1000 x 9,81 x 0,07885 x 162 = 125309,9 N.m/s = 125309,9 W = 125,3099 kW 4. 9
Daya Pompa (P)
Daya pompa adalah daya yang harus tersedia dan digunakan oleh fluida. Daya ini merupakan daya yang harus digerakkan oleh motor penggerak pompa. Daya pompa yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa adalah sama dengan daya air dibagi dengan effisiensi pompa. Besarnya daya poros dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : P=
ρ ×g×Q× H ηP
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
67
Tugas Akhir
4.9.1
Daya pompa untuk Elektric Main Pump (Pompa Utama) / Diesel Pump
Karena kapasitas Elektrik Main Pump (Pompa Utama) dan Diesel Pump mempunyai kapasitas yang sama maka : Data –data pompa : •
Head total pompa (H)
: 162 m
•
Kapasitas pompa (Q)
: 1250gpm= 4.731liter/menit = 0,07885 m³/s
•
Putaran poros
: 3800 rpm
•
Cairan
: Air
•
Massa jenis Cairan (ρ)
: 1000 kg/m³
•
Temperatur cairan
: 25ºC
•
Efisiensi pompa
(np)
: 80 %
•
Grafitasi
(g)
: 9,81 m/s²
P=
ρ ×g×Q×H ηP
(n)
=
1000 × 9,81 × 0,07885 × 162 0,80
=
125309,9 0,80
= 156637,37 W = 156,63737 kW 4.9.2
Daya pompa untuk Jockey Pump
Data –data pompa : •
Head total pompa (H)
: 162 m
•
Kapasitas pompa (Q)
: 550gpm = 1.892 liter/menit = 0,03153 m³/s
•
Putaran poros
: 3800 rpm
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
(n)
68
Tugas Akhir
•
Cairan
: Air
•
Massa jenis Cairan (ρ)
: 1000 kg/m³
•
Temperatur cairan
: 25ºC
•
Efisiensi pompa
(np)
: 80 %
•
Grafitasi
(g)
: 9,81 m/s²
a. Putaran spesifik pompa (ns) ns =
n Q H3/ 4
ns =
3800 0,03153 162 3 / 4
= 14,85 rpm b. Efisiensi pompa (np) Berdasarkan grafik efisiensi pompa dengan Q = 0,03153 m³/s dan putaran spesifik (ns) = 14,85 rpm maka diperoleh effisiensi pompa (ηp) = 55 %. c. Daya pompa (P)
P= =
=
ρ ×g×Q×H ηP 1000 × 9,81 × 0,03153 × 162 0,55 50108,10 0,55
= 91105,64 W = 91,10564 kW
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
69
Tugas Akhir
4.10
Kapasitas Cadangan Air
Volume air yang harus tersedia untuk cadangan air kebakaran adalah : v=Qxt
Dimana,
v
:Volume air cadangan
Q : Kapasitas pompa = 4.731 liter/menit (1.250 gpm) T : Waktu pemompaan = 45 menit Sehingga cadangan air adalah = 4.731 x 45 = 212,895 liter
Universitas Mercu Buana Teknik Mesin
70
