OPTIMASI SUDUT INLET DAN OUTLET SUDU IMPELER POMPA TERHADAP HEAD DAN DAYA POMPA Taufiqur Rokhman Program Studi Teknik Mesin D-3 Universitas Islam “45” Bekasi ABSTRAK Pada penelitian ini, objek yang kami jadikan bahan penelitian adalah impeler pompa. Dalam teori dinyatakan bahwasanya impeler dengan bentuk sudu yang berbeda-beda atau sudut sudu yang berbeda berpengaruh terhdap head pompa dan daya yang dihasilkan. Terdapat tiga bentuk sudu yang umum dan diaplikasikan. Yakni backward curved blade, radial curved blade, dan forward curved blade. Penelitian ini dilakukan dengan mensimulasi dan mengoptimasi semua parameter pompa yang divariasikan dalam banyak variasi titik sehingga diharapkan mendapatkan satu titik yang optimum yakni head dan daya pompa yang maksimum. Maka titik itulah yang kemudian dipilih sebagai kondisi desain yang kita tawarkan kepada pelaku industri. Head (H) terbesar yakni 14,22 m dihasilkan oleh impeler pompa dengan sudut inlet 45o dan sudut outlet 65o dari 50 variasi sudut sudu impeler (inlet dan outlet). Adapun daya (BHP) terbesar adalah 49,55 HP dihasilkan oleh impeler pompa dengan sudut inlet dan sudut outlet yang sama yakni 65o.
Kata kunci: Optimasi, Pompa, Sudu, Head, Daya
lain disebutkan beberapa karakteristik pompa sentrifugal dengan sudu impeler streamline. Di antaranya terdapat satu karakter yang dipilih dalam desain pompa disebabkan output atau keluaran yang optimum (Yurianto, 2001).
PENDAHULUAN Telah dijelaskan beberapa teknik optimasi di antaranya dengan simulasi CFD untuk mendapatkan parameter yang sesuai sehingga diperoleh keluaran yang optimum yakni head dan daya yang paling besar (Yu-Tai Lee, 2011). Demikian pula dalam penelitian yang
Dalam penelitian yang lain dalam bidang konversi energy
183
khususnya perpipaan telah dilakukan berbagai simulasi dan optimasi pada variabel atau parameter pompa lainnya selain sudu dan kecepatan untuk meningkatkan performa dan efisiensinya. Demikian pula pada penelitian yang kami lakukan ini, objek yang kami jadikan bahan penelitian adalah impeler pompa. Dalam teori yang sudah ada dinyatakan bahwasanya impeler dengan bentuk sudu yang berbedabeda berpengaruh pada head pompa dan daya yang dihasilkan. Terdapat tiga bentuk sudu yang umum dan diaplikasikan. Yakni backward curved blade, radial curved blade, dan forward curved blade.
yang optimum yakni head dan daya pompa yang maksimum. Maka titik itulah yang kemudian dipilih sebagai kondisi desain yang bisa kita tawarkan kepada pelaku industri. Tujuan Penelitian Tujuan dari Penelitian ini adalah: a) Mengetahui seberapa besar pengaruh faktor-faktor sudut sudu impeler terhadap head dan daya yang dihasilkan oleh pompa. b) Dapat merekomendasikan kondisi desain yang lebih baik kepada calon pengguna. Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas dan detail terhadap masukan dan keluaran dari penelitian ini maka perlu disebutkan kondisi atau parameter yang ingin diubah seperti sudut sudu inlet dan sudut sudu outlet. Kedua parameter tersebut kemudian divariasikan sebanyak 50 variasi dengan interval sudut terkecil dan terbesarnya adalah sama yakni antara 45 o sampai 65 o. Adapun interval antara satu level dengan level yang lain adalah 5o. Kemudian dengan menggunakan formula yang diberikan dan simulasi numerical berbantuan Ms. Excel akan ditentukan outputnya yakni nilai head dan daya yang dihasilkan oleh pompa. Selanjutnya ditentukan parameter yang optimum dari semua variasi parameter sudut sudu.
Ketiga bentuk desain sudu tersebut memberikan pengaruh yang berbeda-beda terhadap tinggi tekan (head) yang dihasilkan. Di sisi lain, terhadap daya yang dihasilkan oleh pompa, ketiga bentuk desain sudu tersebut memberikan pengaruh yang sebaliknya. Sebagai contoh, apabila bentuk desain BCB, berimplikasi kepada peningkatan tinggi tekan (head) seiring dengan meningkatnya debit aliran, maka di sisi lain, peningkatan debit aliran berpengaruh terhadap penurunan daya pompa pada suatu titik tertentu. Oleh karenanya, dalam penelitian ini dimaksudkan untuk mensimulasi semua parameter pompa yang dikolaborasikan dalam banyak variasi titik sehingga diharapkan mendapatkan satu titik
184
dimaksud adalah seperti yang dinyatakan dalam persamaan 2.2 dan persamaan 2.3.
METODOLOGI PENELITIAN Mulai
Dengan menggunakan Ms. Excel, kita memvariasikan dan mensimulasikan dua sudut sudu impeller sebagai variabel masukan menjadi 50 variasi. Dari 50 variasi sudut sudu impeller, didapatkan output berupa head dan daya pompa. Selanjutnya, diidentifikasi untuk mendapatkan kombinasi dua sudut sudu impeller yang menghasilkan keluaran yang terbesar yakni head dan daya maksimum.
Pencarian Data Pengolahan Data
Simulasi Numerik dan Optimasi
Q = πD b Vf = π D1b1Vf1 dan
𝐵𝐻𝑃 =
𝑄.𝐻.𝛾 75 𝜂
(Head dan Daya Optimum) Analisa Selesai
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Pengolahan Data Desain pompa diadopsi dari penelitian secara eksperimen oleh Damor et al (Damor et al., 2013). Berdasarkan data yang diadopsi dari penelitian sebelumnya, disebutkan data-data yang menjadi variable masukan, di antaranya adalah diameter outlet impeller (do) = 0,3 m ; diameter inlet impeller (di) = 0,15 m ; sudut inlet sudu impeller (β1) = 45o; sudut outlet sudu impeller (β2)=45o; lebar sudu impeller (b) = 0,05 m dan jumlah putaran (N) = 800 rpm. Kemudian dari lima data tersebut, dua di antaranya adalah sudut inlet sudu dan sudut outlet sudu divariasikan dalam 50 variasi dan disimulasikan secara numerik dalam Ms. Excel menggunakan persamaan 2.2 dan persamaan 2.3
Gambar 1 Tahapan Penelitian Tahapan awal dari penelitian ini adalah mencari data-data spesifikasi pompa. Setelah itu, dilanjutkan dengan mencari atau mengidentifikasi variabel-variabel yang diketahui dan tidak diketahui (akan dicari). a) Variabel yang diketahui (data sekunder): sudut sudu impeller pompa b) Variabel yang dicari : tinggi tekan (head) dan power (daya) pompa. Selanjutnya dilakukan pengolahan data dengan formulasi yang tepat untuk mendapatkan variabel-variabel yang tak diketahui yakni head dan daya. Formula yang
185
adalah variasi nomor 25 dan 50 yakni sama-sama memiliki sudut sudu baik inlet dan outlet sebesar 65o.
Daya (Hp) dan Head (m)
Grafik Pengaruh Sudut Sudu Impeler Terhadap Daya dan Head Pompa 60 50 40 30 20 10 0 0
10
20
30
40
50
Variasi keDaya
Head
Gambar 2 Grafik Pengaruh Sudut Sudu Impeler Terhadap Head dan Daya Pompa
Adapun apabila hanya mempertimbangkan salah satu diantara output atau variable keluaran, katakanlah head (H), maka pilihan yang tepat dan direkomendasi dari 50 variasi sudut sudu impeler diatas adalah pilihan nomor 21 yakni sudut inlet sebesar 45o dan sudut outlet sebesar 65o, dikarenakan menghasilkan output head (H) maksimum yaitu sebesar 14,22 m. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sudut inlet dan outlet pada sudu impeler sangat mempengaruhi nilai head dan daya yang dihasilkan pompa. Hal ini dapat ditunjukkan dengan adanya perubahan nilai head dan daya seiring dengan adanya perubahan pada sudut inlet dan outlet. Oleh karena itu, kondisi desain yang tepat untuk mendapatkan keluaran yang optimum adalah pilihan variasi nomor 21, yakni sudut inlet sebesar 45o dan sudut outlet sebesar 65o.
Analisa dan Pembahasan Dari tabel 1 di mana sudut sudu impeler baik inlet maupun outlet divariasikan sebanyak 50 variasi yang berbeda, sehingga menghasilkan output atau variable keluaran yang berbeda-beda di mana output dalam penelitian ini adalah head (H) dan daya yang dihasilkan oleh pompa (BHP). Maka pilihan sudut sudu impeler yang tepat dan direkomendasi adalah yang menghasilkan output paling besar baik head maupun dayanya.
Simulasi numerik ini dapat digunakan untuk redesign sudu impeler untuk produksi impeler yang baru. Variasi sudut dapat diperbanyak dengan memperbesar range sudut terkecil dan terbesar untuk mendapatkan variasi output yang lebih banyak.
Diantara 50 buah variasi sudut sudu inlet dan outlet sebagaimana ditunjukkan pada tabel 1 dan gambar 2, apabila akan dipilih satu variasi yang menghasilkan penjumlahan kedua output (head dan daya) terbesar maka pilihan yang tepat 186
Hasil ini berkesesuaian dengan penelitian sebelumnya yang dipublikasikan pada jurnal Rotasi Volume 3 No 2, di mana pada pompa sentrifugal dengan sudu impeller streamline menghasilkan efisiensi; head dan torsi lebih tinggi dibanding pada pompa sentrifugal dengan sudu impeller normal.
Saran 1. Untuk mendapatkan variasi output yang lebih banyak, maka variasi sudut sudu dapat diperbanyak dengan memperbesar range sudut terbesar dan terkecil juga selisih satu level dengan level berikutnya yang lebih kecil. 2. Variasikan dengan variable yang lain seperti jumlah sudu
PENUTUP Kesimpulan Dari hasil dan pembahasan pada bab IV maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
DAFTAR PUSTAKA Birkbeck, Roger, 2011. Impeler Design of a Centrifugal Fan with Blade Optimization. International Journal of Rotating Machinery Volume 2011, Article ID 537824,16 pages doi:10.1155/2011/537824.
1. Diantara 50 buah variasi sudut sudu inlet dan outlet, apabila akan dipilih satu variasi yang menghasilkan penjumlahan kedua output (head dan daya) terbesar maka pilihan yang tepat adalah variasi nomor 25 dan 50 yakni sama-sama memiliki sudut sudut baik inlet dan outlet sebesar 65o. 2. Adapun apabila hanya mempertimbangkan salah satu diantara output atau variable keluaran, katakanlah head (H), maka pilihan yang tepat dan direkomendasi dari 50 variasi sudut sudu impeler diatas adalah pilihan nomor 21 yakni sudut inlet 45o dan sudut outlet 65o, karena menghasilkan output head (H) maksimum yaitu sebesar 14,22 m. Oleh karena itu, sudut inlet dan outlet pada sudu impeler sangat mempengaruhi nilai head dan daya yang dihasilkan pompa.
Brown, Royce N, 1997. Compressors Selection and Sizing. Gulf Publishing Company, Second Edition, Houston. Dietzel, Fritz., 1996. Turbin, Pompa dan Kompresor. Alih Bahasa Dakso Sriyono, Erlangga, Jakarta. F. Rase, Howard. 1963. Piping Design for Process Plants. John Wiley and Sons, New York. Fox, Robert W. and McDonald, Alan T, 2010. Introduction to Fluid Mechanics, 7th . ed., John Wiley and Sons.
187
Hicks G. Tyler dan T. W. Edwards, 1996. Teknologi Pemakaian Pompa. Penerbit Erlangga, Jakarta Suwono, Agus , 2008. Evaluasi Unjuk Kerja Kompresor Torak. From http://www.agussuwasono.co m, 3 Januari 2010. Tahara, Haruo, 2006. Pompa dan Kompresor, pemilihan, pemkaian dan pemeliharaan. Alih bahasa Sularso, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Thoharudin, 2014. Optimasi tinggi tekan dan efisiensi pompa sentrifugal dengan perubahan jumlah sudu impeler dan sudut sudu keluar impeler (β2) menggunakan simulasi computational fluid dynamics. Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 ISSN: 1979-911X Yogyakarta, 15 November 2014) Yurianto, 2001. Karakteristik pompa sentrifugal dengan sudu impeler streamline . ROTASI – Volume 3 Nomor 2 April 2001.
188
