panduan praktikum fenomena dasar mesin (hmkb 645) · “panduan praktikum fenomena dasar mesin...

29
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

Upload: doancong

Post on 04-Mar-2019

252 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

Page 1: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 2: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 3: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 4: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 5: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 6: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 7: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 8: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 9: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 10: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 11: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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).

Page 12: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 13: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 14: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 15: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 16: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 17: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 18: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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)

Page 19: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 20: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 21: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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)

Page 22: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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)

Page 23: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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)

Page 24: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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)

Page 25: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 26: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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

Page 27: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan 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

Page 28: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.

Page 29: PANDUAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN (HMKB 645) · “Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin (HMKB645)” ini. Penulisan Panduan Praktikum Fenomena Dasar Mesin ini ditujukan sebagai

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.