Kel 2 Pump Senin.docx

BAB IV ANALISIS 4.1. Analisis Percobaan Percobaan pompa sentrifugal, digunakan beberapa alat diantaranya 1 set pompa sentrifugal, motor penggerak, tangki, torqumeter, tachometer. Pompa sentrifugal merupakan alat yang digunakan untuk mencari hubungan antara parameter-parameter pompa seperti laju alir volumetrik, kecepatan putaran impeller, Brake Horse Power (BHP), Fluid Horse Power (FHP), head dan efisiensi pompa. Pompa sentrifugal telah otomatis terhubung dengan manometer agar dapat melihat tekanan P1 dan P2 dari pompa. Laju alir (Q) dikendalikan dengan needle valve dengan satuan gallon per minute (gpm). Motor penggerak merupakan alat yang memberikan daya agar impeller pompa dapat bergerak. Tangki pada percobaan digunakan untuk menampung air yang digunakan untuk menggerakan pompa sentrifugal. Pada percobaan, pompa harus dihidupkan setelah tangki terisi air yang cukup agar tidak tejadi kavitasi pada pompa. Prinsip kerja dari pompa sentrifugal yaitu mengubah energi mekanis alat penggerak menjadi energi kinetis fluida (kecepatan) yang kemudian fluida tersebut di arahkan ke saluran buang dengan memakai tekanan (energi kinetis sebagian fluida diubah menjadi energi tekanan). Dengan menggunakan impeller yang berputar di dalam casing. Zat cair yang yang dilempar impeller dialirkan lewat rumah volute, diperlambat kecepatannya sehingga tekanan naik, dan kemudian dikeluarkan lewat discharge pompa. Adapun bahan fluida yang digunakan dalam percobaan ini yaitu air. Air digunakan karena memiliki viskositas yang tergolong rendah sehingga dapat memudahkan perhitungan. Pada percobaan 1 ilakukan pengambilan data dengan memvariasikan laju alir (Q) pada lima nilai kecepatan sudut (ω) tertentu, yaitu pada nilai 1100, 1200, 1300, 1400, dan 1500 rpm. Variasi laju alir yang dipilih adalah 4, 6, 8, 10, dan 14 gal/min. Variasi ini dilakukan untuk mengetahui nilai dari BHP pompa dan efisiensi serta hubungannya dengan laju alir, kecepatan putaran impeller torsi yang dihasilkan. Pada percobaan 2, dilakukan pengambilan data dengan memvariasikan kecepatan sudut (ω) pada tiga nilai laju alir (Q) tertentu, ketiga nilai laju alir yang dipilih adalah 6, 10 dan 14 gal/min, sementara itu kecepatan sudut yang dipilih adalah 1100, 1200, 1300, 1400, 1500 dan 1600 rpm.

Variasi ini dilakukan untuk mengetahui nilai dari BHP pompa dan efisiensi serta hubungannya dengan kecepatan putaran impeller dan perubahan tekanan yang dihasilkan. Nilai laju alir, P1, dan P2 dapat dihitung dengan melihat nilainya di pompa sentrifugal namun terdapat hambatan saat menghitung torsi (𝜏) dikarenakan perputaran torque meter berlangsung sangat cepat. Sehingga, diperlukan alat bantu yaitu stroboscope yang sifatnya seperti memperlampat perputaran dari torque meter. Pengambilan data torsi dilakukan dengan menyesuaikan nilai RPM dengan nilai yang ditunjukkan pada stroboscope. Setelah pengambilan data dilakukan, praktikan membuat tabel dari data-data tersebut. Pembuatan tabel ini bertujuan untuk memudahkan dalam pembacaan. Selanjutnya, dilakukan pengolahan data percobaan satu dan dua yang menunjukkan nilai RPM, laju alir, torsi (𝜏), dan perubahan tekanan. Pengolahan data dilakukan untuk menentukan parameter-parameter yang mempengaruhi kinerja pompa sentrifugal diantaranya Δ𝑃, BHP, dan efisiensi (𝜂) pompa sentrifugal yang digunakan pada praktikum unit operasi proses ini. Dalam mengetahui hubungan antar parameter tersebut, praktikan membuat grafik yang mewakili hubungan antara satu parameter dengan parameter lain. 4.2. Analisis Data dan Perhitungan Pompa sentrifugal merupakan alat yang digunakan untuk mencari hubungan antara parameter-parameter pompa seperti laju alir volumetrik, kecepatan putaran impeller, Brake Horse Power (BHP), Fluid Horse Power (FHP), head dan efisiensi pompa Perhitungan yang dilakukan menggunakan persamaan-persamaaan dibawah ini yaitu : Pada percobaan ini, tekanan pada fluida sesudah melewati pompa sentrifugal khususnya pada bagian discharge (P2) memiliki nilai yang lebih tinggi dibanding tekanan pada fluida sebelum memasuki pompa, khususnya pada bagian suction (P1). Hal ini terjadi akibat perupahan energi kinetik pada fluida menjadi energi tekanan oleh diffuser yang bekerja dengan menurunkan kecepatan fluida dan menaikkan tekanan. Δ𝑃=𝑃2 (𝑓𝑡−𝐻2𝑂) −𝑃1 (𝑓𝑡−𝐻2𝑂)

(4.1)

Dari persamaan di bawah maka dapat diketahui bahwa nilai pressure drop (𝑃0 − 𝑃𝐿 ) berbanding lurus dengan kuadrat nilai laju alir fluida. dapat dikatakan pressure drop lebih dipengaruhi oleh kuadrat nilai laju alir fluida. Semakin besar nilai pressure drop, maka peningkatan tekanan pada pompa akan menurun. 𝐿

𝑃0 − 𝑃𝐿 = 2 (𝐷) 𝜌〈𝑣〉2 𝑓

(4.2)

Kemudian, nilai laju volumetrik fluida berbanding lurus dengan nilai efisiensi pompa. 𝐹𝐻𝑃 =

𝑄×∆𝑃

(4.3)

3960

Pada persamaan perhitungan efisiensi, nilai efisiensi berbanding lurus dengan laju volumetrik fluida dan perbedaan tekanan antara suction dan discharge. Seperti yang sudah dibahas sebelumnya bahwa semakin tinggi laju volumetrik fluida, maka semakin kecil peningkatan tekanan pada pompa. Namun, penurunan ini tidak terlalu signifikan terhadap efisiensi pompa dibandingkan dengan pengaruh pertambahan laju volumetrik. Oleh sebab itu, besarnya efisiensi pompa akan berbanding lurus dengan laju volumetrik fluida. 𝐵𝐻𝑃 = 2𝜋 η=

𝜏(𝑙𝑏𝑓.𝑖𝑛)𝜔(𝑟𝑝𝑚) 𝑖𝑛 𝑓𝑡

𝑓𝑡.𝑙𝑏𝑓 ) ℎ𝑝

12( )33000(

𝑄(𝑔𝑝𝑚)∆𝐻(𝑓𝑡𝐻2 𝑂)104 2𝜋𝜏(𝑙𝑏𝑓.𝑖𝑛)𝜔(𝑟𝑝𝑚) ∆𝐻

𝜂 = 𝑊𝑃

(4.4) (4.5) (4.6)

Pada percobaan kedua, nilai kecepatan putar impeller (𝜔) berbanding lurus dengan peningkatan tekanan. Hal ini membuktikan bahwa semakin besar energi kinetik yang diberikan, maka semakin besar sumber energi yang dapat digunakan untuk diubah menjadi energi tekanan. Akibatnya peningkatan tekanan pada fluida akan semakin besar. Namun, semakin besar nilai kecepatan putar impeller, nilai efisiensi pompa menurun. Hal ini menyatakan bahwa semakin banyak energi yang terbuang seiring pertambahan kecepatan putar sebagai akibat dari bertambahnya friksi akibat viskositas yang dimiliki fluida. Akibatnya, jumlah energi kinetic yang dapat diubah menjadi energi tekanan akan semakin sedikit. 4.3. Analisis Grafik Percobaan 1 : Variasi Q (gal/min) pada ω (rpm) tetap 4.3.1. Grafik hubungan Flowrate terhadap Torsi Melalui grafik dapat diketahui bahwa nilai laju alir volumetrik fluida berbanding lurus dengan besarnya nilai torsi pada impeller. Selain itu, torsi pompa juga dipengaruhi oleh besarnya nilai rpm pompa. Semakin besar nilai rpm pompa, maka semakin tinggi pula besarnya torsi pompa pada laju volumetrik yang konstan. Hal ini disebabkan peningkatan torsi pompa mempercepat putaran impeller yang akan menghasilkan gaya sentrifugal yang lebih besar sehingga energi kinetik yang diterima oleh air dari impeller pun juga akan semakin besar. Air pun akan keluar pompa dengan laju alir

yang lebih besar. Hal ini sesuai dengan persamaan efisiensi pada literatur yang apabila diubah menjadi: 𝜏(𝑙𝑏𝑓. 𝑖𝑛) =

𝑄(𝑔𝑝𝑚)∆𝐻(𝑓𝑡𝐻2 𝑂)104 2𝜋η𝜔(𝑟𝑝𝑚)

Namun dari grafik yang didapat saat nilai Q = 1300 gal/min dan Q= 1600 gal/min terjadi penurunan nilai torsi hal tersebut berbanding terbalik denga teori seharusnya dimana semakin besar nilai laju volumetrik maka niai torsi juga semakin besar. Hal ini disebabkan beberapa kesalahan yang akan dibahas di analisis kesalahan. 4.3.2. Grafik hubungan Kecepatan Putar (ω) terhadap BHP Rata-rata Pompa Pada grafik ini, terlihat bahwa BHP rata-rata meningkat seiring pertambahan kecepatan putar impeller pompa. Hal ini dapat dibuktikan melalui persamaan perhitungan nilai BHP yang berbanding lurus dengan kecepatan putar impeller (𝜔). melalui persamaan: 𝐵𝐻𝑃 = 𝜏(𝑙𝑏𝑓. 𝑖𝑛)𝜔(𝑟𝑝𝑚) Hal tersebut menandakan hubungan berbanding lurus antara BHP dengan 𝜔. Hal ini disebabkan putaran impeller yang lebih cepat membutuhkan kerja dari pompa yang lebih tinggi dan Semakin tinggi kecepatan putar impeller, maka semakin besar pula energi kinetik yang dihasilkan dan diterima oleh fluida (BHP). 4.3.3. Grafik Hubungan Flowrate (Q) terhadap Efisiensi Pompa (𝜼) Pada kecepatan putar impeller yang konstan, nilai dari efisiensi pompa cenderung meningkat seiring peningkatan laju volumetrik. Hal ini sesuai dengan literature dengan persamaan: η=

𝑄(𝑔𝑝𝑚)∆𝐻(𝑓𝑡𝐻2 𝑂)104 2𝜋𝜏(𝑙𝑏𝑓. 𝑖𝑛)𝜔(𝑟𝑝𝑚)

Hal ini karena, semakin banyak fluida yang terpompa (ditandai dengan laju alir yang meningkat) menandakan energi yang diterima oleh fluida juga semakin banyak. Peningkatan energi yang diterima fluida lebih besar dibandingkan dengan peningkatan energy yang dikeluarkan pompa sehingga dengan persamaan: 𝜂=

𝐹𝐻𝑃 𝐵𝐻𝑃

Akan terlihat jelas bahwa efisiensi pompa akan naik. Namun apabila dilihat dari grafik, terdapat beberapa data yang tidak sesuai dengan teori yaitu saat laju alir meningkat

terjadi penurunan efisiensi hal ini disebabkan oleh beberapa faktor yang akan dibahas pada analisis kesalahan. Percobaan 2 : Variasi ω (rpm) pada Q (gal/min) tetap 4.3.4. Grafik hubungan Kecepatan Putar (ω) terhadap Perubahan Tekanan (∆𝑷) Melalui grafik dapat diketahui bahwa besarnya peningkatan tekanan berbanding lurus dengan peningkatan kecepatan putar. Grafik juga menunjukkan bahwa penambahan laju volumetrik akan menurunkan nilai perubahan tekanan. Hal ini disebabkan oleh adanya pressure drop yang semakin besar seiring pertambahan laju volumetrik fluida. Hal tersebut dikarenakan saat kecepatan impeller pompa diperbesar, energi kinetik yang diberikan kepada cairan sebagai fluida juga semakin besar. Semakin besar sumber energi kinetik, maka semakin besar pula energi tekanan yang dapat diterima fluida, akibatnya perubahan tekanan antara bagian suction dan discharge akan meningkat. yang mengakibatkan pressure drop semakin besar. 4.3.5. Grafik hubungan BHP terhadap Perubahan Tekanan Grafik percobaan ini menunjukkan hubungan antara perubahan tekanan dengan BPH untuk setiap Q tertentu. Dari grafik, terlihat bahwa perubahan tekanan meningkat seiring pertambahan nilai BHP. Besarnya nilai BHP menyatakan besarnya energi yang diberikan motor kepada impeller pompa. Semakin besar nilai BHP, semakin cepat putaran impeller pompa sehingga semakin besar energi kinetik yang dihasilkan. Semakin banyaknya energi kinetik yang dihasilkan, maka semakin banyak pula energi kinetik yang dapat dikonversi menjadi energi tekanan. Akibatnya perubahan tekanan (∆𝑃) antara bagian suction dan discharge akan berbanding lurus dengan BHP. Apabila diamati grafik perubahan tekanan (∆𝑃) dengan BPH memiliki pola yang hampir sama dengan grafik hubungan kecepatan putar terhadap perubahan tekanan (∆𝑃). Hal ini dikarenakan BHP merupakan fungsi dari torsi dan kecepatan putar. 4.3.6. Grafik Hubungan BHP terhadap Efisiensi Grafik percobaan ini menunjukkan hubungan antara efisiensi dengan BHP untuk setiap Q tertentu diperoleh bahwa nilai efisiensi yang didapatkan memiliki tren yang cenderung menurun. Walaupun terdapat kenaikan pada titik tertentu. Hal ini menunjukkan bahwa saat nilai Q bertambah, nilai efisiensi juga bertambah. Semakin besar nilai BPH, maka

efisiensinya cenderung semakin kecil. Hasil ini mendekati teori di mana nilai efisiensi berbanding terbalik terhadap BPH. 𝐹𝐻𝑃 × 100% 𝐵𝐻𝑃 Efisiensi maksimal didapat saat BHP minimal dan FHP maksimal. Maka, efisiensi 𝜂=

tertinggi didapatkan saat percobaan dilakukan dengan laju alir rendah yaitu 6 gpm yaitu dengan nilai efisiensi 9.5%. Pada Q besar, tekanan fluida didischarge pompa akan menjadi lebih besar, sehingga pressure drop juga akan meningkat. Pada grafik ΔP vs BHP pula, terlihat bahwa ΔP terbesar didapatkan saat laju alir yang tertinggi yaitu 14 gpm. Oleh karena itu, dapat dipahami bahwa ΔP berbanding lurus dengan nilai laju alir (Q). Maka, nilai laju alir (Q) berbanding lurus juga dengan nilai BHP. Sehingga saat nilai laju alir (Q) kecil maka nilai BHP juga kecil hal ini yang membuat nilai efisiensi maksimum. Selain itu, bila dikaitkan dengan nilai FHP; saat nilai FHP tetap atau bersifat konstan, nilai efisiensi akan turun dengan bertambahnya nilai BHP. Hal ini dikarenakan fungsi pompa sentrifugal yang mengubah energi mekanik dalam bentuk putaran poros menjadi energi fluida. 4.4. Analisis Kesalahan Pada percobaan modul sentrifugal ini ada sedikit perbedaan nilai yang diperoleh jika dibandingkan dengan teori yang ada. Hal ini tidak terlepas dari kesalahan-kesalahan yang dilakukan oleh praktikan. Kesalahan-kesalahan yang terjadi dapat disebabkan antara lain karena : 

Kesalahan praktikan dalam melakukan percobaan, misalnya ada prosedur yang terlewat atau tertukar urutannya.



Kekurangtelitian praktikan dalam mengatur laju alir air melalui rotameter maupun mengatur kecepatan putaran melalui tachometer.



Pembacaan torsi yang kurang akurat saat menggunakan stroboscope karena cukup sulit menentukan setelan stroboscope sampai keadaan freeze.