Download - Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
1/116
LAPORAN PRAKTIKUM
PRESTASI MESIN-MESIN KONVERSI ENERGILABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA FT-UB
Disusun oleh:
KELOMPOK 5
Saroni (125060200111053)
Aldi Kurnia Agung P (125060200111039)
Muhammad Syarif R (115060200111022)
Ibnu Herdiyadi (135060209111003)
Yahya Fahriza (115060207111015)
Jusron Azhar Basyir (125060200111014)
Refqi Kemal Habib (125060200111071)
M. Auliya Prasmanda Putra (115060200111006)
KEMENTERIAN RISET TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN MESIN
MALANG
SEMESTER GANJIL 2014/2015
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
2/116
LEMBAR PERSETUJUAN
LAPORAN PRAKTIKUM PRESTASI
MESIN KONVERSI ENERGI
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDAUNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN MESIN
MALANG
PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS
Disusun Oleh:
KELOMPOK 5
Saroni (125060200111013)
Aldi Kurnia A. P. (125060200111039)
M. Syarif Rasyid (115060200111022)
Yahya Fahriza (115060207111015)
Jusron Azhar B. (125060200111014)
Refqi Kemal Habib (125060200111071)
Ibnu Heriyadi (135060209111003)
M. Auliya Prasmanda (115060200111006)
Telah diperiksa dan disetujui oleh:
Dosen Pembimbing Asisten Pembimbing
LILIS YULIATI, ST., MT., Dr.EngNIP. 19750702 200003 2 001
IKHSAN HARRY S.NIM. 1010620029
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
3/116
LEMBAR PERSETUJUAN
LAPORAN PRAKTIKUM PRESTASI
MESIN KONVERSI ENERGILABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN MESIN
MALANG
PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL
Disusun Oleh:
KELOMPOK 5
Saroni (125060200111013)
Aldi Kurnia A. P. (125060200111039)
M. Syarif Rasyid (115060200111022)
Yahya Fahriza (115060207111015)
Jusron Azhar B. (125060200111014)
Refqi Kemal Habib (125060200111071)
Ibnu Heriyadi (135060209111003)
M. Auliya Prasmanda (115060200111006)
Telah diperiksa dan disetujui oleh:
Dosen Pembimbing Asisten Pembimbing
LILIS YULIATI, ST., MT., Dr.EngNIP. 19750702 200003 2 001 IKHSAN HARRY S.NIM. 1010620029
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
4/116
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
5/116
KATA PENGANTAR
Mesin fluida adalah sebuah mesin konversi energi yang dalam operasinya menggunakan
fluida untuk membantu proses konversi energinya, dalam praktikum mesin fluida yang
digunakan sebagai mesin percobaan adalah mesin-mesin fluida yang menggunakan air sebagai
fluidanya.
Mesin-mesin fluida air seperti pompa sentrifugal dan turbin francis banyak digunakan
dalam kehidupan sehari-hari dan praktik di lapangan. Oleh karena itu, seorang mahasiswa teknik
mesin perlu memahami prinsip kerja mesin tersebut. Untuk itu perlu dilaksanakan praktikum
guna memantapkan dan memberi gambaran yang jelas kepada mahasiswa.
Proses pelaksanaan praktikum dan penyusunan laporan praktikum ini dapat kami lakukan
bersama atas kerja sama yang baik dari berbagai pihak. Oleh karena itu, kami mengucapkan
terima kasih kepada pihak yang berjasa dalam membantu kelancaran proses praktikum ini.
Ucapan terima kasih secara khusus kami sampaikan kepada:
1. Tuhan YME yang selalu memberikan rahmat dan hidayahnya.
2. Lilis Yuliati, ST.,MT.,Dr.Eng selaku Ka. Lab. Mesin Fluida dan dosen pembimbing
Praktikum MesinMesin Fluida.
3. Para asisten Laboratorium Fluida yang telah membantu kami selama praktikum.
4. Seluruh teman-teman yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu yang telah banyakmembantu dalam penyelesaian laporan prktikum Laboratorium Fluida.
Kami mengharapkan laporan praktikum ini dapat memberikan manfaat tidak hanya bagi
kami, tetapi juga bagi semua pihak yang tertarik terhadap mesin-mesin fluida. Tanggapan, kritik
dan saran kami tunggu dan kami terima dengan senang hati untuk kesempurnaan laporan ini.
Malang, November 2014
Penyusun
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
6/116
v
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL............................................................................................. i
LEMBAR PERSETUJUAN PNGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS ............... ii
LEMBAR PERSETUJUAN PNGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL .............. iii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................. x
DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................... xii
BAB I PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS
1.1 PENDAHULUAN ........................................................................................... 1
1.1.1 Tinjauan Umum ..................................................................................... 1
1.1.2 Tujuan Percobaan ................................................................................... 1
1.2 TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 1
1.2.1 Dasar Teori Turbin Air ........................................................................... 1
1.2.1.1 Pengertian Turbin Air ................................................................. 1
1.2.1.2 Klasifikasi Turbin Air dan Aplikasi Kerjanya ........................... 2
1.2.2 Turbin Air Francis dan Prinsip Kerjanya ................................................ 7
1.2.2.1 Bagian-bagian Turbin Air Francis .............................................. 7
1.2.2.2 Prinsip Kerja Turbin Air Francis ................................................ 9
1.2.3 Teori dan Persamaan yang Mendukung Percobaan ................................ 10
1.2.3.1 Persamaan Bernoulli .................................................................. 10
1.2.3.2 Persamaan Kontinuitas ............................................................... 12
1.2.3.3 Segitiga Kecepatan ..................................................................... 12
1.2.4 Rumus Perhitungan ................................................................................. 13
1.3 PELAKSANAAN PERCOBAAN .................................................................... 14
1.3.1 Variabel yang Diamati ............................................................................ 14
1.3.1.1 Variabel Bebas ........................................................................... 14
1.3.1.2 Variabel Terikat .......................................................................... 14
1.3.1.3 Variabel Terkontrol .................................................................... 15
1.3.2 Spesifikasi Peralatan yang Digunakan .................................................... 15
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
7/116
vi
1.3.3 Instalasi Alat Percobaab dan Fungsi Bagian-Bagiannya ............... 15
1.3.4 Langkah Percobaan ................................................................................. 17
1.4 PENGOLAHAN DATA ................................................................................... 18
1.4.1 Data Hasil Percobaan ............................................................................. 18
1.4.2 Pengolahan Data ..................................................................................... 18
1.4.2.1 Contoh Perhitungan .................................................................... 18
1.4.2.2 Grafik dan Pembahasan .............................................................. 20
A. Hubungan Putaran dan Daya (BHP) ................................... 20
B. Hubungan Putaran dan Daya (WHP) .................................. 22
C. Hubungan Putaran dan Efisiensi ......................................... 24
D. Hubungan Putaran dan Daya (BHP) pada Bukaan
GV Berbeda ......................................................................... 26
E. Hubungan Putaran dan Daya (WHP) pada Bukaan
GV Berbeda ......................................................................... 28
F. Hubungan Putaran dan Efisiensi ada Bukaan GV
Berbeda ................................................................................ 30
G. Hubungan Putaran dan Daya (BHP) pada Head Drop
Berbeda ................................................................................ 32
H. Hubungan Putaran dan Daya (WHP) pada Head Drop
Berbeda ................................................................................ 34
I. Hubungan Putaran dan Efisiensi pada Head Drop
Berbeda ................................................................................ 36
1.5 PENUTUP ....................................................................................................... 38
1.5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 38
1.5.2 Saran ....................................................................................................... 38
BAB II PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL
2.1 PENDAHULUAN ............................................................................................ 39
2.1.1 Tinjauan Umum ...................................................................................... 39
2.1.2 Tujuan Percobaan ................................................................................... 39
2.2 TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................... 40
2.2.1 Dasar Teori Pompa ................................................................................. 40
2.2.1.1 Pengertian Fluida, Debit, dan Head ........................................... 402.2.1.2 Pengertian Pompa ....................................................................... 41
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
8/116
vii
2.2.1.3 Pengertian Kavitasi .................................................................... 42
2.2.1.4 Pengertian NPSH ........................................................................ 44
2.2.1.5 Klasifikasi Pompa ...................................................................... 46
2.2.2 Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya ................................................ 51
2.2.2.1 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal ............................................. 51
2.2.2.2 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal ................................................ 56
2.2.3 Teori dan Persamaan yang Mendukung Percobaan ................................ 56
2.2.3.1 Persamaan Bernoulli .................................................................. 56
2.2.3.2 Persamaan Kontinuitas ............................................................... 57
2.2.3.3 Segitiga Kecepatan ..................................................................... 58
2.2.3.4 Karakteristik Instalasi Pompa Seri dan Pompa Paralel .............. 59
2.2.4 Rumus Perhitungan ................................................................................. 60
2.2.4.1 Pompa Tunggal ......................................................................... 60
2.2.4.2 Pompa Seri ................................................................................. 61
2.2.4.3 Pompa Paralel ............................................................................. 63
2.3 PELAKSANAAN PERCOBAAN .................................................................... 64
2.3.1 Variabel yang diamati ............................................................................ 64
2.3.1.1 Variabel Bebas ........................................................................... 64
2.3.1.2 Variabel Terikat .......................................................................... 64
2.3.1.3 Variabel Terkontrol .................................................................... 64
2.3.2 Spesifikasi Peralatan yang Digunakan .................................................... 65
2.3.3 Instalasi Alat Percobaan dan Bagian-bagian .......................................... 66
2.3.4 Langkah Percobaan ................................................................................. 67
2.4 PENGOLAHAN DATA ................................................................................... 68
2.4.1 Data Hasil Percobaan .............................................................................. 68
2.4.2 Pengolahan Data ..................................................................................... 68
2.4.2.1 Contoh Perhitungan (Tunggal, Seri, dan Paralel) ...................... 68
2.4.2.1 Grafik dan Pembahasan .............................................................. 71
A. Hubungan Kapasitas dan Head (Pompa Tunggal) ................. 71
B. Hubungan Kapasitas dan Head (Pompa Seri) ........................ 73
C. Hubungan Kapasitas dan Head (Pompa Paralel) ................... 75
D. Hubungan Kapasitas dan Daya Poros (Pompa Tunggal,
Seri, dan Paralel) .................................................................... 77E. Hubungan Kapasitas dan Daya Air (Pompa Tunggal,
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
9/116
viii
Seri, dan Paralel) .................................................................... 79
F. Hubungan Kapasitas dan Torsi (Pompa Tunggal, Seri,
dan Paralel) ............................................................................ 81
G. Hubungan Kapasitas dan Efisiensi (Pompa Tunggal,
Seri, dan Paralel) .................................................................... 83
2.5 PENUTUP ........................................................................................................ 85
2.5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 85
2.5.2 Saran ....................................................................................................... 85
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. xiii
LAMPIRAN ............................................................................................................ xiv
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
10/116
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 : Instalasi turbin air ............................................................................... 2
Gambar 1.2 : Turbin pelton ....................................................................................... 3
Gambar 1.3 : Turbin Michael Banki ......................................................................... 3
Gambar 1.4 : (a) Kincir airOvershot, (b) kincir airunder-shot, (c) kincir air
breast-shot ........................................................................................... 5
Gambar 1.5 : Turbin reaksi ....................................................................................... 6
Gambar 1.6 : Turbin francis ...................................................................................... 6
Gambar 1.7 : Turbin kaplan ...................................................................................... 7
Gambar 1.8 :Runner ................................................................................................. 7
Gambar 1.9 :Casing ................................................................................................. 8
Gambar 1.10 :Guide vane ........................................................................................ 8
Gambar 1.11 : Pipainlet ........................................................................................... 9
Gambar 1.12 :Draft Tube......................................................................................... 9
Gambar 1.13 : Persamaan Bernoulli ........................................................................ 10
Gambar 1.14 : Persamaan Kontinuuitas ................................................................... 12
Gambar 1.15 : Segitiga kecepatan turbin reaksi ....................................................... 13
Gambar 1.16 : Skema instalasi turbin francis ........................................................ 16
Gambar 2.1 : NPSH bila tekanan atmosfer bekerja pada permukaan air yang
dihisap ............................................................................................... 44
Gambar 2.2 : NPSH bila tekana uap bekerja di dalam tangki air hisap yang
ditutup .................................................................................................. 45
Gambar 2.3 : Skema pompa torak ............................................................................ 47
Gambar 2.4 : Pompa roda gigi .................................................................................. 48
Gambar 2.5 : Skema pompa piston ........................................................................... 49
Gambar 2.6 : Pompa aksial ....................................................................................... 50
Gambar 2.7 : Penampang memanjang pompa sentrifugal ........................................ 50
Gambar 2.8 : Bagian-bagian pompa sentrifugal ....................................................... 51
Gambar 2.9 : Jenis impeler ....................................................................................... 52
Gambar 2.10 : Desain rumah pompa ........................................................................ 53
Gambar 2.11 : Bantalan praktis untuk pompa (a) rol, (b) horizontal, (c)
vertical dan (d) .................................................................................. 54
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
11/116
x
Gambar 2.12 : Selongsong poros pompa .................................................................. 55
Gambar 2.13 : Perapat Mekanis ................................................................................ 55
Gambar 2.14 : Diagram segitiga kecepatan masuk dan keluar ................................. 58
Gambar 2.15 : Diagram segitiga kecepatan masuk dan keluar ................................. 59
Gambar 2.16 : Operasi seri dari pompa dengan karakteristik berbeda ..................... 59
Gambar 2.17 : Operasi paralel dari pompa dengan karakteristik berbeda ................ 60
Gambar 2.18 : Skema instalasi pompa ...................................................................... 66
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
12/116
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Mesin Pompa Sentrifugal ....................................................... 65
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
13/116
DAFTAR LAMPIRAN
Tabel Data Turbin kelompok 5
Tabel Data Turbin Antarkelompok Dengan Variasi Bukaan Guide Vane kelompok 5
Tabel Data Turbin Antarkelompok Dengan Variasi Head Drop kelompok 5
Tabel Data Pompa (Tunggal) kelompok 5
Tabel Data Pompa (Seri) kelompok 5
Tabel Data Pompa (Paralel) kelompok 5
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
14/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
1
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BAB I
PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS
1.1 Pendahuluan1.1.1 Tinjauan Umum
Praktikan sangat membantu dalam mendapatkan gambaran yang nyata
tentang alat/mesin yang telah dipelajari di bangku kuliah. Dengan demikian
dalam praktikum turbin air, mahasiswa (praktikan) selain dapat melihat proses
kerja yang sesungguhnya, mereka juga akan mendapatkan ingatan yang tidak
mudah hilang tentang turbin air. Khususnya tipe francis dimana cara kerjanya
merupakan salah satu hal yang harus dikuasai. Untuk itu dalam praktikum ini,
praktikan diharapkan aktif dan menguasai terlebih dahulu dasar-dasar praktikum
yang akan dilakukan. Peran praktikan juga sangat penting dalam hal ide atau
saran baik berbentuk lisan maupun tulisan jika menemukan adanya keganjilan
atau ketidaksempurnaan demi kemajuan bersama.
1.1.2 Tinjauan Percobaan
1. Memperoleh grafik yang menunjukkan hubungan antara daya yang dapat
dibangkitkan turbin terhadap kecepatan putar turbin pada head konstan.
2. Memperoleh grafik yang menunjukkan hubungan antar efisiensi terhadap
kecepatan putar turbin pada head konstan.
3. Mengetahui grafik hubungan efisiensi terhadap kecepatan putaran turbin pada
variasiguide vane berbeda.
4. Mampu melakukan analisa hasil pengujian.
1.2 Tinjauan Pustaka
1.2.1Dasar Teori Turbin Air
1.2.1.1 Pengertian Turbin Air
Turbin air adalah suatu mesin konversi energi yang berfungsi
mengkonversikan atau mengubah bentuk energi potensial (head) yang dimiliki
air ke bentuk energi mekanik pada poros turbin. Energi potensial yang
tersimpan pada fluida yang diam pada ketinggian tertentu dapat menjadi energi
kinetik pada waktu air masuk ke guide vane, sebagian dari energi jatuh atau
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
15/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
2
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
tinggi jatuh (head) yang telah bekerja di dalamguide vane (GV) diubah menjadi
kecepatan arus masuk (energi kinetik). Energi yang berbentuk tersebut nantinya
digunakan untuk memutar turbin dari turbin memutar poros yang dihubungkan
ke generator.
Gambar 1.1 : Instalasi turbin air
Sumber : Dietzel (1996:17)
1.2.1.2 Klasifikasi Turbin Air dan Aplikasi Kerjanya
1. Turbin impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah energipotensial air (yang terdiri dari energi potensial, energi tekanan dan energi
kecepatan) yang tersedia menjadi energi mekanik yang memutar turbin. Energi
potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozzle yang
mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin.dan tekanannya pun tidak
berubah saat melalui runner dan keluar dari runner (konstan). Setelah
membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan
momentum (impulse). akibatnya roda turbin akan berputar
Macammacam turbin impuls :
a. Turbin Pelton
Turbin ini memiliki 2 bagian utama yaitu runner dan nozzle. Runner
terdiri dari poros 1 tangki, piringan dan beberapa mangkuk turbin pelton
terutama digunakan untuk memanfaatkan potensi hidro tinggi (>70 m )
dengan aliran kecil.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
16/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
3
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 1.2 : Turbin pelton
Sumber :dixson S.L(2010:310)
b. Turbin Michael Banki
Turbin jenis ini sering disebut dengan turbin arus lintang (cross flow),
karena fluida yaitu air menggerakkan sudu runner melewati pengarah
sehingga seolah-olah terdapat fluida yang datang dari aliran yang berbeda.
Turbin Michell-Banki terdiri darirunner, dannozzle. Prinsip kerjanyayaitu air yang keluar dari nozzle ditumbukkan ke runner sehingga terjadi
perubahan energi dari energi kinetik air menjadi energi mekanik pada poros
runner. Turbin ini banyak digunakan pada head rendah hingga menengah
untuk kapasitas hingga 5 m3/s. Keunggulan konstruksinya sederhana, putaran
operasi cukup tinggi dan efisiensinya stabil pada perubahan beban hingga
40% dari beban maksimum.
Gambar 1.3 : Turbin Michael Banki
Sumber :Anonymous 1 (2011)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
17/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
4
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
c. Turbin air / Kincir air
Pada kincir air, air ditumbuhkan ke mangkuk-mangkuk yang
dipasang pada piringan motor (roda berputar) sehingga terjadi perubahan
energi kinetik menjadi energi mekanik. Kincir air bekerja pada putaran
rendah sehingga memerlukan pemercepat putaran dengan perbandingan
putaran yang tinggi untuk mencapai putaran generator. Kincir air memiliki
ciri konstruksi sederhana dan diameter besar. Pada penggunaannya kincir air
banyak digunakan untuk head dan kapasitas kecil, karena diameter besar
bekerja pada putaran rendah. Pemanfaatan energi air dalam skala kecil dapat
berupa penerapan kincir air dan turbin. Dikenal ada tiga jenis kincir air
berdasarkan sistem aliran airnya, yaitu :overshot,breast-shot, danunder-
shot.
Pada kincirovershot, air melalui atas kincir dan kincir berada di
bawah aliran air. Air memutar kincir dan air jatuh ke permukaan lebih
rendah. Kincir bergerak searah jarum jam. Pada kincirbreast-shot, kincir
diletakkan sejajar dengan aliran air sehingga air mengalir melalui tengah-
tengah kincir. Air memutar kincir berlawanan dengan arah jarum jam. Pada
kincirunder-shot, posisi kincir air diletakkan agak ke atas dan sedikit
menyentuh air. Aliran air yang menyentuh kincir menggerakkan kincir
sehingga berlawanan arah dengan jarum jam
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
18/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
5
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
(a) (b)
(c)
Gambar 1.4 : (a) Kincir airovershot, (b) kincir airunder-shot, (c) kincir airbreast-shot
Sumber :Anonymous 2 (2011)
2. Turbin Reaksi
Turbin dimana proses ekspansi fluida kerjanya terjadi pada sudu tetap
dan sudu geraknya.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
19/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
6
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 1.5 : Turbin reaksi
Sumber :Anonymous 3 (2014)
Macammacam turbin reaksi:
a. Turbin Francis
Turbin francis yaitu turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah dan
semuanya terbenam ke dalam air. Turbin francis digunakan untuk
pemanfaatan potensi menengah (dari beberapa puluh meter sampai 100 m).
Turbin francis sudah bias dibuat dengan kecepatan putar yang tinggi.
Gambar 1.6 : Turbin francis
Sumber :Anonymous 4 (2014)
b. Turbin Kaplan
Turbin balingbaling dikembangkan sedemikian rupa sehingga suatu
turbin dapat berputar di dalam lahar panas. Selain itu sudu-sudu dapat diatur
sesuai dengan kondisi operasi pada saat itu. Keuntungan memilih turbin
koplan yaitu kecepatan putaran bisa dipilih lebih tinggi, ukurannya lebih
kecil karena roda turbin bisa dihubungkan langsung dengan generator.
Harganya murah bila dipakai pada saat pembangkit yang besar.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
20/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
7
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 1.7 : Turbin kaplan
Sumber :dixson S.L(2010:326)
1.2.2 Turbin Air Francis dan Prinsip Kerjanya
1.2.2.1 Bagian-bagian Turbin Air Francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang
diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di
bagian keluar. Turbin ini mempunyai 3 bagian utama yaitu runner,guide vane
(sudu pengarah), dan rumah turbin (casing).
a.Runner
Merupakan bagian turbin francis yang dapat berputar, terdiri dari
poros dan sudu turbin yang berfungsi mengubah energikinetik menjadi energi
mekanik
Gambar 1.8 :Runner
Sumber : Laboratorium Mesin Fluida Teknik
Mesin FT-UB
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
21/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
8
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
b.Casing
Merupakan saluran yang menyerupai rumah siput dengan bentuk
penampang melintang lingkaran. Berfungsi menampung fluida yang terletak
keluarguide vane dan memaksimalkan energi tekanan.
Gambar 1.9 :Casing
Sumber : Laboratorium Mesin Fluida Teknik
Mesin FT-UB
c.Guide vane
Berfungsi sebagai pengarah aliran air dari katup pengatur kapasitas
daricasing kerunnerdan berfungsi menaikkan kecepatan aliran air sebelum
menujurunner.
Gambar 1.10 :Guide vane
Sumber : Laboratorium Mesin Fluida Teknik Mesin FT-UB
d. PipaInlet
Merupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air yang akan
masuk kecasing.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
22/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
9
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 1.11 : Pipainlet
Sumber : Laboratorium Mesin Fluida
Teknik Mesin FT-UB
e.Draft Tube
Merupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air dari turbin
ke saluran pembuangan dengan menggunakan tinggi jatuh air.
Gambar 1.12 :Draft Tube
Sumber : Laboratorium Mesin Fluida
Teknik Mesin FT-UB
1.2.2.2 Prinsip Kerja Turbin air Francis
Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih,air masuk
ke roda jalan sebagai energi jatuh (head drop) yang menyimpang energi
potensial, kemudian diubah menjadi energi kinetik dari sudu dalam maka
kecepatan air melewati sudu diam menjadi lebih cepat sehingga bisa memutar
sudu gerak. Dari putaran sudu gerak tersebut nantinya akan berubah energi
kinetik tadi menjadi energi mekanik sehingga menghasilkan daya.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
23/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
10
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Pada sisi ke luar roda jalan terdapat tekanan yang rendah (kurang dari 1
atm) dan kecepatan aliran yang tinggi. Sedangkan pada sisi isap kecepatannya
akan berkurang sehingga tekanannya naik, maka air dapat dialirkan ke luar
lewat saluran air bawah. Energi Kinetik adalah energi suatu benda karena
bergerak dengan kecepatan V, contohnya air yang bergerak
Ek =
Energi Potensial adalah energi yang tersimpan pada benda karena
kedudukannya, sebagai contoh, energi potensial air adalah energi yang dimiliki
air karena ketinggiannya dari permukaan
Ep = m.g.h
Energi mekanik adalah energi total yaitu penjumlahan antara energi
kinetik dengan energi potensial
Em = Ek + Ep
1.2.3 Teori dan Persamaan yang Mendukung Percobaan
1.2.3.1 Persamaan Bernoulli
Persamaan Bernoulli bermula dari suatu persamaan energi fluida
incompreesible dalam aliran steady yang menyatakan bahwa total yang
perpartisipasi adalah tetap sepanjang satuann jarak.
Gambar 1.13 : Persamaan Bernoulli
Sumber :Anonymous 5 (2014)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
24/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
11
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Persamaan Bernoulli bermula dari suatu persamaan energi fluida
incompreesible dalam aliran steady yang menyatakan bahwa total yang
perpartisipasi adalah tetap sepanjang satuan jarak.
Pada aliran air dalam pipa diambil suatu selisih ketinggian 2 antara
tinggi air atas dan air bawah maka menurur Bernoulli aliran tersebut yaitu :
Energi potensial + Energi kinetik + Energi tekanan yang besarnya konstan
m.g.h + P.V + .m.V2 = konstan
Persamaan energi spesifik :
m. g. h + P . V + . m. v = m. g. h + P . V + . m. v
.
m.g.h.
+P . V.
+. m. v.
= m.g.h.
+P . V.
+.m.v.
h +P
+
v
2 = h +
P
+
v
2
Dimana : P = Tekanan (N/m2)
H = ketinggian (m)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
v = Kecepatan Aliran (m/s) = . g (kg/m2.s2)
Syarat berlakunya hukum Bernoulli :
1. AlirannyaSteady
2. FluidaIncompressible
3. NonViscous
4. Aliran fluida searah dengan kecepatan
Untuk hubungannya dengan turbin semakin tinggi (h) energi potensial
yang dihasilkan semakin besar sehingga akan berpengaruh pada energi kinetik
dalam menubruk sistem. Dengan bertambahnya energi kinetik yang menabrak
sudu maka putaran yang dihasilkan akan semakin besar.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
25/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
12
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.2.3.2 Persamaan Kontinuitas
Persamaan ini adalah suatu ungkapan matematik mengenai hal-hal
jumlah netto massa yang mengalir dalam permukaan terbatas sama dengan
pertambahan masa dalam permukaan itu volume fluida masuk dalam sistem
adalah sama dengan volume yang keluar sistem
21
mm
. . =
1.v1.A1= 2.v2.A2
Keterangan: m = massa jenis ( )
v = kecepatan ( )
A = Luas penampang (m2)
Gambar 1.14 : Persamaan Kontuinitas
Sumber :Anonymous 6, 2013
1.2.3.3 Segitiga Kecepatan
Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida yang
menumbuk sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan membantu
dalam pemahaman proses konversi energi pada turbin air.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
26/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
13
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 1.15 : Segitiga kecepatan turbin reaksi
Sumber :Anonymous 7 (2011)
Pada turbin reaksi, guide vane mengarahkan aliran air masuk ke sudu
dengan sudut 2, dengan kecepatan absolut V2. Setelah menjumlahkan vektor
dengan kecepatan tangensial di ujung sudu u2, u2=r, maka sudut luar sudu
harus diatur sebesar 2 untuk mengakomodasi kecepatan relatif air
menyinggung permukaan sudu w2. Profil sudu tersebut menyebabkan arah dan
kecepatan air menyinggung sudu pada sisi outlet berubah w1, dankarena
kecepatan tangensial sudu pada sisi outlet lebih kecil dari sisi inlet u2> u1 akibat
r2> r1. Maka jika dijumlahkan vektor w1 dan u1 maka akan didapatkan nilai
kecepatan absolut air di sisi outlet v1 yang lebih kecil dari sisi inlet. Artinya
sebagian energi kinetik dari air dirubah menjadi energi kinetik sudu saat air
menyinggung permukaan sudu.
1.2.4 Rumus Perhitungan
1. Head Drop Turbin (H)
)(,12 mHHH
Dimana : H1 = Head keluar turbin
H2 = Head masuk turbin
2. Debit yang Melalui Orifice Plate (Q)
)(,521.33
jam
mPQ
Dimana P (mmHg)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
27/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
14
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
3. Torsi (T)
T = F.L
Dimana:
F = Gaya pengereman (N)
L = Panjang lengan gaya (m) = 0.248 m
4. Brake Horse Power (BHP)
= 2 . .
60
Dimana:
n = Kecepatan putar turbin (rpm)
5. Water Horse Power (WHP)
= . .
3600
Dimana:
= waterg
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
6. Efisiensi ()
= BHP
WHPx100%
1.3 Pelaksanaan Percobaan
1.3.1 Variabel yang Diamati
1.3.1.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi variabel terikat,
yang bisa ditentukan dengan keperluan yang diinginkan. Dalam praktikum ini
yang termasuk variabel bebas adalah kecepatan putaran.
1.3.1.2 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel yang hasilnya dipengaruhi oleh variabel
bebas. Dalam praktikum ini yang termasuk variabel terikat adalah tekanan
orifice plate dan gaya pengereman.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
28/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
15
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.3.1.3 Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang hasilnya tidak dipengaruhi oleh
variabel terikat, yang tidak bisa ditentukan dengan keperluan yang diinginkan.
Dalam hal ini yang termasuk variabel kontrol adalah bukaanguide vane dan
head drop.
1.3.2 Spesifikasi Peralatan yang digunakan
a. Pompa air tipe sentrifugal dengan motor listrik AC sebagai penggerak
dengan spesifikasi sebagai berikut:
Model : C 160 MAH
Serial Number : BS 29821
Output : 11 kW
Revolution / Minute : 2900 rpm
Voltage : 380 volt
Arus : 234 Ampere
Frekuensi : 50 Hz
Rating : MCR
Phase : 3
Inc.Cluse : F
b. Temperatur : 80o C
c. Pompa air type sentrifugal dan motor listrik sebagai penggerak.
d. Pipa penyalur air yang menghubungkan pompa dan turbin lengkap dengan
orfice plat beserta pengukur tekanannya dan stop valve.
e. Brake Torque Force Spring Balance neraca pegas.
f. Bak penampung air dan v-notch dan pengukur tinggi permukaan
g. Pipa penyalur air yang menghubungkan bak penampung dengan pompa
h. Hand digital tachometer. Tachometer untuk mengukur putaran poros turbin.
1.3.3 Instalasi Alat Percobaan dan Fungsi Bagian-Bagiannya
Berikut gambar instalasi alat dan bagian-bagiannya :
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
29/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
16
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 1.16 : Skema instalasi turbin francis
Sumber : Buku Petunjuk Praktikum Mesin-Mesin Fluida (2014)
Keterangan gambar :
1. Bak Penampung
Berfungsi untuk menampung air yang akan dialirkan menuju turbin
maupun keluar turbin
2. Pompa Sentrifugal
Berfungsi untuk memindahkan atau mengalirkan air dari bak
penampung menuju turbin.
3. Katup
Berfungsi untuk mengaturhead drop sesuai kehendak.
4. OrificeValve
Digunakan untuk mengetahui tekanan dan debit air yang mengalir
melewatiorifice valve.
5. Manometer
Berfungsi untuk mengukur beda tekanan.
6. Turbin Air Francis
Digunakan untuk mengubah energi fluida kerja menjadi energi
mekanik.
7. Dinamometer
Berfungsi untuk mengukur gaya.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
30/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
17
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
8. Pressure GaugeInlet
Berfungsi untuk mengukur tekanan masuk
9. Pressure GaugeOutlet
Berfungsi untuk mengukur tekanan keluar.
10. Stroboscop
Berfungsi untuk menghitung banyak putaran.
1.3.4 Langkah Percobaan
1. Pastikan semua instrumen pengukuran menunjukkan posisi 0 (nol), dan katup
discharge dalam keadaan tertutup penuh.
2. Atur bukaan guide vane sesuai dengan yang dikehendaki.
3. Hidupkan motor listrik penggerak pompa kemudian buka katup discharge
secara perlahan sampai padahead drop yang dikehendaki.
4. Pada head drop yang dikehendaki, catat besarnya putaran poros sebagai
putaran maksimumnya, kemudian catat data dari semua instrumen pengukuran
sebagai data pertama.
5. Kurangi putaran poros sebesar 10% dari putaran maksimumnya dengan cara
menambah beban pengereman. Ambil data-data yang diperlukan antara lain:
- Beda ketinggian kolom Hg pada Orificemeter
- Gaya pengereman (F)
6. Ulangi langkah no.5 sampai poros berhenti.
7. Setelah semua pengambilan data selesai dilakukan, atur kembali beban
pengereman seperti kondisi awal.
8. Tutup katupdischarge dan matikan motor listrik penggerak pompa.
9. Percobaan selesai.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
31/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
18
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.4 Pengolahan Data
1.4.1 Data Hasil Percobaan
(Terlampir)
1.4.2 Pengolahan Data
1.4.2.1 Contoh Perhitungan
1. Head Drop Turbin (H)
H =H H (m)
H = 20 mm (dari data praktikum)
2. Debit yang Melalui Orifice Plate (Q)
Q = 3,521 xP
DimanaP tinggi kolom air raksa dalam satuan mmHg
Q = 3,521 x87
Q = 32,841
3. Torsi (T)
T = F x L (Nm)
Dimana: F = Gaya pengereman (N)
L = Panjang lengan gaya (m) = 0,248 m
T = 22 x 0,248 (Nm)
T = 5,456 (Nm)
4. Brake Horse Power (BHP)
BHP =
(Watt)
Dimana: n = Kecepatan putar turbin (rpm)
= ,
(Watt)
= 1216,360 Watt
5. Water Horse Power (WHP)
WHP =
(Watt)
Dimana: =
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
32/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
19
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
g = Percepatan gravitasi( )
WHP = , ,
(Watt)
WHP = 1789,834 (Watt)
6. Efisiensi ()
= BHP
WHPx100%=
1216,360
1789,834x100%= 97,959 %
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
33/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
20
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.4.2.2 Grafik dan Pembahasan
A. Grafik Hubungan Putaran dan Daya ( BHP )
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
34/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
21
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
A. Hubungan Putaran dan Daya ( BHP )
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap daya
(BHP), dimana putaran sendiri ditunjukkan dengan sumbu X dengan satuan
rpm dan daya (BHP) ditunjukkan dengan sumbu Y dengan satuan watt.
Grafik hubungan putaran dengan BHP di atas sudah sesuai yaitu
berbanding lurus, namun ketika pada titik tertentu grafik menurun. Grafik
yang cenderung naik menyatakan bahwa semakin besar putaran semakin
besar pula BHP. Pada titik tertentu yaitu ketika BHP sebesar 1283,36 (watt)
adalah titik BHP maksimum sebelum grafik turun. Hal ini sesuai dengan
rumus :
60
..2 TnBHP
Terlihat bahwa hubungan antara putaran (n) dengan BHP
berbanding lurus. Sehingga mendukung hasil pada grafik yang cenderung
naik. Dan nilai putaran sangat berpengaruh dengan besar gaya pengereman,
karena semakin besar putaran maka gaya pengereman akan semakin kecil.
Hal ini menyebabkan nilai torsi semakin kecil karena nilai torsi berbanding
terbalik dengan putaran
Menurut analisa dari kelompok kami, menurunnya grafik
tersebut juga disebabkan kerugian mekanik yang meliputi gesekan dengan
poros dan bearing. Selain itu penurunan pada grafik juga dapat disebabkan
oleh faktor kelembaman. Kelembaman adalah kecenderungan suatu benda
untuk mempertahankan posisinya.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
35/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
22
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
B. Grafik Hubungan Putaran dan Daya ( WHP)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
36/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
23
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
B. Hubungan Putaran dan Daya ( WHP )
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap daya
(WHP), dimana putaran sendiri ditunjukkan dengan sumbu X dengan satuan
rpm dan daya (WHP) ditunjukkan dengan sumbu Y dengan satuan watt.
Seharusnya grafik hubungan antara putaran dengan WHP adalah
berbanding lurus, namun kenyataannya pada grafik kami berbanding terbalik.
Hal ini bisa dijelaskan dengan rumus :
PQ 521,3
3600
.. HQWHP
Besar debit air (Q) ditentukan oleh besar P yang terukur semakin
kecil dari hasil percobaan, hal ini menyebabkan nilai Q yang semakin kecil,
sehingga hubungan grafik menjadi berbanding terbalik. Pada percobaan ini
nilai dan H konstan sehingga besar WHP hanya dipengaruhi oleh besar
debit air (Q).
Menurunnya grafik dikarenakan peningkatan putaran akan
menyebabkan menurunnya nilai Q dikarenakan ruang masuk fluida kedalam
runner semakin kecil. Sehingga nilai Q turun yang mengakibatkan
menurunnya nilai WHP, karena WHP sendiri adalah daya yang memutar
turbin.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
37/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
24
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
C. Grafik Hubungan antara Putaran dengan Efisiensi
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
38/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
25
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
C. Hubungan Putaran dan Efisiensi
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap efisiensi,
dimana putaran sendiri ditunjukkan dengan sumbu X dengan satuan rpm dan
efisiensi ditunjukkan dengan sumbu Y dengan satuan persen (%).
Secara teoritis grafik hubungan antara putaran dan efisiensi adalah
berbanding lurus, dan kenyataan pada grafik kami juga sesuai. Hal ini sesuai
dengan rumus :
%100xWHP
BHP
Dimana :
60
..2 TnBHP
3600
.. QHWHP
Semakin besar putaran maka BHP akan semakin besar sehingga
efisiensi yang diperoleh pun semakin besar. Karena putaran semakin tinggi
maka nilai BHP cenderung naik dan pada titik tertentu akan turun sedangkan
WHP konstan turun. Sehingga pada titik tertentu terjadi efisiensi maksimum
dan setelah itu efisiensi turun.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
39/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
26
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
D. Grafik Hubungan Putaran dan Daya (BHP) pada Bukaan GV Berbeda
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
40/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
27
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
D. Hubungan Putaran dan Daya (BHP) pada Bukaan Guide Vane Berbeda
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap daya
(BHP) dengan variasi bukaan guide vane, dimana putaran sendiri ditunjukkan
dengan sumbu X dengan satuan rpm dan daya (BHP) ditunjukkan dengan
sumbu Y dengan satuan watt.
Pada grafik kami, awalnya nilai BHP cenderung naik namun setelah
mencapai putaran tertentu grafik menurun. Hal ini sesuai dengan rumus :
60
..2 TnBHP
Terlihat bahwa hubungan antara putaran (n) dengan BHP berbanding
lurus. Sehingga mendukung hasil pada grafik yang cenderung naik, dan nilai
putaran sangat berpengaruh dengan besar gaya pengereman. Karena semakin
besar putaran maka gaya pengereman akan semakin kecil. Hal ini
menyebabkan nilai torsi semakin kecil karena nilai torsi berbanding terbalik
dengan putaran.
Pada putaran turbin yang sama, semakin besar bukaan guide vane
maka massa air yang menumbuk runner semakin besar sehingga nilai putaran
naik yang menyebabkan nilai BHP nya semakin besar. Seharusnya pada
grafik urutan BHP dari yang terbesar adalah GV 11, GV 10, GV 9, dan GV
8. Pada grafik kami, hal itu sudah sesuai namun pada bukaan GV 10 terjadi
penurunan nilai BHP karena menurut teori segitiga kecepatan, bukaan GV 10
kurang optimal sehingga mengakibatkan penurunan nilai.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
41/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
28
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
E. Grafik Hubungan Putaran dan Daya (WHP) pada Bukaan GV Berbeda
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
42/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
29
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
E. Hubungan Putaran dan Daya (WHP) pada Bukaan GV Berbeda
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap daya
(WHP) dengan variasi bukaan GV, dimana putaran sendiri ditunjukkan
dengan sumbu X dengan satuan rpm dan daya (WHP) ditunjukkan dengan
sumbu Y dengan satuan watt.
Seharusnya grafik hubungan antara putaran dengan WHP adalah
berbanding lurus, namun kenyataannya pada grafik kami berbanding terbalik.
Hal ini bisa dijelaskan dengan rumus :
PQ 521,3
3600
.. HQWHP
Besar debit air (Q) ditentukan oleh besar P yang terukur semakin
kecil dari hasil percobaan, hal ini menyebabkan nilai Q yang semakin kecil,
sehingga hubungan grafik menjadi berbanding terbalik. Pada percobaan ini
nilai dan H konstan sehingga besar WHP hanya dipengaruhi oleh besar
debit air (Q).
Peningkatan putaran akan menyebabkan menurunnya nilai Q
dikarenakan ruang masuk fluida kedalam runner semakin kecil. Sehingga
nilai Q turun yang mengakibatkan menurunnya nilai WHP, karena WHP
sendiri adalah daya yang memutar turbin.
Seharusnya pada grafik urutan WHP dari yang terbesar adalah GV
11, GV 10, GV 9, dan GV 8. Semakin besar bukaan GV maka beda tekanan
akan meningkat dan menyebabkan meningkatknya debit air. Kenyataan pada
grafik kami nilai WHP dari yang tertinggi adalah WHP pada bukaan GV 11,
GV 10, GV 9, dan GV 8. Hal itu sudah sesuai namun pada bukaan GV 10
terjadi penurunan nilai WHP karena menurut teori segitiga kecepatan, bukaan
GV 10 kurang optimal sehingga mengakibatkan penurunan nilai.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
43/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
30
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
F. Grafik Hubungan Putaran dan Efisiensi pada Bukaan GV Berbeda
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
44/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
31
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
F. Hubungan Putaran dan Efisiensi pada Bukaan GV Berbeda
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap efisiensi
dengan variasi bukaan GV, dimana putaran sendiri ditunjukkan dengan
sumbu X dengan satuan rpm dan efisiensi ditunjukkan dengan sumbu Y
dengan satuan persen (%).
Nilai efisiensi bergantung pada besar BHP maupun WHP, sesuai
dengan rumus :
WHP
BHP x 100%
60
..2 TnBHP
3600
.. HQWHP
Semakin besar putaran maka BHP akan semakin besar sehingga
efisiensi yang diperoleh pun semakin besar. Selain itu efisiensi juga
dipengaruhi oleh nilai WHP, karena semakin besar putaran maka nilai Q
turun yang menyebabkan nilai WHP ikut turun sehingga efisiensi naik.
Seharusnya pada grafik urutan efisiensi dari yang terbesar adalah GV
11, GV 10, GV 9, dan GV 8, namun kenyataan pada grafik kami urutan nilai
efisiensi dari yang tertinggi adalah bukaan GV 10, GV 11, GV 9, dan GV 8.
Hal ini terjadi karena bukaan GV 10 tidak optimum menurut teori segitiga
kecepatan, dimana nilai WHP pada GV 10 kecil sedangkan nilai BHP nya
cenderung konstan sehingga menyebabkan nilai efisiensinya tinggi.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
45/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
32
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
G. Grafik Hubungan Putaran dan Daya (BHP) pada Head Drop yang Berbeda
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
46/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
33
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
G. Hubungan Putaran dan Daya (BHP) pada Head Drop yang Berbeda
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap daya
(BHP) dengan variasi Head Drop, dimana putaran sendiri ditunjukkan
dengan sumbu X dengan satuan rpm dan daya (BHP) ditunjukkan dengan
sumbu Y dengan satuan watt.
Seharusnya pada grafik urutan BHP dari yang terbesar adalah Head
drop 21, head drop 20, head drop 19 dan head drop 18. Grafik kami sudah
sesuai dengan hal itu. Hal ini dikarenakan jika head dropnya semakin besar
maka energi yang diberikan fluida saat menumbuk runner juga makin besar
sehingga putaran semakin besar, sesuai rumus :
60
..2 TnBHP
T = F x L
Dari rumus di atas terlihat bahwa bila head dropnya meningkat maka
energi fluida yang diberikan ke poros semakin besar sehingga F semakin
besar, sedangkan F berbanding lurus dengan Torsi dan Torsi juga berbanding
lurus dengan BHP, maka dari itu jika F meningkat maka nilai BHP juga akan
meningkat.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
47/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
34
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
H. Grafik Hubungan Putaran dan Daya (WHP) pada Head Drop Berbeda
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
48/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
35
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
H. Hubungan Putaran dan Daya (WHP) pada Head Drop Berbeda
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap daya
(WHP) dengan variasi Head Drop, dimana putaran sendiri ditunjukkan
dengan sumbu X dengan satuan rpm dan daya (WHP) ditunjukkan dengan
sumbu Y dengan satuan watt.
Pada grafik ini urutan WHP dari yang terbesar adalah Head drop 21,
head drop 20, head drop 19 dan head drop 18. Hal ini semakin besar head
drop maka nilai WHP yang dihasilkan akan semakain besar dengan kondisi
bukaan GV yang sama, sesuai dengan rumus :
3600
.. HQ
WHP
Dapat diketahui bahwa Q berbanding lurus dengan P , sehingga bila
terjadi penurunan P maka akan menyebabkan menurunnya nilai Q,
sehingga secara otomatis nilai WHP juga cenderung menurun.
Peningkatan putaran akan menyebabkan menurunnya nilai Q
dikarenakan ruang masuk fluida kedalam runner semakin kecil. Sehingga
nilai Q turun yang mengakibatkan menurunnya nilai WHP, karena WHP
sendiri adalah daya yang memutar turbin.
PQ 521,3
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
49/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
36
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
I. Grafik Hubungan Putaran dan Efisiensi pada Head Drop Berbeda
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
50/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
37
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
I. Hubungan Putaran dan Efisiensi pada Head Drop Berbeda
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran terhadap efisiensi
dengan variasi Head Drop, dimana putaran sendiri ditunjukkan dengan
sumbu X dengan satuan rpm dan efisiensi ditunjukkan dengan sumbu Y
dengan satuan persen (%).
Jadi semakin tinggi head drop maka WHP juga semakin tinggi
sehingga BHP yang dihasilkan juga cenderung semakin tinggi pada titik
maksimum kemudian turun. Dan hal tersebut akan mengakibatkan nilai
efisiensi ( ) juga tinggi. Hal ini sesuai rumus :
LFT .
Pada rumus di atas terlihat bahwa WHP berbanding terbalik dengan
efisiensi. Jadi bila WHP besar maka nilai akan semakin turun. Karena
WHP dipengaruhi oleh besarnya Head Drop.
Bila head dropnya meningkat maka energi fluida yang diberikan ke
poros semakin besar sehingga F semakin besar, sedangkan F berbanding
lurus dengan Torsi dan Torsi juga berbanding lurus dengan BHP, maka dari
itu jika F meningkat maka nilai BHP juga akan meningkat.
Seharusnya pada grafik urutan BHP dari yang terbesar adalah head
drop 21, head drop 20, head drop 19 dan head drop 18, namun kenyataan
pada grafik kami urutan nilai efisiensi dari yang tertinggi adalah head drop
head drop 18, head drop 20, head drop 19 dan head drop 21. Menurut analisa
dari kelompok kami. Nilai head drop akan memberikan pengaruh terhadap
nilai WHP. Dengan bertambahnya nilai head drop maka juga akan
berpengaruh terhadap nilai WHP, karena daya yang ada pada head drop 21
terlalu besar sehingga menyebabkan terjadinya kerugian mekanis yang cukup
besar.
%100xWHPBHP
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
51/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
38
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.5 PENUTUP
1.5.1 Kesimpulan
Dari praktikum yang dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Putaran yang semakin besar mengakibatkan Brake Horse Power (BHP)
semakin besar, namun setelah melewati titik maksimum maka akan
mengalami penurunan.
2. Putaran yang semakin besar mengakibatkan Water Horse Power (WHP)
semakin kecil, karena nilai debit air menurun.
3. Putaran yang semakin besar mengakibatkan efisiensi semakin besar, namun
pada putaran tertentu akan mengalami penurunan.
4. Pada putaran turbin yang sama, semakin besar bukaan guide vane maka
massa air yang menumbuk runner semakin besar sehingga nilai putaran naik
yang menyebabkan nilai BHP, WHP dan efisiensi semakin besar. Bukaan
GV (Guide Vane) yang paling pas yaitu GV 9 menghasilkan nilai BHP,
WHP dan efisiensi yang paling tinggi, karena jika terlalu kecil atau besar
akan mengakibatkan BHP, WHP dan efisiensi tidak optimum.
5. Semakin besar head drop maka energi yang diberikan fluida saat menumbuk
runner juga semakin besar sehingga nilai putaran naik yang menyebabkan
nilai BHP, WHP dan efisiensi semakin besar. Head drop yang paling pas
yaitu Head drop 18 yang menghasilkan efisiensi yang paling tinggi, karena
jika terlalu kecil atau besar akan mengakibatkan efisiensi tidak optimum
1.5.2 Saran
Untuk meningkatkan kinerja dari praktikum pengujian turbin air Francis
maka diberikan saran sebagai berikut:
1. Sebaiknya waktu praktikum ditambah, karena penulisan laporan dengan tulis
tangan.
2. Laboratorium disarankan merawat dan memperbaiki alat-alat turbin air
Francis, agar pada saat praktikum pengambilan data sesuai dengan yang
diharapkan.
3. Asisten diharapkan menjelaskan kepada praktikan ketika ada praktikan yang
tidak paham, contohnya tentang rumus.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
52/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BAB II
PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL
2.1 Pendahuluan2.1.1 Tinjauan Umum
Pompa mempunyai peranan penting dan dapat dijumpai hampir di setiap
industri, baik industri kecil maupun industri besar. Pompa merupakan mesin
konversi energi yang mengubah bentuk energi mekanik poros menjadi energi
spesifik (head) fluida yang memiliki wujud air. Energi mekanik pompa yang
menunjukkan kemampuan dari suatu pompa mengangkat fluida untuk mencapai
ketinggian tertentu adalah berupa head pompa, ditunjukkan oleh besarnya
perbedaan antara energi fluida di sisi isap dengan energi fluida di sisi tekan.
Energi fluida merupakan jumlah dari energi tekanan,energi kinetik dan energi
karena elevasi (ketinggian).
Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan
persatuan waktu dan head (tinggi energi angkat). Pada umumnya pompa dapat
digunakan untuk bermacam-macam keperluan, untuk menaikkan fluida ke sebuah
reservoir, untuk pengairan, irigasi, dan sebagainya.
Dalam pelaksanaan operasinya pompa dapat bekerja secara tunggal, seri,
dan paralel. Jenis operasi yang digunakan harus sesuai dengan tujuan dan
kebutuhan penggunaan instalasi pompa.Karakteristik pompa harus terlebih
dahulu diketahui agar didapatkan sistem yang optimal.
2.1.2 Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari pengujian pompa sentrifugal ini adalah untuk
mendapatkan kurva karakteristik dari :
a. Kapasitas terhadapheaddan efisiensi
b. Kapasitas terhadap daya
c. Kapasitas terhadap torsi
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
53/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
40
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2.2 Tinjauan Pustaka
2.2.1 Dasar Teori Pompa
2.2.1.1 Pengertian Fluida, Debit danHead
Fluida didefinisikan sebagai zat atau substansi yang akan mengalami
deformasi secara berkesinambungan apabila terkena gaya geser (gaya
tangensial) sekecil apapun. Berdasarkan mampu mampatnya fluida dibagi
menjadi 2 yaitucompressible fluiddan incompressible fluid. Berdasarkan sifat
alirannya fluida dibagi menjadi 3 yaitu aliran laminer, transisi dan turbulen.
Berdasarkan hubungan antara laju deformasi dan tegangan gesernya fluida
dibagi menjadi 2 yaitu newtonian fluid dan non-newtonian fluid. Berdasarkan
gaya yang bekerja pada fluida dan gerakannya, fluida dibagi 2 yaitu fluida statis
dan dinamis.
Debit / kapasitas merupakan volum fluida yang dapat dialirkan per
satuan waktu. Pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan
venturimeter,orifice, pitot tube dan lain-lain. Satuan dari kapasitas (Q) adalah
m3/s, liter/s, atau ft3/s.
Head didefinisikan sebagai energi per satuan berat fluida. Satuan dari
head (H) adalah meter atau feet fluida. Di dalam pompa, headdiukur dengan
cara menghitung beda tekanan total antara pipa isap dan pipa tekan, bila
pengukuran dilakukan pada ketinggian yang sama. Menurut persamaan
Bernoulli, terdapat tiga macam head dari sistem instalasi aliran, yaitu head
kecepatan,headpotensial danheadtekanan.
a. Head tekanan adalah perbedaan head yang disebabkan perbedaan tekanan
statis (head tekanan) fluida pada sisi tekan dan sisi isap. Head tekanan
dituliskan dengan rumus sebagai berikut:
= (18)
Keterangan :
:Headtekanan (m)
:Headtekanan fluida pada sisi tekan (m)
:Headtekanan fluida pada sisi isap (m)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
54/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
41
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
b. Head kecepatan adalah perbedaan antara head kecepatan zat cair pada sisi
tekan dengan head kecepatan zat cair pada sisi isap. Head kecepatan
dituliskan dengan rumus sebagai berikut:
= (19)
Keterangan :
:Head kecepatan (m)
:Head kecepatan zat cair pada sisi tekan (m)
:Head kecepatan zat cair pada sisi isap (m)
c. Headpotensial / elevasi adalah perbedaan ketinggian antara fluida pada sisi
tekan dengan ketinggian fluida pada sisi isap.Headelevasi dapat dinyatakan
dengan rumus sebagai berikut:
= (20)
Keterangan :
Z :Headstatis total (m)
:Headstatis pada sisi tekan (m)
:Headstatis pada sisi isap(m)
2.2.1.2 Pengertian Pompa
Pompa adalah jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan
fluida melalui pipa dari satu tempat ke tempat lain. Dalam menjalankan
fungsinya tersebut, pompa mengubah energi mekanik poros yang menggerakkan
sudu-sudu pompa mejadi energi kinetik dan tekanan pada fluida.
Spesifikasi pompa dinyatakan dengan jumlah fluida yang dapat dialirkan
per satuan waktu (kapasitas) dan energi angkat (head) dari pompa.
a. Kapasitas (Q)
Merupakan volume fluida yang dapat dialirkan persatuan waktu. Dalam
pengujian ini pengukuran dari kapasitas dilakukan dengan menggunakan
venturimeter. Satuan dari kapasitas (Q) adalah m3/s, liter/s, atau ft3/s.
b. Putaran (n)
Yang dimaksud dengan putaran disini adalah putaran poros (impeler)
pompa, dinyatakan dalam satuan rpm. Putaran diukur dengan menggunakan
tachometer.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
55/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
42
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
c. Torsi (T)
Torsi didapatkan dari pengukuran gaya dengan menggunakan
dinamometer, kemudian hasilnya dikalikan dengan lengan pengukur momen
(L). Satuan dari torsi adalah Nm.
d. Daya (P)
Daya dibagi menjadi dua macam, yaitu daya poros yang merupakan
daya dari motor listrik, serta daya air yang dihasilkan oleh pompa. Satuan
daya adalahWatt.
e. Efisiensi ( )
Merupakan perbandingan antara daya air yang dihasilkan dari pompa,
dengan daya poros dari motor listrik.
2.2.1.3 Pengertian Kavitasi
Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir,
karena tekanannya berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuhnya. Sehingga
fluida dapat menguap ketika tekanannya cukup rendah pada temperatur fluida
tersebut. Dalam hal ini temperatur fluida lebih besar dari temperatur jenuhnya.
Mekanisme dari kavitasi ini adalah berawal dari kecepatan air yang
tinggi sehingga tekanannya rendah dan menyebabkan titik didihnya menurun.
Karena fluida mencapai titik didihnya maka menguap dan timbul gelembung-
gelembung yang pada kecepatan tinggi akan menabrak bagian sudu.
Apabila zat cair mendidih, maka akan timbul gelembung-gelembung uap
zat cair. Hal ini dapat terjadi pada zat cair yang sedang mengalir di dalam
pompa maupun di dalam pipa. Tempat-tempat yang bertekanan rendah dan yang
berkecepatan tinggi di dalam aliran, sangat rawan terhadap terjadinya kavitasi.
Pada pompa misalnya, bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah sisi
isapnya. Kavitasi akan timbul jika tekanan isapnya terlalu rendah. Kavitasi di
dalam pompa dapat mengakibatkan:
a. Suara yang berisik dan getaran dari pompa.
b. Performasi pompa akan menurun secara tiba-tiba, sehingga pompa tidak
dapat bekerja dengan baik.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
56/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
43
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
c. Jika pompa dijalankan dalam keadaan kavitasi secara terus menerus dalam
jangka lama, maka permukaan dinding akan termakan sehingga menjadi
berlubang-lubang. Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagai akibat dari
tumbukan gelembung uap yang pecah pada dinding secara terus menerus.
Karena kavitasi mengakibatkan banyak sekali kerugian pada pompa,
maka kavitasi perlu dihindari. Adapun cara-cara untuk mencegah kavitasi antara
lain:
a. Tekanan gas diperbesar di dalam pipa-pipa dimana fluida yang mengalir
dipompakan.
b. Sebuah pompaboosterdipasang pada ujung pipa isap.
c. Sebuahaxial wheel atauhelical wheel dipasang tepat di depan impeler pada
poros yang sama. Hal ini dimaksudkan untuk membuat pusaran (whirl)
terhadap aliran. Cara ini merupakan pilihan yang paling baik. Akan tetapi,
apabila kecepatan putaran (n) dan debitnya (Q) sama dengan kecepatan
putaran dan debit dari impeler, maka kavitasi justru akan terjadi padarunner
pembantu itu sendiri. Oleh karena itu, dalam pemasangan runnerpembantu
ini diperlukan pertimbangan yang sungguh-sungguh sebelum
pemasangannya.
Macam - macam tipe kavitasi pada pompa sentrifugal berdasarkan
penyebabnya yaitu:
1. Suction cavitation (kavitasi padasuction)
Kavitasi jenis ini terjadi akibat kekurangan NPSHA (NPSH aktual).
Aturan umumnya adalah NPSHA minimal harus sama atau lebih besar dari
NPSHR (NPSH yang dibutuhkan) untuk menghindari suction cavitation.
Perbedaan yang besar antara NPSHA dengan NPSHR dapat menyebabkan
resiko kerusakan pada pompa terutama pada air yang relatif dingin (kurang
dari 150 F).
2. Recirculation Cavitation
Recirculation Cavitation diakibatkan oleh laju aliran (flow rate) yang
rendah pada pompa. Ada dua tipe darirecirculation cavitation yaitusuction
side dan discharge side dimana bisa terjadi pada saat yang bersamaan
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
57/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
44
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
ataupun terpisah. Keduanya terjadi akibat fenomena yang sama yaitu aliran
balik pada jarak yang berdekatan satu sama lain.
2.2.1.4 Pengertian NPSH
Net Positive Suction Head(NPSH) adalah tekanan awal bernilai positif
yang terdapat pada sisi inlet pompa. Seperti diuraikan sebelumnya, bahwa
kavitasi akan terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai di
bawah tekanan uap jenuhnya. Untuk menghindari kavitasi harus diusahakan
agar tidak ada satu bagian dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan
statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang
bersangkutan. Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang
memegang peranan. Pertama, tekanan yang ditentukan oleh kondisi lingkungan
dimana pompa dipasang. Kedua, tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di
dalam pompa.
Oleh karena itu, didefinisikan suatu tekanan kavitasi atau jika
dinyatakan dalam satuan Head disebut dengan Net Positive Suction Head
(NPSH). Jadi, NPSH dapat dinyatakan sebagai ukuran keamanan pompa
terhadap kavitasi.
Gambar 2.1 : NPSH bila tekanan atmosfer bekerja pada permukan air
yang dihisap.
Sumber : Sularso (2000:44)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
58/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
45
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
a. NPSH yang Tersedia
Merupakanheadyang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa
(ekuivalen dengan tekanan absolut pada sisi isap pompa), dikurangi dengan
tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut. Pada pompa yang mengisap zat
cair dari tempat terbuka dengan tekanan atmosfer pada permukaan zat cair
seperti diperlihatkan pada gambar 2.1, maka besarnya NPSH yang tersedia
adalah:
(21)
Keterangan:
= NPSH yang tersedia (m)= Tekanan atmosfer (N/m2)
= Tekanan uap jenuh (N/m2)
=Berat jenis cairan (N/m3)
=Headisap statis (m)
=Headlosses (m)
dengan hs bertanda positif (+) jika pompa terletak di atas permukaan
zat cair yang dihisap dan negatif (-) jika pompa terletak di bawah permukaan
zat cair yang dihisap.
Dari persamaan tersebut, dapat dilihat bahwa NPSH yang tersedia
merupakan tekanan absolut yang masih tersisa pada sisi isap pompa setelah
dikurangi tekanan uap. Besarnya tergantung pada kondisi luar pompa dimana
pompa tersebut dipasang.
Gambar 2.2 : NPSH bila tekanan uap bekerja di dalam tangki air
hisap yang tertutup.
Sumber : Sularso (2000:44)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
59/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
46
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Jika zat cair dihisap dari tangki tertutup seperti pada gambar 2.2,
maka Pa menyatakan tekanan absolut yang bekerja pada permukaan zat cair
di dalam tangki tertutup tersebut. Jika tekanan di atas permukan zat cair sama
dengan tekanan uap jenuhnya, maka Pa = Pv, sehingga :
= (22)
Harga hs adalah negatif (-) karena permukaan zat cair dalam tangki
lebih tinggi daripada sisi isap pompa. Pemasangan pompa semacam ini
diperlukan untuk mendapatkan harga atau NPSH yang positif (+).
b. NPSH yang Diperlukan
Tekanan terendah di dalam pompa besarnya terdapat di suatu titik
dekat setelah sisi masuk sudu impeler. Di tempat tersebut, tekanannya lebih
rendah daripada tekanan pada sisi isap pompa. Hal ini disebabkan kerugian
head di nosel isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang
menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu.
Jadi, agar tidak terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada lubang
masuk pompa dikurangi penurunan tekanan di dalam pompa, harus lebih
tinggi daripada tekanan uap zat cair. Head tekanan yang besarnya sama
dengan penurunan tekanan ini disebut NPSH yang diperlukan.Agar pompa
dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi persyaratan
sebagai berikut :
NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan
Harga dari NPSH yang diperlukan, diperoleh dari pabrik pompa yang
bersangkutan.
2.2.1.5 Klasifikasi Pompa
Menurut prinsip kerjanya, pompa diklasifikasikan menjadi dua macam,
yaitu:
A.Positive Displacement Pump
Merupakan pompa yang menghasilkan kapasitas yang intermittent,
karena fluida ditekan di dalam elemen-elemen pompa dengan volume
tertentu. Ketika fluida masuk, langsung dipindahkan ke sisi buang sehingga
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
60/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
47
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
tidak ada kebocoran (aliran balik) dari sisi buang ke sisi masuk. Kapasitas
dari pompa ini kurang lebih berbanding lurus dengan jumah putaran atau
banyaknya gerak bolak-balik pada tiap satuan waktu dari poros atau engkol
yang menggerakkan. Pompa jenis ini menghasilkanheadyang tinggi dengan
kapasitas rendah. Pompa ini dibagi lagi menjadi:
1. Reciprocating Pump (pompa torak)
Pada pompa ini, tekanan dihasilkan oleh gerak bolak-balik translasi
dari elemen-elemennya, dengan perantarancrankshaft,camshaft, dan lain-
lainnya. Pompa jenis ini dilengkapi dengan katup masuk dan katup buang
yang mengatur aliran fluida keluar atau masuk ruang kerja. Katup-katup
ini bekerja secara otomatis dan derajat pembukaannya tergantung pada
fluida yang dihasilkan. Tekanan yang dihasilkan sangat tinggi, yaitu lebih
dari 10 atm. Kecepatan putar rendah yaitu 250 sampai 500 rpm. Oleh
karena itu, dimensinya besar dan sangat berat. Pompa ini banyak dipakai
pada pabrik minyak dan industri kimia untuk memompa cairan kental, dan
untuk pompa air ketel pada PLTU. Skema pompa torak ditunjukkan pada
gambar 2.3.
Gambar 2.3 : Skema pompa torak.
Sumber : karrasik (2008)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
61/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
48
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2. Rotary Pump
Tekanan yang dihasilkan dari pompa ini adalah akibat gerak putar
dari elemen-elemennya atau gerak gabungan berputar. Bagian utama dari
pompa jenis ini adalah :
rumah pompa yang stasioner
rotor, yang di dalamnya terdapat elemen-elemen yang berputar dalam
rumah pompa
Prinsip kerjanya adalah fluida yang masuk ditekan oleh elemen-
elemen yang memindahkannya ke sisi buang kemudian menekannya ke
pipa tekan. Karena tidak memiliki katup-katup, maka pompa ini dapat
bekerja terbalik, sebagai pompa maupun sebagai motor. Pompa ini bekerja
pada putaran yang tinggi sampai dengan 5000 rpm atau lebih. Karena
keuntungan tersebut, pompa inibanyak dipakai untuk pompa pelumas dan
pada hydraulic power transmission. Yang termasuk jenis pompa ini
adalah:
a. Gear Pump (Pompa Roda Gigi)
Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya dua buah roda
gigi berpasangan yang terletak dalam rumah pompa akan menghisap
dan menekan fluida yang dipompakan. Fluida yang mengisi ruang antar
gigi ditekan ke sisi buang. Akibat diisinya ruang antar sisi tersebut
maka pompa ini dapat beroperasi. Aplikasi dari pompa ini adalah pada
sistem pelumasan, karena pompa ini menghasilkan head yang tinggi
dan debit yang rendah.Contoh pompa roda gigi terdapat pada gambar
2.4.
Gambar 2.4 : Pompa roda gigi.
Sumber : Edward (1996:26)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
62/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
49
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
b. Pompa Piston
Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya selubung putar
menyebabkan piston bergerak sesuai dengan posisi ujung piston di atas
piring dakian. Fluida terhisap ke dalam silinder dan ditekan ke saluran
buang akibat gerakan naik turun piston. Fungsi dari pompa ini adalah
untuk pemenuhan kebutuhan head tingi dan kapasitas rendah.Skema
pompa piston ditunjukkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 : Skema pompa piston.
Sumber : Sutikno (1998:30)
B.Dynamic PumpMerupakan pompa yang ruang kerjanya tidak berubah selama pompa
bekerja. Untuk merubah kenaikan tekanan, tidak harus mengubah volume
aliran fluida. Dalam pompa ini terjadi perubahan energi, dari energi mekanik
menjadi energi kinetik, kemudian menjadi energi potensial. Pompa ini
memiliki elemen utama sebuah rotor dengan suatu impeler yang berputar
dengan kecepatan tinggi. Yang termasuk di dalam jenis pompa ini adalah
pompa aksial dan pompa sentrifugal.
1. Pompa Aksial
Prinsip kerja dari pompa ini adalah berputarnya impeler akan
menghisap fluida yang dipompakan dan menekannya ke sisi tekan dalam
arah aksial. Pompa ini cocok untuk aplikasi yang membutuhkan head
rendah dan kapasitas tinggi, seperti pada sistem pengairan.Contoh pompa
aksial terdapat pada gambar 2.6.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
63/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
50
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 2.6 : Pompa aksial
Sumber : Kurtz (2005:101)
2. Pompa Sentrifugal
Elemen pokok dari pompa ini adalah sebuah rotor dengan sudu-sudu
yang berputar pada kecepatan tinggi. Fluida yang masuk dipercepat oleh
impeler yang menaikkan tekanan maupun kecepatannya, dan melempar
fluida keluar melaluivolute atau rumah siput. Pompa ini digunakan untuk
memenuhi kebutuhanheadmedium sampai tinggi dengan kapasitas aliran
medium. Dalam aplikasinya, pompa sentrifugal banyak digunakan untuk
proses pengisian air pada ketel dan pompa rumah tangga. Bagian-bagian
dari pompa sentrifugal adalah stuffling box, packing, shaft, shaft sleeve,
vane, casing, eye of impeller, impeller, casing wear ring dan discharge
nozzle.
Gambar 2.7 : Penampang memanjang pompa sentrifugal
Sumber : Dietzel (1980:244)
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
64/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
51
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2.2.2 Pompa Sentrifugal dan Prinsip Kerjanya
2.2.2.1 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal mempunyai konstruksi sedemikian rupa sehingga
aliran zat cair yang keluar dari impeler akan melalui sebuah bidang tegak lurus
poros pompa. Konstruksi dari pompa sentrifugal dapat dilihat pada gambar di
bawah ini.
Gambar 2.8 : Bagian-bagian pompa sentrifugal
Sumber : Sularso (2000:75)
Impeler dipasang pada satu ujung poros dan pada ujung yang lain
dipasang kopling untuk meneruskan daya dari penggerak. Poros ditumpu oleh
dua buah bantalan. Sebuah paking atau perapat dipasang pada bagian rumah
yang ditembus poros, untuk mencegah air membocor keluar atau udara masuk
dalam pompa.
a. Impeler
Merupakan bagian yang berputar dari pompa dan memberikan daya pada
air, sehingga air akan mendapatkan energi spesifik berupa kecepatan dan
tekanan. Di dalam rumah siput, kecepatan air secara berangsur-angsur diubah
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
65/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
52
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
menjadi tekanan statis.Jenis-jenis impeler ditunjukkan pada gambar 2.9.
Jenis-jenisimpeleryaitu:
ImpelerTertutup
Disebut sebagai impeler tertutup karena baling-baling di
dalamnya tetutupi oleh mantel di kedua sisi.Jenis impeler ini banyak
digunakan pada pompa air dengan tujuan mengurung air agar tidak
berpindah dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan. Impeler jenis ini
memiliki kelemahan pada kesulitan yang akan didapat jika terdapat
rintangan atau sumbatan.
ImpelerTerbuka dan Semi Terbuka
Dengan kondisinya yang terbuka atau semi terbuka, maka
kemungkinan adanya sumbatan pun jauh berkurang.Hal ini
memungkinkan adanya pemeriksaanimpelerdengan mudah.Namun, jenis
impeler ini hanya dapat diatur secara manual untuk mendapatkan setelan
terbaik.
ImpelerPompa Berpusar/Vortex
Pompa yang digunakan untuk memompa bahan-bahan yang
lebih padat ataupun berserabut dari fluida cair, impeler vortex dapat
menjadi pilihan yang baik.Pompa jenis ini 50% kurang efisien dari
rancangan konvensionalnya.
Gambar 2.9 : Jenisimpeler
Sumber :Anonymous 8 (2013)
b. Rumah Pompa
Desain rumah pompa ditunjukkan oleh gambar 2.10.Rumah pompa
memiliki beberapa fungsi, antara lain:
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
66/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
53
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1. Berfungsi sebagai pengarah fluida yang dilemparkan impeler. Akibat gaya
sentrifugal yang menuju pompa tekan, sebagian energi kinetik fluida
diubah menjadi tekanan.
2. Menutupimpeler pada penghisapan dan pengiriman pada ujung dan
sehingga berbentuk tangki tekanan.
3. Memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan
impeler.
Gambar 2.10 : Desain rumah pompa
Sumber : Edward (1996:20)
c. Poros Pompa
Sebagai penerus putaran pengerak kepada impeler dan pompa. Poros
pompa dibedakan menjadi dua, yaitu :
Poros pompa datar atau horizontal
Poros pompa tegak atau vertikal
d. Cincin Penahan Keausan atau Cincin Perapat (Waring Ring)
Untuk mencegah keausan rumah pompa dan impeler pada sambungan
yang bergerak (running joint), maka dipasang cincin penahan keausan
(waring ring) yang disebut juga cincin rumah pompa atau cincin perapat.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
67/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
54
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
e. Bantalan Poros
Bantalan yang banyak dipakai pada pompa sentrifugal adalah bantalan
anti gesek, selongsong, rol bola, dan bantalankingsbury. Bantalan anti gesek
dapat berupa baris tungal atau ganda. Bantalan rol banyak dipakai untuk
poros pompa berukuran besar.Skema bantalan poros ditunjukkan oleh
gambar 2.11.
(a) (c)
(b) (d)
Gambar 2.11 : Bantalan praktis untuk pompa (a) rol, (b) horizontal,
(c) vertikal dan (d)kingsbury
Sumber : Edward (1996:22)
f. Selongsong Poros
Berfungsi utuk mencegah kebocoran udara ke dalam pompa bila
beroperasi dengan tinggi isap (suction lift) dan untuk mendistribusikan cairan
perapat secara merata di sekeliling ruang cincin (anular space) antara lubang
peti dan permukaan selongsong poros. Selongsong poros disebut juga
sangkar perapat atau cincin lantern.Skema selongsong poros pompa
ditunjukkan oleh gambar 2.12.
-
8/10/2019 Laporan Alat-alat Fluida Kelompok 5
68/116
SEMESTER GANJIL
2014/2015
55
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN AIR FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
Gambar 2.12 : Selongsong poros pompaSumber : Edward (1996:22)
Selongsong poros ini menerima cairan yang bertekanan dari pompa atau
sumber tersendiri lainnya. Kadang-kadang digunakan minyak gemuk sebagai
medium perapat apabila cairan yang bersih tidak tersedia atau tidak dapat
dipakai (pompa air kotor).
g. Peti Gasket
Berfungsi untuk mencegah udara bocor ke dalam rumah pompa bila
tekanan di dalamnya berada di bawah tekanan atmosfer.
h. Perapat Poros (Perapat Mekanis)
Digunakan untuk mencegah kebocoran di sekeliling poros. Perapat poros
ini juga dipakai apabila peti gasket tidak dapat mencegah kebocoran secara
maksimal. Permukaan perapat tegak lurus terhadap poros pompa dan
biasanya ter