jurusan teknik mesin fakultas teknik universitas … filemendidik dan membantu penulis hingga...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

SIMULASI PENAMBAHAN SPLITTER PADA SUDU IMPELLER POMPA

SENTRIFUGAL MENGGUNAKAN ANSYS CFX

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh:

SABDONO ABDI SUCIPTO NIM. I0409046

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2014


commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

SIMTILASI PENAMBAHA* ""i,''*

PADA SUDU IMPELLER PoMPA

SENTRIF'UGAL MENGGUNAKAN ANSYS CFX

Dosen Pembimbing II

D. Danardono. ST. MT" PhDNrP. 196905 14 199903 100 1

Telah dipertahankan di hadapn TimMei 2014

1. Dr. Budi Santoso, ST, MTMP. 19701 105200003 1001

2. Eko Prasetyo B., ST, MTNIP. 197109261999$nA2

3. Tri Istanto, ST, MTNrP. 19730820200012100 1

Dosen Penguji pada

Mengetahui

Disusun oleh----

KFSabdono Abdi Sucipto

NIM. 10409046

Pembimbing I

NIP. 1970091 1200003 1001

hari Jumat

131997021001


commit to user

PERSEMBAHAN

Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan syukur kehadirat Ilahi,

kupersembahkan tulisan ini kepada :

1. Allah SWT, pemilik segala keagungan, kemuliaan, kekuatan dan keperkasaan. Segala yang kualami adalah kehendak-Mu, semua yang kuhadapi adalah kemauan-Mu, segala puji hanya bagi-Mu, ya Allah, pengatur alam semesta, tempat bergantung segala sesuatu, tempatku memohon pertolongan.

2. Junjungan Nabi besar Muhammad SAW, Manusia terbaik di muka bumi, uswatunhasanah, penyempurna akhlak, shollawat serta salam semoga selalu tercurah padanya, keluarga, sahabat dan pengikutnya yang istiqomah sampai akhir zaman.

3. Dukungan dan doa yang tak pernah putus dari Ibu, Bapak, dan semua keluarga tercinta. Kalian tak akan pernah kulupakan sepanjang hidupku.

4. Pak Danardono dan Pak Wibawa E.J yang bersedia membimbing dan mendukung saya dalam menyelesaikan tugas akhir.

5. Seluruh staf dosen, karyawan, dan kawan-kawan seperjuangan di Teknik Mesin UNS.


commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan

menyelesaikan Skripsi “Simulasi Penambahan Splitter Pada Sudu Impeller Pompa

Sentrifugal Menggunakan Ansys CFX” ini dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh

karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih

yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam

menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada :

1. Bapak D. Danardono, ST, MT, PhD selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

2. Bapak Wibawa Endra Juwana, ST, MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.

3. Bapak Dr. Budi Santoso, ST, MT, bapak Eko Presetyo B., ST, MT dan bapak

Tri Istanto, ST, MT selaku dosen penguji tugas akhir saya yang telah memberi

saran yang membangun.

4. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST, MT selaku Pembimbing Akademis yang

telah menggantikan sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di

Universitas Sebelas Maret ini.

5. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST. MT, selaku koordinator Tugas Akhir

6. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut

mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.

7. Bapak, Ibu, dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a restu, motivasi,

dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian Tugas Akhir.

8. Teman-teman teknik mesin angkatan 2009 beserta kakak dan adik angkatan di

teknik mesin UNS.

9. Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun

laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.


commit to user

viii

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi

ini.

Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan

bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.

Surakarta, Mei 2014

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul .............................................................................................. i

Halaman Surat Penugasan............................................................................ ii

Halaman Pengesahan.................................................................................... iii

Halaman Persembahan ................................................................................. iv

Abstrak ........................................................................................................ v

Kata Pengantar ............................................................................................ vii

Daftar Isi ..................................................................................................... ix

Daftar Gambar ............................................................................................. xi

Daftar Tabel .................................................................................................. xiii

Daftar Lampiran............................................................................................ xiv

Daftar Notasi ................................................................................................ xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah ....................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah .............................................................. 2

1.3. Batasan Masalah ................................................................... 2

1.4. Tujuan Penelitian ................................................................... 2

1.5. Manfaat Penelitian ................................................................ 2

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................ 2

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................... 4

2.2. Dasar Teori ............................................................................ 8

2.2.1. Teori Pompa Sentrifugal ............................................ 9

a. Velocity Triangles .................................................. 9

b. Perhitungan Head Pompa Sentrifugal .................. 11

c. Bentuk Sudu dan Kurva Pompa ............................ 12

2.2.2. Computational Fluid Dynamics (CFD) .................... 13

a. Steady Flow ............................................................ 13

b. Incompressible Flow .............................................. 13

c. Continuity Equation ............................................... 13


commit to user

x

d. Moment of Momentum Equation .......................... 14

e. Turbulensi ............................................................... 16

f. Fluid Domain .......................................................... 17

g. Boundary Condition............................................... 18

h. Meshing .................................................................. 18

BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN

3.1. Garis Besar Penelitian ......................................................... 21

3.2. Variabel Penelitian ............................................................... 22

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Validasi Permodelan.............................................................. 23

4.2. Simulasi Impeller Tanpa dan Dengan Splitter pada sisi luar 26

4.3 Simulasi Impeller Tanpa dan Dengan Splitter pada sisi hisap 32

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ............................................................................ 37

5.2. Saran ....................................................................................... 37

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 38

LAMPIRAN.................................................................................................. 39


commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Distribusi tekanan pada impeller ........................................ 4

Gambar 2.2 Streamline plots hasil simulasi .............................................. 5

Gambar 2.3 Konfigurasi impeller pompa sentrifugal tanpa dan dengan

penambahan setengah panjang sudu asli ............................ 5

Gambar 2.4 Kurva perbandingan luas area kavitasi tanpa dan dengan

penambahan splitter ........................................................... 6

Gambar 2.5 Grafik unjuk kerja pompa tanpa dan dengan penambahan splitter 7

Gambar 2.6 (a) Impeller asli, (b) Impeller dengan splitter .................. 7

Gambar 2.7 Kurva performa pompa sentrifugal tanpa dan dengan

penambahan splitter. ............................................................ 8

Gambar 2.8 Velocity triangles ................................................................. 9

Gambar 2.9 Bentuk sudu impeller. .......................................................... 12

Gambar 2.10 Kurva pompa berdasarkan bentuk sudu ............................. 12

Gambar 2.11 Permodelan Impeller pompa sentrifugal ............................ 13

Gambar 2.12 Finite control volume and absolute velocity elements

for analysis of angular momentum ..................................... 14

Gambar 2.13 Meshing impeller pompa sentrifugal .................................. 18

Gambar 2.14 Bentuk-bentuk dasar Meshing ............................................ 18

Gambar 2.15 Skala kualitas meshing......................................................... 19

Gambar 2.16 Meshing dengan pengaturan face spacing dan tanpa face

spacing .................................................................................. 19

Gambar 2.17 Edge proximity off dan edge proximity on.......................... 19

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ........................................................ 21

Gambar 4.1 Meshing permodelan impeller (a) Rajendran dan

Purushothaman; (b) penulis ................................................. 24

Gambar 4.2 Hasil permodelan distribusi tekanan (a) Rajendran dan

Purushothaman; (b) penulis ................................................. 24

Gambar 4.3 Grafik hubungan laju aliran dengan head .......................... 28


commit to user

xii

Gambar 4.4 Grafik perbandingan pengaruh panjang splitter dengan

head yang dihasilkan pada kondisi 1.2 Qbep ................................... 29

Gambar 4.5 Distribusi tekanan pada 1.2 Qbep (a) tanpa splitter; (b)

0.25 L sudu asli; (c) 0.375 L sudu asli; (d) 0.5 L sudu asli 30

Gambar 4.6 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif

(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi 1.2 Qbep (a) tanpa

splitter; (b) 0.5 L sudu asli .................................................. 32

Gambar 4.7 Grafik hubungan laju aliran dengan head .......................... 34

Gambar 4.8 Distribusi tekanan pada 1.2 Qbep (a) tanpa splitter; (b)

0.25 L sudu asli; (c) 0.375 L sudu asli; (d) 0.5 L sudu asli 35

Gambar 4.9 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif

(biru) pada outlet splitter saat kondisi 1.2 Qbep (a) tanpa

splitter; (b) 0.5 L sudu asli...................................... 36


commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Kelebihan dan kelemahan untuk berbagai jenis model turbulensi 16

Tabel 4.1 Spesifikasi pompa ........................................................................ 23

Tabel 4.2 Data hasil meshing ....................................................................... 23

Tabel 4.3 Spesifikasi impeller ..................................................................... 26

Tabel 4.4 Data hasil simulasi impeller tanpa splitter ................................ 26

Tabel 4.5 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.25L sudu asli .. 27

Tabel 4.6 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.375L sudu asli . 27

Tabel 4.7 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.5L sudu asli...... 27

Tabel 4.8 Persentase kenaikan head ............................................................ 31

Tabel 4.9 Data hasil simulasi impeller tanpa splitter ................................ 32

Tabel 4.10 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.25L sudu asli 33

Tabel 4.11 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.375L sudu asli 33

Tabel 4.12 Data hasil simulasi impeller dengan splitter 0.5L sudu asli ... 33

Tabel 4.13 Persentase kenaikan dan penurunan head ................................ 36


commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Distribusi tekanan pada 0.5 Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25

L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli

(splitter sisi luar impeller)...................................................... 39



(splitter sisi luar impeller)...................................................... 40

Lampiran 3 Distribusi tekanan pada Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25 L

sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli (splitter

sisi luar impeller) .................................................................... 41

Lampiran 4 Vektor kecepatan absolut (merah) dan kecepatan relatif


splitter, (b)0.25 L sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5

L sudu asli (splitter sisi luar impeller) .................................. 42






(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi Qbep (a) tanpa









(splitter dekat suction)............................................................ 46


commit to user

xv



(splitter dekat suction)............................................................ 47

Lampiran 10 Distribusi tekanan pada Qbep (a) tanpa splitter , (b) 0.25 L

sudu asli, (c) 0.375 L sudu asli, (d) 0.5 L sudu asli (splitter

dekat suction) .......................................................................... 48




L sudu asli (splitter dekat suction) ........................................ 49






(biru) pada outlet sudu asli saat kondisi Qbep (a) tanpa








commit to user

xvi

DAFTAR NOTASI

A = luas area (m2)

b1 = Ketinggian sudu pada bagian inlet (m)

b2 = Ketinggian sudu pada bagian outlet (m)

C = Kecepatan absolute aliran fluida (m/s)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

H = Head pompa (m)

L = Panjang sudu asli (mm)

p = Tekanan (N/m2)

Qbep = Debit fluida pada best efficiency point (m3/s)

r1 = Jari-jari dalam impeller (m)

r2 = Jari-jari luar impeller (m)

u = Kecepatan sudu (m/s)

v = Kecepatan aliran (m/s)

w = Kecepatan relatif fluida (m/s)

Z = Ketinggian dari titik acuan (m)

α = Sudut absolut

β = Sudut sudu

ρ = Densitas kg/m3

γ = Berat jenis fluida (kg/m2.s2)


commit to user

v

ABSTRAK

SIMULASI PENAMBAHAN SPLITTER PADA SUDU IMPELLER POMPA

SENTRIFUGAL MENGGUNAKAN ANSYS CFX

Sabdono Abdi Sucipto

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

[email protected]

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan distribusi tekanan

dan vektor kecepatan yang terjadi pada impeller pompa sentrifugal kondisi normal dengan impeller yang ditambahkan splitter, memvisualisasikan hasil simulasi secara 3-D agar lebih informatif serta menunjukkan pengaruh penambahan splitter terhadap head yang dihasilkan. Software Solidworks digunakan dalam menggambar model impeller dan ANSYS CFX dalam simulasi. Impeller diteliti pada kondisi aliran 0.5Qbep, 0.8Qbep, Qbep, dan 1.2Qbep, dimana debit aliran best efficiency point (Qbep) adalah 3,02.10-3 m3/s. Variasi splitter yang ditambahkan yaitu 0.25, 0.375 dan 0.5 panjang sudu asli. Variasi penempatan splitter yaitu pada daerah suction dan sisi terluar impeller. Penambahan splitter pada sisi luar impeller akan meningkatkan head pompa sedangkan penambahan splitter pada daerah suction cenderung tidak meningkatkan head pompa.

Kata kunci : impeller, splitter, head, pompa sentrifugal


commit to user

vi

ABSTRACT

SIMULATION OF ADDING SPLITTER TO IMPELLER BLADE OF

CENTRIFUGAL PUMP USING ANSYS CFX

Sabdono Abdi Sucipto

Mechanical Engineering Department

Sebelas Maret University

[email protected]

The purpose of this study is to compare pressure distribution and vector

velocity on original impeller to impeller with splitter, to visualize the simulaton in 3-D so can be more informative and to show the effect of adding splitter to the head pump. Solidworks is used for making the impeller model and ANSYS CFX for conducting the simulation. Impeller is inspected in 0.5Qbep, 0.8Qbep, Qbep, and 1.2Qbep, where the best efficiency point of the flow (Qbep) is 3,02.10-3 m3/s. Splitter has variation in length, 0.25, 0.375 and 0.5 length of the original blade. Splitter is placed in two condition, near suction area and at the outer side of impeller. Adding splitter at the outer side of the impeller increase the head pump compared to the original impeller whereas adding splitter at the suction side does not make much effect in increasing the head pump.

Keywords : impeller, splitter, head, centrifugal pump

jurusan teknik mesin fakultas teknik universitas … filemendidik dan membantu penulis hingga...

Documents