Karakterisasi Pompa dan Kavitasi Aplikasi Teknik Kimia I PDF

Preview

Summary

Warning: TT: undefined function: 32LAPORAN APLIKASI TEKNIK KIMIAKARAKTERISASI POMPA DAN KAVITASIKelompok 2 APTEKKIM I D Faris Virgiansyah 02211840000014 Valentinus Satrio A. L. 02211840000038 M. Fachorrozi 02211840000060 Hubbal Maulana M. 02211840000067LAPORAN APLIKASI TEKNIK KIMIAKARAKTERISASI POMP...

Description

LAPORAN APLIKASI TEKNIK KIMIA KARAKTERISASI POMPA DAN KAVITASI Kelompok 2 APTEKKIM I D Faris Virgiansyah

02211840000014

Valentinus Satrio A. L.

02211840000038

M. Fachorrozi

02211840000060

Hubbal Maulana M.

02211840000067

I.

Tujuan : Tujuan dari percobaan Karakteristik Pompa dan Kavitasi adalah untuk: 1. Mengukur discharge performance (kurva discharge head vs. flow rate) pompa centrifugal. 2. Mengukur pengaruh NPSH available. 3. Mengamati kondisi terjadinya kavitasi.

II.

Skema :

Gambar 1 Skema Alat Percobaan III.

Ringkasan Video praktikum modul KPC Tujuan dari praktikum Karakteristik Pompa dan Kavitasi yaitu pertama untuk

mengukur discharge performance pompa sentrifugal, kedua untuk mengukur pengaruh NPSH available, dan ketiga untuk mengamati kondisi terjadinya kavitasi. Pompa sentrifugal banyak digunakan dalam kehidupan manusia baik dalam industri maupun dalam kegiatan sehari-hari. contohnya pompa sentrifugal digunakan dalam industri pengolahan air, petroleum, dan agrikultur, sedangkan dalam kehidupan sehari-hari pompa digunakan untuk mengalirkan air dari sumur. Secara umum pada pompa sentrifugal memiliki poros impeller dengan nilai rotasi 1750 rpm atau 3500 rpm. Prinsip pompa sentrifugal sendiri yaitu air akan masuk melalui section port yang kemudian akan masuk ke casing pompa dan akan didorong keluar oleh impeller menuju discharge (Tiwari et al., 2018). Fenomena yang sering terjadi pada pompa sentrifugal yaitu terjadinya kavitasi. Kavitasi diakibatkan oleh terjadinya local evaporation pada pompa karena terjadi perubahan tekanan. Bila tekanan turun lebih rendah dari tekanan uap fluida maka liquid akan menguap dan akan

menghasilkan gelembung uap (Cucit et al., 2019). gelembung uap akan pecah saat mencapai daerah dengan tekanan yang lebih tinggi, hal tersebut menyebabkan pengikisan permukaan pada daerah tersebut (mousmoulis et al., 2019). Fenomena kavitasi juga dapat menyebabkan penurunan performa pompa dan merusak permukaan impeller (Ramadhan et al., 2019). Terjadinya kavitasi juga menyebabkan penurunan flowrate, power, dan efisiensi dari pompa serta akan meningkatkan total head dari pompa. Terjadinya fenomena kavitasi dapat diamati pada suara bising dan getaran dari pompa (Cucit et al., 2018). Fenomena kavitasi dapat terjadi ketika nilai Net Positive Suction Head Available (NPSHa) lebih rendah dari nilai Net Positive Suction Head Required (NPSHr). Net Positive Suction Head Available (NPSHa) merupakan nilai total energi absolut pada suction pompa. Sedangkan Net Positive Suction Head Required (NPSHr) yaitu jumlah energi absolut fluida yang harus dimiliki pompa pada suction untuk bekerja secara optimal (Askew, 2011). Rangkaian alat yang digunakan pada praktikum Karakteristik Pompa dan Kavitasi yaitu suction valve untuk mengatur tekanan suction, manometer 1 untuk membaca tekanan suction, pipa kaca dengan lampu untuk melihat terjadinya kavitasi, pompa sentrifugal yang mengubah daya input menjadi energi kinetik dari fluida, manometer 2 untuk membaca tekanan discharge, kWh meter untuk membaca pemakaian listrik dari pompa, discharge valve untuk mengatur flowrate, dan rotameter untuk membaca flowrate. Skema rangkaian alat untuk percobaan ini dapat dilihat sebagai berikut:

Gambar 2 Skema Rangkaian Alat Prosedur percobaan Karakteristik Pompa dan Kavitasi adalah sebagai berikut. Pertama, memastikan rangkaian alat sudah terhubung dengan sumber listrik. Kemudian menyalakan pompa dan lampu pengamatan. Selanjutnya, mengatur bukaan pada suction valve sesuai dengan variabel yang digunakan. Lalu, mengatur bukaan pada discharge valve sesuai dengan variabel flowrate yang digunakan dengan melihat rotameter. Kemudian, mengamati pipa kaca pengamatan untuk melihat adanya gelembung atau tidak yang menandakan terjadinya kavitasi.

Selanjutnya, melakukan pembacaan tekanan suction pada manometer 1. Kemudian, melakukan pembacaan tekanan discharge pada manometer 2. Lalu, melakukan pembacaan pada kWh meter dengan menghitung waktu yang dibutuhkan kWh meter untuk melakukan satu putaran dengan menggunakan stopwatch. Data yang akan diperoleh pada percobaan Karakteristik Pompa dan Kavitasi yaitu bukaan suction valve, flowrate, tekanan suction, tekanan discharge, waktu putaran kWh meter, dan keterangan apakah terjadi gelembung atau tidak. Dari data tersebut dapat dihitung NPSHa, power pompa, power listrik, efisiensi pompa, dan biaya listrik yang digunakan. Kemudian, dengan prosedur yang sama diulangi percobaan dengan variabel bukaan suction valve dan flowrate yang berbeda.

IV.

Hasil dan Perhitungan

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan pada data praktikum Karateristik Pompa dan Kavitasi oada tanggal 21 Oktober 2020, dimana hasil ini akan dibandingkan dengan praktikum tedahulu. Dimana data hasil percobaan masing – masing adalah sebagai berikut : Tabel 1. Hasil Percobaan Terdahulu Bukaan Valve Flow Suction

50º

60º

80º

Rate Suction

Discharge

Waktu

Pressure

Pressure

Putaran

(Pa)

(Pa)

(detik)

2

-4000

270000

13

-

5

-8000

240000

14

-

8

-12000

205000

15

+

11

-18000

170000

16

+

14

-22000

140000

17

+

2

-4000

260000

12

-

5

-8000

220000

13

-

8

-9500

200000

14.5

-

11

-15000

180000

15.5

-

14

-18000

140000

16.5

-

2

-3000

260000

13

-

5

-7000

215000

13.5

-

8

-10000

200000

14.5

-

11

-12000

170000

15.5

-

(liter/menit)

Gelembung

14

-15000

140000

17

-

Tabel 2. Hasil Percobaan 21 Oktober 2020 Bukaan Suction

Valve Flow

Rate Suction

(liter/menit)

9

Discharge

Waktu

Pressure

Pressure

Putaran

(kPa)

(Pa)

(detik)

-11000

240000

13,2

Keterangan

Tidak

terdapat

gelembung Pompa 50º

berdesis 12

-18000

210000

13,8

Pompa berdesis

15

-26000

180000

14,6

Pompa berdesis Bergelembung

9

-21500

220000

14

Pompa

berdesis

dan bordering Bergelembung 12

-37000

190000

14

Pompa

berdesis

dan berdering Gelembung-

60º

gelembung

udara

berukuran

kecil-

kecil

Pompa

berdesis

dan

bordering dengan 15

-53000

150000

14,2

suara yang sedikit berkurang dibanding

pada

flowrate yang lebih rendah Dihasilkan gelembung

70º

9

-50000

200000

14

udara

yang

berukuran

besar

(kantung

gas).

Pompa

berdesis,

suara

lebih

halus

daripada

kondisi

pada bukaan valve yang lebih rendah Dihasilkan gelembung

12

-75000

140000

14,4

udara

yang

berukuran

besar

(kantung

gas).

Pompa

berdesis

Tabel 3. Hasil Perhitungan Percobaan Terdahulu Bukaan

Flow rate

Valve

Rotameter

Suction

Perhitungan vs

(liter/menit) (m/s)

Total

vd (m/s)

hs (m)

hd (m)

head

NPSHA NPSHR η (%)

(m)

50º

60º

80º

(m)

(m)

2

0.12

0.07

-0.41

27.66

28.07

2.97

9.49

0.82

5

0.29

0.17

-0.82

24.59

25.41

7.23

9.09

1.23

8

0.47

0.26

-1.22

21.01

22.23

10.85

8.69

1.64

11

0.64

0.36

-1.82

17.42

19.25

13.78

8.08

2.25

14

0.82

0.46

-2.22

14.35

16.57

16.04

7.68

2.66

2

0.12

0.07

-0.41

26.64

27.05

2.64

9.49

0.82

5

0.29

0.17

-0.82

22.54

23.36

6.17

9.09

1.23

8

0.47

0.26

-0.96

20.49

21.46

10.12

8.94

1.38

11

0.64

0.36

-1.52

18.45

19.96

13.84

8.39

1.94

14

0.82

0.46

-1.81

14.35

16.16

15.19

8.09

2.25

2

0.12

0.07

-0.31

26.64

26.95

2.85

9.60

0.72

5

0.29

0.17

-0.71

22.03

22.74

6.24

9.19

1.13

8

0.47

0.26

-1.01

20.49

21.51

10.15

8.90

1.43

11

0.64

0.36

-1.21

17.42

18.63

12.92

8.70

1.64

14

0.82

0.46

-1.50

14.35

15.86

15.35

8.40

1.94

Tabel 4. Hasil Perhitungan Percobaan 21 Oktober 2020 Perhitungan Bukaan Valve

Flow rate R (liter/menit)

vs = vd (m/s)

Suction

50º

60º

70º

V.

hs

hd

(m)

(m)

Total head

η (%)

(m)

NPSHA

NPSHR

(m)

(m)

9

0.526540331 - 1.11 24.57

25.68

12.42

12.34

1.52

12

0.702053775

-1.82 21.50

23.32

15.72

11.63

2.23

15

0.877567219

-2.62 18.44

21.06

18.77

10.83

3.05

9

0.526540331

-2.19 22.52

24.71

12.67

11.26

2.59

12

0.702053775

-3.76 19.46

23.22

15.88

9.69

4.18

15

0.877567219

-5.39 15.37

20.75

17.99

8.06

5.82

9

0.526540331

-5.10 20.48

25.58

13.12

8.34

5.51

12

0.702053775

-7.65 14.34

21.99

15.47

5.80

8.07

Pembahasan

V. I. Pembahasan grafik flowrate vs head Head merupakan kemampuan pompa untuk menaikkan fluida atau seberapa besar tekanan dapat menaikkan fluida dengan densitas tertentu (Musyafa dan Siregar, 2015). Sehingga suction head merupakan head yang disebabkan tekanan oleh fluida pada daerah suction, sedangkan discharge head merupakan head yang disebabkan oleh fluida pada daerah discharge. Total head sendiri merupakan selisih antara nilai discharge head dan suction head. Melalui penurunan rumus untuk masing-masing suction head, discharge head, dan total head dilakukan perhitungan untuk masing-masing head, sehingga data yang didapatkan dapat dilihat pada tabel 4. Kemudian meninjau hubungan antara flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head. Grafik hubungan antara flowrate terhadap masing-masing head pada percobaan 21 Oktober 2020 dapat dilihat sebagai berikut:

Gambar 5.1 Grafik hubungan flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head pada bukaan suction valve 50 (Percobaan 21 Oktober 2020)

Gambar 5.2 Grafik hubungan flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head pada bukaan suction valve 60 (Percobaan 21 Oktober 2020)

Gambar 5.3 Grafik hubungan flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head pada bukaan suction valve 70 (Percobaan 21 Oktober 2020)

Dari semua grafik di atas baik pada penelitian terdahulu maupun pada percobaan 21 Oktober 2020 serta pada berbagai bukaan suction valve, dapat diamati bahwa semakin besar flowrate maka semakin rendah nilai suction head, discharge head, dan total head. Sehingga dapat diperoleh bahwa besar flowrate akan berbanding terbalik terhadap nilai suction head, discharge head, dan total head. Semakin rendah nilai head maka menunjukkan tekanan yang menyebabkan head tersebut akan semakin rendah pula. Semakin besarnya flowrate akan mempengaruhi friction (hambatan) dan shock losses yang semakin besar. Hal tersebut mengakibatkan tekanan yang menyebabkan head oleh fluida juga akan semakin rendah. Sehingga dengan semakin besarnya flowrate maka nilai dari head akan berkurang (McCabe et al., 1993). Total head yang diukur merepresentasikan pressure drop antara discharge area dan suction area dimana total head merupakan selisih antara suction head dan discharge head. Semakin tinggi flowrate maka pressure drop yang dibutuhkan untuk menggerakkan fluida akan berkurang karena energi fluida yang semakin tinggi akibat flowrate yang tinggi. Dengan berkurangnya pressure drop maka total head juga akan semakin rendah (Geankoplis, 2003). Sebagai pembanding terhadap data percobaan berikut merupakan grafik data hubungan antara flowrate dengan suction head, discharge head, dan total head. dari percobaan terdahulu : (Aly & Rizwan, 2019)

Gambar 5.4 Grafik hubungan flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head pada bukaan suction valve 50

Gambar 5.5 Grafik hubungan flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head pada bukaan suction valve 60

Gambar 5.6 Grafik hubungan flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head pada bukaan suction valve 80 (Aly & Rizwan, 2019) Hubungan flowrate terhadap suction head, discharge head, dan total head dari percobaan terdahulu menunjukkan hubungan yang sama seperti hasil percobaan 21 Oktober 2020. Diamati bahwa semakin besar flowrate maka nilai suction head, discharge head, dan total head akan turun.

V. II. Pembahasan grafik flowrate vs daya Nilai daya (power) dapat dihitung dengan cara menghitung waktu yang dibutuhkan piringan kWh meter untuk melakukan satu putaran. Diketahui konstanta kWh meter sebesar 900 putaran/kWh. Sehingga mencari daya (power) dengan cara mengalikan jumlah putaran tadi

dengan 3600 untuk menjadi per jam dan dikali dengan 1000. Nilai tadi lalu dibagi dengan konstanta kWh meter dan waktu putaran yang didapat dari percobaan. Maka, dapat dilihat hubungan antara daya dan flowrate pada percobaan 21 Oktober 2020 dan dari (Aly & Rizwan, 2019) dengan grafik dibawah ini :

Gambar 5.7 Grafik hubungan flowrate terhadap daya (percobaan 21 Oktober 2020)

Gambar 5.8 Grafik hubungan flowrate terhadap daya (percobaan terdahulu) Terlihat bahwa makin tinggi flowrate maka makin rendah power yang dibutuhkan. Hal ini karena semakin rendah flowrate, maka fluida akan membawa lebih sedikit gaya. Sehingga, pompa akan memberikan gaya torsi yang lebih banyak melalui impeller sehingga fluida dapat bergerak dalam sistem perpipaan. Pemberian gaya yang lebih banyak membutuhkan energi yang lebih banyak pula sehingga kerja pompa juga akan naik. Maka data percobaan dan percobaan terdahulu sudah sesuai dengan literatur yang ada

V. III. Pembahasan grafik flowrate vs efisiensi

Flowrate vs efisiensi 0,20

Efisiensi

0,15 0,10 0,05 0,00 0

0,00005

0,0001

0,00015

Flowrate Bukaan 50

0,0002

0,00025

0,0003

(m3/s)

Bukaan 60

Bukaan 70

Gambar 5.9 Grafik hubungan flowrate vs efisiensi (percobaan 21 Oktober 2020) Efisiensi merupakan rasio perbandingan daya yang diberikan ke fluida oleh pompa dengan daya input yang diterima pompa. Efisiensi meningkat dengan meningkatnya flowrate hingga suatu titik tertentu (rated capacity pompa). Setelah melewati titik tersebut, efisiensi akan menurun seiring dengan semakin naiknya flowrate. Berdasarkan grafik di atas bisa dilihat bahwa efisiensi berbanding lurus dengan flowrate. Berdasarkan persamaan berikut 𝑃𝐵 = 𝑚󰇗𝑊𝑃 =

𝑚󰇗∆𝐻



Dapat dilihat jika flowrate berbanding lurus dengan efisiensi. Hal tersebut selaras dengan grafik yang terbentuk dari hasil eksperimen yang dijalankan. (McCabe, Smith, & Harriott, 1993) Sebagai perbandingan, hasil percobaan yang dilakukan oleh (Aly & Rizwan, 2019) dengan percobaan yang sama didapat grafik sebagai berikut. Grafik Flowrate Vs Efisiensi Pompa efisiensi (%)

20 15 10 5 0 8,33333E-05

0,000133333

0,000183333

0,000233333

Flowrate (m3/detik)

Bukaan 50º

Bukaan 60º

Bukaan 80º

Gambar 5.10 Grafik hubungan flowrate vs efisiensi (percobaan terdahulu) (Aly & Rizwan, 2019) Grafik di atas memberikan hasil yang sama seperti pada percobaan yang telah dilakukan dan sesuai dengan teori yang ada. Namun, pada kedua grafik baik dari hasil percobaan yang dilakukan maupun grafik dari penelitian terdahulu, terlihat bahwa efisiensi masih cenderung naik. Hal tersebut menunjukkan jika flowrate yang digunakan masih belum mencapai rated capacity dari pompa yang digunakan. (McCabe, Smith, & Harriott, 1993)

V. IV. Pembahasan grafik tekanan suction vs NPSH

Grafik P Suction vs NPSH bukaan 50o

4,00 3,00 2,00

NPSH

1,00

-30000

0,00 -25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0 -1,00 -2,00

-3,00
...