## PENGUJIAN EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI ANSYS PERFORMANSI POMPA SENTRIFUGAL RANGKAIAN SERI DAN PARALEL
Adam Hafizar Pohan
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatra Utara, Jalan Almamater Kampus USU, Medan 20155 Email: hafizar.pohan@gmail.com
Abstract. This  study  was  conducted to  identify  the  performance  of  centrifugal  pump  series  configuration  and parallel  configuration  experimentally  and  Ansys  simulation.  In  the  previous  study,  the  performance  of centrifugal pumps was calculated by varying the valve opening. In this study researchers varied motor rotation of 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm, 1600 rpm and 1800 rpm with open valve 100%. The results show that series configuration  has  higher  head  value  than  parallel  configuration.  While  the  parallel  configuration  has  a  higher capacity  value than the series configuration. The highest pump efficiency  for this pump performance test is  in series  configuration  of  1800  rpm  is  83.4%  for  experimental  and  85%  for  simulation.  While  the  lowest  pump efficiency is in parallel configuration pumps of 1800 rpm with an efficiency 14.1% for experimental and 15.5% for simulation.
Key Words : Centrifugal pump, performance, efficiency

## 1. PENDAHULUAN
Pompa adalah salah satu jenis mesin fluida yang  berfungsi  untuk  memberikan  energi kepada  fluida,  dimana  fluida  adalah  zat cair,  sehingga  zat  cair  tersebut  dapat dipindahkan  dari  suatu  tempat  ke  tempat lain.  Dalam  operasinya  pompa  perlu digerakkan  oleh  suatu  penggerak  mula, dalam hal ini dapat digunakan motor listrik maupun  motor  torak.  Dalam  menjalankan fungsinya  tersebut,  pompa  mengubah energi  gerak  poros  untuk  menggerakkan sudu-sudu (impeller) menjadi energi tekanan pada fluida.
Salah  satu  jenis  pompa  yang  banyak digunakan  adalah  pompa  sentrifugal.
Pompa sentrifugal Merupakan pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan  fluida  seperti  air,  minyak  dan lain  –  lain  di  berbagai  industri.  Dalam dunia  industri,  mengetahui  performansi mesin  seperti  pompa  sangat  diperlukan. Beberapa parameter yang diperlukan untuk mengetahui  performansi  pompa  yaitu kapasitas,  head,  daya  dan  efisiensi.  Dari parameter  tersebut  maka  dapat  diketahui apakah  pompa  tersebut  masih  mampu mengalirkan kapasitas yang sesuai kebutuhan  atau  tidak,  mengetahui  kondisi pompa yang masih bekerja dengan kondisi optimal  atau  tidak  dan  menetapkan  waktu untuk  melakukan  pemeliharaan  seperti
penggantian  komponen  yang  sudah  rusak pada pompa tersebut.
Oleh karena itu maka penulis tertarik untuk mengidentifikasi  secara  eksperimental  dan komputasi  performansi  pompa  sentrifugal rangkaian  seri  dan  rangkaian  paralel dengan  menggunakan  perangkat  lunak (software) Ansys Workbench.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Pompa adalah salah satu jenis mesin fluida yang  berfungsi  untuk  memberikan  energi kepada  fluida,  dimana  fluida  adalah  zat cair,  sehingga  zat  cair  tersebut  dapat dipindahkan  dari  suatu  tempat  ke  tempat lain.  Dalam  operasinya  pompa  perlu digerakkan  oleh  suatu  penggerak  mula, dalam hal ini dapat digunakan motor listrik maupun  motor  torak.  Dalam  menjalankan fungsinya  tersebut,  pompa  mengubah energi  gerak  poros  untuk  menggerakkan sudu-sudu (impeller) menjadi energi tekanan pada fluida.
Industri – industri banyak menggunakan  pompa  sebagai  salah  satu peralatan  bantu  yang  penting  untuk menyuplai air agar dapat melakukan proses produksi.  Sebagai  contoh  yaitu  pada pembangkit  listrik  tenaga  uap,  pompa digunakan  untuk  menyuplai  air  ke  dalam boiler,  ke  instalasi  –  instalasi  yang membutuhkan  air.  Pompa  juga  banyak digunakan  untuk  mensirkulasi  air  atau minyak  pelumas  sebagai  pendingin  mesin- mesin di industri. Pompa juga dipakai pada
pesawat  terbang  yaitu  sebagai  pompa hidrolik, bahan bakar dan lain sebagainya. Untuk  rumus  dalam  pengujian  ini  adalah sebagai berikut:
1. Head Total
𝑈𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑃𝑜𝑚𝑝𝑎 𝑆𝑒𝑟𝑖 ∶ H = (hz + ∆hp + hl + v 2 /2g)  (m)
𝑈𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑃𝑜𝑚𝑝𝑎 𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙 ∶ H = 1/2(hz + ∆hp + hl + v 2 /2g)  (m)
𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝐴𝑖𝑟 𝐷𝑖 𝐷𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑃𝑖𝑝𝑎 ∶
v =  Q/A
𝐻𝑒𝑎𝑑 𝑆𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠 ∶ hz = (hd + hs) 1 + (hd + hs) 2 (m)
𝐻𝑒𝑎𝑑 𝐾𝑒𝑟𝑢𝑔𝑖𝑎𝑛 ∶
hl = (hfg + hfe + hfv)
𝐻𝑒𝑎𝑑 𝐾𝑒𝑟𝑢𝑔𝑖𝑎𝑛 𝐺𝑒𝑠𝑒𝑘 𝑃𝑖𝑝𝑎 ∶
h fg  = 10,666 𝑥 𝑄 1,85
𝐶 1,85 𝑥 𝐷 4,85 𝑥 𝐿
𝐻𝑒𝑎𝑑 𝐾𝑒𝑟𝑢𝑔𝑖𝑎𝑛 𝐵𝑒𝑙𝑜𝑘𝑎𝑛 𝑃𝑖𝑝𝑎 ∶
H fe = f 𝑣 2 2𝑔 f = 0,131 +1,847 ( 𝐷 2𝑅 ) 3,5 ( 𝜃 90 ) 0,5
𝐻𝑒𝑎𝑑 𝐾𝑒𝑟𝑢𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑃𝑎𝑑𝑎 𝐾𝑎𝑡𝑢𝑝:
H fv = f 𝑣 2 2𝑔 (1)

## 2. Kapasitas Aliran
𝑄 = 𝐶 𝑒 . 8 15 . √2𝑔 . tan 𝜃 2 . ℎ 5 2 ⁄ (2)
3. Laju Aliran Massa
ṁ = ρ .  Q (3) 4. Daya Pompa Pw = 𝜌 𝑔 𝑄 𝐻 (4)
5. Efisiensi Pompa
𝜂 p = 𝑃𝑤 𝑃 x 100% (5)

## 3. METODE PENELITIAN
Penelitian  dilakukan  pada  pompa  yang disusun  secara  seri  dan  paralel  dengan memvariasikan  putaran  motor  yaitu  1000 rpm,  1200  rpm,  1400  rpm,  1600  rpm,  dan 1800 rpm. Alat penelitian untuk pengujian performansi  pompa  ini  adalah  pompa sentrifugal  rangkaian  seri  dan  rangkaian paralel.  Alat  ini  juga  dilengkapi  pengukur head  suction,  head  discharge,  putaran motor dan kapasitas aliran.
Gambar 1. Pompa Sentrifugal Seri/Paralel Spesifikasi : Type pompa   : Open Impeller Sentrifugal
Motor : Paralel speed 0 – 2900 rpm Tegangan : 220 volt Frekuensi : 50 Hz Daya : 2,2 Kw
Tahap Pengujian :
 Pompa rangkaian seri
1. Posisikan katup 1, katup 3 dan katup 5 dalam posisi terbuka, sedangkan katup
2 dan katup 4 dalam posisi tertutup.
2. Hidupkan switch pada posisi ON.
3. Atur putaran motor sebesar 1000 rpm, 1200  rpm,  1400  rpm,  1600  rpm  dan 1800 rpm.
4. Amati  dan  catat  parameter  yang diperlukan  disetiap  perubahan  putaran motor yang dilakukan.
 Pompa rangkaian Paralel
1. Posisikan  katup  1,  katup  2,  katup  4 dan  katup  5  dalam  posisi  terbuka, sedangkan  katup  3  dalam  posisi tertutup.
2. Hidupkan switch pada posisi ON.
3. Atur putaran motor sebesar 1000 rpm, 1200  rpm,  1400  rpm,  1600  rpm  dan 1800 rpm.
4. Amati  dan  catat  parameter  yang diperlukan  disetiap  perubahan  putaran motor yang dilakukan.
 Pembuatan model CAD.
Gambar 2. Pembuatan Model CAD
 Proses Meshing.

## Gambar 3. Proses Meshing
 Proses Simulasi CFD.

## Gambar 4. Proses Simulasi CFD

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  data  pengujian  yang  dilakukan, diperoleh  data  berupa head  suction,  head discharge dan  ketinggian  air  untuk  setiap variasi  putaran  untuk  rangkaian  seri  dan paralel
Tabel 1. Hasil pengujian rangkaian seri
Tabel 2. Hasil pengujian rangkaian paralel
Dari  data  hasil  pengujian  maka  dapat dilakukan perhitungan performansi pompa. Setelah dilakukan perhitungan performansi pompa  maka  dapat  diperoleh  data  seperti kapasitas, head ,  daya  pompa  dan  efisiensi pompa.
Tabel 3. Hasil perhitungan performansi pompa rangkaian seri
Tabel 4. Hasil perhitungan performansi pompa rangkaian paralel
Dari hasil simulasi CFD maka diperoleh data pada tabel berikut ini :
Tabel 5. Hasil simulasi CFD performansi pompa rangkaian seri
Tabel 6. Hasil simulasi CFD performansi pompa rangkaian paralel
Dari  data  hasil  perhitungan  performansi pompa  dan  data  hasil  simulasi  CFD  maka diperoleh grafik berikut ini :
Gambar 5. Grafik hubungan kapasitas, head dan putaran
Hubungan anatara kapasitas dan head yang dihitung  secara  eksperimental  bahwa  nilai kapasitas  dan  head  akan  semakin  tinggi seiring  dengan  semakin  besarnya  putaran. Nilai  kapasitas  tertinggi  terdapat  pada pompa  rangkaian  paralel  pada  putaran 1800 rpm yaitu sebesar 0,912 x 10-2 m3/s. Sedangkan  Nilai  head  tertinggi  terdapat pada  pompa  rangkaian  seri  pada  putaran 1800 rpm yaitu sebesar 24,7 m.
Hubungan anatara kapasitas dan head yang didapat  dari  simulasi  CFD  pada  software Ansys  Workbench  bahwa  nilai  kapasitas
dan  head  akan  semakin  tinggi  seiring dengan  semakin  besarnya  putaran.  Nilai kapasitas  tertinggi  terdapat  pada  pompa rangkaian  paralel  pada  putaran  1800  rpm yaitu  sebesar  0,918  x  10-2  m3/s. Sedangkan  Nilai  head  tertinggi  terdapat pada  pompa  rangkaian  seri  pada  putaran 1800 rpm yaitu sebesar 24,8 m.
Gambar 6. Grafik hubungan kapasitas, efisiensi dan putaran
Hubungan  anatara  kapasitas  dan  efisiensi yang  dihitung  secara  eksperimental  bahwa nilai  kapasitas  dan  efisiensi  akan  semakin tinggi  seiring  dengan  semakin  besarnya putaran.  Nilai  efisiensi  tertinggi  terdapat pada  pompa  rangkaian  seri  pada  putaran 1800  rpm  yaitu  sebesar  84,3%  dengan kapasitas  sebesar  0,767  x  10-2  m3/s. Sedangkan Nilai efisiensi terendah terdapat pada pompa rangkaian paralel pada putaran 1000  rpm  yaitu  sebesar  14,1%  dengan kapasitas sebesar 0,572 x 10-2 m3/s. Hubungan anatara kapasitas dan head yang didapat  dari  simulasi  CFD  pada  software Ansys  Workbench  bahwa  nilai  kapasitas dan  efisiensi  akan  semakin  tinggi  seiring dengan  semakin  besarnya  putaran.  Nilai
efisiensi  tertinggi  terdapat  pada  pompa rangkaian seri pada putaran 1800 rpm yaitu sebesar  85%  dengan  kapasitas  sebesar 0,918  x  10-2  m3/s.  Sedangkan  Nilai efisiensi  terendah  terdapat  pada  pompa rangkaian  paralel  pada  putaran  1000  rpm yaitu  sebesar  15,5%  dengan  kapasitas sebesar 0,588 x 10-2 m3/s.
Gambar 7. Grafik hubungan head, efisiensi dan putaran
Hubungan  anatara  head  dan  efisiensi  yang dihitung  secara  eksperimental  bahwa  nilai kapasitas dan efisiensi akan semakin tinggi seiring  dengan  semakin  besarnya  putaran. Nilai  efisiensi  tertinggi  terdapat  pada pompa  rangkaian  seri  pada  putaran  1800 rpm yaitu sebesar 84,3% dengan total head sebesar 24,73 m. Sedangkan Nilai efisiensi terendah  terdapat  pada  pompa  rangkaian paralel  pada  putaran  1000  rpm  yaitu sebesar  14,1%  dengan  total  head  sebesar 5,55 m.
Hubungan anatara kapasitas dan head yang didapat  dari  simulasi  CFD  pada  software Ansys  Workbench  bahwa  nilai  kapasitas dan  efisiensi  akan  semakin  tinggi  seiring dengan  semakin  besarnya  putaran.  Nilai efisiensi  tertinggi  terdapat  pada  pompa
rangkaian seri pada putaran 1800 rpm yaitu sebesar  85%  dengan  total  head  sebesar 24,78  m.  Sedangkan  Nilai  efisiensi terendah  terdapat  pada  pompa  rangkaian paralel  pada  putaran  1000  rpm  yaitu sebesar  15,5%  dengan  total  head  sebesar 5,94 m.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  dan  analisa  yang telah  dilakukan,  maka  dapat  disimpulkan sebagai berikut :
1. Nilai  kapasitas  yang  tertinggi  yang diperoleh dari eksperimental dan komputasi terdapat pada pompa rangkaian  paralel  pada  putaran  1800 rpm  dengan  nilai  kapasitas  sebesar 0,912 x 10-2 m3/s untuk eksperimental dan  sebesar  0,918  x  10-2  m3/s  untuk komputasi.  Sedangkan  Nilai  head tertinggi yang diperoleh dari eksperimental  dan  komputasi  terdapat pada  pompa  rangkaian  seri  pada putaran  1800  rpm  dengan  nilai  head sebesar  24,73  m  untuk  eksperimental dan sebesar 24,78 m untuk komputasi.
2. Pada pompa paralel memiliki kapasitas terbesar  karena  terdapat  dua  saluran hisap.  Fluida  yang  dihisap  melalui pompa  1  ditambah  dengan  fluida  yang dihisap  dari  saluran  pompa  2  sehingga menghasilkan  kapasitas  yang  besar. Sedangkan  pada  pompa  seri  memiliki
head  terbesar  karena  fluida  mengalami dua  kali  kerja.  Head  tekanan  yang dihasilkan pompa 1 mendapat tambahan head pada pompa 2 sehingga head total menjadi besar.
3. Nilai  efisiensi  pompa  tertinggi  yang diperoleh dari eksperimental dan
komputasi terdapat pada pompa rangkaian  seri  dengan  efisiensi  sebesar 83,4%  untuk  eksperimental  dan  85% untuk  komputasi.  Sedangkan  efisiensi pompa  terendah  terdapat  pada  pompa rangkaian  paralel  dengan  efisiensi sebesar 14,1% untuk eksperimental dan 15,5% untuk komputasi.

## Daftar Pustaka
Sularso,  Haruo  Tahara.  1994.  Pompa  dan Kompresor.    Jakarta  :  Pradnya Paramita.
Astu  Pudjanarsa,  Djati  Nursuhud.  2006.
Mesin Konversi Energi.
Yogyakarta : Andi.
Yunus A. Cengel, John M. Cimbala .2006. Fluid Mechanics  :  Fundamentals & Applications.  New  York.  McGraw- Hill
Hamsi,  Alfian.  2002.  Panduan  Praktikum
Pompa Sentrifugal. Teknik Universitas Sumatera Utara Ambarita, Himsar. 2010. Persamaan Pembentuk  Aliran.  Teknik  Mesin Universitas Sumatera Utara