Pengujian Pengaruh Variasi Head Supply Dan Panjang Langkah Katup Limbah Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram

 0  18  141

dokumen informasi

PENGUJIAN PENGARUH VARIASI HEAD SUPPLY DAN PANJANG LANGKAH KATUP LIMBAH TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HIDRAM SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik FRANCISCUS M. SITOMPUL NIM. 080401071 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “PENGUJIAN PENGARUH VARIASI HEAD SUPPLY DAN PANJANG LANGKAH KATUP LIMBAH TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HIDRAM” ini dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril, maupun spiritual dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu tidak lupa penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak Ir.Mulfi Hazwi, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera dan juga sebagai dosen pembanding dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT sebagai dosen pembanding yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H.Napitupulu, DEA selaku dosen wali. 5. Orang tua penulis J.Sitompul dan T. Br. Panggabean yang memberikan dukungan moril dan materil, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah. 7. Rekan satu tim skripsi, Herto M. Marbun dan Uccok Prans Sinaga yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan kritik dan saran. Universitas Sumatera Utara 8. Teman - teman penulis yaitu seluruh rekan mahasiswa angkatan 2008, para abang dan kakak senior, serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberi dukungan dan semangat kepada penulis. 9. Kepada pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih. Medan, Mei 2013 Franciscus M Sitompul Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Pada tugas akhir ini dilakukan pengujian pengaruh variasi head supply dan panjang langkah katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hidram. Dalam penelitian pompa hidram yang penulis lakukan, menggunakan variasi head supply 2,3 m, 2,8 m dan 3,3 m dan variasi panjang langkah katup limbah 15 mm, 20 mm dan 25 mm. Tabung udara dengan volume 0,006153 m³ dan panjang pipa pemasukan 15 m. Dari hasil pengujian dan perhitungan diperoleh bahwa head supply berpengaruh terhadap tekanan yang diakibatkan oleh palu air dan panjang langkah katup limbah berpengaruh terhadap debit dan kecepatan aliran. Head tekanan gradual maksimum sebesar 0,6076 m yang terhubung paralel head supply 3,3 m dan panjang langkah katup limbah 25 mm. Efisiensi maksimum pompa hidram sebesar 43,14 % yang terhubung paralel dengan head supply 2,3 m dan panjang langkah katup limbah 15 mm pada efisiensi D’Aubuisson. Kata kunci : Pompa, pengujian, head supply, katup limbah, efisiensi Universitas Sumatera Utara ABSTRACT This study aims to test the influence of variations in head supply and length of waste valve stroke on the hydram pump performance. In research of hydraulic ram which is writer do, using variation of head supply 2.3 m, 2.8 m and 3.3 m and length of waste valve stroke 15 mm, 20 mm and 25 mm. Volume of an air chamber 0.006153 m³ and length of inlet pipe 15 m. From the result of testing and calculation found that the variation of head supply effect on pressure caused water hammer and length of waste valve stroke effect on capacity and velocity of flow. Maximum gradual pressure head 0,6076 m connected in parallel with head supply 3,3 m and length of waste valve stroke 25 mm. Maximum efficiency of hydram pump 43.14% connected in parallel with head supply 2.3 m and length of waste valve stroke 15 mm in efficiency D’Aubuisson. Keyword: Pump, testing, head supply, waste valve, efficiency Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI KATA PENGANTAR . i ABSTRAK. iii ABSTRACT . iv DAFTAR ISI . v DAFTAR TABEL . viii DAFTAR GAMBAR . x DAFTAR SIMBOL . xiii BAB I PENDAHULUAN . 1 1.1 Latar Belakang . 1 1.2 Perumusan Masalah . 3 1.3 Tujuan Penelitian . 3 1.4 Batasan Masalah.4 1.5 Manfaat Penelitian . 4 1.6 Sistematika Penulisan . 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA . 6 2.1 Pompa . 6 2.2 Pompa Hidram . 7 2.2.1 Komponen Utama Pompa Hidram dan Fungsinya . 7 2.2.2 Sistem Operasi Pompa Hidram . 11 2.3 Tinjauan Mekanika Fluida . 16 2.3.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida . 16 2.3.2 Tekanan Pada Fluida . 17 2.3.3 Gerak Fluida dan Laju Aliran. 18 2.3.4 Energi dan Head. 19 2.3.5 Persamaan Bernoulli. 21 2.3.6 Aliran Laminer dan Turbulen. 22 2.3.7 Kerugian Head (Head Losses). . 23 2.4 Dasar Perencanaan Pompa . 27 2.4.1 Kapasitas . 27 Universitas Sumatera Utara 2.4.2 Head Pompa . 27 2.4.3 Sifat Zat Cair . 28 2.5 Persamaan Energi Pada Pompa Hidram . 29 2.5.1 Energi Yang Dibangkitkan Pada Pompa Hidram . 29 2.5.2 Peningkatan Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Peristiwa Palu Air . 33 2.5.3 Efisiensi Pompa Hidram. 33 2.6 Analisis Ketidakpastian. 34 BAB III METODOLOGI PENELITIAN . 36 3.1 Peralatan Yang Pengujian . 36 3.2 Alat Ukur Yang Digunakan . 43 3.2.1 Manometer. 43 3.2.2 Alat Ukur Debit Aliran. 44 3.2.3 Alat Ukur Waktu. 46 3.2.4 Alat Ukur Panjang. . 46 3.3 Skema Penelitian . 47 3.4 Variabel Yang Diamati . 49 3.5 Langkah Penelitian. . 50 3.6 Prosedur Pengujian. . 51 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA . 54 4.1 Perhitungan Aliran Air Pada Pompa Hidram . 54 4.1.1 Kapasitas Aliran Dalam Pipa Pemasukan . 54 4.1.2 Kecepatan Aliran Dalam Pipa Pemasukan . 55 4.1.3 Kapasitas Aliran Dalam Pipa Discharge. 57 4.1.4 Kecepatan Aliran Dalam Pipa Discharge. 58 4.2 Faktor Kerugian . 60 4.2.1 Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa pemasukan . 60 4.2.2 Kerugian head minor (minor losses) dalam pipa pemasukan . 64 Universitas Sumatera Utara 4.2.3 Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa discharge. . 65 4.2.4 Kerugian head minor (minor losses) dalam pipa discharge. . 68 4.3 Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Palu Air. 70 4.4 Menghitung Energi Yang Dibangkitkan Oleh Pompa Hidram Akibat Palu Air. 71 4.5 Menghitung Peningkatan Tekanan Akibat Penutupan Katup Gradual. . 74 4.6 Menghitung Daya Pompa. 76 4.7 Efisiensi Pompa Hidram. 79 4.8 Grafik Satu Siklus Kerja Pompa Hidram. 83 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN . 85 5.1 Kesimpulan . 85 5.2 Saran . 86 DAFTAR PUSTAKA . 87 LAMPIRAN A Hasil percobaan dan ketidakpastian B Data sheet pengujian C Gambar rancangan pompa hidram D Lampiran sifat fisik air dan faktor kelengkapan pipa Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1a Katup kerdam sederhana . . . . 8 Gambar 2.1b Katup kerdam berpegas . . . 8 Gambar 2.1c Katup karet lentur . 8 Gambar 2.2 Bagian – bagian katup limbah . . . . 9 Gambar 2.3 Perubahan kecepatan terhadap waktu pada pipa masuk . . 11 Gambar 2.4 Skema pompa hidram pada kondisi A . . 12 Gambar 2.5 Skema pompa hidram pada kondisi B . . . . . 13 Gambar 2.6 Skema pompa hidram pada kondisi C . . . . 13 Gambar 2.7 Skema pompa hidram pada kondisi D . . . . 14 Gambar 2.8 Diagram satu siklus kerja pompa hidram. 15 Gambar 2.9 Profil kecepatan pada saluran tertutup.16 Gambar 2.10 Profil kecepatan pada saluran terbuka. . . . 16 Gambar 2.11 Aliran fluida melalui pipa yang diameternya berubah-ubah. . 18 Gambar 2.12 Ilustrasi persamaan Bernoulli . 22 Gambar 2.13 Diagram Moody . 24 Gambar 2.14 Skema instalasi pompa hidram. . . . 29 Gambar 3.1 Prototype pompa hidram. . . 36 Gambar 3.2 Badan pompa. . . . . 37 Gambar 3.3 Katup limbah. 37 Gambar 3.4 Badan katup. 38 Gambar 3.5 As katup limbah. 38 Gambar 3.6 O – ring. 39 Gambar 3.7 Plat katup. 39 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.8 Mur. 40 Gambar 3.9 Katup penghantar . . 40 Gambar 3.10 Tabung udara. 41 Gambar 3.11 Bak penyuplai. . . . 41 Gambar 3.12 Bak penampung. . 42 Gambar 3.13 Pompa sirkulasi. . . . 42 Gambar 3.14 Landasan pompa. 43 Gambar 3.15 Manometer. . . 44 Gambar 3.16 Flow meter 2 inch. 45 Gambar 3.17 Flow meter 1 inch. 45 Gambar 3.18 Stopwatch. 46 Gambar 3.19 Meteran ukur. 46 Gambar 3.20 Jangka sorong. 47 Gambar 3.21 Skema penelitian pompa hidram. 48 Gambar 3.22 Susunan alat ukur. 50 Gambar 3.23 Flowchart proses pengerjaan tugas akhir. . 53 Gambar 4.1 Grafik kapasitas aliran pipa pemasukan vs panjang langkah katup limbah. . . . 55 Gambar 4.2 Grafik kecepatan aliran pipa pemasukan vs panjang langkah katup limbah. 56 Gambar 4.3 Grafik kapasitas aliran pipa discharge vs panjang langkah katup limbah. 58 Gambar 4.4 Grafik kecepatan aliran pipa discharge vs panjang langkah katup limbah. . . . . 60 Universitas Sumatera Utara Gambar 4.5 Grafik tekanan pipa discharge vs head supply. 71 Gambar 4.6 Grafik energi vs panjang langkah katup limbah. 74 Gambar 4.7 Grafik kenaikan head tekanan gradual vs panjang langkah katup limbah. 76 Gambar 4.8 Grafik daya pompa vs panjang langkah katup limbah. 78 Gambar 4.9 Instalasi pompa hidram menurut D’Aubuisson . 79 Gambar 4.10 Grafik efisiensi D’Aubuisson vs panjang langkah katup limbah. 80 Gambar 4.11 Instalasi pompa hidram menurut Rankine. 81 Gambar 4.12 Grafik efisiensi Rankine vs panjang langkah katup limbah. 82 Gambar 4.13 Diagram satu siklus kerja pompa hidram. 83 Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil . .24 Tabel 4.1 Kapasitas aliran pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang langkah katup limbah.54 Tabel 4.2 Kecepatan aliran pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang langkah katup limbah.56 Tabel 4.3 Kapasitas aliran pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang langkah katup limbah. .57 Tabel 4.4 Kecepatan aliran pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang langkah katup limbah. 59 Tabel 4.5 Bilangan Re pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang langkah katup limbah .61 Tabel 4.6 Faktor gesekan pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang langkah katup persamaan ini tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin dan peralatan lainnya. Gambar 2.14 Ilustrasi persamaan Bernoulli 2.4.6 Aliran laminar dan turbulen Aliran fluida yang mengalir di dalam pipa dapat diklasifikasikan ke dalam dua tipe aliran yaitu “laminar” dan “turbulen”. Aliran dikatakan laminar jika partikel-partikel fluida yang bergerak mengikuti garis lurus yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rataratanya saja yang mengikuti sumbu pipa. Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa koefisien gesekan untuk pipa silindris merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re). Besarnya Reynold (Re), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Re = . (2.17) Dimana : ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Universitas Sumatera Utara d = diameter dalam pipa (m) v = kecepatan aliran rata-rata fluida (m/s) μ = viskositas dinamik fluida (Pa.s) Karena viskositas dinamik dibagi dengan massa jenis fluida merupakan viskositas kinematik (μ) maka bilangan Reynold, dapat juga dinyatakan : = . . (2.18) Sehingga Re = . . . (2.19) Aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan turbulen jika bilangan Reynold lebih besar dari 4000. Jika bilangan Reynold terletak antara 2000 – 4000 maka disebut aliran transisi. 2.4.7 Kerugian head (head losses) A. Kerugian Head Mayor Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus berikut, yaitu : 1.Persamaan Darcy – Weisbach, yaitu : ℎ= . .(2.20) Dimana : hf = kerugian head karena gesekan (m) f = faktor gesekan (dapat dicari dengan menggunakan diagram moody) d = diameter dalam pipa (m) Universitas Sumatera Utara L = panjang pipa (m) v = kecepatan aliran rata-rata fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan gravitasi (m/ s2) dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody. Gambar 2.15 Diagram Moody (Sumber: www.engineeringtoolbox.com) Dimana nilai kekasaran untuk beberapa jenis pipa disajikan dalam tabel 2.1 Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil Universitas Sumatera Utara Bahan Kekasaran ft Riveted 0.003- 0.03 Concrete 0.001 – 0.01 Wood Stave 0.0006- 0.003 Cast Iron 0.00085 Galvanized Iron 0,0005 Asphalted Cast Iron 0,0004 Commercial Steel or Wrought 0,00015 Iron Drawn Brass or Copper Tubing 0,000005 Glass and Plastic “smooth” M 0.0009- 0.009 0.0003- 0.003 0.0002- 0.009 0.00026 0,00015 0,0001 0,000046 0,0000015 “smooth” (Sumber : Jack B. Evett, Chengliu. Fundamentals of Fluids) 2. Persamaan Hazen – Williams Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen – Williams, yaitu ℎ= . . . . . (2.21) Dimana : hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m3/s) L = panjang pipa (m) C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams d = diameter dalam pipa (m) Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy – Weisbach. Untuk aliran laminar dimana bilangan Reynold kurang Universitas Sumatera Utara dari 2000, faktor gesekan dihubungkan dengan bilangan Reynold, dinyatakan dengan rumus : = . (2.22) Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relatif menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain : 1. Untuk daerah complete roughness, rough pipes yaitu : Dimana : √ = 2.0lo g . ε/ f = faktor gesekan .(2.23) ε = kekasaran (m) 2. Untuk pipa sangat halus seperti glass dan plastik, hubungan antara bilangan Reynold dan faktor gesekan, dirumuskan sebagai :  Blasius Untuk Re =3000-100.000 = . . . . (2.24)  Von karman = 2.0 Untuk Re sampai dengan 3.106 . . . .(2.25) 3. Untuk pipa kasar, yaitu : Von Karman = 2.0 + 1.74 . .(2.26) Universitas Sumatera Utara Dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold 4. Untuk pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi, yaitu : Corelbrook –white : = − 2.0 / . + , (2.27) B. Kerugian head minor Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses). Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa, dirumuskan sebagai : ℎ = ∑ . . . .(2.28) Dimana : n = jumlah kelengkapan pipa k = koefisien kerugian ( dari lampiran koefisien minor losses peralatan pipa) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa. Menurut persamaan diatas yaitu untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek. 2.4.8 Persamaan empiris untuk aliran di dalam pipa Telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan Darcy dan Diagram Moddy. Pengguanaan rumus empiris juga dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran. Dalam hal ini digunakan dua model rumus yaitu persamaan Hazen – Williams dan persamaan Manning. 1. Persamaan Hazen – Williams dengan menggunakan satuan Internasional, yaitu: = 0.8492 . . .(2.29) Universitas Sumatera Utara Dimana : v = kecepatan aliran (m/s) C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams R = jari-jari hidrolik = untuk pipa bundar s = slope dari gradien energi (head losses / panjang pipa) = Tabel 2.2 Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams Material ABS - Styrene Butadiene Acrylonite Aluminium Asbes Semen Lapisan Aspal Kuningan Brick selokan Cast Iron baru tak bergaris (CIP) Cast iron 10 tahun Cast iron 20 tahun Cast iron 30 tahun Cast iron 40 tahun Cast Iron aspal dilapisi Cast Iron semen Cast Iron aspal berjajar Cast Iron laut berlapis Cast Iron tempa polos Semen lapisan Beton Beton berjajar, bentuk-bentuk baja Beton berjajar, bentuk kayu Beton tua Koefisien HazenWilliams ( C ) 130 130-150 140 130-140 130-140 90-100 130 107-113 89-100 75-90 64-83 100 140 140 120 100 130-140 100-140 140 120 100-110 Universitas Sumatera Utara Tembaga Corrugated Metal Ulet Pipa Besi (DIP) Ulet Besi, semen berbaris Serat Pipa Fiber Glass (FRP) Besi berlapis seng Kaca Pipa Metal -sangat halus Plastik Polyethylene, PE, Peh Polivinil klorida, PVC, CPVC Pipa halus Baja baru tak bergaris Baja bergelombang Baja dilas dan mulus Baja membatu, terpaku spiral Timah 130 Vitrifikasi Clay Besi tempa, polos Kayu Kayu Stave 130-140 60 140 120 140 150 120 130 130-140 130-150 140 130 140 140-150 60 100 90-110 110 100 120 110-120 (Sumber : Http : // Engineering tool box.com/ Hazen William-Cofficients- d798.html.) 2. Persamaan Manning dengan satuan Internasional, yaitu: =. / / .(2.30) Dimana : n = koefisien kekasaran pipa Manning v = kecepatan aliran fluida (m/s) Persamaan Hazen – Williams umumnya digunakan untuk menghitung head loss yang terjadi akibat gesekan (Amerika Serikat). Persamaan ini tidak dapat digunakan untuk liquid lain selain air dan digunakan khusus untuk aliran yang Universitas Sumatera Utara bersifat turbulen. Persamaan Darcy – Weisbach secara teoritis tepat digunakan untuk semua rezim aliran dan semua jenis liquid. Persamaan Manning biasanya digunakan untuk aliran saluran terbuka (open channel flow). 2.5 Dasar Perencanaan Pompa Dalam perancangan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, yaitu: 2.5.1. Kapasitas Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan. 2.5.2 Head pompa Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu: a. Head potensial Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi keluaran, (0.000071m3/s) h = head pipa penghantar (12 m) P = 1000 kg/m3 x 9.8m/s2 x 0.000071m3/s x 15 m = 12,887 W. Dengan cara yang sama akan diperoleh besar energi untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter dalam tabel berikut: Tabel 4.21 Besar gaya pada tabung udara untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter. No Tabung Tabung 1 tinggi 100 Cm Tabung 2 tinggi 80 cm Tabung 3 tinggi 60 cm Beban Katup Limbah (gram) 500 550 600 500 550 600 500 550 600 Daya ( P ) (Watt) 12,887 12,9115 12,887 12,446 12,446 9,016 16,317 12,4852 11,0152 Daya P (W) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 480 500 520 540 560 580 600 Beban katup limbah (gram) 620 Tabung 1 Tabung 2 Tabung 3 Gambar 4.18 Daya pompa vs beban katup limbah Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa daya pompa maksimum terjadi pada tabung 3 dan beban 1, hal ini disebabkan karena debit yang dihasilkan pada kondisi tersebut adalah maksimum juga sehingga daya yang diperlukan juga maksimum. 4.7 Efisiensi Pompa Hidram Ada 2 metode dalam perhitungan hidram, yaitu : 1. Menurut teori D’ Aubuisson = 2 . (3 + 2) dengan : Q2 = debit hasil, (0.000110 m3/s) Q3 = debit limbah (0.001065, m3/s ) Hd = head keluar,(12 m ) H = head masuk,(3.3 m) = 0.000110 x 12 (0.001065 + 0.000110 ) 3,3 x 100% 0,00132 = 0,0038775 = 33,91 % Dengan cara yang sama akan diperoleh efisiensi menurut D’ Aubuisson untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter dalam tabel berikut Tabel 4.22 efisiensi menurut D’ Aubuisson untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter. No Tabung Tabung 1 tinggi 100 cm Beban Katup Limbah (gram) 500 550 600 ( ) (%) 33,91 33,86 34,40 Tabung 2 tinggi 80 cm Tabung 3 tinggi 60 cm 500 550 600 500 550 600 32,99 33,96 23,07 44,52 35,36 32,18 Efisiensi η (%) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 480 500 520 540 560 580 600 620 Beban katup limbah (gram) Tabung 1 Tabung 2 Tabung 3 Gambar 4.20 Grafik efisiensi D’Aubuisson vs beban katup limbah 2. Menurut teori Rankine = 2 ℎ (3 + 2). dengan : Q2 = debit hasil, (0.000110 m3/s) Q3 = debit limbah (0.001065, m3/s ) h = head pemompaan,(9,7 m ) H = head masuk,(3.3 m) = 0.000110 x (9,7) (0.001065 + 0.000110) 3.3 100% = 0,001067 = 27,51 % 0,0038775 Dengan cara yang sama akan diperoleh efisiensi menurut Rankine untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter dalam tabel berikut : Tabel 4.23 efisiensi menurut Rankine untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter. No Tabung Tabung 1 tinggi 100 cm Tabung 2 tinggi 80 cm Tabung 3 tinggi 60 cm Beban Katup Limbah (gram) 500 550 600 500 550 600 500 550 600 ( ) (%) 27,41 27,37 27,81 26,66 27,45 18,65 35,99 28,59 26,01 Efisiensi η (%) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 480 500 520 540 560 580 600 620 Beban katup limbah (gram) Tabung 1 Tabung 2 Tabung 3 Gambar 4.22 Grafik efisiensi Rankine vs beban katup limbah Dari kedua grafik di atas dapat terlihat bahwa penggunaan tabung udara memiliki pengaruh yang sangat signifikan terhadap efisiensi. Pada pompa hidram dengan tabung udara, air bertekanan akan lebih banyak yang dapat terpompa ke atas karena akibat adanya proses pengumpulan air terlebih dahulu di dalam tabung udara. Namun pada kondisi volume tabung udara hingga melewati titik optimum yang diijinkan justru akan menurunkan efisiensi pompa hidram karena akan membuat rongga udara yang besar pada tabung udara sehingga tekanan udara tidak maksimal untuk menekan air ke pipa keluaran. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa pengaruh beban katup limbah dan volume tabung udara terhadap efisiensi pompa hidram terjadi pada saat tabung 3 dengan beban 1, hal ini disebabkan karena debit keluaran (hasil pemompaan) pada keadaan tersebut adalah maksimum. Pada saat tabung 2 dengan beban katup limbah 3 minimum diakibatkan karena pada keadaan ini terjadi peristiwa masih terperangkapnya udara pada pipa masuk sehingga mengakibatkan kenaikan tekanan yang lambat dan akhirnya mengakibatkan debit limbah sangat besar sedangkan debit keluaran sangat kecil, sehingga efisiensinya minimum. Dengan melihat grafik yang ada dapat disimpulkan bahwa beban katup limbah tidak berpengaruh terhadap tekanan atau tekanan maksimum pompa, karena berapapun berat katupnya tidak akan berpengaruh karena tekanan pompa dipengaruhi oleh volume tabung udara, beban katup limbah berpengaruh pada debit aliran pompa, berbeda beban katup limbahnya maka berbeda jugalah debit alirannya. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN Dari hasil pengujian yang dilakukan untuk variasi tabung udara dan beban katup limbah dengan head supply 3,3 meter dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Dari pengujian dan analisis yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa variasi volume tabung sangat berpengaruh terhadap kinerja pompa hydram. Hal ini terbukti dari 3 variasi tabung udara yaitu dengan tinggi 100 cm, 80 cm, 60 cm. Efisiensi maksimum yang didapat dari pompa hidram ini adalah pada tabung 3 dengan tinggi 60 cm dengan beban katup limbah 500 gram yaitu dengan data sebagai berikut: a. Efisiensi b. Debit aktual pipa pemasukan c. Debit aktual pipa keluaran d. Tekanan pada tabung udara e. Tekanan pada pipa keluaran : 35,99 % : 0,001133 m3/s : 0,000139 m3/s : 1,3 x 105 Pa : 1,25 x 105 Pa f. Kecepatan aliran pipa pemasukan : 0,4704 m/s g. Kecepatan aliran pipa keluaran : 0,2254 m/s 2. Dari data hasil pengujian yang diperoleh, didapatkan tekanan pada tabung udara. Tekanan ini sebenarnya bukan tekanan maksimum dari tabung udara tersebut karena tekanan berbanding lurus dengan head ( P = ρ g H ), artinya jika head (H) ditentukan 3,3 meter, dengan mengabaikan losses, maka tekanan (P) yang diberikan tabung udara I adalah 1,3 Bar. Untuk mendapatkan tekanan maksimum dari tabung udara tersebut ada 2 cara yaitu pertama dengan menambah H setinggi mungkin sehingga ketika pompa berjalan tabung akan memberikan tekanan maksimumnya seiring juga dengan meningkatnya head, kedua dengan menutup tabung udara dengan katup dan menjalankan pompa sehingga didapatkan tekanan maksimum tabung udara. Pada pengujian yang dilakukan, penulis menggunakan cara kedua. Adapun data tekanan maksimum tabung udara hasil pengujian adalah sebagai berikut: a. Tabung 1 beban katup limbah 1 b. Tabung 1 beban katup limbah 2 c. Tabung 1 beban katup limbah 3 d. Tabung 2 beban katup limbah 1 e. Tabung 2 beban katup limbah 2 f. Tabung 2 beban katup limbah 3 g. Tabung 3 beban katup limbah 1 h. Tabung 3 beban katup limbah 2 i. Tabung 3 beban katup limbah 3 : 1,3 Bar : 1,2 Bar : 1,2 Bar : 1,3 Bar : 1,3 Bar : 1,3 Bar : 1,3 Bar : 1,3 Bar : 1,3 Bar 5.2 SARAN 1. Kerugian yang disebabkan oleh flow meter sangatlah besar yaitu dengan koefisien K = 7, walaupun minor losses tapi memberikan kerugian yang besar. Untuk pemakaian langsung di masyarakat sebaiknya tidak menggunakan flow meter. 2. Studi lebih lanjut tentang faktor-faktor lain yang berpengaruh pada efisiensi pompa hydram dapat dilakukan untuk meningkatkan nilai efisiensi pompa, misalnya pengaruh jarak bukaan katup hantar maupun katup limbah. 3. Perlu adanya kesinambungan penelitian pompa hidram ini, agar teknologi hidram tidak berhenti dan untuk membantu mensosialisaikan teknologi hidraulic ram ke masyarakat dan tempat yang memungkinkan menjadi tempat instalasi hidram. DAFTAR PUSTAKA 1. Bruce R. Munson, Donald F. Young & Theodore H. Okiishi. 2003. MEKANIKA FLUIDA. Erlangga: Jakarta 2. Dietzel, Fritz. 1993. TURBIN, POMPA DAN KOMPRESOR. Erlangga: Jakarta. 3. Gan shu san & Gunawan santoso, 2008, Studi Karakteristik Volume Tabung Udara dan Beban Katup LimbahTerhadap Efisiensi Pompa Hydraulic Ram, Univ Kristen Petra, Jakarta. 4. Jahja Hanafie & Hans de longh, 1979, Buku Petunjuk untuk pembuatan dan pemasangan TEKNOLOGI POMPA HIDRAULIK RAM, ITB, Bandung. 5. Jofri B. Sinaga, 2009, Perancangan Alat Pengujian Pompa Tanpa Motor (Hydram Pump) Untuk Mendukung Pelaksanaan Praktikum Prestasi Mesin Di Jurusanteknik Mesin Universitas Lampung. UNILA : Lampung 6. Lance Brown, 2006, Using A Hydraulic Ram To Pump Livestock Water, .British Columbia, Columbia 7. Made Suarda & IKG Wirawan. 2008. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin. Kajian Eksperimental Pengaruh Tabung Udara Pada Head Tekanan Pompa Hidram. UNUD: Bali 8. Prof. Ma Chi & Dipl. Eng. Peter Diemer of BORDA, 2002, Hydram Handbook China, Zhejiang Universitiy of Technology, China 9. Shuaibu Ndache MOHAMMED. 2007. Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies. Design and Construction of a Hydraulic Ram Pump. University of Technology, Minna: Nigeria 10. Sularso, dan Haruo Tahara, 1987, Pompa & Kompresor, Pradnya Pranita, Edisi ketiga, Jakarta. LAMPIRAN
Pengujian Pengaruh Variasi Head Supply Dan Panjang Langkah Katup Limbah Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram Pengujian Pengaruh Variasi Head Supply Dan Panjang Langkah Katup Limbah Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram
1 / 141

Pengujian Pengaruh Variasi Head Supply Dan Panjang Langkah Katup Limbah Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram

Bebas