INVESTIGASI UNJUK KERJA SLING PUMP JENIS KERUCUT DENGAN VARIASI KECEPATAN PUTAR DAN KONDISI PENCELUPAN MENGGUNAKAN MANIFOLD SEGARIS

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program S-1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : HADE EKA PURNAMA

20110130152

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

i

Diajukan Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program S-1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : HADE EKA PURNAMA

20110130152

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

ii

INVESTIGASI UNJUK KERJA SLING PUMP JENIS KERUCUT DENGAN VARIASI KECEPATAN PUTAR DAN KONDISI

PENCELUPAN MENGGUNAKAN MANIFOLD SEGARIS

Disusun Oleh :

HADE EKA PURNAMA

20110130152

Telah Di Pertahankan Di Depan Tim Penguji Pada Tanggal 28 Juni 2016

Susunan Tim Penguji :

Dosen Pembimbing I Dosen Pembibing II

Muhammad Nadjib, S.T.,M.Eng. Tito Hadji Agung Santoso, S.T.,M.T. NIK. 123033 NIK. 123054

Penguji

Berli Paripurna Kamiel, S.T., M.M., M.Eng.Sc, Ph.D. NIK. 19740302200104123049

Tugas Akhir Ini Telah Diterima Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Tanggal ...

Ketua Program Studi S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Novi Caroko S.T.,M.Eng NIP: 19791113 200501 1001

iii

Nama : Hade Eka Purnama

Nim : 20110130152

Program Studi : S1 Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Judul Tugas Akhir : Investigasi Unjuk Kerja Sling Pump Jenis Kerucut Dengan Variasi Kecepatan Putar Dan Kondisi Pencelupan Menggunakan Manifold Segaris

Dengan ini saya menyatakan bahwa hasil penulisan Tugas Akhir ini merupakan hasil karya saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di perguruan tinggi dan sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali secara tertulis dan disebutkan sumbernya dalam naskah maupun dalam daftar pustaka.

Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dalam keadaan dipaksakan.

Yogyakarta, 11 Agustus 2015

Penulis

Hade Eka Purnama 20110130152

iv

dirampungkan dengan baik dan tepat pada waktunya. Oleh karena itu, dengan rasa bangga dan bahagia saya khaturkan rasa syukur dan terimakasih saya kepada:

Allah SWT, karena hanya atas izin dan karuniaNyalah maka skripsi ini dapat dibuat dan selesai pada waktunya. Puji syukur yang tak terhingga pada Tuhan penguasa alam yang meridhoi dan mengabulkan segala do’a.

Bapak dan Ibu saya, Bapak Hartanto dan Ibu Rusmala Dewi yang telah memberikan dukungan moril maupun materi serta do’a yang tiada henti untuk kesuksesan saya, karena tiada kata seindah lantunan do’a dan tiada do’a yang paling khusuk selain do’a yang terucap dari orang tua. Ucapan terimakasih saja takkan pernah cukup untuk membalas kebaikan orang tua, karena itu terimalah persembaha bakti dan cinta ku untuk kalian bapak ibuku.

Saudara saya (Adik), Billy Sutanto dan Vicky Wiranto Putra yang senantiasa memberikan dukungan, semangat, senyum dan do’anya untuk keberhasilan ini, cinta kalian adalah memberikan kobaran semangat yang menggebu, terimakasih dan sayang ku untuk kalian.

Sahabat dan Teman Tersayang, tanpa semangat, dukungan dan bantuan kalian semua tak kan mungkin aku sampai disini, terimakasih untuk canda tawa, tangis, dan perjuangan yang kita lewati bersama dan terimakasih untuk kenangan manis yang telah mengukir selama ini. Dengan perjuangan dan kebersamaan kita pasti bisa! Semangat!! Buat Shellina Dwi Jayanti terima kasih banyak sayang…

Terimakasih yang sebesar-besarnya untuk kalian semua, akhir kata saya persembahkan skripsi ini untuk kalian semua, orang-orang yang saya sayangi. Dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan berguna untuk kemajuan ilmu pengetahuan di masa yang akan datang, Aamiinnn.

v

adalah pendidikan.”

“Tragedi terbesar dalam kehidupan bukanlah sebuah kematian, tapi hidup tanpa tujuan. Karena itu, teruslah bermimpi untuk menggapai tujuan dan harapan,

vi

yang lebih bermanfaat. Pemanfaatan energi aliran air dapat diperluas salah satunya dengan sling pump, yaitu pompa dengan konstruksi rangka silinder tabung atau kerucut. Tujuan penelitian ini yaitu mengevaluasi unjuk kerja sling pump dengan memvariasikan kecepatan putaran dan persentase pencelupan dan membandingkan hasil penelitian dengan penelitian yang sebelumnya.

Penelitian ini dilakukan pada skala laboratorium, selang plastik berdiameter 3/4” yang dililitkan pada rangka sling pump. Kecepatan putaran (rpm) sling pump divariasikan yaitu 30, 40, dan 50 rpm dengan persentase pencelupan sling pump 50%, 60%, 70%, 80%, dan 90% di dalam air. Setelah jumlah inlet dan persentase pencelupan ditentukan, sling pump diputar menggunakan motor listrik pada kecepatan konstan yang telah tentukan yaitu 30, 40, dan 50 rpm. Panjang pipa delivery ditentukan 6 meter, tinggi delivery adalah 1 m, dan mengggunakan manifold segaris. Data yang diperoleh adalah dabit air yang keluar dan tekanan.

Berdasarkan penelitian diketahui bahwa semakin besar persentase pencelupan semakin besar pula debit yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan putaran (rpm) sling pump maka semakin besar debit yang dihasilkan. Debit air paling optimal diperoleh pada pencelupan 80% dengan kecepatan putaran sling pump 50 rpm yaitu sebesar 7,88 liter/menit.

vii

dan hidayah-Nya sehingga saya bisa menyelesaikan Tugas Akhir saya dengan judul “Investigasi Unjuk Kerja Sling Pump Jenis Kerucut Dengan Variasi Kecepatan Putar Dan Kondisi Pencelupan Menggunakan Manifold Segaris”. Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan akademis menyelesaikan Program Strata-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini saya ucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Muhammad Nadjib S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing 1 yang telah banyak meluangkan waktunya untuk memberi bimbingan dan petunjuk sampai Tugas Akhir ini selesai.

2. Bapak Tito Hadji Agung Santoso, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 2 yang telah banyak meluangkan waktunya untuk memberi bimbingan dan petunjuk sampai Tugas Akhir ini selesai.

3. Bapak Berli Paripurna Kamiel, S.T., M.M., M.Eng.Sc, Ph.D. selaku dosen penguji Tugas Akhir ini.

4. Bapak Novi Caroko S.T., M.eng. selaku ketua Jurusan Teknik Mesin.

5. Ayahanda Hartanto, ibunda Rusmala Dewi, adik Billy Sutanto juga Vicky Wiranto Putra, dan teman dekat Shellina Dwi Jayanti serta seluruh keluarga atas dukungan morilnya selama ini.

6. Rekan-rekan seperjuangan Teknik Mesin 2011, “M” Solidarity Forever. 7. Seluruh staf dosen Jurusan Teknik Mesin UMY.

8. Seluruh pihak yang telah membantu saya, yang tak dapat saya sebutkan semua satu per satu.

viii bagi semua pihak.

Yogyakarta, Agustus 2016

ix

PERNYATAAN ... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN ... iv

MOTTO ... v

INTISARI ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GRAFIK ... xiii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Tujuan Penelitian ... 3

1.5. Manfaat Penelitian ... 3

1.6. Metode Pengambilan Data ... 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Kajian Pustaka ... 5

2.2. Dasar Teori ... 6

2.2.1. Sling pump ... 6

2.2.2. Mekanika Fluida... 7

2.2.3. Kekentalan (viscosity) Fluida ... 8

2.2.3.1 Viskositas Dinamik ... 8

2.2.3.2 Viskositas Kinematik ... 9

2.2.4. Aliran Laminar dan Turbulent ... 10

2.2.5. Tegangan Permukaan ... 11

2.2.6. Kapilaritas ... 12

2.2.7. Tekanan Atmosfer, Relatif dan Mutlak ... 12

2.2.7.1 Tekanan hidrostatis ... 13

2.2.8. Persamaan Kontinuitas ... 14

2.2.9. Persamaan Bernoulli ... 15

2.2.10. Head Loss ... 17

2.2.10.1. Head Loss Mayor ... 19

2.2.10.2. Head Loss Minor ... 20

2.2.11. Head Total Pompa (HPump) ... 26

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Bahan penelitian ... 27

3.2. Alat Penelitian ... 27

3.2.1. Alat Uji Sling Pump ... 28

x

3.5. Lokasi Penelitian ... 40

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Pengambilan Data ... 41

4.2. Perhitungan Kecepatan Aliran ... 43

4.2.1 Perhitungan kecepatan aliran air pada komponen mayor ... 43

4.2.2. Perhitungan Kecepatan Aliran Air Komponen Minor ... 45

4.3. Perhitungan Head Kerugian (Head Loss) ... 51

4.3.1. Head Kerugian Gesek Sebagai Rugi Mayor ... 51

4.3.2. Head Kerugian Gesek Sebagai Rugi Minor ... 56

4.4. Perhitungan tekanan masuk dan debit teoritis ... 56

4.4.1. Tekanan Masuk, dan Debit Teoritis Pada Kecepatan Putaran Sling Pump 30 rpm Dengan Persentase Tercelup Sling Pump 50% Di Dalam Air... 66

4.5. Pembahasan Berdasarkan Grafik ... 69

4.5.1 Debit Aktual ... 69

4.5.2. Tekanan Masuk ... 71

4.5.3. Debit aktual dan Debit Teoritis ... 72

4.5.4. Grafik Perbandingan Penelitian ... 74

BAB VI PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 76

5.2. Saran ... 76

DAFTAR PUSTAKA ... 77

xi

Gambar 2.3. Aliran di dalam sublapisan viskos di dekat dinding kasar

dan mulus. (Munson dkk., 2003) ... 8

Gambar 2.4. Aliran Laminar keluar melalui pipa ... 10

Gambar 2.5. Aliran turbulent keluar melalui pipa ... 11

Gambar 2.6. Batasan bilangan Reynolds (Red) ... 11

Gambar 2.7. Satuan dan Skala tekanan (Streeter, 1985) ... 13

Gambar 2.8. Tekanan hidrostatis ... 14

Gambar 2.9. Fluida mengalir melalui pipa diameter bervariasi. ... 15

Gambar 2.10. Prinsip Bernoulli ... 16

Gambar 2.11. Koefisien tahanan (K) pada belokan pipa (bends 900) ... 21

Gambar 2.12. Koefisien tahanan pada bends 900 (Clifford, 1984) ... 21

Gambar 2.13. Perbandingan antara panjang ekuivalen terhadap diameter dalam pipa (Le/D) pada belokan pipa 900 (White, 1998) ... 22

Gambar 2.14. Koefisien tahanan (K) pada belokan patah (mitre bends) ... 23

Gambar 2.15. Grafik koefisien tahanan pada pengecilan ... 23

Gambar 2.16 Koefisien kerugian pada gradual contraction... 24

Gambar 2.17 Penyempitan mendadak ... 25

Gambar 3.1 Sling pump skala laboratorium ... 27

Gambar 3.2 Rangkaian keseluruhan Sling pump skala laboratorium ... 27

Gambar 3.3 Skema alat uji sling pump ... 28

Gambar 3.4 Puli yang digunakan untuk putaran sling pump 30, 40, dan 50 rpm ... 29

Gambar 3.5 Posisi 1 inlet dan 16 lilitan ... 29

Gambar 3.6 Motor listrik ... 30

Gambar 3.7 Gear reducer... 30

Gambar 3.8 Rangka sling pump ... 31

Gambar 3.9 Selang plastik 3/4’’ ... 31

Gambar 3.10 Manifold dengan inlet segaris ... 32

Gambar 3.11 Pipa delivery ... 33

Gambar 3.12 Pressure gauge ... 33

Gambar 3.13 Tower air ... 34

Gambar 3.14 Gelas ukur ... 34

Gambar 3.15 Water mur ... 35

Gambar 3.16 Corong inlet ... 35

Gambar 3.17 Tachometer ... 36

Gambar 3.18 Ember penampung air ... 36

Gambar 3.19 Stop watch ... 36

Gambar 3.20. Diagram alir penelitian ... 37

Gambar 4.1 Rugi-rugi minor pada sling pump ... 56 Gambar 4.2. Tekanan (P) pada sling pump ... 66

xii

pencelupan... 39 ... Tabel 4.1 Data hasil pengujian sling pump dengan manifold segaris ... 41 Tabel 4.2. Hasil perhitungan kecepatan air pada mayor putaran 30, 40, dan 50 rpm dengan kondisi pencelupan sling pump 50%, 60%, 70%, 80%, dan 90%. ... 45 Tabel 4.3. Hasil perhitungan kecepatan aliran air pada minor putaran 30, 40,

dan 50 rpm dengan kondisi pemcelupan sling pump 50%, 60%, 70%, 80%, dan 90%. ... 50 Tabel 4.4. Hasil perhitungan head loss mayor sling pump pada

kecepatan putaran 30, 40, dan 50 rpm dalam kondisi

tercelup sling pump 50%, 60%, 70%, 80%, dan 90%. ... 56 Tabel 4.5 Hasil perhitungan Head Loss Minor Sling Pump pada

kecepatan putaran 30, 40, dan 50 rpm dalam kondisi

tercelup sling pump 50%, 60%, 70%, 80%, dan 90%. ... 66 Tabel 4.6. Hasil perhitungan tekanan masuk, debit aktual dan debit

xiii

Grafik 4.2. Perbandingan kecepatan putaran sling pump terhadap debit ... 70 Grafik 4.3. Pengaruh kondisi pencelupan dan kecepatan putaran sling pump

terhadap tekanan masuk ... 71 Grafik 4.4. Perbandingan debit aktual dan debit teoritis ... 72 Grafik 4.5. Perbandingan debit aktual dan persentase pencelupan pada

penelitian sling pump dengan manifold segaris dan manifold melingkar ... 74

xiv v : Kecepatan aliran air (m/s)

A : Luas penampang (m2) ρ : Massa jenis cairan (kg/m3) g : Percepatan gravitasi bumi (m/s2) h : Kedalaman cairan (m)

µ : Viskositas dinamik (kg/m.s) m : Massa (kg)

Re : Bilangan Reynold D : Diameter besar pipa (m) Q : Debit (m3/s)

z : Ketinggian relative (m)

γ : Berat jenis zat cair persatuan volume (Kgf/m3) H1 : Head total 1

H2 : Head total 2

hlmy : Head loss mayor (m)

hlm : Head loss minor (m)

L : Panjang pipa (m) f : Koefisien gesek K : Koefisien tahanan hl : Head loss total (m)

r : Jari-jari

Pin : Tekananan pada sisi masuk (Pa) CC : Koefisien penyempitan

iv

yang lebih bermanfaat. Pemanfaatan energi aliran air dapat diperluas salah satunya dengan sling pump, yaitu pompa dengan konstruksi rangka silinder tabung atau kerucut. Tujuan penelitian ini yaitu mengevaluasi unjuk kerja sling pump dengan memvariasikan kecepatan putaran dan persentase pencelupan dan membandingkan hasil penelitian dengan penelitian yang sebelumnya.

Penelitian ini dilakukan pada skala laboratorium, selang plastik berdiameter

3/4” yang dililitkan pada rangka sling pump. Kecepatan putaran (rpm) sling pump divariasikan yaitu 30, 40, dan 50 rpm dengan persentase pencelupan sling pump 50%, 60%, 70%, 80%, dan 90% di dalam air. Setelah jumlah inlet dan persentase pencelupan ditentukan, sling pump diputar menggunakan motor listrik pada kecepatan konstan yang telah tentukan yaitu 30, 40, dan 50 rpm. Panjang pipa delivery ditentukan 6 meter, tinggi delivery adalah 1 m, dan mengggunakan manifold segaris. Data yang diperoleh adalah dabit air yang keluar dan tekanan.

Berdasarkan penelitian diketahui bahwa semakin besar persentase pencelupan semakin besar pula debit yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan putaran (rpm) sling pump maka semakin besar debit yang dihasilkan. Debit air paling optimal diperoleh pada pencelupan 80% dengan kecepatan putaran sling pump 50 rpm yaitu sebesar 7,88 liter/menit.

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Energi memiliki peranan penting dan tidak dapat dilepaskan dalam kehidupan manusia. Saat ini hampir semua aktivitas manusia bergantung pada energi. Ada dua kelompok besar energi yang terdapat di bumi yaitu energi baru dan terbarukan serta energi fosil. Energi terbarukan memiliki sifat selalu dapat diperbaharui sedangkan energi fosil sangat terbatas keberadaanya di bumi.

Energi terbarukan yang ada di alam dan di bumi meliputi energi matahari, energi angin, energi air dan energi panas bumi. Indonesia termasuk negara yang kaya akan air. Air dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan manusia seperti untuk irigasi, pembangkit tenaga listrik, kebutuhan air minum dan lain sebagainya.

Air yang mengalir memiliki energi potensial dan energi kinetik. Energi ini dapat dimanfaatkan untuk memutar propeller pada sling pump yang merupakan salah satu aplikasi energi terbarukan dari energi air. Sling pump adalah sebuah pompa yang tidak menggunakan energi listrik dalam operasionalnya. Pompa ini terdiri dari lilitan selang pada sebuah kerangka yang berbentuk baik kerucut maupun tabung. Ketika sling pump berputar maka air akan masuk ke dalam selang dan ikut berputar. Selanjutnya air akan keluar dari outlet selang.

Saat ini pengembangan sling pump terus dilakukan guna memperoleh kinerja yang optimal. Beberapa peneliti sebelumnya melakukan penelitian tentang sling pump dengan pencelupan ke air separuh dari rangkanya. Rahkman (2009) pernah meneliti sling pump skala laboratorium jenis kerucut yang tercelup di air sebesar 40% dari rangkanya dan kecepatan putarannya dibuat bervariasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan putaran sling pump maka semakin besar debit yang dihasilkan. Penelitian ini telah dikembangkan oleh Syamsuddin (2015) dengan melakukan variasi jumlah lilitan selang dan variasi pencelupan sling pump lebih dari 40 % sedangkan kecepatan putarannya dibuat konstan. semakin bertambah jumlah lilitan dan persentase pancelupan maka debit

yang dihasilkan juga semakin tinggi. Penelitian selanjutnya juga pernah dilakukan oleh Efendi (2015) dimana variasi yang digunakan adalah persentase pencelupan dan jumlah inlet juga divariasikan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa debit air paling optimal diperoleh pada persentase pencelupan sling pump 80% di dalam air dengan jumlah 2 buah inlet. Peneltian tersebut juga pernah dikembangkan oleh Waliyadi (2015) dengan variasi tinggi delivery dan persentase pencelupan menggunakan manifold melingkar. Hasil dari penelitiannya menunjukan bahwa debit optimal yang dihasilkan yaitu terjadi pada ketinggian 1 meter dan persentase pencelupan 70% sebesar 4,46 liter/menit.

Berdasarkan beberapa penelitian di atas, Tugas Akhir ini mengembangkan penelitian yang dilakukan oleh Waliyadi (2015). Pada penelitian ini kecepatan putaran sling pump di varisikan yaitu 30, 40, dan 50 rpm. Kecepatan putaran sling pump di variasikan karena pada penelitian terdahulu oleh Rahkman (2009) dan Prabowo (2009) menduga bahwa semakin besar kecepatan putaran sling pump maka gaya sentrifugalnya akan semakin tinggi sehingga terjadi muntahan air pada corong inlet yang mengakibatkan air tidak mengalir dan debit tidak keluar. Sehingga perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk meningkatkan unjuk kerja (debit) sling pump karena debit yang dihasilkan oleh penelitian tersebut masih relatif rendah.

1.2. Rumusan masalah

Peneliti terakhir tentang sling pump adalah memakai manifold melingkar. Debit air keluaran yang dihasilkan ternyata masih rendah. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan memvariasikan kecepatan putaran sling pump dan persentase pencelupan dengan menggunakan manifold segaris pada ketinggian delivery 1 meter untuk mengetahui unjuk kerja (debit) sling pump.

1.3. Batasan Masalah

Pada pembahasan tugas akhir ini dibatasi oleh :

a. Penelitian dilakukan pada skala laboratorium dengan menggunakan manifold segaris.

b. Kecepatan putaran yang divariasikan dilakukan pada bagian sling pump.

c. Kecepatan putaran sling pump dianggap konstan yaitu 30, 40, dan 50 rpm.

d. Debit air yang didapat tidak memperhatikan kebocoran air yang terjadi karena jumlahnya kecil.

e. Analisis perhitungan memakai aliran 1 fasa.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Mengevaluasi unjuk kerja (debit) sling pump dengan variasi kecepatan putaran dan persentase pencelupan sling pump di dalam air.

b. Membandingkan debit yang dihasilkan dengan penelitian sebelumnya yang menggunakan manifold melingkar.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Memperoleh gambaran tentang sling pump yang memanfaatkan energi aliran air sungai serta pengaruh variasi kecepatan putaran terhadap unjuk kerja (debit) yang dihasilkan, sehingga dapat dimengerti letak dan fungsi penggunaan alat tersebut.

b. Informasi data tersebut dapat dijadikan referensi dalam pengembangan unjuk kerja (debit) sling pump.

1.6. Metode Pengambilan Data

Metode pengambilan data yang digunakan dalam penelitian alat uji sling pump adalah:

a. Metode Pustaka

Metode pustaka adalah suatu cara untuk mendapatkan data-data dengan mengkaji buku-buku referensi yang memuat pembahasan dari

masalah yang terkait secara langsung maupun tidak langsung dalam menyusun tugas akhir.

b. Metode Eksperimen

Metode eksperimen yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melakukan pengujian langsung terhadap sling pump untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan.

5

Sebelumnya pernah dilakukan penelitian sling pump skala laboratorium tipe kerucut dengan variasi kecepatan putaran yaitu 30, 40, dan 50 rpm. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh sling pump tipe kerucut dengan variasi kecepatan putaran hasil optimal terjadi pada putaran 50 rpm yaitu dengan debit 2,5 liter/menit (Rahkman, 2009). Kondisi pencelupan sling pump didalam air yaitu 16 cm (40%) dari diameter besar sling pump. Penelitian ini diduga mengakibatkan udara banyak masuk ke selang, sehingga menghambat aliran air

Efendi (2015) melakukan penelitian unjuk kerja sling pump menggunakan jumlah variasi yaitu 1 inlet, 2 inlet, 3 inlet dan 4 inlet dengan kondisi variasi pencelupan 50% sampai 80%. Putaran sling pump dibuat konstan 40 rpm. Dari hasil penelitian diketahui bahwa debit terbesar diperoleh pada variasi 2 inlet dan kondisi variasi pencelupan 80% menghasilkan debit 10,39 liter/menit.

Syamsuddin (2015) melakukan penelitian unjuk kerja sling pump menggunakan variasi jumlah lilitan selang yaitu 5 lilitan, 6 lilitan, dan 7 lilitan. Diameter selang yang digunakan yaitu ¾ inch dan putaran sling pump dibuat konstan 40 rpm. Dari hasil penelitian diketahui bahwa debit terbesar diperoleh pada 6 lilitan dengan debit 7,29 liter/menit.

Kurniawan (2015) mengembangkan penelitian sling pump dengan variasi kecepatan putar konstan 30, 40, dan 50 rpm dan kodisi pencelupan 50-90% serta menggunakan manifold melingkar. Hasil penelitiannya adalah kecepatan putar sling pump 30 dan 40 rpm pada kondisi pencelupan 50% - 80% debit yang dihasilkan semakin bertambah. Pada kecepatan putar 50 rpm debit yang keluar semakin turun. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi putaran semakin tinggi juga gaya sentrifugalnya sehingga terjadi muntahan air pada corong inlet. Debit optimal yang dihasilkan sling pump dengan variasi kecepatan putar dan kondisi pencelupan yaitu pada kecepatan putar 50 rpm kondisi pencelupan 50% - 70%.

Menurut beberapa penelitian di atas, penelitian yang berhubungan dengan variasi kecepatan putar dan kondisi pencelupan sling pump dengan manifold segaris belum dilakukan. Oleh sebab itu peneliti ingin mengetahui hasil unjuk kerjanya (debit) dan membandingan dengan penelitian sebelumnya yang memakai manifold melingkar.

2.2. Dasar Teori

Archimedes memperkenalkan konsep sling pump pada kisaran tahun 287-212 SM. Alat ini digunakan untuk memindahkan air dari danau keseluruh irigasi pertanian Syiracuse di Sicily seperti yang terlihat pada gambar 2.1. (Wikipedia).

Gambar 2.1. Archimedean Screw pumps (www.reneweblefirst.co.uk)

Ujung engkol diputar sehingga air akan naik dari ketinggian elevasi rendah ke elevasi yang lebih tinggi. Alat ini kemudian dikenal dengan sebutan

“Archimedean Screw pumps” pada gambar 2.1.

2.2.1. Sling Pump

Munurut prinsip kerja Arhimedean screw pump, diperlukan beberapa modifikasi untuk memperoleh suatu pompa yang bersifat non konvensional namun tidak memerlukan energi listrik. Modifikasi ini terfokus pada penggantian ulir pipa pompa dengan lilitan selang yang dililitkan ke rangka pompa dan penggantian poros engkol pompa dengan sebuah propeller. Pompa yang terlihat pada gambar 2.2 ini memerlukan energi aliran untuk memutar propellernya. Oleh

karena itu, hasil modifikasi pompa ini hanya dapat diaplikasikan pada air yang mengalir sepanjang waktu seperti sungai.

Gambar 2.2. Kerangka sling pump jenis kerucut (www.jtminvest.se/slingpump.htm)

Sling pump memiliki beberapa kelebihan yaitu konstruksi sling pump sederhana, mudah perawatan, jumlah komponen sedikit, biaya murah, pengoperasiannya aman dan mampu beroperasi terus menerus selagi ada aliran sungai. Sedangkan kekurangan sling pump yaitu debit yang dihasilkan relatif kecil, debit yang dihasilkan tergantung oleh kecepatan arus sungai, dan relatif digunakan untuk head yang rendah.

2.2.2. Mekanika Fluida

Mekanika fluida adalah telaah fluida yang bergerak atau diam dan akibat yang ditimbulkan oleh fluida tersebut pada batasnya. Sedangkan fluida adalah suatu zat yang mengalami perubahan bentuk secara continue apabila terkena tegangan geser (shear stress) betapapun kecilnya. Menurut Giles (1977) fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan bentuk wadah tempatnya. Fluida dapat digolongkan ke dalam cairan dan gas. Perbedaan-perbedaan utama antara cairan dan gas adalah (a) cairan praktis tak kompresibel, sedangkan gas kompresibel dan seringkali harus diperlakukan demikian dan (b) cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan bebas sedangkan gas dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah tempatnya.

2.2.3. Kekentalan (viscosity) Fluida

Kekentalan adalah sifat dari fluida untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak/mengalir. Kekentalan disebabkan oleh kohesi antara partikel fluida (Robert dkk, 2003). Tahanan suatu fluida terhadap tegangan geser tergantung pada kohesinya dan pada laju perpindahan momentum molekulnya. Cairan, dengan molekul-molekul yang jauh lebih rapat daripada gas, mempunyai gaya-gaya kohesi yang jauh lebih besar daripada gas. Kohesi merupakan penyebab utama viskositas dalam cairan dan karena kohesi berkurang dengan naiknya suhu, maka demikian pulalah viskositas (Streeter, 1985)

2.2.3.1. Viskositas Dinamik

Menurut Newton, tegangan geser dalam suatu fluida sebanding dengan laju perubahan kecepatan normal aliran. Laju kecepatan sering disebut dengan gradien kecepatan.

Gambar 2.3. Aliran di dalam sublapisan viskos di dekat dinding kasar dan mulus. (Munson dkk., 2003)

Dari gambar 2.3, gradien kecepatan pada setiap harga yang melalui sumbu y didefinisikan sebagai berikut (Olson, 1990)

     

  



 _y

u dy

du

y 0

lim ... (2.1)

Tegangan geser fluida yang timbul diformulasikan sebagai (Olson, 1993)

dy du 

 

 ... (2.2)

dengan,

- τ : Tegangan geser fluida (Pa) - μ : Viskositas fluida (kg/m.s) - du/dy : Gradien kecepatan (s-1)

Persamaan di atas disebut persamaan Newton untuk viskositas. Faktor μ

pada persamaan di atas disebut dengan viskositas absolut (absolute viscosity) atau viskositas dinamik (dynamic viscosity). Persamaan (2.1) juga dapat ditulis sebagai (Streeter, 1985)

. /dy du





 ... (2.3)

dy du

A F

/ /



 ... (2.4)

Faktor μ (viskositas dinamik) untuk air dapat dilihat pada lampiran I. Dalam satuan SI, tegangan geser diekspresikan dalam N/m2 (Pa) dan gradien kecepatan dalam (m/s). Oleh karena itu satuan SI untuk viskositas dinamik adalah (Olson, 1990)

μ=

N m_{m s}⁄_⁄ 2

=

N.s_m2

=

_m.sKg ... (2.5)

2.2.3.2. Viskositas Kinematik

Viskositas kinematik (υ) adalah perbandingan (ratio) antara viskositas dinamik (μ) dengan massa jenisnya (ρ). Seperti yang terlihat pada persamaan berikut (Streeter, 1985)

 

 ... . (2.6)

Viskositas kinematik muncul dalam banyak penerapan, misalnya dalam bilangan Reynolds yang tanpa dimensi untuk gerakan suatu benda melalui fluida,

Vl/v, dimana V adalah kecepatan benda dan l ialah suatu ukuran linear yang mewakili ukuran benda tersebut. Dimensi v adalah L2T-1. Satuan SI, untuk viskositas kinematik adalah 1 m2/s, dan satuan USC-nya ialah 1 ft2/s. satuan cgs-nya yang dinamakan stoke (St) adalah 1 cm2/s. (Streeter, 1985)

2.2.4. Aliran Laminar dan Turbulent

Aliran laminar adalah suatu aliran fluida yang sifat alirannya cenderung stabil. Pada gambar 2.4, aliran laminar dimana partikel-partikel fluidanya bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus, sejajar dalam lapisan-lapisan atau laminae. Besarnya kecepatan-kecepatan dari laminae yang berdekatan tidak sama. Aliran laminar diatur oleh hukum yang menghubungkan tegangan geser ke laju perubahan bentuk sudut yaitu hasil kali kekentalan fluida dan gradient kecepatan. Kekentalan fluida tersebut dominan dan karenanya mencegah setiap kecenderungan menuju kondisi-kondisi turbulen (Giles, 1977).

Gambar 2.4. Aliran Laminar keluar melalui pipa (Olson, 1990)

Gambar 2.5 adalah aliran turbulen yang merupakan aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Tegangan geser (τ) yang timbul pada aliran turbulent relatif lebih besar dari pada tegangan geser yang terjadi pada aliran laminar sehingga kerugian aliran pun akan besar pula. Jika pada aliran laminar memiliki kerugian sebanding dengan V, maka pada aliran turbulent sebanding dengan V (1,7 s/d 2).

Gambar 2.5. Aliran turbulent keluar melalui pipa (Olson, 1990)

Sifat pokok aliran, yaitu apakah laminar atau turbulen, serta posisi relatifnya pada skala yang menunjukan pentingnya secara relatif kecenderungan turbulen terhadap kecenderungan laminar ditunjukkan oleh bilangan Reynolds (Streeter, 1985). Bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia terhadap gaya viskos yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. (Clifford, 1984)

μ

L V

ρ

Re_L    ... (2.7)

dengan, - V : Kecepatan aliran ( m/s ) -ρ : Massa jenis ( kg/m3)

-μ : Viskositas dinamik ( kg/m.s ) - ReL : Bilangan Reynolds pada pelat - L : Panjang aliran fluida ( m )

Batasan aliran di atas adalah untuk aliran external misalnya aliran air sungai atau air laut. Batasan bilangan Reynolds untuk aliran internal melalui pipa seperti gambar 2.6 dibawah ini.

Gambar 2.6. Batasan bilangan Reynolds (Red)

2.2.5. Tegangan Permukaan

Molekul-molekul zat cair saling tarik- menarik diantara sesamanya dengan gaya berbanding lurus dengan massa. Dan berbanding terbalik dengan kuadrat

jarak antara pusat-pusat massa. Gaya tarik-menarik tersebut adalah setimbang. Tetapi pada permukaan zat cair dan udara, atau antara zat satu dengan zat lainya, gaya tarik keatas dan kebawah tidak setimbang. Ketidakseimbangan tersebut menyebabkan terjadinya lapisan tipis pada permukaan zat cair yang mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan tarik. Sifat zat cair tersebut dikenal dengan tegangan permukaan. Tegangan permukaan (sigma) bekerja pada bidang permukaan yang sama besar disemua titik. Gaya tarik yang bekerja pada permukaan akan berusaha meminimumkan luas permukaan. Oleh karena itu tetesan zat cair akan berusaha untuk berbentuk bulat agar luas permukaannya minimum (Triatmodjo, 1991).

2.2.6. Kapilaritas

Kapilaritas disebabkan oleh gaya kohesi dan adesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain tidak dapat menempel karena molekulnya saling tolak menolak. Sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena molekulnya saling tarik menarik atau melekat. Di dalam suatu tabung yang dimasukkan ke dalam zat cair, jika kohesi lebih kecil dari adesi maka zat cair akan naik, jika kohesi lebih besar dari adesi maka zat cair akan turun (Triatmodjo, 1991).

2.2.7. Tekanan Atmosfer, Relatif dan Mutlak

Telah diketahui bahwa udara di atmosfer ini mempunyai berat. Karenanya udara tersebut dapat meninmbulkan tekanan pada permukaan bumi, rapat massa tidak konstan sehingga membuat ketergantungan pada ketinggian, suhu dan kelembaban.

Tekanan relatif atau tekanan terukur adalah tekanan yang diukur berdasarkan tekanan atmosfer. Tekanan ini bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer lokal. Fluida yang berhubungan dengan udara luar (atmosfer)

bertekanan nol, sehingga dapat diartikan tekanan relatif positif apabila lebih besar dari tekanan atmosfer dan negatif jika lebih kecil dari tekanan atmosfer.

Tekanan mutlak merupakan jumlah tekanan atmosfer dengan tekanan relatif. Apabila tekanan relatif negatif, maka tekanan mutlak adalah tekanan atmosfer dikurangi tekanan relatif (Triatmodjo, 1991).

Gambar 2.7. Satuan dan Skala tekanan (Streeter, 1985)

Standard atmospheric pressure pada gambar 2.7 adalah tekanan rata-rata pada permukaan air laut. Pada titik 1, memiliki tekanan absolute sebesar (Streeter, 1985)

Pabs = Patm - Pvakum ... (2.8)

Sedangkan pada titik 2:

Pabs = Patm + Pgauge ... ... (2.9) 2.2.7.1. Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis adalah suatu tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan tersebut terjadi karena adanya berat air itu sendiri yang membuat air tersebut mengeluarkan tekanan tertentu dan bergantung pada kedalaman air (h) di dalam sebuah ruang dan gravitasi (g) seperti pada gambar 2.8 dibawah ini.

Gambar 2.8. Tekanan dan gaya hidrostatik resultan yang timbul pada permukaan dasar sebuah tangki terbuka (Munson dkk., 2003)

Hubungan berat air terhadap ruangan dan gravitasi ini dirumuskan sebagai berikut:

P = ρ.g.h ... (2.10)

dengan, - P : Tekanan hidrostatis (N/m2) - ρ : Massa jenis cairan (kg/m3)

- g : Percepatan gravitasi (m/s2) - h : Kedalaman cairan (m)

2.2.8. Persamaan Kontinuitas

Terdapat dua tipe utama pada aliran fluida. Jika aliran lancar, hingga lapisan fluida yang saling berdekatan meluncur dengan lancar, aliran ini disebut aliran lurus (streamline). Diatas kecepatan tertentu, yang bergantung pada sejumlah faktor, aliran menjadi bergejolak yang disebut turbulen. Arus stedy atau kisaran pada aliran tersebut akan menyerap energi dalam jumlah banyak dan meskipun sejumlah friksi internal tertentu yang disebabkan oleh kekentalan (viscosity) juga terdapat dalam aliran laminar dan akan lebih besar bila aliran adalah turbulen. Aliran laminar setimbang pada suatu fluida melalui tabung tertutup atau pipa pada gambar 2.9.

Gambar 2.9. Fluida mengalir melalui pipa diameter bervariasi (Olson, 1990)

Laju aliran massa didefinisikan sebagai massa fluida Δm yang melalui titik tertentu per satuan waktu Δt : laju aliran massa = Δm/Δt. Dalam gambar 2.9, volume fluida yang melalui titik 1 (melewati luasan A1) dalam waktu Δt adalah A1Δl1, dengan Δl1 adalah jarak gerakan fluida dalam waktu Δt. Jika kecepatan

fluida yang melewati titik 1 adalah v1 = Δl1/Δt, laju aliran massa Δm/Δt melalui luasan A1 adalah (Giancoli, 1996)

1 1 1 1 1 1 1

1 _Av

t l a t

V t

m   _{ }

   

    

... (2.11)

Dengan,

ΔV1 = A1Δl1 : volume massa

Δm dan ρ1 : kerapatan fluida

Hal yang sama terjadi pada titik 2 (melalui luasan A2), laju alir massa adalah 2A2v2 . karena tidak ada aliran fluida di dalam atau di luar isi, laju alir

melalui A1 dan A2 haruslah sama. Dengan demikian persamaan kontinuitas: (Giancoli, 1996)

₁A₁v₁₂A₂v₂ ... (2.12)

Jika fluida tak dapat mampat, yang adalah sebuah pendekatan yang sangat bagus untuk berbagai keadaan cairan, kemudian ₁ ₂maka persamaan kontinuitas menjadi: (Giancoli, 1996)

2 2 1

1 v A v

A    [ρ = tetap ] ... (2.13)

2.2.9. Persamaan Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa bilamana kecepatan fluida tinggi, tekanannya rendah, dan bilamana kecepatannya rendah, tekanannya tinggi.

Bernoulli mengembangkan persamaan yang menekankan prinsip ini secara kuantitatif. Untuk menurunkan persamaan Bernoulli seperti gambar 2.10, dapat diasumsikan bahwa aliran setimbang dan laminar, fluida tak dapat mampat, dan kekentalan cukup kecil untuk dapat diabaikan (Olson, 1990).

Gambar 2.10. Prinsip Bernoulli (Olson, 1990)

Dengan meninjau gambar 2.10 di atas, pada bagian luas penampang A1, usaha yang dilakukan oleh P1 sejauh Δx1 adalah (Olson, 1990)

... (2.14)

Selanjutnya, pada bagian luas penampang A2, usaha yang dilakukan P2 sejauh Δx2, adalah (Olson, 1990)

... (2.15)

dengan, - P : Tekanan ( Pa )

- A : Luas penampang ( m2 ) - Δx : Panjang kolom fluida ( m ) - ΔV : Volum fluida ( m3 )

... (2.16)

atau,

dengan, - v : Kecepatan fluida ( m/s )

- g : Percepatan gravitasi bumi ( m/s2 ) - z : Ketinggian relatif ( m)

- P : Tekanan fluida ( Pa )

Persamaan (2.16) di atas, disebut dengan persamaan Bernoulli yang digunakan untuk perhitungan aliran fluida ideal atau tanpa gesekan dan tak

1 1 1 1 1

1 PA x P V

W    



2 2 2 2 2

2 PA x P V

W    



2 2 2

2 2 1 1

1

2 1 2

1

v gz

P v gz

P       

tetap v

gz

P  2 

2 1_

mampu mampat (incompressible). Jika persamaan (2.15) dikalikan dengan volum jenis (Spesific Volume) dari suatu fluida atau zat, maka persamaan Bernoulli akan menjadi:

Volum jenis (Spesific Volume)

... (2.17)

Selanjutnya, persamaan (2.17) kembali dikalikan dengan percepatan gravitasi (1/g), maka bentuk persaman Bernoulli menjadi:

g 2 v z γ P g 2 v z γ

P ₂2

2 2 2 1 1 1     

 ... (2.18)

atau,

H1 = H2 ... (2.19) dengan, - γ : Berat jenis zat cair persatuan volum ( kgf/m3 )

- H1 : Head total 1 - H2 : Head total 2

Persaman Bernoulli di atas juga disebut dengan persamaan Head. Pada tiap-tiap suku pada persamaan (2.19) yaitu P/γ, v2/2g, dan z berturut-turut disebut dengan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial. Head adalah energi mekanik yang dikandung oleh satu satuan berat (1 kgf) zat cair yang mengalir pada sebuah luasan penampang. Satuan energi persatuan berat adalah ekivalen dengan satuan panjang atau tinggi. Maka, head total (H) yang merupakan penjumlahan dari ketiga suku tersebut adalah energi mekanik total persatuan berat zat cair, dan dinyatakan dengan satuan tinggi kolom zat cair dalam meter (Sularso, 2006).

2.2.10.Head Loss

Head loss merupakan suatu fenomena rugi-rugi aliran di dalam sistem pemipaan. Rugi-rugi aliran selalu terjadi pada sistem pemipaan dengan menggunakan berbagai macam fluida, seperti fluida cair dan gas. Pada umumnya, rugi aliran yang terbesar terjadi pada fluida cair, hal ini dikarenakan sifat

 1  v  2 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 v gz P v gz

P _{    }

 

molekulnya yang padat dibandingkan gas dan memiliki gesekan lebih besar terhadap media yang dilalui itu lebih besar, maka gesekan yang terjadi pun akan semakin besar. Head loss sangat merugikan dalam aliran fluida di dalam sistem pemipaan, karena head loss dapat menurunkan tingkat efisiensi aliran fluda.

Salah penyebab head loss adalah konstruksi desain dari sistem pemipaan tersebut. Jika kontruksi memiliki percabangan yang lebih banyak maka akan memperbesar rugi alirannya, selain itu aliran yang semula dalam keadaan laminar pada saat melalui pipa lurus yang koefisien gesekannya besar kan berubah menjadi aliran turbulen. Selain itu akibat yang paling mendasar dengan adanya rugi-rugi aliran (head loss) ialah dapat menyebabkan besarnya energi yang dibutuhkan untuk menggerakan aliran fluida yang berdampak meningkatnya penggunaan listrik pada mesin penggerak fluida seperti pompa.

Perubahan tekanan aliran air terjadi karena adanya perubahan ketinggian (z), perubahan kecepatan (v) akibat perubahan penampang (Ap), dan gesekan air terhadap dinding pipa atau penampang selubung (As). Perubahan tekanan aliran air di sepanjang pipa akibat gesekan terhadap dinding pipa dapat dianalisa melalui persamaan Bernoulli yaitu (Clifford, 1984)

H1 = H2 + hL

... (2.20)

Persamaan (2.20) merupakan persamaan Bernoulli yang dimodifikasi karena adanya gesekan fluida terhadap dinding pipa. Gesekan akan menimbulkan penurunan tekanan atau kehilangan energi di sepanjang aliran. Berdasarkan lokasi timbulnya kehilangan, secara umum kehilangan tekanan akibat gesekan atau kerugian ini digolongkan menjadi 2 macam kerugian aliran yaitu kerugian mayor dan kerugian minor.

Kerugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida

pada pipa lurus. Disebut “mayor” karena pipa lurus sebagai komponen utamanya. Sedangkan kerugian minor adalah kehilangan tekanan yang terjadi di selain pipa lurus misalnya kerugian pada katup-katup, sambungan T, sambungan L, dan sebagainya. Disebut ”minor” karena katup-katup, sambungan T, sambungan L

L h g v z P g v z P

     

2 2

2 2 2 2 2 1 1 1

 

merupakan komponen dari pipa pendukung. Dua kerugian aliran fluida akibat gesekan di sepanjang komponen aliran ini disebut dengan head loss.

2.2.10.1. Head Loss Mayor

Pada aliran laminar nilai koefisien gesek hanya sebagai fungsi bilangan Reynolds saja, karena aliran laminar tidak dipengaruhi oleh faktor kekasaran permukaan pipa. Namun dengan semakin tingginya bilangan Reynolds, maka koefisien gesekan (f) hanya sebagai fungsi dari kekasaran relatif permukaan pipa. Pada kondisi ini, rejim aliran dikatakan mencapai kekasaran penuh sehingga alirannya adalah turbulen.

Penurunan tekanan (P) pada aliran turbulen merupakan fungsi dari bilangan Reynolds (Red), perbandingan panjang dan diameter pipa (L/D), serta kekasaran relatif pipa (ε/D). Head loss mayor dihitung dari persamaan Darcy -Weisbach, yaitu (Clifford, 1984)

g 2

v D L h

2 e

LMY  f   _ ... (2.21)

Dengan: - hLMY : Head loss mayor ( m ) - f : Koefisien gesek - L : Panjang pipa ( m )

- g : Percepatan gravitasi bumi ( m/s2 ) - D : Diameter dalam pipa ( m)

Koefisien gesek pipa (f) dapat diketahui melalui diagram Moody. Perhitungan head loss adalah perhitungan yang cukup panjang, sehingga dalam sistem perpipaan dibutuhkan persamaan matematika untuk menentukan koefisien gesek (f) sebagai fungsi dari bilangan Reynolds dan kekasaran relative (Robert dkk, 2003).

Selain dari diagram Moody, koefisien gesek (f) pada pipa juga dapat dicari melalui persamaan Blasius. Persamaan Blasius ini hanya berlaku pada aliran turbulent pada kondisi pipa halus (smooth pipe) dengan bilangan Reynolds (Red<105), sehingga faktor kekasaran relatif adalah (Clifford, 1984)

... (2.22) 25

, 0

Re 3164 , 0

d f 

Perhitungan besarnya angka kekasaran relatif (f) pada aliran laminar dapat dicari dengan menggunakan rumus dibawah ini (Clifford, 1984)

... .. (2.23)

2.2.10.2. Head Loss Minor

Head loss minor merupakan kerugian-kerugian aliran kecil pada sistem pipa yang dapat dihitung secara umum melalui persamaan (Clifford, 1984)

2 g

v K h

2 L   _

... (2.24)

Dengan: - hL : Head loss minor ( m)

- K : Koefisien tahanan head loss minor - g : Percepatan gravitasi bumi ( m/s2 )

Pada aliran yang melewati belokan dan katup koefisien tahanan (K) merupakan fungsi dari ratio panjang ekuivalen komponen pipa, diameter komponen pipa (Le/D), dan kekasaran relatif pipa (f). Besarnya kehilangan energi (head loss minor) yang terjadi pada komponen belokan dan katup dapat dihitung dengan rumusan seperti pada head loss mayor yaitu (Clifford, 1984)

2g

v D L h

2 e L  f  

... (2.25)

karena,

K D L_e

 

f ... (2.26)

Dengan: - Le : Panjang ekuivalen dari komponen ( m ) - D : Diameter komponen katup dan pipa ( m ) - hL : Head loss minor ( m )

- K : Koefisien tahanan

- f : Kekasaran relatif dari diagram Moody

Aliran fluida yang melewati belokan atau elbow menimbulkan head loss yang lebih besar dari pada aliran yang mengalami pengecilan maupun mengalami pembesaran secara mendadak. Pada aliran fluida yang melewati belokan, harga koefisien tahanan dipengaruhi oleh radius kelengkungan atau kurva belokan pipa.

Re 64

 f

Semakin kecil radius kelengkungan belokan maka semakin besar koefisien tahanan belokan. Koefisien tahanan tersebut dapat diketahui melalui gambar 2.11 seperti di bawah ini yaitu:

Gambar 2.11. Koefisien tahanan (K) pada belokan pipa (bends 900) (Munson dkk., 2003)

Untuk sambungan yang kelengkungannya halus, koefisien tahanan seperti pada gambar 2.12 akan lebih kecil namun pembuatannya lebih sulit sehingga harganya akan lebih mahal. Pada belokan yang kelengkungannya dibentuk dari penyambungan pipa lurus yang disebut dengan bends, koefisien tahanan akan lebih tinggi namun proses pembuatan yang lebih muda dan harganya jauh lebih murah.

Tabel 2.1. Koefisien kerugian belokan pipa

Sudut (ϴo) 5 10 15 22,5 30 45 60 90

f Halus 0,016 0,034 0,042 0,066 0,130 0,236 0,471 1,129

Kasar 0,024 0,44 0,062 0,154 0,165 0,320 0,684 1,265

Sularso dkk. (1987)

Belokan pipa yang kelengkungannya dibentuk dari penyambungan pipa lurus disebut dengan bends. Koefisien tahanan pada bends akan lebih tinggi namun proses pembuatannya lebih mudah sehingga harganya murah. Ratio (Le/D) untuk belokan pipa 900 dapat dicari dari gambar 2.13 di bawah ini:

Gambar 2.13. Perbandingan antara panjang ekuivalen terhadap diameter dalam pipa (Le/D) pada belokan pipa 900 (White, 1998)

Aliran yang melewati belokan patah (mitre bends) koefisien tahanan minor (K) merupakan fungsi dari sudut belokan seperti pada gambar 2.14 di bawah ini.

Gambar 2.14. Koefisien tahanan (K) pada belokan patah (mitre bends) (Clifford, 1984)

Pada gambar 2.15, aliran yang melewati sebuah pipa mengalami pembesaran dan pengecilan penampang secara mendadak koefisien tahanan (K) merupakan ratio perbandingan antara diameter pipa kecil dengan diameter pipa besar.

Gambar 2.15. Grafik koefisien tahanan pada pengecilan (A) dan pembesaran penampang secara mendadak.(B) (Munson dkk., 2003)

B A

Pada aliran yang mengalami pembesaran penampang secara mendadak (sudden exspansion), penurunan tekanan (minor losses) dihitung melalui persamaan sebagai berikut:





g 2

v v K h

2 2 1

LM _

 

 ... (2.27)

dengan, - K : Faktor tahanan head loss minor pada sudden exspansion - v1 : Kecepatan aliran pada pipa kecil ( m/s2 )

- v2 : Kecepatan aliran pada pipa besar ( m/s2 )

Penurunan tekanan (P) akibat pengecilan penampang secara mendadak (sudden contraction) atau secara gradual contraction, perhitungan rugi minor (head loss minor) mengacu pada persamaan (2.27) di atas. Untuk perubahan penampang secara gradual contraction, koefisien tahanan (K) dapat dicari melalui gambar 2.16 dibawah ini.

Gambar 2.16. Gafik koefisien tahanan pada gradual contraction (King.and Brater, 1963)

Koefisien tahanan (K) untuk sudden exspansion juga dapat diketahui melalui analisis seperti pada persamaan (2.29) di bawah ini (Munson dkk., 2003)

2 2 2 1 2 2 1 D D 1 A A 1 K                             

 ... (2.28)

Dengan, - K : Faktor tahan head loss minor - A1 : Penampang pipa kecil ( m2 ) - A2 : Penampang pipa besar ( m2 ) - D1 : Diameter pipa kecil ( m ) - D1 : Diameter pipa besar ( m )

Jika aliran air melewati sebuah pipa mengalami pengecilan penampang secara mendadak maka disebut dengan istilah sidden contraction seperti gambar 2.17 di bawah ini.

Gambar 2.17. Penyempitan mendadak (Santoso, 2012)

Dengan persamaan kontinuitas: (Munson dkk., 2003)

VO.Cc . A2 = V2.A2

Dimana Cc sebagai koefisien penyempitan atau kontraksi yaitu luas jet di penampang O dibagi luas penampang di titik 2. (Munson dkk., 2003)

 

2 g

V 1 C 1 h 2 c

c  _

     

 ... (2.29)

Untuk lubang masuk pipa dari reservoir (Munson dkk., 2003)

 

2 g V K h

2 c   _

2.2.11. Head Total Pompa (HPump)

Head total pompa merupakan jumlah dari head secara keseluruhan yang dibutuhkan untuk:

-Mengatasi kerugian aliran akibat gesekan-gesekan (head loss).

- Membangkitkan tekanan (P) yang tinggi pada sisi masuk, sehingga dapat mengalirkan fluida dengan debit (Q) sesuai yang direncanakan.

-Mengatasi beda elevasi Δz.

Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah air seperti yang direncanakan, dapat ditentukan dari kondisi pompa. Head total pompa dapat ditulis sebagai berikut (Clifford, 1984)





g 2.

v v

Δz

h

γ ΔP

H

2 1 2 2 L

Pump

   

 ... (2.31)

dengan, - HPump : Head total pompa ( m )

-Δz : Perbedaan ketinggian antar titik isap dan titik keluar ( m ) -ΔP : Perbedaan tekanan statik ( m )

-γ : Berat jenis air per satuan volume ( N/m3 ) -hL : Kerugian aliran total dimana ( hL = hLMY+ hLM ) -v2 : Kecepatan di titik isap ( m/s )

27

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah air.

3.2. Alat Penelitian

Sling pump skala laboratorium terdiri dari motor listrik, reducer, rangka sling pump dan lilitan selang plastik, dan konstruksi sling pump seperti pada gambar 3.1 dan gambar 3.2 merupakan rangkaian keseluruhan sling pump skala laboratorium.

Gambar 3.1 Sling pump skala laboratorium

Gambar 3.2 Rangkaian keseluruhan Sling pump skala laboratorium Motor listrik

Reducer

Rangka sling pump danLilitan selang

Konstruksi sling pump

3.2.1. Skema dan Prinsip Kerja Sling Pump

Gambar 3.3 di bawah ini adalah skema alat uji sling pump dari sisi masuk menuju ke sisi keluar.

Gambar 3.3 Skema alat uji sling pump

Sling pump di putar oleh motor listrik sehingga air masuk ke dalam lilitan selang. Kemudian air akan mengalir masuk ke sisi inlet pada manifold segaris, lalu air mengalir ke pipa hollow shaft menuju pipa delivery dengan kecepatan aliran air dan tekanan yang berbeda. Air yang mengalir dari pipa delivery akan mengalir keluar lalu di tamping dengan bak penampungan pada ketinggian 1 meter.

3.2.2. Peralatan Uji

Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah rangkaian pompa sling pump dengan komponen-komponen dan peralatan sebagai berikut:

1. Puli pada gambar 3.3 merupakan puli yang digunakan untuk mengatur variasi kecepatan putar sling pump

Spesifikasi :

 Ukuran : D : 4 inch

 _{: 23 mm}

Gambar 3.4. Puli yang digunakan untuk putaran sling pump 30, 40, dan 50 rpm

2. Posisi 1 inlet dan 16 lilitan sling pump seperti gambar 3.5.

Gambar 3.5. Posisi 1 inlet dan 16 lilitan Spesifikasi :

 Ukuran : D : 2 inch

 _{: 23 mm}

 Material : alumunium



Spesifikasi :

 Ukuran : D : 2,5 inch

 _{: 23 mm}

 Material : alumunium

3. Motor listrik 1 fasa pada gambar 3.6 digunakan sebagai penggerak utama sling pump

Gambar 3.6. Motor listrik Spesifikasi:

- Merek SEM - Motor listrik 1 fase - Speed = 1400 rpm - Voltage = 220 / 380 V

- Type = YC 112M - 4

- Out put = 3 Hp - Current = 17.8 A

4. Gear reducer untuk mengubah putaran cepat ke putaran rendah, perbandingan putarannya adalah 1:20 pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Gear reducer Spesifikasi:

- Merek HC speed reducer made in china

- Model = WPA

5. Rangka sling pump tempat melilitkan selang plastik

Gambar 3.8 Rangka sling pump Spesifikasi:

- Panjang rangka sling pump = 50 cm

- Diameter besar (D1) rangka sling pump = 40 cm - Diameter kecil (D2) rangka sling pump = 13,2 cm

6. Selang yang digunakan pada penelitian ini adalah 3/4’’. Selang berfungsi untuk mengalirkan air yang dimampatkan.

Gambar 3.9 Selang plastik ¾ inch

Spesifikasi:

- Merek = San – San Reinforced hose

- Jebis selan = Polymer elastic

7. Manifold pada gambar 3.10, berfungsi sebagai alat mendistribusikan air dari lilitan selang ke pipa-pipa output.

Gambar 3.10 (A) Manifold dengan inlet segaris, (B) Manifold dengan inlet melingkar

Spesifikasi:

- Jumlah lubang masuk = 4 buah

- Panjang = 25 cm

- Bahan = Pvc

8. Pipa delivery seperti gambar 3.11 digunakan untuk mengalirkan air dari selang pada sling pump menuju ke bak penampung pada ketinggian delivery 50 cm. Diameter dalam pipa ini 0,022 m.

Gambar 3.11 Pipa delivery Spesifikasi:

- Bahan = pvc

- Diameter pipa 3/4” = 1,75 cm - Panjang pipa delivery = 6 meter

9. Pressure gauge berfungsi untuk mengetahui tekanan air.

Gambar 3.12 Pressure gauge Spesifikasi:

- Merek = Wipro

10.Tower untuk meletakan bak penampung air hasil pemompaan, tinggi tower ini 3 meter dari permukaan tanah.

Gambar 3.13 Tower air Spesifikasi:

- Tinggi tower = 3 meter

- Material bahan = Besi siku berlubang

- Tebal = 3 mm

11.Gelas ukur berfungsi untuk mengetahui debit air yang dihasilkan sling pump.

Gambar 3.14 Gelas ukur Spesifikasi:

- Kapasitas maksimum = 1 liter

12.Water mur sebagai pengubah gerak putar sling pump menjadi diam.

Gambar 3.15 Water mur Spesifikasi:

- Ukuran Water mur = 1 inchi

- Bahan = Pvc

13.Corong inlet berfungsi sebagai corong utama masuknya air saat sling pump berputar.

Gambar 3.16 Corong inlet Spesifikasi:

- Diameter besar (Do) = 7 cm - Diameter kecil (Di) = 2,5 cm

14.Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan pada suatu poros.

Gambar 3.17 Tachometer Spesifikasi:

- Merek = smart sensor digital tachometer Ar-925

- Range = 0,5 – 19999 rpm

15.Ember digunakan untuk menampung air keluaran hasil sling pump

Gambar 3.18 Ember penampung air

16.Stop watch untuk mengukur waktu selama pengujan.

3.3. Diagram Alir

Diagram alir dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

Tidak Mulai Input data:

- Jumlah inlet : 1

- Kecepatan putaran konstan : 30 rpm, 40 rpm, 50 rpm

- Jumlah lilitan : 16 lilitan - Diameter selang plastik : ¾ inchi - Kondisi pencelupan sling pump : 50%,

60%,70% , 80% dan 90% - Panjang pipa delivery : 6 meter

Memasang bagian-bagian sling pump dan mengatur kecepatan putaran sling pump

Perakitan water mur dan pemasangan manifold

segaris

Uji kebocoran water mur dan manifold segaris

Ada kebocoran air ?

Pengamatan dan pengambilan data

Output data :

- Tekanan - Debit

A

Variasi n = 30, 40, 50 rpm

Ganti variasi rpm?

Ya Ya

Gambar 3.20. Diagram alir penelitian

3.4. Prosedur Penelitian

Tahap persiapan penelitian meliputi pembuatan alat uji, pemasangan peralatanuji, percobaan mesin, dan menyiapkan alat ukur yang di perlukan.

3.4.1. Tahap Persiapan

Tahap persiapan pada peneitian ini meliputi:

1. Pengecekan kondisi alat-alat yang akan digunakan.

2. Mengatur kecepatan putaran konstan pada posisi kecepatan 30 rpm, 40 rpm, dan 50 rpm.

3. Mengatur jumlah inlet dan lilitan selang yang akan digunakan 4. Mengisi air pengujian kedalam bak penampung dengan variasi

kondisi pencelupan 50%, 60%, 70%, 80% dan 90%. 5. Pengoprasian alat.

Air dialirkan sling pump melalui selang 3/4’’ menuju ke bak penampung pada ketinggian 1 m menggunakan variasi kecepatan putaran 30 rpm, 40 rpm, dan 50 rpm dengan kondisi pencelupan sling pump 50%, 60%, 70%, 80% dan 90% di dalam air.

Menentukan tinggi air sling pump diasumsikan dari hasil perkalian persentase pencelupan dengan diameter besar rangka sling pump.

Analisis data :

- Menghitung v,h1 ( mayor,minor dan

delivery), pin, Qteoritis

- Pembahasan

Hasil penelitian dan kesimpulan

A

Diketahui:

- Diameter besar rangka sling pump = 40 cm - Kondisi pencelupan = 50 %

Dihitung:

100 50 cm

40 



air

T

cm 20



air T

Dari hasil perhitungan di atas dapat diasumsikan tingginya air agar rangka sling pump pencelupan 50 % yaitu sebesar 20 cm atau setengah diameter besar rangka sling pump. Perhitungan tinggi air yang lainnya untuk menentukan kondisi pencelupan sling pump 60 % sampai dengan 90 % disajikan dalam tabel berikut. Tabel 3.1. Hasil perhitungan tinggi air untuk menentukan kondisi pencelupan

Kondisi pencelupan ( % ) Tinggi air ( cm)

50 20

60 24

70 28

80 32

90 36

3.4.2. Tahap Pengambilan Data

Tahapan pengambilan data dalam penelitian ini yaitu untuk mengetahui tekanan dan debit yang dihasilkan sling pump menggunakan variasi kecepatan putaran 30 rpm, 40 rpm, dan 50 rpm dengan prosentase pencelupan 50 %, 60 %, 70 %, 80 % dn 90 % pada 1 inlet, 16 lilitan selang, diameter selang plastic 3/4 inch, panjang pipa delivery 6 meter dan ketinggian delivery 1 meter.

3.4.3 Tahap Analisa Data

Dalam penganalisaan data yang akan dilakukan diantaranya: 1. Menghitung nilai kecepatan aliran air (v).

2. Menghitung nilai head loss mayor sling pump (hL,mayor). dan head

loss minor sling pump (hL,minor).

3. Menghitung nilai tekanan pada inlet selang (P1). 4. Menghitung nilai debit teoritik sling pump ( Qteoritik ). 5. Plot kondisi pencelupan sling pump vs debit aktual. 6. Plot kondisi pencelupan sling pump vs debit teroritis. 7. Plot kondisi pencelupan sling pump vs tekanan masuk. 8. Pembahasan.

3.5. Lokasi Penelitian

Mengingat sling pump bentuk kerucut yang dibuat adalah berskala laboratorium, maka hasil sling pump ini diuji coba di lingkungan Laboratorium Teknik Mesin UMY, yaitu pada Lab Material Teknik lantai dasar pada bulan Oktober 2015.

41

4.1. Hasil Pengambilan Data

Data hasil penelitian sling pump skala laboratorium dengan manifold segaris disajikan seperti pada Tabel 4.1 berikut.

Tabel 4.1 Data hasil pengujian sling pump dengan manifold segaris Pengukuran Debit Sling Pump

Jumlah inlet

Jumlah lilitan selang

Kecepatan Putaran

(rpm)

Kondisi tercelup sling pump

(%)

Tekanan Indikator

(bar)

Debit (liter/menit)

Debit rata-rata (liter/menit)

1 16 30

50

0,2 3,10

3,15

0,2 3,15

0,2 3,20

60

0,2 3,32

3,31

0,2 3,3

0,2 3,32

70

0,2 3,4

3,45

0,2 3,45

0,2 3,50

80

0,2 3,55

3,48

0,2 3,50

0,2 3,4

90

0,2 2,80

2,80

0,2 2,70

Tabel 4.1. Data hasil pengujian pengujian sling pump dengan manifold segaris (Lanjutan) Jumlah inlet Jumlah lilitan selang Kecepatan Putaran (rpm) Kondisi tercelup sling pump (%) Tekanan Indikator (bar) Debit (liter/menit) Debit rata-rata (liter/menit)

1 16 40

50

0,2 4,15

4,18

0,2 4,2

0,2 4,18

60

0,2 4,65

4,70

0,2 4,7

0,2 4,75

70

0,2 5,35

5,35

0,2 5,3

0,2 5,4

80

0,2 5,7

5,78

0,2 5,75

0,2 5,9

90

0,2 6,2

6,22

0,2 6,25

0,2 6,2

1 16 50

50

0,3 5,42

5,42

0,3 5,3

0,3 5,55

60

0,3 6,35

6,35

0,3 6,25

0,3 6,45

70

0,3 6,89

6,80

0,3 6,7

0,3 6,8

80

0,3 7,9

7,88

0,3 7,95

0,3 7,8

90

0,3 7,3

7,42

0,3 7,4

4.2. Perhitungan Kecepatan Aliran

Perhitungan kecepatan aliran air pada sling pump meliputi kecepatan aliran air pada komponen mayor dan komponen minor.

4.2.1 Perhitungan kecepatan aliran air pada komponen mayor dengan kecepatan putaran 30 rpm dan kondisi tercelup sling pump 50%

Debit aktual rata-rata

/s m 10 5,25 /s dm 0,0525 l/menit 3,15 Q 3 l/menit 3,20 l/menit 3,15 l/menit 3,10 3 5

3 _{ } 

     



Q n Q Q

a. Kecepatan aliran air pada pipa delivery (vmy,4) Diketahui:

- Diameter dalam pipa, d4 = ¾ inch = 0,022 m Dihitung:





s m 0,138 v 0,022 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my,4 2 3 5 my,4 2 my,4 i, aktual my,4         

b. Kecepatan aliran air pada pipa 1 inch (vmy,3) Diketahui:

- Diameter dalam pipa, d3 = 1 inch = 0,026 m Dihitung:





s m 0,098 v 0,026 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my,3 2 3 5 my,3 2 my,3 i, aktual my,3         

c. Kecepatan aliran air pada hollow shaft (v2) Diketahui:

- Diameter dalam pipa hollow shaft, d2 = 0,016 m Dihitung:





s m 0,277 v (0,016) 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my,2 2 3 5 my,2 2 my,2 i, aktual my,2         

d. Kecepatan aliran air pada selang plastik ¾ inch (v1) Diketahui:

- Diameter dalam Selang d1 = ¾ inch = 0,0181 m Dihitung:





s m 0,203 v (0,0181) 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my,1 2 3 5 my,1 2 my,1 i, aktual my,1         

Dengan rumus dan metode seperti di atas, maka kecepatan aliran air pada putaran 30, 40, dan 50 rpm dengan kondisi pencelupan sling pump 50 %, 60 %, 70%, 80 %, dan 90 % didalam air disajikan dalam tabel berikut

Tabel 4.2. Hasil perhitungan kecepatan air pada putaran 30, 40, dan 50 rpm pada komponen mayor dengan kondisi pencelupan sling pump 50%, 60%, 70%, 80%, dan 90%.

Jumlah Inlet Putaran (rpm) Kondisi Tercelup Sling Pump (%)

Kecepatan Aliran (m/s) Komponen Mayor

Pipa Delivery Pipa 3/4'' Pipa 1'' Pipa Hollow Shaft Selang 3/4''

1 30

50 0,138 0,138 0,098 0,277 0,203

60 0,145 0,145 0,104 0,292 0,214

70 0,151 0,151 0,108 0,304 0,223

80 0,153 0,153 0,109 0,307 0,225

90 0,123 0,123 0,087 0,246 0,181

1 40

50 0,183 0,183 0,131 0,368 0,270

60 0,206 0,206 0,147 0,414 0,303

70 0,235 0,235 0,167 0,471 0,345

80 0,254 0,254 0,181 0,509 0,373

90 0,273 0,273 0,194 0,547 0,401

1 50

50 0,238 0,238 0,169 0,477 0,350

60 0,279 0,279 0,198 0,559 0,410

70 0,298 0,298 0,212 0,598 0,439

80 0,346 0,346 0,246 0,694 0,509

90 0,325 0,325 0,232 0,653 0,479

4.2.2. Perhitungan Kecepatan Aliran Air Komponen Minor Dengan Kecepatan Putaran 30 rpm Pada Kondisi Tercelup Sling Pump 50%

a. Kecepatan aliran air pada komponen selang, belokan siku lekuk panjang, dan belokan balik berdekatan.

Diketahui:

- Diameter dalam Selang d1 = ¾ inch = 0,0181 m Dihitung:









s m 0,203 v 0,0181 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my 2 3 5 my 2 my,1 i, aktual my         

b. Kecepatan aliran air pada penyempitan mendadak (sudden contraction) pada selang dengan hollow shaft

Diketahui:

- Diameter dalam Selang d1 = ¾ inch = 0,0181 m Dihitung:









s m 0,203 v 0,0181 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my,1 2 3 5 my,1 2 my,1 i, aktual my,1          Diketahui:

- Diameter dalam hollow shaft d2 = 0,016 m Dihitung:









s m 0,277 v 0,016 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my,2 2 3 5 my,2 2 my,1 i, aktual my,2         

c. Kecepatan aliran air pada pembesaran mendadak (sudden expantion) hollow shaft dengan pipa 1 inch.

Diketahui :

Diameter dalam pipa hollow shaft, d1 = 0,016 m









s m 0,277 v 0,016 3,14 s m 10 5,25 4 v D π Q 4 v my,1 2 3 5 my,1 2 my,1 i, aktual my,1         

5

Gambar 6. Grafik koefisien tahanan pada pengecilan (A) dan pembesaran penampang secara mendadak.(B)

(Munson dkk., 2003)

Pada aliran yang mengalami pembesaran penampang secara mendadak (sudden exspansion), penurunan tekanan (minor losses) dihitung melalui persamaan sebagai berikut:





g

2

v

v

.

K

h

2 2 1 LM





dengan,

- K : Faktor tahanan head loss minor pada sudden exspansion

- v1 : Kecepatan aliran pada pipa kecil (m/s2) - v2 : Kecepatan aliran pada pipa besar (m/s2) 2.7.Tekanan masuk (P)

Perhitungan Tekanan pada saat air masuk menggunukan rumus di bawah ini:

) 3 1 (







total

hf

g

P









  

)

( min

3 1

or mayor hf

hf g

p p



Dengan,

- P1 : Tekanan masuk - P3 : Tekanan atmosfir - Ρ : Massa jenis air - g : Gravitasi bumi

- Ʃhfmayor : Head loss total mayor

- Ʃhfminor :Head loss total minor

3. Metode penelitian 3.1.Alat dan Bahan Penelitian

Penelitian ini menggunakan sling pump yang disimulasikan putarannya menggunakan motor listrik dengan ukuran selang plastik ¾ inch dan bahan penelitian adalah air.

Gambar 7. Prototype sling pump 3.2.Diagram alir Penelitian

6

4. Hasil Pengujian dan Analisa

1. Debit Aktual Pada Kecepatan Putar Sling pump Tabel 1. Debit aktual untuk berbagai variasi

kecepatan putar sling pump.

2. Kecepatan Aliran Air

Tabel 2. Kecepatan aliran air pada komponen mayor

Pada tabel 2 diketahui bahwa air mengalami penurunan kecepatan dari lilitan selang plastik ke delivery yang sangat besar di komponen hollow shaft.

Tabel 3. Kecepatan aliran air pada komponen minor

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa pada komponen penyempitan mendadak (sudden contraction) dan pembesaran mendadak (sudden expantion) pada masing-masing pipa memiliki kecepatan aliran yang berbeda. Hal ini dikarenakan semakin kecil luas penampang pada pipa maka semakin besar kecepatan aliran air pada pipa tersebut maupun sebaliknya.

3. Head loss mayor

7

4. Head loss minor

Tabel 4. PerhitunganHead Loss minor

5. Tekanan masuk, debit aktual, dan debit teoritis Tabel 5. Perhitungan tekanan masuk, debit actual, dan

debit teoritis

6. Pembahasan Grafik  Debit

Grafik 1. Pengaruh kondisi pencelupan dan kecepatanputaran sling pump terhadap debit aktual

Grafik 1 menunjukkan bahwa debit air yang dihasilkan cenderung meningkat seiring dengan bertambahnya persentase pencelupan, begitu juga dengan naiknya kecepatan putar sling pump. Persentase pencelupan lebih besar maka debit juga semakin besar. Hal ini dikarenakan meningkatnya volume air yang masuk pada lilitan selang. Semakin tinggi kecepatan putaran sling pump juga menghasilkan debit yang lebih besar. Hal ini terjadi karena bertambahnya volume air dan udara yang masuk ke corong pada lilitan selang.

Saat putaran sling pump 30 rpm dan 50 rpm terjadi fenomena menurunnya debit yang dihasiilkan setelah pencelupan 80%. Fenomena ini terjadi karena berkurangnya volume udara di dalam aliran fluida pada lilitan dan selang yang dimana fungsi udara ini adala mendorong air keluar dari dalam lilitan selang menuju pipa delivery pada ketinggian 1 m.

Grafik 2. Perbandingan antara kecepatan putaran terhadap debit sling pump

Kecepatan aliran (v) di dalam pipa dapat dipengaruhi oleh perbedaan kecepatan putaran, jika kecepatan putaran bertambah, maka kecepatan aliran air juga bertambah dan debit yang dihasilkan juga semakin tinggi. Hal ini berdasarkan rumus kapasitas aliran air (debit) Q = v × A, dimana volume fluida yang mengalir persatuan waktu melalui pipa dengan luas penampang A dan dengan kecepatan v. Semakin besar debit fluida yang mengalir pada sisi masuk dan sisi keluar pipa, maka semakin besar pula kecepatan fluida yang terjadi pada masing-masing sisi pipa. Hal ini sesuai dengan persamaan kontinyuitas.

8

 Tekanan masuk

Grafik 3. Pengaruh kondisi pencelupan dan kecepatan putaran sling pump terhadap tekanan masuk

Berdasarkan grafik tersebut diketahui bahwa semakin bertambahnya persentase pencelupan sling pump didalam air maka tekanan sisi masuk (P1) juga semakin meningkat. Semakin cepat kecepatan putaran, tekanan yang terjadi pada sisi masuk (P2) juga akan semakin besar.

Seiring dengan meningkatnya putaran (rpm), kecepatan aliran air di dalam pipa akan semakin cepat dan head loss yang terjadi juga semakin besar sehingga untuk mengatasi head loss tekanan yang diperlukan pada sisi masuk akan semakin besar. Tekanan inlet (P1) untuk mengalirkan air ke tempat yang lebih tinggi harus lebih besar dari pada tekanan pada sisi keluaran air (P3), karena harus melawan gaya grafitasi dan head loss (Rakhman, 2009).

Kondisi tercelup sling pump 50% sampai 80% memiliki tekanan sisi masuk yang semakin bertambah untuk semua variasi kecepatan putaran, sedangkan pada kecepatan putaran 30 rpm dan 50 rpm terjadi penurunan tekanan sisi masuk (P1) pada kondisi tercelup 90%. Purunan tekanan sisi masuk (P1) ini disebabkan karena head loss di sepanjang aliran juga menurun. Pada kecepatan putaran 40 rpm mengalami peningkatan tekanan sisi masuk (P1) yang semakin bertambah hingga kondisi sling pump tercelup 90% didalam air. Hal ini dikarenakan penggunaan variasi kecepatan putaran 40 rpm dapat mengatasi head loss sepanjang aliran selang, seiring dengan bertambah besarnya tekanan sisi masuk maka debit yang dihasilkan sling pump juga akan bertambah besar.

Tekanan yang terjadi pada sisi masuk (P1) berbeda dengan sisi keluar (P3). Hal ini sesuai dengan persamaan Bernaoulli yang dapat dijelaskan bahwa semakin besar kecepatan fluida, maka tekanan yang

terjadi akan semakin kecil. Semakin besar debit yang dialirkan, maka semakin kecil koefisien rugi-ruginya, dikarenakan semakin besar debit maka semakin besar pula kecepatan fluida.

 Debit aktual dan teoritis

Grafik 4. Perbandingan debit aktual dan debit teoritis Persentase pencelupan dan kecepatan aliran air pada masing-masing variasi kecepatan putaran sling pump berpengaruh terhadap debit aktual maupun debit teoritis.. Perhitungan debit air berdasarkan pengukuran (Qaktual) berbeda dengan perhitungan debit air berdasarkan perhitungan rumus (Qteoritis). Pada grafik di atas terlihat perbedaan antara debit aktual yang ternyata rata-rata lebih rendah dibandingkan dengan debit teoritis. Sepanjang aliran pipa terdapat gelembung-gelembung udara, dimana gelembung udara ini akan menghambat aliran air sehingga debit aktual kecil.

Selain itu, debit aktual hanya menghitung volume air di dalam tempat penampungan dibagi dengan rata-rata waktu yang ditentukan sedangkan pada debit teoritis melibatkan kecepatan aliran, luas penampang, maupun tekanan yang menjadi indikator pengukuran debit air yang lebih kompleks sehingga hasil yang didapat lebih rendah dari debit air yang dihitung berdasarkan pengukuran (Qaktual). Beberapa faktor yang mempengaruhi adalah kebocoran yang terdapat pada sambungan-sambungan pipa seperti water mur dan sambungan pipa hollow shaft juga menjadi penyebab menurunya tekanan air disepanjang pipa dan putaran sling pump yang cepat menyebabkan air tidak masuk ke dalam liliran selang melainkan kembali keluar atau semakin tinggi putaran sling pump maka semakin besar pula gaya sentrifugalnya.

9

 Perbandingan dengan peneliti sebelumnya

Gambar 4.5. Perbandingan debit aktual dan persentase pencelupan pada penelitian sling pump dengan manifold segaris dan manifold melingkar

Sebelumnya juga dilakukan penelitian unjuk kerja sling pump oleh Waliyadi (2015) dengan variasi tinggi delivery dan persentase pencelupan. Penelitian yang dilakukan oleh Waliyadi (2015) menggunakan manifold melingkar dan tinggi delivery 1 m, sedangkan pada penelitian ini menggunakan manifold segaris dan tinggi delivery 1 m. Berdasarkan grafik 4.6 menunjukkan perbedaan debit yang dihasilkan sangat signifikan. Penelitian sling pump dengan manifold segaris menghasilkan debit air yang besar bila dibandingkan dengan penelitian sling pump dengan manifold melingkar. Pada manifold segaris terjadi peningkatan debit yang semakin bertambah dari kondisi pencelupan 50%-90% sedangkan untuk manifold melingkar terjadi penurunan debit pada kondisi pencelupan 70%-90%. Hal ini memberi pemahaman dalam pemilihan manifold pada sling pump mengingat manfaat dari sling pump adalah untuk mengalirkan air dari tempat rendah ke tempat lebih tinggi. Penggunaan manifold segaris pada sling pump ternyata lebih efektif daripada manifold melingkar untuk ketinggian delivery 1 m.

5. Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini diperoleh kesimpulan sebagai berikut

1. Semakin besar kecepatan putaran sling pump maka semakin besar pula debit yang dihasilkan. Debit maksimum berada pada kondisi tercelup sling pump 80% di dalam air dengan kecepatan

putaran sling pump 50 rpm yaitu sebesar 7,88 liter/menit.

2. Sling pump yang menggunakan manifold segaris lebih efektif dibandingkan dengan sling pump yang mennggunakan manifold melingkar. Pada penelitian ini debit maksimum sebesar 6,22 liter/menit, sedangkan pada penelitian Waliyadi (2015) yang menggunakan manifold melingkar diperoleh debit maksimum sebesar 4,46 liter/menit.

6. Saran

Penelitian yang dilakukan masih terdapat kekurangan yang perlu diperbaiki kembali, oleh karena itu penulis menyampaikan saran sebagai berikut:

1. Perlu dilakukan modifikasi pada manifold untuk menaikkan kinerja sling pump agar debit air yang dihasilkan dapat lebih optimal.

2. Untuk penelitian lebih lanjut agar kebocoroan lebih dapat diminimalisir, karena kebocoran akan mempengaruhi tekanan pada sling pump yang mengakibatkan berkurangnya debit air.

DAFTAR PUSTAKA

Cliford, G. E., 1984, “Heating ventilating and air

conditioning”, Reston Publinshing company, America

Efendi, F.N., 2015, “Studi eksperimental unjuk kerja sling pump jenis kerucut dengan variasi jumah inlet dan variasi presentase pencelupan”, UMY, Yogyakarta.

Giancoli, D. C. 1996. “Fisika”. Edisi Keempat. Erlangga. Jakarta.

Giles, R. V., 1997, “Mekanika Fluida Dan

Hidarulika”, Jakarta, Erlangga

Ginanjar, E,. 2009, “Analisa pengaruh variasi ketinggian dilevery terhadap unjuk kerja sling pump bentuk kerucut”, UMY, Yogyakarta. Haryono, 2010, “Analisa pengaruh variasi jumlah inlet

dan kecepatan putar terhadap unjuk kerja sling pump jenis kerucut skala laboratorium”, UMY, Yogyakarta.

Hasbullah, R.H., 2010, “Studi pengaruh variasi jumlah lilitan selang plastic dan kecepatan putar

10

terhadap unjuk kerja sling pump jenis kerucut skala laboratorium”, UMY, Yogyakarta. Hidayat, A.N., 2009, “Analisis pengaruh variasi

kecepatan putar terhadap debit air yang

dihasilkan sling pump jenis tabung”, UMY, Yogyakarta

King, H.W,. and Brater, E.F., 1963 “Handbook of Hydraulics”, 5th _{Ed, Mc. Graw–Hill, New} York.

Kurniawan D. E. 2015, “Kajian Eksperimental Pengaruh Variasi Kecepatan Putar Sling Pump Jenis Kerucut Dan Kondisi Pencelupan

Terhadap Unjuk Kerjanya”, UMY, Yogyakarta

Munson, dkk., 2003, “Mekanika Fluida”, Edisi ke-4, Jilid 1, Erlangga, Jakarta.

Olson, R.M. dkk. 1990. “Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik”. Edisi Kelima. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta

Prabowo, A.A., 2009, “Penelitian pengaruh variasi putaran terhadap unjuk kerja sling pump jenis kerucut skala laboratorium”, UMY, Yogyakarta.

R.S,Ghiptu, J.K., 2002, “Teks Book of Machine Design”, Euarasia Publishing House, New Delhi.

Rahkman, F.A., 2009, “Penelitian pengaruh variasi putaran terhadap unjuk kerja sling pump jenis tirus skala labororatorium”, UMY, Yogyakarta.

Ramli, M.I, Basar,M.F, dan Razik, 2013, “Natural

Energy Water Sling Pump”. ISSN 2278-3075 volume-3. IJITEE

Sajani, A., 2009, “Analisa pengaruh ketinggian dilevery terhadap debit air yang dihasilkan sling pump bentuk silinder”, UMY, Yogyakarta.

Streeter, V.L, dkk, 1985, “Mekanika Fluida”, Edisi delapan jilid satu, Erlangga, Jakarta.

Sularso, Tahara. H, 2000, “Pompa dan Kompresor”, Cetakan ke-7, Pradnya Paramita, Jakarta

Sularso., Kiyokatsu. S., 1997, “Dasar perencanaan dan penelitianElemen Mesin”, Cetakan ke-9, Pradnya Paramita, Jakarta.

Syamsuddin, 2015, “Studi Eksperimental Unjuk Kerja Sling Pump Jenis Kerucut dengan Variasi Jumlah Lilitan Selang Plastik dan Presentase

Pencelupan”, UMY, Yogyakarta.

Triatmodjo, Bambang, 1991. “Mekanika Fluida dan

Hidraulika”. Jilid 1

Wahyudi, D., 2009, “Analisis pengaruh variasi diameter selang terhadap debit yang dihasilkan pada sling pump bentuk silinder”, UMY, Yogyakarta.

Waliyadi, Tri, 2015, “Investasi Unjuk Kerja Sling Pump Tipe Kerucut Dengan Variasi Ketinggian Delivery dan Persentase Pencelupan”, UMY, Yogyakarta.

White, F.M., 1998, “Fluida Mechanics”. 4th ed, Mc. Graw-Hill, New York.

http://www.animatedsoftware.com/Pumpglos/air_lift.ht m. Diakses tanggal 20-9-2015

http://www.citonline.com//mekanikal/Tikiview_blog_p ost_Image.php?ImgId=259Diakses tanggal 20-9-2015

http://www.jtminvest.se/slingpump.htm.Diakses tanggal 20-9-2015

http://www.riferam.com/sling/indek.html.Diakses tanggal 20-9-2015

https://www.renewablesfirst.co.uk/hydropower/hydrop ower-learning-centre/archimedean-screw-hydro-turbine/. Diakses 5 Desember 2015