Uji Performansi Pompa Bila Diserikan Dengan Karakteristik Pompa Yang Sama

(1)

UJI PERFORMANSI POMPA BILA DISERIKAN DENGAN

KARAKTERISTIK POMPA YANG SAMA

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

HOT MARHUALA SARAGIH NIM. 080401147

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Untuk mengetahui karakteristik pompa tunggal dan pompa susunan seri maka dilakukan pengujian karakter tersebut dengan menggunakan spesifikasi pompa yang sama. Dari hasil pengujian kapasitas air maksimum pada pompa tunggal adalah sebesar 0,0005 m3/s. Sedangkan kapasitas air maksimum pada pompa susunan seri adalah 0,00053 m3/s. Efisiensi pada pompa tunggal adalah sebesar 60,41% sedangkan bila disusun secara seri efisiensi menjadi 63%.

(3)

ABSTRACT

The pump is a device or machine used to move liquids from one place to

another through a media pipeline by adding energy to the liquid is removed and

continues over time. To investigate the characteristics of a single pump and pump

arrangement of the testing series of characters by using the same pump

specification. From the test results on the maximum water capacity of a single

pump is equal to 0.0005 m3/s. While the maximum water capacity of the pump arrangement of the series is 0.00053 m3/s. Efficiency in single pump is equal to 90.68% whereas when arranged in series to increase the efficiency of up to

75.6%.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Mekanika Fluida adalah UJI PERFORMANSI POMPA BILA DISERIKAN DENGAN KARAKTERISTIK POMPA YANG SAMA, Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literature, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Ir. Mulfi hazwi, M.sc sebagai Dosen Pembimbing dan Juga masukan yang di berikan dari dosen pembanding Bapak Ir. Tekad Sitepu Dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua tercinta, Nehen Waner Saragih dan Minta Hutabarat, dan para keluarga penulis serta sahabat-sahabat terdekat atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Ir. Mulfi hazwi, Msc selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU..

4. Bapak/ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

5. Teman-teman stambuk 2005 khususnya yang menjadi teman diskusi dan menemani penulis selama mengikuti studi dan menyusun skripsi ini.

6. Spesial Kepada Saudari Anita Apriyanti Br. Tarigan yg telah banyak membantu Dalam penyusunan Skripsi ini .

(5)

Penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan skripsi ini di masa mendatang.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga skripsi ini berguna bagi kita semua.

Medan, 2012

Penulis,

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR SIMBOL ... viii

AKSARA YUNANI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Maksud dan Tujuan Pengujian... 2

1.3 Perumusan Masalah ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metodologi ... 3

1.6 Sistematika Penulisan Laporan... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Teori Dasar Pompa Sentrifugal... ... 5

2.2Pengertian dan Cara Kerja Pompa ... 6

2.3Bagian-bagian Dari Pompa... ... 7

2.4Klasifikasi pompa... ... 9

2.4.1 Menurut Jenis Aliran Dalam Impeler. ... 9

2.4.2 Menurut Jenis Impeller ... 10

2.4.3 Menurut Bentuk Rumah ... 11

2.4.4 Menurut Jumlah Tingkat ... 12

(7)

2.5Kapasitas Pompa... ... 13

2.6Head Pompa... ... 14

2.7Head Kerugian... ... 15

2.7.1 Head Kerugian Gesek Dalam Pipa. ... 15

2.7.2 Head Kerugian Dalam Jalur Pipa ... 18

2.8Head Kecepatan... ... 18

2.9Daya Air... ... 18

2.10 Efisiensi Pompa... .... 19

2.11 Kavitasi... .... 19

2.11.1 Penyebab Kavitasi Pada Pompa ... 20

2.11.2 Net Positive Suction Head (NPSH) ... 21

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Variabel Yang Diambil ... 24

3.2 Metodologi Percobaan ... 24

3.3 Waktu Dan Tempat ... 25

3.4 Alat Dan Bahan ... .... 25

3.4.1 Alat... . 25

3.4.2 Bahan... . 26

3.5 Rancang Bangun Instalasi... .... 29

3.6 Metode Pengumpulan Data... .... 30

BAB IV ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN 4.1 Karakteristik Pompa Tunggal... .... 32

4.1.1 Kapasitas Aktual dan Head Pompa... ... 32

4.1.2 Daya Pompa... ... 44

(8)

4.1.1 Kapasitas Aktual dan Head Pompa... ... 48

4.1.2 Daya Pompa... ... 60

4.3 Analisa Perbandingan Pompa Tunggal dan Pompa Susunan Seri ... 71

4.3.1 Perbandingan Kapasitas Air ... 71

4.3.2 Perbandingan Kecepatan Air ... 71

4.3.3 Perbandingan Efisiensi Pompa ... 72

4.3.4 Perbandingan Head Losses Mayor ... 72

4.3.5 Perbandingan Head Losses Minor ... 73

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... ... 68

5.2 Saran ... 69

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(9)

DAFTAR SIMBOL

SIMBOL ARTI SATUAN

Q Kapasitas Aliran/Debit Air m3/s

A Luas Penampang m2

D Diameter m

v Kecepatan m/s

K Koefisien Kerugian Pipa -

g Percepatan Gravitasi m/s2

Hd Head discharge m

Hs Head suction m

hf Head losses mayor m

hm Head losses minor m

Hp Head total pompa m

R Jari-jari hidrolik m

S Gradien hidrolik m

f Koefisien gesek

Re Bilangan Reynold

V Viskositas m2/s

L Panjang Pipa m

Pa Daya Air Watt

N Kecepatan pompa rpm

(10)

Pa Tekanan atmosfer kg/m2

Pv Tekanan uap jenuh kg/m2

Ep Energi Potensial Joule

m Massa Kg

h Ketinggian m

(11)

AKSARA YUNANI

LAMBANG ARTI SATUAN

η

Effisiensi %

ρ

(rho) Massa Jenis kg/m3

γ

(gamma) Berat Jenis N/m3

µ Viskositas Kinematik m2/s

ω

Kecepatan Angular rad/s

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Lintasan aliran cairan pompa sentrifugal ... 7

Gambar 2.2 Bagian – Bagian dari pompa ... 7

Gambar 2.3 Pompa sentrifugal aliran radial. ... 9

Gambar 2.4 Pompa sentrifugal aliran campur. ... 10

Gambar 2.5 Pompa aliran aksial. ... 10

Gambar 2.6 Pompa impeler tebuka dan dan impeler tertutup ... 11

Gambar 2.7 Pompa volut ... 11

Gambar 2.8 Pompa diffuser ... 12

Gambar 2.9 Pompa bertingkat banyak ... 13

Gambar 2.10 Pompa poros vertikal dan poros horisontal ... 13

Gambar 2.11 Instalasi Pompa ... 14

Gambar 2.12 Diagram Moody ... 17

Gambar 2.13 Proses kavitasi ... 20

Gambar 2.14 Kerusakan impeller akibat kativasi ... 21

Gambar 3.1 Pompa ... 26

Gambar 3.2 Pipa PVC ... 27

Gambar 3.3 Meteran air (water meter) ... 27

Gambar 3.4 Katup ... 28

Gambar 3.5 Elbow ... 28

(13)

Gambar 3.7 Pompa Sentrifugal susunan seri ... 30 Gambar 4.1. Skema pompa tunggal ... 33 Gambar 4.2. Diagram moody hubungan antara kekerasan relative dan

bilangan reynold pada pompa tunggal ... 35 Gambar 4.3. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air

pompa tunggal ... 40 Gambar 4.4. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air

pompa tunggal ... 41 Gambar 4.5. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor

pada pompa tunggal ... 41 Gambar 4.6. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor

pada pompa tunggal ... 43 Gambar 4.7. Inersia pada impeller pompa ... 45 Gambar 4.8. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pada

pompa tunggal ... 48 Gambar 4.9. Skema pompa susunan seri ... 50 Gambar 4.10. Diagram Moody hubungan antara bilangan reynold dan

kekasaran relative pada pompa seri ... 51 Gambar 4.11. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air

pompa susunan seri ... 57 Gambar 4.12. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air

(14)

Gambar 4.13. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor

pada pompa susunan seri ... 58 Gambar 4.14. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor

pada pompa susunan seri ... 59 Gambar 4.15. Inersia pada impeller pompa ... 61 Gambar 4.16. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pada

susunan seri ... 64 Gambar 4.17. Grafik perbandingan kapasitas air pompa tunggal dan pompa

susunan seri ... 65 Gambar 4.18. Grafik perbandingan kecepatan air pompa tunggal dan pompa susunan seri ... 65 Gambar 4.19. Grafik perbandingan efisiensi pompa tunggal dan pompa

susunan seri ... 66 Gambar 4.20. Grafik perbandingan head losses mayor pompa tunggal dan

pompa susunan seri ... 66 Gambar 4.21. Grafik perbandingan head losses minor pompa tunggal dan

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Hasil pengukuran volume air pada pompa tunggal ... 32

Tabel 4.2 Kapasitas air untuk setiap bukaan katup pada pompa tunggal ... 33

Tabel. 4.3 Head losses mayor untuk setiap bukaan katup ... 40

Tabel 4.4 Koefisien kerugian pipa ... 42

Tabel 4.5 Head losses minor untuk setiap bukaan katup ... 42

Tabel 4.6 Efisiensi pompa tunggal untuk setiap bukaan katup ... 47

Tabel 4.7 Hasil pengukuran volume air pada pompa susunan seri ... 48

Tabel 4.8 Kapasitas air untuk setiap bukaan katup pompa susunan seri .... 48

Tabel. 4.9 Head losses mayor untuk setiap bukaan katup ... 56

Tabel 4.10 Koefisien kerugian pipa pompa Susunan seri ... 58

Tabel 4.11 Head losses minor untuk setiap bukaan katup ... 59

(16)

ABSTRAK

(17)

ABSTRACT

The pump is a device or machine used to move liquids from one place to

another through a media pipeline by adding energy to the liquid is removed and

continues over time. To investigate the characteristics of a single pump and pump

arrangement of the testing series of characters by using the same pump

specification. From the test results on the maximum water capacity of a single

75.6%.

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifat hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan fluida sehingga sehingga dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dipindahkan adalah fluida incompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan. Dalam kondisi tertentu pompa dapat digunakan untuk memindahkan zat padat yang berbentuk bubukan atau tepung.

Prinsip kerja pompa adalah menghisap dan melakukan penekanan terhadap fluida. Pada sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa dengan permukaan fluida yang dihisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi.

Pompa yang dipergunakan sebelumnya harus diketahui karakteristik pada kondisi kerja yang berbeda, dengan demikian dapat ditentukan batas-batas kondisi kerja dimana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini perlu dilakukan karena pada kenyataannya sangat sulit memastikan performansi pompa pada kondisi kerja yang sebenarnya.

Sedangkan pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah energi mekanik ke dalam energi hidrolik melalui aktivitas sentrifugal, yaitu tekanan fluida yang sedang di pompa. selain itu pompa sentrifugal merupakan salah satu alat industri yang simpel, tapi sangat diperlukan.

(19)

Proses kerja pompa sentrifugal yaitu aliran fluida yang radial akan menimbulkan efek sentrifugal dari impeler diberikan kepada fluida. Jenis pompa sentrifugal atau kompresor aliran radial akan mempunyai head yang tinggi tetapi kapasitas alirannya rendah. Pada mesin aliran radial ini, fluida masuk melalui bagian tengah impeler dalam arah yang pada dasarnya aksial. Fluida keluar melalui celah-celah antara sudut dan piringan dan meninggalkan bagian luar impeler pada tekanan yang tinggi dan kecepatan agak tinggi ketika memasuki casing atau volute. Volute akan mengubah head kinetik yang berupa kecepatan buang tinggi menjadi head tekanan sebelum fluida meninggalkan pipa keluaran pompa. Jika casing dilengkapi dengan sirip pemandu (guide vane), pompa tersebut disebut diffuser atau pompa turbin. Impeler yaitu bagian dari pompa yang berputar yang mengubah tenaga mesin ke tenaga kinetik. Volute yaitu bagian dari pompa yang diam yang mengubah tenaga kinetik ke bentuk tekanan.

1.2 MAKSUD DAN TUJUAN PENGUJIAN

Maksud dari tugas akhir ini adalah merupakan bagian penelitian dan pengembangan modifikasi peralatan alat pengujian di laboratorium pengujian mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dengan adanya modifikasi alat ini diharapkan mahasiswa lebih mudah memahami karakteristik pompa, khususnya untuk pompa sentrifugal, terutama untuk rangkaian seri dan paralel.

Tujuan dari pembuatan alat ini adalah:

1. Mengetahui kurva karakteristik pada pompa dengan kapasitas maksimum 28 liter/menit dan diameter pipa ¾ inchi.

2. Untuk mengetahui uji performansi pompa berkapasitas maksimum 28 liter/menit bila diserikan dengan karakteristik yang sama.

3. Memahami perbandingan pompa tunggal dengan pompa susunan seri dengan karakteristik yang sama.

1.3. PERUMUSAN MASALAH

Alat pengujian ini menggunakan pompa yang memiliki spesifikasi yang sama, alat pengujian ini dipasang dengan rangkaian seri..

(20)

Untuk dapat menghasilkan kurva karakteristik pompa, instalasi pengujian harus dapat memberikan variasi kondisi kerja pada pompa yang diuji.

Variasi kondisi kerja dapat dilakukan dengan mengatur head dan debit yang dibangkitkan pompa. Dengan cara ini akan diketahui karakteristik pompa untuk setiap kondisi kerja.

Data-data yang diperlukan untuk menentukan karakteristik pompa dapat diperoleh dengan cara melakukan pengukuran, sehingga diperoleh data-data sebagai berikut:

1. Debit

2. Putaran pompa 3. Tekanan keluar

1.4 BATASAN MASALAH

Untuk mengetahui karakteristik pompa sentrifugal dengan kapasitas maksimum 28 liter/menit bila dirangkai secara seri, rangkaian pengujian harus dapat memberikan variasi kondisi kerja kepada pompa yang diuji. Oleh karena itu, dalam pembuatan alat pengujian berpegang pada pembatasan masalah berikut:

1. Pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal dengan kapasitas maksimum 28 liter/menit.

2. Variasi kondisi kerja yang akan diuji pada pengujian ini adalah pompa tunggal dan rangkaian pompa disusun secara seri.

3. Jumlah pompa sentrifugal yang digunakan untuk rangkaian seri adalah 3 unit.

1.5. METODOLOGI

Metodologi yang digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat ini adalah: 1. Studi Pustaka

Studi pustaka merupakan langkah yang dilakukan setelah menentukan pokok permasalahan. Metode ini bertujuan untuk memperoleh teori-teori dasar dan prosedur perancangan yang berkaitan dengan materi yang ditulis.

(21)

2. Survei Lapangan

Survei lapangan dilakukan untuk memperoleh data-data yang diperlukan dalam pembuatan alat uji. Data-data ini bisa berupa data tentang pompa, rangkaian, dan material-material dari setiap komponen.

3. Pembuatan Alat Pengujian

Pada langkah ini dilakukan penyusunan komponen untuk pembuatan instalasi pengujian yang telah direncanakan sebelumnya.

4. Pengujian

Pada langkah ini dilakukan pengujian karakteristik pompa tunggal dan pompa susunan seri-paralel dimana dilakukan dengan pencekikan katup tekan.

1.6. SISTEMATIKA PENULISAN LAPORAN

Sistematika penulisan laporan pengujian adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang, maksud dan tujuan, perumusan masalah, pembatasan masalah, metodologi dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Berisi tentang dasar teori pompa, dasar perhitungan pada alat yang didesain

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Berisi tentang apa saja yang digunakan pada rangkaian pengujian pompa dan prosedur pengambilan data.

BAB IV ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN

Berisi tentang cara pengujian dan pengolahan data.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 TEORI DASAR POMPA SENTRIFUGAL

Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis (kerja putar poros) yang digunakan untuk menaikkan cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi atau untuk mengalirkan cairan dari daerah bertekanan rendah ke daerah yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan perpipaan. Hal ini dicapai dengan membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau suction dan tekanan yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa.

Pompa sentrifugal merupakan pilihan utama para insinyur dalam aplikasipompa. Hal ini di karenakan pompa sentrifugal sangat sederhana dan serbaguna.Pompa sentrifugal diperkenalkan oleh Denis Papin tahun 1689 di Eropa dandikembangkan di Amerika Serikat pada awal tahun 1800-an. Pada awalnya pompaini dikenal sebagai baling-baling Archimedean.

Pada saat itu diproduksi untuk aplikasi head rendah yang mana fluida bercampur sampah dan benda padat lainnya. Dan awalnya mayoritas aplikasi pompa menggunakan pompa positive_displacement. Pompa sentrifugal saat pertama dibuat Tingkat kepopuleran pompa sentrifugal dimulai sejak adanyapengembangan motor elektrik kecepatan tinggi (high speed electric motors), turbin uap, dan mesin pembakaran ruangan (internal combustion engines).

Sejak tahun 1940-an, pompa sentrifugal menjadi pompa pilihan untuk berbagai aplikasi. Riset dan pengembangan menghasilkan peningkatkan kemampuan dan dengan ditemukannya material konstruksi yang baru membuat pompa memiliki cakupan bidang yang sangat luas dalam penggunaannya. Sehingga tidak mengherankan jika hari ini ditemukan efisiensi 93% lebih untuk pompa besar dan 50% lebih untuk pompa kecil. Pompa sentrifugal modern mampu mengirimkan hingga 1,000,000,_(gl/min) dengan head hingga 300 feet yang biasanya dipakai pada industri tenaga nuklir. Dan boiler feed pump telah dikembangkan sehingga dapat mengirimkan 300 (gl/min) dengan head lebih dari

(23)

1800 feet. Pada fase selanjutnya pompa sentrifugal ini paling banyak digunakan di pabrik kimia. Pompa sentrifugal biasa digunakan untuk memindahkan berbagai macam fluida, mulai dari air, asam sampai Slurry atau campuran cairan dengan katalis padat (solid). Dengan desain yang cukup sederhana, pompa sentrifugal bisa disebut sebagai pompa yang paling populer di industri kimia.

2.2 PENGERTIAN DAN CARA KERJA POMPA

Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan mesin kerja. Pompa berfungsi untuk merubah energi mekanis (kerja putar poros) menjadi energi fluida dan tekanan.

Suatu pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeler atau lebih yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang dipasangkan pada poros yang berputar dan diselubungi dengan/oleh sebuah rumah (casing).Fluida mamasuki impeler secara aksial di dekat poros dan mempunyai energi potensial, yang diberikan padanya oleh sudu-sudu.Begitu fluida meninggalkan impeler pada kecepatan yang relatif tinggi, fluida itu dikumpulkan didalam ‘volute’ atau suatu seri laluan diffuser yang mentransformasikan energi kenetik menjadi tekanan.Ini tentu saja diikuti oleh pengurangan kecepatan. Sesudah konversi diselesaikan, fluida kemudian dikeluarkan dari mesin tersebut.

Aksi itu sama untuk pompa-pompa dengan kekecualian bahwa volume gas adalah berkurang begitu gas-gas tersebut melewati blower, sementara volume fluida secara praktis adalah tetap begitu begitu fluida tersebut melewati pompa. Pompa-pompa sentrifugal pada dasarnya adalah mesin-mesin berkecepatan tinggi (dibandingkan dengan jenis-jenis torak, rotary, atau pepindahan). Perkembangan akhir-akhir ini pada turbin-turbin uap, dan motor-motor listrik dan disain-disain sistem gigi kecepatan tinggi telah memperbesar pemakaian dan penggunan pompa-pompa sentrifugal, seharusnya dapat bersaing dengan unit-unit torak yang ada.

Garis-garis effesiensi adalah garis yang menyatakan effesiensi yang sama untuk hubungan head dengan kapasitas atau daya dapat di tentukan batasan putaran maksimum dan minimum dengan kata lain untuk mendapatkan daerah

(24)

operasi yang terbaik jika dilihat dari segi putaran pompa. Dan keuntungannya adalah sebagai berikut :

1. Kontruksi yang lebih sempurna 2. Lebih mudah dioperasikan 3. Biaya perawatan yang rendah

4. Dapat di kopel langsung dengan elektromotor

Kerugiannya :

1. Effesiensi rendah pada kapasitas tinggi

2. Adanya kerugian pada pipa hisap karena bocor pada saat beroperasi

Gambar 2.1 Lintasan aliran cairan pompa sentrifugal

(sumbe

2.3 BAGIAN-BAGIAN DARI POMPA

Adapun bagian-bagian dari pompa, antara lain sebagai berikut: 1

Gambar 2.2 Bagian – Bagian dari pompa

(25)

Keterangan gambar:

A. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompamenembus casing.

B. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros.Biasanya terbuat dari asbes atau Teflon.

C. Shaft (Poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dantempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

D. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.

E. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

F. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yangberputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempatmemberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadienergi dinamis (single stage).

G. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

H. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatanpada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terusmenerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuksebelumnya.

(26)

I. Wearing Ring

Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casingdengan impeller.

J. Bearing

Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapatberputar, baik berupa beban radial maupun beban axial.Bearing juga memungkinkan porosuntuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesekmenjadi kecil.

2.4 KLASIFIKASI POMPA

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu :

2.4.1. Menurut jenis aliran dalam impeller 1.Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Gambar 2.3 Pompa sentrifugal aliran radial

(sumbe

2. Pompa aliran campur

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial

(27)

Gambar 2.4 Pompa sentrifugal aliran campur

(sumbe

3. Pompa aliran aksial

Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial)

Gambar 2.5 Pompa aliran aksial

(sumbe

2.4.2 Menurut jenis impeler

1. Impeler tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran.

(28)

Gambar 2.6 Pompa impeler terbuka dan impeler tertutup

(sumbe

2. Impeler setengah terbuka

Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya : air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan.

3. Impeler terbuka

Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang. Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk pemompaan zat cair yang banyak mengandung kotoran.

2.4.3 Menurut bentuk rumah 1. Pompa volut

Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.

Gambar 2.7 Pompa Volut

(29)

2. Pompa diffuser

Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah keong.

Gambar 2.8 Pompa diffuser

(sumbe

3. Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah volut.

2.4.4. Menurut jumlah tingkat

1. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah.

2. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing‐masing impeler sehingga relatif tinggi.

(30)

Gambar 2.9 Pompa bertingkat banyak

(sumbe

2.4.5. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal dan poros vertikal seperti pada gambar berikut ini :

Gambar 2.10 Pompa poros vertikal dan poros horisontal

(sumbe

2.5 KAPASITAS POMPA

Kapasitas Q adalah kapasitas volume flow eksternal per satuan waktu dalam m3/s (juga sering digunakan l/s dan m3/h). Kekurangan fluida, kebocoran dan lain nya tidak dihitung sebagai kapasitas.

(31)

Kapasitas (Q) biasanya dinyatakan dalam m3/s. Fluida pada dasarnya berhubungan langsung antara kapasitas dalam pipa dan kecepatan aliran. Hubungan ini adalah sebagai berikut:

V = �

�...(2.1) [Lit. 4] Dimana,

V = Kecepatan aliran (m/s) Q = Kapasitas aliran (m3/s) A = Luas penampang (m2)

2.6 HEAD POMPA

Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair,yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.

Gambar 2.11 Instalasi pompa

(sumber:http://pump.com/centrifugalpump)

Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

(32)

�P = hd+hs+ hf+ hm...(2.2) [Lit.3] Dimana ,

Hp = Head statispompa [m] hd = Head discharge[m] hs = Head suction [m] hf = Head losses mayor [m] hm = Head losses minor [m]

Apabila permukaan air berubah-ubah dengan perbedaan besar, head statis total harus ditentukan dengan mempertimbangkan karakteristik pompa, besarnya selisih perubahan permukaan air, dan dasar yang di pakai untuk menentukan jumlah air yang harus di pompa.

2.7 HEAD KERUGIAN

Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian terdiri atas head kerugian gesek di dalam pipa-pipa, dan head kerugian di dalam belokan-belokan, reduser, katup-katup, dsb. Di bawah ini akan di berikan cara menghitungnya, satu per satu.

2.7.1 Head kerugian gesek dalam pipa

Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat di pakai rumus berikut :

hƒ = f� �

�2

2�……...………....…...(2.3) [Lit.6] Di mana,

υ = Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa [m/s] hƒ = Head kerugian gesek dalam pipa [m]

f = Koefisien kerugian gesek g = Percepatan grafitasi (9,8 m/s2) L = Panjang pipa [m]

(33)

Selanjutnya, untuk aliran yang laminar dan yang turbulen terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminier atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds :

Re = ��

�…...…...….……....…..(2.4) [Lit.4] Dimana,

Re = Bilangan Reynolds

υ = Kecepatan Rata-rata air didalam pipa [m/s] D = Diameter dalam pipa [m]

V = Viskositas kinematik cat cair [m2/s]

Pada Re < 2300,Aliran bersifat laminier. Pada Re > 4000,Aliran bersifat turbulen.

Pada Re = 2300 – 4000 Terdapat daerah transisi, dimana aliran dapat bersifat laminier atau turbulen tergantung pada kondisi pipa atau aliran.

1. Aliran laminier

Dalam hal aliran laminier,koefisien kerugian gesek untuk pipa (f) dalam persamaan 2.9 dapat dinyatakan dengan:

f =

�� ……...……...……..(2.5) [Lit.4]

2. Aliran Turbulen

Untuk menghitung kerugian gesek pada pipa pada aliran turbulen terdapat berbagai rumusempiris. Dibawah ini akan diberikan cara perhitungan dengan rumus Darcy dan Hazen Williams.

a. Rumus Hazen-william

Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relative sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum.Bentuknya serupa dengan persamaan 2.5 dan diyatakan sebagai berikut.

hƒ =10.666�1,85

(34)

Dimana,

C = Koefisien seperti diberikan dalam table hƒ = Kerugian head [m]

Q = Laju aliran [m3/s] L = Panjang pipa [m]

b. Menggunakan diagram Moody

Untuk mencari koefisien gesek pipa (f) dapat menggunakan diagram Moody seperti yang ditunjukkan pada gambar

Gambar 2.12 Diagram Moody

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

(35)

2.7.2 Head Kerugian dalam jalur pipa

Dalam aliran melalui jalur pipa,kerugian akan terjadi apabila ukuran pipa bentuk penampang,atau arah aliran berubah,kerugian head ditempat-tempat transisi yang dimiliki itu dapat dinyatakan secara umum dengan rumus

ℎm= ∑ �.�

2�……...(2.8) [Lit.4] Dimana

υ = Kecepatan rata-rata didalam pipa [m/s] K = Koefisien kerugian

g = Percepatan grafitasi [9,8 m/s2] hm = Kerugian head [m]

2.8 HEAD KECEPATAN

Persamaan head kecepatan adalah sebagai berikut: Hk = ��

2.�

-��2

2.� ...….…………..(2.9) [Lit.6]

Dimana,

Hk = Head Kecepatan [m]

Vd = Kecepatan zat cair pada saluran tekan [m/s]

Vs = Kcepatan zat cair pada saluran isap [m/s]

g = Percepataan Grafitasi [m/s2]

2.9 DAYA AIR

Persamaan untuk mencari daya air adalah sebagai berikut:

Pa= ρ.Q.g.H ...……...…………..(2.10) [Lit.1]

Dimana,

Pa = Daya hidrolik pompa [Watt]

Q = Kapasitas pompa [m3/s] H = Total head pompa [m] ρ = Massa jenis air [Kg/m3]

(36)

2.10 EFISIENSI POMPA

Persamaan untuk mencari efisiensi pompa adalah sebagai berikut:

�= �a

�pt � 100%

...(2.11) [Lit.1]

Dimana,

η = Efisiensi Pa = Daya air [Watt]

Ppt = Daya poros pompa [Watt]

2.11 KAVITASI

Pada sistem pemipaan yang menggunakan pompa sentrifugal sangat mungkin terjadi kavitasi yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan perbedaan penampang yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan sampai turun di bawah tekanan uap jenuhnya sehingga menyebabkan terjadinya fenomena yang disebut kavitasi.

Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang dipompa akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar dari pada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Gejala kavitasi yang timbul pada pompa biasanya ada suara berisik dan getaran, unjuk kerjanya menjadi turun, kalau dioperasikan dalam jangka waktu lama akan terjadi kerusakan pada permukaan dinding saluran. Permukaan dinding saluran akan berlubang-lubang karena erosi kavitasi sebagai tumbukan gelembung-gelembung yang pecah pada dinding secara terus-menerus dapat dilihat pada Gambar 2.1

(37)

Gambar 2.13 Proses kavitasi

(sumbe

2.11.1. Penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal

Pompa sentrifugal mempunyai sifat-sifat teknis yang harus dipenuhi agar dapat beroperasi dengan baik. Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada pompa tipe ini adalah gagalnya pompa dalam proses priming, sehingga pompa tidak bisa mengisap dan akhirnya gagal pemompaan serta menyebabkan kerusakan pada bagian-bagian pompa.

Ada beberapa penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal diantaranya, adalah : 1. Vaporation ( penguapan)

2. Internal Recirculation (sirkulasi balik di dalam sistem) 3. Turbulance (pergolakan aliran)

4. Vane Passing Syndrome

Cara menghindari proses kavitasi yang paling tepat adalah dengan memasang instalasi pompa dengan NPSH yang tersedia lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan. NPSH yang tersedia bisa diusahakan oleh pemakai pompa sehingga nilainya lebih besar dari NPSH yang diperlukan.

Berikut ini hal-hal yang diperlukan untuk instalasi pompa.

1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang diisap harus dibuat serendah mungkin agar head statis lebih rendah pula. Pipa isap

(38)

harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa dipakai pipa isap yang panjang, sebaiknya diambil pipa yang berdiameter satu nomor lebih besar untuk mengurangi kerugian gesek.

2. Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar (bagian yang mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan rendah).

3. Tidak dibenarkan untuk mengurangi laju aliran dengan menghambat aliran disisi isap.

4. Head total pompa harus ditentukan sedemikian hingga sesuai dengan yang diperlukan pada kondisi operasi yang sesungguhnya.

5. Jika head pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head terendah harus diadakan pengamanan terhadap terjadinya kavitasi.

6. Menghindari instalasi perpipaan berupa belokan-belokan tajam, karena belokan yang tajam kecepatan fluida akan meningkat sedangkan tekanan fluida akan turun sehingga menjadi rawan terhadap kavitasi.

Gambar 2.14 Kerusakan impeller akibat kavitasi

(sumbe

2.11.2Net Positive Suction Head (NPSH)

Gejala kavitasi terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun sampai dibawah tekanan uap jenuhnya.Kavitasi banyak terjadi pada sisi isap pompa, untuk mencegahnya nilai head aliran pada sisi hisap harus diatas nilai

head pada tekanan uap jenuh zat cair pada temperatur bersangkutan. Pengurangan

head yang dimiliki zat cair pada sisi isapnya dengan tekanan zat cair pada tempat tersebut dinamakan NetPositif Suction Head (NPSH) atau Head Isap Positif Neto

yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi. Ada dua macam NPSH yaitu NPSH tersedia pada instalasi dan NPSH yang diperlukan pompa.

(39)

Gejala kavitasi terjadi pada titik terdekat setelah sisi masuk sudu impeller di dalam pompa. Di daerah tersebut, tekanan lebih rendah daripada tekanan pada lubang isap pompa.Hal ini disebabkan zat cair mengalir melalui nozel isap sehingga kecepatannya naik. Dengan kenaikan kecepatan, tekanan zat cair menjadi turun.

1. Net Positive Suction Head Available (NPSH yang tersedia)

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi hisap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut. Dalam hal pompa yang menghisap zat cair dari tempat terbuka, maka besarnya NPSH yang tersedia dapat dituliskan seperti persamaan

Dimana:

ℎ��=�_�� -�_�� -ℎ�- ℎ��...(2.12) [Lit.6] Dimana,

hsv = NPSH yang tersedia Pa = Tekanan atmosfir [kg/m2] Pv = Tekanan uap jenuh [kg/m2]

γ = Berat zat cair per satuan volume [kg/m3]

hs = Head hisap statis (m), hs adalah positif (bertanda +) jika pompa terletak diatas permukaan zat cair, dan negatif (bertanda -) jika dibawah.

Hls = Kerugian head didalam pipa hisap [m]

Jika zat cair dihisap dari tangki tertutup, maka harga Pa menyatakan tekanan mutlak yang bekerja pada permukaan zat cair didalam tangki tertutup tersebut. Khususnya jika tekanan diatas permukaan zat cair sama dengan tekanan uap jenuhnya, maka Pa = Pv. Dalam hal pompa yang menghisap zat cair dari tempat terbuka, maka besarnya NPSH yang tersedia dapat dituliskan Harga hs adalah negatif (-) karena permukaan zat cair didalam tangki lebih tinggi dari pada sisi hisap pompa. Pemasangan pompa semacam ini diperlukan untuk mendapatkan harga NPSH (hsv) positif.

(40)

2.Net Positive Suction Head Required (NPSH yang diperlukan)

Tekanan terendah didalam pompa biasanya terdapat disuatu titik dekat setelah sisi masuk sudu impeller ditempat tersebut, tekanan adalah lebih rendah dari pada tekanan pada lubang hisap pompa.Hal ini disebabkan oleh kerugian

head dinosel hisap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat.Agar tidak terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada lubang masuk pompa dikurangi dengan penurunan tekanan didalam pompa harus lebih tinggi dari pada tekanan uap zat cair.Head tekanan yang besar sama dengan penurunan tekanan ini disebut NPSH yang diperlukan atau Net Positive Suction Head Required (NPSHR). Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap pompa.Untuk suatu pompa tertentu, NPSH yang diperlukan berubah menurut kapasitas dan putarannya.

(41)

BAB III

METODOLOGI PENGUJIAN

3.1 VARIABEL YANG DIAMBIL

Dari perangkat percobaan yang digunakan terdapat beberapa variabel yang diamati terdiri dari variabel terkontrol, variabel bebas dan variable terikat. Dimana -Variabel terkontrol : putaran poros pompa diukur dengan tachometer. - Variable bebas : bukaan katub pengukuran.

- Variable terikat terdiri dari : a. head b. dayaporos c. daya air d. efisiensi

Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian pompa tunggal

Yakni melakukan pengujian terhadap karakterik pompa tunggal dan mencatat data seperti volume air, putaran poros pompa, dan waktu dengan variasi bukaan katup yakni 100%, 75%, 50%, 25%, dan 10%.

2. Pengujian pompa susunan seri

Yakni melakukan pengujian terhadap karakterik pompa seri dan mencatat data seperti volume air, putaran poros pompa, dan waktu dengan variasi bukaan katup yakni 100%, 75%, 50%, 25%, dan 10%.

3.2 METODOLOGI PERCOBAAN

Metodologi yang digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat ini adalah

(42)

1. Studi pustaka

Pada langkah ini dilakukan penyusunan komponen untuk pembuatan instalasi pengujian yang telah direncanakan sebelumnya.

3. Pengujian

Pada langkah ini dilakukan pengujian karakteristik pompa tunggal dan pompa susunan seri dimana dilakukan dengan pencekikan katup tekan.

3.3 WAKTU DAN TEMPAT

Pengujian dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama lebih kurang 2 minggu. Sedangkan pembuatan alat di mulai pada bulan Januari dan selesainya pada bulan Maret tahun 2012.

3.4 ALAT DAN BAHAN

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian karakteristik pompa susunan seri dengan spesifikasi sama, yakni:

3.4.1 Alat

Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari:

1. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas 10&12, kunci inggris pipa, 2. kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, Kunci Chane, Tool posh

3. Mesin gerinda 4. Mesin las 5. Mesin Bor 6. Mesin Potong

(43)

3.4.2 Bahan

Adapun bahan yg digunakandalam pembuatan Skripsi ini yaitu 1. Pompa

Pompa berfungsi untuk mengalirkan fluida. Pompa yang digunakan dalam pengujian adalah jenis pompa sentrifugal.

Gambar 3.1 Pompa

Adapun spesifikasi pompa yang digunakan yakni sebagai berikut: Merek : Shimizu

Jumlah : 3 unit Model : PS 135 E

U : 1x220V

n : 2.900 rpm

f : 50 Hz

I : 1,3 A

H : 20 - 5 mm

Temp. air : Max 40ºc Q : 10 – 28 ℓ / mnt Pressure on : 1,1kgf / cm2 Pressure off : 1,8kgf / cm2 PipaHisap : 25 mm Pipa dorong : 25 mm

(44)

1. Pipa PVC

Pipa PVC digunakan untuk saluran aliran fluida. Pada pengujian karakteristik pompa disusun secara seri dengan spesifikasi sama, diambeter pipa yang digunakan adalah ¾ inchi dan panjang pipa keseluruhan adalah 2,4 m.

Gambar 3.2 Pipa PVC

2. Meteran air (Water meter)

Dalam pengujian karakteristik pompa disusun secara seri dengan spesifikasi sama, meteran air ini digunakan untuk mengukur volume air hasil kinerja pompa.

(45)

2. Katup

Dalam pengujian karakteristik pompa disusun secara seri dengan spesifikasi sama, katup digunakan untuk menghubung dan memutus aliran air. Jumlah keseluruhan katup dalam pengujian adalah 10 buah dengan diameter katup yakni 0,0191 m.

Gambar 3.4 Katup 3. Elbow

Dalam pengujian karakteristik pompa disusun secara seri dengan spesifikasi sama, elbow digunakan untuk membelokkan pipa. Jumlah keseluruhan elbow yang digunakan dalat alat uji ini adalah 17 buah dengan sudut lekukan 90o.

(46)

4. Pressure gauge

Dalam pengujian karakteristik pompa disusun secara seri dengan spesifikasi sama, pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan air. Jumlah pressure gauge yang digunakan dalam alat uji ini adalah 2 buah. Dimana 1 buah pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan pada pompa tunggal dan yang lain digunakan untuk mengukur tekanan pompa yang disusun secara seri.

Gambar 3.6 Pressure gauge

3.5 RANCANG BANGUN INSTALASI

Untuk mengetahui karakteristik pompa disusun secara seri dengan spesifikasi sama maka dilakukan perancangan alat uji dengan 3 unit pompa spesifikasi sama, instalasi perpipaan, dan pembuatan instalasi reservoar.

(47)

Gambar 3.7 Pompa Sentrifugal susunan seri

3.6 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :

1. Dataprimer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing – masing pengujian.

2. Data sekunder, merupakan data tentang karakteristik pompa yang digunakan dalam pengujian.

(48)

Flowchart Pengujian Karateristik Pompa Disusun Secara Seri

Dengan Spesifikasi Sama.

Tidak Mulai

Studi Literatur

Survey Pompa digunakan

Penentuan Instalasi Pipa

Perhitungan Head

Rancang Bangun Instalasi Pompa Di Susun Secara Seri

Pengujian Pompa Di Susun Secara Seri Dengan Variasi Bukaan Katup

Kesimpulan Dan Saran

Selesai

Buku-buku Pedoman Jurnal-jurnal pendukung dan Spesifikasi Pompa

(49)

BAB IV

ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN

4.1 KARAKTERISTIK POMPA TUNGGAL

4.1.1 Kapasitas aktual dan head pompa

• Kapasitas aktual pompa

Pengukuran dilakukan dengan mengukur volume air menggunakan meteran air pada waktu 60 detik. Hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.1 dibawah ini.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran volume air pada pompa tunggal

Pengukuran Bukaan Katup (%)

Volume (m3)

Waktu (s)

Tekanan (kgf/cm2)

I 100 0,030 60 0,1

II 75 0,027 60 0,3

III 50 0,020 60 0,5

IV 25 0,012 60 0,7

V 10 0,007 60 1,0

Untuk mencari kapasitas air dapat menggunakan persamaan berikut: � = ��

��

Sehingga kapasitas air pada bukaan katup 100% adalah: � = 0,030

Q = 0,0005 m3/s

Dengan menggunakaan persamaan yang sama kapasitas air untuk setiap bukaan dapat dilihat pada tabel 4.2 dibawah ini.

(50)

Tabel 4.2 Kapasitas air pompa tunggal untuk setiap bukaan katup

Bukaan Katup (%) Kapasitas Air (m3/s)

100 0,0005

75 0,00045

50 0,0003

25 0,0002

10 0,0001

• Head suction (Hs) dan head discharge (Hd)

Head instalasi yang digunakan dapat dilihat pada gambar 4.1 dibawah ini.

Gambar 4.1 Skema pompa tunggal • Panjang pipa yang digunakan pada instalasi

Panjang keseluruhan pipa ¾ inchi yang digunakan pada pengujian pompa tunggal adalah 1,8 m.

• Head losses mayor pada instalasi pompa tunggal

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 100% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2� Dimana,

� = � � � = ��

4�2

POMPA

Z1= 43 cm Z2 = 26 cm

(51)

� = ₃,140,0005

4 0,01912

V = 1,75 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 100 % adalah sebesar 1,75 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus diketahui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 25oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .1,75 .0,0191 0,000894

Re = 37193,6 (Turbulen)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

�……...……...(2.7) [Lit.4]

Dimana: untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 3700 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

ℎf= �._��.�

2� ℎf= 0,011. 1

0,0191.

1,752

2.9,81 hf = 0,15 m

(52)

Gambar 4.2 Diagram moody hubungan antara kekerasan relative dan bilangan reynold pada pompa tunggal

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 75% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2� Dimana,

� = � � � = ��

4�2

� = ₃,140,00045 4 0,01912

(53)

V = 1,57 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 75% adalah sebesar 1,57 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus diketahui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .1,57 .0,0191 0,000894

Re = 33474,24 (Turbulen)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

� ……...……... (2.7) [Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 33000 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011

Maka,

ℎf= �._��.�

2� ℎf= 0,011. 1

0,0191.

1,572

2.9,81 hf = 0,12 m

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 50% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2� Dimana,

� = � �

(54)

� = �� 4�2

� = ₃,140,0003 4 0,01912

V = 1,05 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 50% adalah sebesar 1,05 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus diketahui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��_�

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .1,05 .0,0191 0,000894

Re = 22316,16 (Turbulen)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

�……...……... (2.7) [Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 22000 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

ℎf= �._��.�

2� ℎf= 0,011. 1

0,0191.

1,052

2.9,81 hf = 0,058 m

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 25% menggunakan persamaan berikut:

(55)

ℎf= �._��.� 2 2� Dimana, � = �_� � = ��

4�2

� = ₃,140,0002 4 0,01912

V = 0,7 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 25% adalah sebesar 0,7 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus diketahui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .0,7 .0,0191 0,000894

Re =14877,44 (Turbulen)

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 15000 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

ℎf=�._��.�

2� ℎf= 0,011. 1

0,0191.

0,72

2.9,81 hf = 0,024 m

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 10% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

(56)

Dimana, � = �

� � = ��

4�2

� = ₃,140,0001 4 0,01912

V = 0,35m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 10% adalah sebesar 0,35 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus dikehaui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��_�

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .0,35 .0,0191 0,000894

Re =7438,72 (Turbulen)

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 7500 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011

Maka,

ℎf= �._��.�

2� ℎf= 0,011. 1

0,0191.

0,352

2.9,81 hf = 0,0064 m

Maka head losses mayor untuk setiap bukaan katup dapat ditabulasikan yang dapat dilihat pada tabel 4.2 dibawah ini.

(57)

Tabel. 4.3 Head losses mayor untuk setiap bukaan katup pompa tunggal Bukaan

Katup (%)

Debit (m3/s)

Kecepatan (m/s)

Bilangan Reynold

Koefisien Gesek

Head Losses Mayor (m)

100 0,0005 1,75 37193,6 0,011 0,15

75 0,00045 1,57 33474,24 0,011 0,12

50 0,0003 1,05 22316,1 0,011 0,058

25 0,0002 0,70 14877,4 0,011 0,024

10 0,0001 0,35 7438,72 0,011 0,0064

Dari tabel 4.3 diatas dapat dalam bentuk grafik untuk mengetahui lebih jelas fenomena pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas aliran.

Gambar 4.3 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air pompa tunggal

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka kapasitas aliran semakin besar. Kapasitas air bukaan katup 10% adalah 0,0001 m3/s sedangkan bukaan katup 100% adalah 0,0005 m3/s.

(58)

Gambar 4.4 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air pompa tunggal

Gambar diatas merupakan grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air pada pompa tunggal. Dapat dilihat kecepatan air maksimum adalah 1,75 m/s yakni pada bukaan katup 100%.

Selanjutnya untuk melihat pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.5 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor pada pompa tunggal

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka head losses mayor semakin besar. Dimana pada bukaan katup 10% head losses mayor adalah 0,0064 m sedangkan head losses mayor pada bukaan katup 100% adalah sebesar 0,15 m.

(59)

• Head losses minor pada instalasi pompa tunggal

Untuk mencari head losses minor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 100% menggunakan persamaan sebagai berikut:

ℎm= ∑ �.�

2�

ℎ

= 3,96.

,752

2.9,81

hm = 0,62 m

Tabel 4.4 Koefisien kerugian pipa pompa tunggal

N K ∑k

Elbow 90o 7 0,51 3,57 Katup Bola 2 0,05 0,10 Sisi Masuk 1 0,25 0,25 Sisi Keluar 1 0,04 0,04 3,96 Jadi harga Koefisien Kerugian pipa ¾ inchi ( ∑K ) = 3,96

Dengan menggunakan persamaan yang sama maka head losses minor untuk setiap bukaan katup dapat ditabulasikan.

Tabel 4.5 Head losses minor pompa tunggal untuk setiap bukaan katup Bukaan

Katup (%)

Debit (m3/s)

Kecepatan (m/s)

Head Losses Minor (m)

100 0,0005 1,75 0,62

75 0,00045 1,57 0,50

50 0,0003 1,05 0,22

25 0,0002 0,70 0,10

10 0,0001 0,35 0,02

Dari tabel 4.5 dapat ditampilkan grafik untuk melihat fenomena pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor.

(60)

Gambar 4.6 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor pada pompa tunggal

Dapat dilihat bahwa semakin besar bukaan katup maka head losses minor semakin besar. Head losess minor maksimum yakni pada bukaan 100% adalah sebesar 0,62 m.

• Head total pompa

Head statis pompa adalah pengurangan head discharge terhadap head suction. Dimana persamaan dapat ditulis sebagai berikut:

Hdischarge= �� 2 � +

�22

2� +�2� ...(Lit. 5) Hsuction= ��

1 � +

�12

2� +�1�...(Lit.5)

Sehingga persamaan head statis pompa adalah:

Hstatis = �� 2 � +

�22

2�+�2� − � �1

� + �12

2� +�1�...(Lit.5)

Head total pompa adalah penjumlahan head statis pompa dengan head losses total. Maka head total pompa adalah:

�p=�statis+�LT

�p=�discharge − �suction +�LT

�p= �� 2 � +

�22

2�+�2� − � �1

� + �12

(61)

Dimana, P2 = P1

V2 = V1

HLT = hf + hm

Maka,

HP = Z2 - Z1 + hf + hm

Hp = 0,26 - 0,43 + 0,15 + 0,62 Hp = 0,6 m

4.1.2 Daya pompa

• Daya Air

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada resevoar dengan muka air keluar pompa. Total energi yang tersedia merupakan energi potensial air yaitu:

Ep = mgh ...[Lit.7]

Daya merupakan energi tiap satuan waktu ��

�� sehingga persamaan diatas dapat dinyatakan sebagai:

� � =

�

� �ℎ ...[Lit.7] Dengan mensubtitusikan P terhadap ��

�� dan mensubtitusikan ρQ terhadap ��_�� maka persamaan energi air adalah:

Pa= ρ.Q.g.H ...[Lit.1] Sehingga daya air pada bukaan katup 100% adalah

Pa = 997,1.0,0005.9,81.0,6

Pa = 2,93 Watt

Dimana,

ρ = Massa jenis air (997,1 kg/m3) g = Grafitasi (9,81 m/s2)

• Daya Poros Pompa

(62)

��= ��

�� ...[Lit.7] � = ��

�...[Lit.7]

Dimana benda dengan kecepatan angular persamaan energi kinetik dapat ditulis sebagai berikut:

�� = 1

2��2...[Lit.7]

Sehingga persamaan daya dapat ditulis sebagai berikut: � =

1 2��2

�

Persamanaan kecepatan angular adalah sebagai berikut: � = �_� dimana � = 2�� ...[Lit.7] Maka,

� = 2��_�

Dengan melihat gambar dibawah ini sehingga didapatlah daya poros pompa, yakni:

Gambar 4.7 Inersia pada impeler pompa Kecepatan angular impeler pompa adalah sebagai berikut:

�p= �

� θp= 2πnp

Dimana,

Np= Putaran pompa (2900 rpm = 2900 rotasi per menit) , sehingga

R2 R3 Ri

(63)

t = 1 menit = 60 detik Sehingga diperoleh,

�p=2 π 2900

�p=18212 rad

Maka besar kecepatan sudut turbin tanpa pembebanan lampu,

�

=

�

=

18212 60

�

p=303,53 rad/s

Inersia pompa adalah total dari inersia rotor impeller dan total inersia sudu impeller. Dengan mengansumsikan rotor impeller adalah silinder berongga terhadap sumbu silinder. Inersia turbin dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:

�t=�r+� �bi

IP=

Mr(R22+R32)

2 +(Mi1Ri

2_+M

i2Ri2+Mi3Ri2)

Dimana,

Mi1 = Mi2 = Mi3 = 0,2 Kg

Mr =0,17 Kg

R1 = 0,025 m

R2 = 0,005 m

R3 = 0,003 m

Ri = 0

,025−0,005

2 + 0,003 = 0,013 m Sehingga,

�t= �

r��r2+�p2�

2 + (3�i1�i2) �t= 0

,17�0,0052+0,0032�

2 + (3 . 0,2 . 0,0132) �t= 0,000003 + 0,0001014

(64)

Sehingga daya pompa tunggal yang digunakan adalah:

�

=

1 2�p�p2

�

=

20,0001044.303,532

1 Ppt = 4,8Watt • Efisiensi pompa

Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya air terhadap daya poros pompa atau dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:

� = �a

�pt � 100%

...[Lit.1] � = 2,9

4,8 � 100%

� = 60,41 %

Dengan perhitungan yang sama seperti diatas maka efisiensi pompa tunggal dapat ditabulasikan seperti yang ditampilkan dalam tabel 4.6 dibawah ini.

Tabel 4.6 Efisiensi pompa tunggal untuk setiap bukaan katup Bukaan Katup

(%)

Kapasitas Air (m3/s)

Daya Air (Watt) Daya Poros (Watt) Efisiensi (%)

100 0,0005 2,93 4,8 60,41

75 0,00045 2,64 4,8 55

50 0,0003 1,7 4,8 35,4

25 0,0002 1,17 4,8 24,37

10 0,0001 0,58 4,8 12,08

Untuk melihat fenomena pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pompa maka tabel diatas dapat dibuat garafik seperti yang ditunjukkan dibawah ini.

(65)

Gambar 4.8 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pada pompa tunggal

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar bukaan katup maka semakin besar efisiensi pompa. Efisiensi pompa yang paling maksimum yakni pada bukaan katup 100% adalah sebesar 60,41%

4.2 KARAKTERISTIK POMPA DISUSUN SECARA SERI 4.2.1 Kapasitas aktual dan head pompa

• Kapasitas aktual pompa

Pengukuran dilakukan dengan mengukur volume air menggunakan meteran air pada waktu 60 detik. Hasil pengukuran dapat dilihat pada table 4.7 di bawah ini

Tabel 4.7 Hasil pengukuran volume air pada pompa susunan seri

Pengukuran Bukaan Katup

(%)

Volume (m3)

Waktu (s)

Tekanan (kgf/cm2)

I 100 0,032 60 0,1

II 75 0,029 60 0,2

III 50 0,027 60 0,9

IV 25 0,015 60 5,3

(66)

Untuk mencari kapasitas air dapat menggunakan persamaan berikut: � = ��_{��}

Sehingga kapasitas air pada bukaan katup 100% adalah: � = 0,₆₀032

Q = 0,00053 m3/s

Dengan menggunakaan persamaan yang sama kapasitas air untuk setiap bukaan dapat dilihat pada tabel 4.8 dibawah ini.

Tabel 4.8 Kapasitas air untuk setiap bukaan katup pompa susunan seri

Bukaan Katup (%) Kapasitas Air (m3/s)

100 0,00053

75 0,00048

50 0,00045

25 0,00025

10 0,00013

• Kapasitas tiap satuan pompa

Untuk mencari kapasitas tiap satuan pompa dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:

1 �t

=

�1

+

�2

+

�3

Dimana,

Q1 = Q2 = Q3

Sehingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut,

1 �t

=

�1

�1= 3�t Q1 = 3.0,00053 Q1 = 0,00159 m3/s

Maka kapasitas tiap satuan pompa adalah 0,00159 m3/s • Head suction (Hs) dan head discharge (Hd)

(67)

Gambar 4.9 Skema pompa susunan seri • Panjang pipa yang digunakan pada instalasi

Panjang keseluruhan pipa ¾ inchi yang digunakan pada pengujian pompa tunggal adalah 2,5 m.

• Head losses mayor pada instalasi pompa susunan seri

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 100% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2� Dimana,

� = �_� � = ��

4�2

� = 3,140,00053

4 0,01912

V = 1,85 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 100 % adalah sebesar 1,85 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus dikehaui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��_�

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 25oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .1,85 .0,0191 0,000894

POMPA1 POMPA2 POMPA

(68)

Re = 39425,21 (Turbulen)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

�……...……... (2.7) [Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 40000 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

ℎf= �._��.�

2� ℎf= 0,011. 2

0,0191.

1,852

2.9,81 hf = 0,25 m

Gambar 4.10 Diagram moody hubungan antara bilangan reynold dan kekasaran relative pada pompa seri

(69)

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 75% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2� Dimana,

� = �_� � = ��

4�2

� = ₃,140,00048 4 0,01912

V = 1,68 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 75% adalah sebesar 1,68 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus dikehaui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .1,68 .0,0191 0,000894

Re = 35705,85 (Turbulen)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

�……...……...(2.7) [Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 35000 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

ℎf= �._��.�

(70)

ℎf= 0,011. 2 ,5

0,0191.

1,682

2.9,81 hf = 0,2 m

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 50% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2 2� Dimana, � = � � � = ��

4�2

� = ₃,140,00045 4 0,01912

V = 1,57 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 50% adalah sebesar 1,57 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus dikehaui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1₀ .1,57 .0,0191

,000894

Re = 33474,24 (Turbulen)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

�……...……...[Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

(71)

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 33000 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

ℎf= �._��.�

2�

ℎf= 0,011. 2 ,5

0,0191.

1,572

2.9,81 hf = 0,18 m

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 25% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2� Dimana,

� = �_� � = ��

4�2

� = 3,140,00025

4 0,01912

V = 0,87 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 25% adalah sebesar 0,87 m/s.

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus dikehaui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .0,87 .0,0191 0,000894

Re =18596,8 (Turbulen)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

(72)

Kekasaran relative: �

�……...……...(2.7) [Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 18000 dan pada kekasaran relative 0,000078

adalah berkisar kurang lebih 0,011. Maka,

ℎf= �._��.�

2� ℎf= 0,011. 2

0,0191.

0,872

2.9,81 hf = 0,055 m

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 10% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2� Dimana,

� = �_� � = ��

4�2

� = ₃,140,00013 4 0,01912

V = 0,45m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 10% adalah sebesar 0,45 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus dikehaui bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1₀ .0,45 .0,0191

,000894

(73)

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Kekasaran relative: �

�……...……...(2.7) [Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan Reynold kisaran 9500 dan pada kekasaran relative 0,000078

adalah berkisar kurang lebih 0,011. Maka,

ℎf= �._��.�

2� ℎf= 0,011. 2

0,0191.

0,452

2.9,81 hf = 0,014 m

Maka dengan head losses mayor untuk setiap bukaan katup dapat ditabulasikan yang dapat dilihat pada tabel 4.9 dibawah ini.

Tabel 4.9 Head loses mayor pompa susunan seri untuk setiap bukaan katup Bukaan

Katup (%)

Debit (m3/s)

Kecepatan (m/s) Bilangan Reynold Koefisien Gesek Head Losses Mayor (m)

100 0,00053 1,85 39425,21 0,011 0,25

75 0,00048 1,68 35705,85 0,011 0,2

50 0,00045 1,57 33474,24 0,011 0,18

25 0,00025 0,87 18596,8 0,011 0,055

10 0,00013 0,45 9670,33 0,011 0,014

Dari tabel 4.9 diatas dapat dalam bentuk grafik untuk mengetahui lebih jelas fenomena pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas aliran.

(74)

Gambar 4.11 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air pompa susunan seri

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka kapasitas aliran semakin besar. Kapasitas air bukaan katup 10% adalah 0,00013 m3/s sedangkan bukaan katup 100% adalah 0,00053 m3/s.

Gambar 4.12 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air pompa susunan seri

Gambar diatas merupakan grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air pada pompa tunggal. Dapat dilihat kecepatan air maksimum adalah 1,85 m/s yakni pada bukaan katup 100%.

(75)

Selanjutnya untuk melihat pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.13 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor pada pompa susunan seri

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka head losses mayor semakin kecil. Dimana pada bukaan katup 10% head losses mayor adalah 0,014 m sedangkan head losses mayor pada bukaan katup 100% adalah sebesar 0,25 m.

• Head losses minor pada instalasi pompa susunan seri

Untuk mencari head losses minor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan katup 100% menggunakan persamaan sebagai berikut:

ℎm= ∑ �.�

2�

ℎ

= 7,12.

1,852

2.9,81

hm = 1,24 m

Tabel 4.10 Koefisien kerugian pipa pompa susunan seri

N K ∑k

Elbow 90o 13 0,51 6,63

Katup Bola 6 0,05 0,30

Sisi Masuk 1 0,25 0,25

Sisi Keluar 1 0,04 0,04 7,12

(76)

Dengan menggunakan persamaan yang sama maka head losses minor untuk setiap bukaan katup dapat ditabulasikan.

Tabel 4.11 Head loses minor pompa susuna seri untuk setiap bukaan katup Bukaan

Katup (%)

Debit (m3/s)

Kecepatan (m/s)

Head Losses Minor (m)

100 0,00053 1,85 1,24

75 0,00048 1,68 1,02

50 0,00045 1,57 0,89

25 0,00025 0,87 0,27

10 0,00013 0,45 0,07

Dari tabel 4.5 dapat ditampilkan grafik untuk melihat fenomena pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor.

Gambar 4.14 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor pada pompa susunan seri

Dapat dilihat bahwa semakin besar bukaan katup maka head losses minor semakin kecil. Head losess minor maksimum yakni pada bukaan 100% adalah sebesar 1,24 m.

(77)

• Head total pompa

Head total pompa adalah penjumlahan head statis pompa dengan head losses total. Head total pompa pada susunan pompa adalah head pada unit pompa terakhir mendistribusikan air atau pada instalasi ini adalah head pada pompa 3. Maka head total pompa adalah:

�p=�stasis+�LT

�p=�discharge − �suction +�LT

�p= �� 2 � +

�22

2�+�2� − � �1

� + �12

2� +�1�+�LT Dimana,

P2 = P1

V2 = V1

Maka,

HP = Z2 + Z1 + hf + hm Hp = 0,26 + 0 + 0,25 + 1,24 Hp = 1,75 m

4.2.2 Daya pompa

• Daya Air

Ep = mgh ...[Lit.7]

Daya merupakan energi tiap satuan waktu ��

�� sehingga persamaan diatas dapat dinyatakan sebagai:

� � =

�

� �ℎ ...[Lit.7] Dengan mensubtitusikan P terhadap ��

�� dan mensubtitusikan ρQ terhadap ��_�� maka persamaan energi air adalah:

Pa= ρ.Q.g.H ...[Lit.1] Sehingga daya air pada bukaan katup 100% adalah

(78)

Pa = 997,1.0,00053.9,81.1,75

Pa = 9,072 Watt

Dimana,

ρ = Massa jenis air (999,9 kg/m3

) g = Grafitasi (9,81 m/s2)

• Daya Poros Pompa

Daya adalah energi per satuan waktu, atau dapat ditulis sebagai berikut : ��= ��

�� ...[Lit.7] � = ��_�...[Lit.7]

Dimana benda dengan kecepatan angular persamaan energi kinetik dapat ditulis sebagai berikut:

�� = 1₂��2...[Lit.7]

Sehingga persamaan daya dapat ditulis sebagai berikut: � =

1 2��2

�

Persamanaan kecepatan angular adalah sebagai berikut: � = �

� dimana � = 2�� ...[Lit.7] Maka,

� = 2��

Dengan melihat gambar dibawah ini sehingga didapatlah daya poros pompa, yakni:

Gambar 4.15 Inersia pada impeler pompa

R2 R3 Ri

(79)

Kecepatan angular impeler pompa adalah sebagai berikut: �p= �

� θp= 2πnp

Dimana,

Np = Putaran pompa (2900 rpm = 2900 rotasi per menit) , sehingga

t = 1 menit = 60 detik Sehingga diperoleh,

�p=2 π 2900

�p= 18212 rad

Maka besar kecepatan sudut turbin tanpa pembebanan lampu,

�

=

�

=

18212 60

�

p=303,53 rad/s

�t=�r+� �bi

IP=

Mr(R22+R32)

2 +(Mi1Ri

2_+M

i2Ri2+Mi3Ri2)

Dimana,

Mi1 = Mi2 = Mi3 = 0,2 Kg

Mr =0,17 Kg

R1 = 0,025 m

R2 = 0,005 m

R3 = 0,003 m

Ri = 0

,025−0,005

2 + 0,003 = 0,013 m Sehingga,

�t= �

r��r2+�p2�

(80)

�t= 0

,17�0,0052+0,0032�

2 + (3 . 0,2 . 0,0132) �t= 0,000003 + 0,0001014

�t= 0,0001044��2

Sehingga daya pompa tunggal yang digunakan adalah:

�

=

1 2�p�p2

�

=

20,0001044.303,532

1 Ppt = 4,8Watt

Karena pompa yang digunakan adalah 3 unit pompa maka daya poros total pompa adalah:

Pptt = Ppt1 + Ppt2 + Ppt3

Dimana putaran dan spesifikasi pompa adalah sama sehingga: Ppt1 = Ppt2 = Ppt3

Maka,

Pptt = 3.Ppt

Pptt = 3.4,8

Pptt = 14,4 Watt

• Efisiensi pompa

Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya air terhadap daya poros pompa atau dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:

� = �a

�ptt � 100%

� = 9₁₄,072

,4 � 100%

� = 63 %

Dengan perhitungan yang sama seperti diatas maka efisiensi pompa tunggal dapat ditabulasikan seperti yang ditampilkan dalam tabel 4.12 dibawah ini.

(81)

Tabel 4.12 Efisiensi susunan seri untuk setiap bukaan katup Bukaan Katup

(%)

Kapasitas Air (m3/s)

Daya Air (Watt) Daya Poros (Watt) Efisiensi (%)

100 0,00053 9,07 14,4 63

75 0,00048 8,21 14,4 57,05

50 0,00045 7,7 14,4 53,49

25 0,00025 4,27 14,4 29,71

10 0,00013 2,22 14,4 15,45

Untuk melihat fenomena pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pompa maka tabel diatas dapat dibuat garafik seperti yang ditunjukkan dibawah ini.

Gambar 4.16 Grafik pengaruh bukaan katup vs efisiensi pompa susunan seri

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar bukaan katup maka sebakin besar efisiensi pompa. Efisiensi pompa yang paling maksimum yakni pada bukaan katup 100% adalah sebesar 63 %

0 10 20 30 40 50 60 70

10 25 50 75 100

E fi si en si ( % )

Bukaan Katub (%)

Grafik Efisiensi VS Bukaan Katub

(82)

4.3 ANALISA PERBANDINGAN POMPA TUNGGAL DAN POMPA SUSUNAN SERI

4.3.1 Perbandingan kapasitas air

Perbandingan kapasitas air yang dihasilkan oleh pompa tunggal dan pompa susunan seri dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.17 Grafik perbandingan kapasitas air pompa tunggal dan pompa susunan seri

Dari grafik diatas dapat dilihat peningkatan kapasitas air bila disusun secara seri. Namun peningkatan kapasitas air tidak begitu signifikan.

4.3.2 Perbandingan kecepatan air

Perbandingan kecepatan air yang dihasilkan oleh pompa tunggal dan pompa susunan seri dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.18 Grafik perbandingan kecepatan air pompa tunggal dan pompa susunan seri

Pompa Tunggal

(83)

Dari grafik diatas dapat dilihat peningkatan kecepatan air bila disusun secara seri. Namun peningkatan kecepatan air tidak begitu signifikan.

4.3.3 Perbandingan efisiensi pompa

Perbandingan efisiensi yang dihasilkan oleh pompa tunggal dan pompa susunan seri dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.19 Grafik perbandingan efisiensi pompa tunggal dan pompa susunan seri

Dari grafik diatas dapat dilihat peningkatan efisiensi bila disusun secara seri pada bukaan katup 75% . Peningkatan efisiensi pompa tidak terlalu signinifikan apabila disusun secara seri.

4.3.4 Perbandingan head losses mayor

Perbandingan head losses mayor yang dihasilkan oleh pompa tunggal dan pompa susunan seri dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.20 Grafik perbandingan head losses mayor pompa tunggal dan pompa susunan seri

Pompa Tunggal Pompa Susunan Seri

(1)

(2)

LAMPIRAN I

Tabel Data Hasil Pengujian untuk Pompa Tunggal No BukaanKatup

(%)

Volume (m3)

Putaran (rpm)

Waktu (s)

1 100 3,0 x 10-2 2900 60

2 75 2,7 x 10-2 2900 60

3 50 2,0 x 10-2 2900 60

4 25 1,2 x 10-2 2900 60

5 10 0,7 x 10-2 2900 60

Tabel Data Hasil Pengujian untuk Pompa Susunan Seri No BukaanKatup

(%)

Volume (m3)

Putaran (rpm)

Waktu (s)

1 100 3,2 x 10-2 2900 60

2 75 2,9 x 10-2 2900 60

3 50 2,7 x 10-2 2900 60

4 25 1,5 x 10-2 2900 60

(3)

LAMPIRAN II

(4)

LAMPIRAN III

Gambar Dimensi Impeller Pomp

2,5 cm 0,5 cm

(5)

(6)

LAMPIRAN V

Tabel Hasil dari pengujian pompa tunggal

Q V Re f hf hm HP Efisiensi

0.0005 1.745957 37193.6 0,011 0.15 0.62 0.60 60.41 0.00045 1.571362 33474.24 0,011 0.12 0.497 0.44 55

0.0003 1.047574 22316.16 0,011 0.058 0.222 0.11 35.4 0.0002 0.698383 14877.44 0,011 0.024 0.098 0.04 24.37 0.0001 0.349191 7438.719 0,011 0.0064 0.024 0.082 12.08

Tabel Hasil dari pengujian pompa seri

Q V Re f hf hm HP Efisiensi

0.00053 1.850715 39425.21 0,011 0.25 1.24 1.75 63 0.00048 1.676119 35705.85 0,011 0.2 1.02 1.48 57,05 0.00045 1.571362 33474.24 0,011 0.18 0.9 1.34 53,49 0.00025 0.872979 18596.8 0,011 0.055 0.24 0.55 29,71 0.00013 0.453949 9670.335 0,011 0.014 0.07 0.34 15,45

No. Bukaan Katup (Katup 100%) Kapasitas awal Pompa tunggal (m³) Kapasitas akhir Pompa tunggal (m³) Tekanan (Kgf/cm²)

1 100% 5.8547 5.8847 0.1

2 75% 5.8847 5.9117 0.3

3 50% 5.9117 5.9317 0.5

4 25% 5.9317 5.9437 0.7

5 10% 5.9437 5.9507 1

No. Bukaan Katup (Katup 100%)

Kapasitas awal Pompa Seri (m³)

Kapasitas akhir Pompa Seri (m³)

Tekanan (Kgf/cm²)

1 100% 6.0114 6.0434 0.1

2 75% 6.0434 6.0724 0.2

3 50% 6.0724 6.0994 0.9

Uji Performansi Pompa Bila Diserikan Dengan Karakteristik Pompa Yang Sama