KAJIAN EKSPERIMENTAL SLING PUMP KERUCUT MENGGUNAKAN WATER SWIVEL JOINT SEBAGAI PENGGANTI WATER MUR DENGAN VARIASI JUMLAH LILITAN SELANG

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Gelar Sarjana Strata-1 Pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun Oleh : HARY PRASETYO

20120130132

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

iii PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan ini sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul KAJIAN EKSPERIMENTAL SLING PUMP KERUCUT MENGGUNAKAN WATER SWIVEL JOINT SEBAGAI PENGGANTI WATER MUR DENGAN VARIASI JUMLAH LILITAN SELANG adalah hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan diperguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah tertulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, Agustus 2016

v KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT., karena atas berkat dan rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Tito Hadji Agung Santoso, S.T., M.T. dan Bapak Thoharudin, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan skripsi ini.

2. Kedua Orang tua saya, Bapak Panidin, Ibu Tasmi dan Kakak perempuan saya Suparmi, yang telah memberikan bantuan dukungan moral dan doa. 3. Para Dosen dan staft tata usaha di fakultas Teknik Mesin yang telah

memberikan pengajaran dan bimbingan kepada penulis.

4. Teman-teman Teknik Mesin 2012 terutama yang telah banyak membantu memberikan bantuan, dukungan dan semangat dari masa perkuliahan hingga terselesaikannya pengerjaan skripsi ini.

5. Serta kepada seluruh pihak yang telah memberikan bantuan baik tulisan, ucapan, bimbingan, arahan dan lain-lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan namanya satu-persatu.

vi Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan kepada pembaca untuk memberikan kritik dan saran yang membangun untuk penulisan skripsi.

Akhirnya penulis menghaturkan permohonan maaf atas segala kekurangan penulis, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi orang yang membacanya.

Yogyakarta, 31 Agustus 2016

vii

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

PERNYATAAN ... iii

INTISARI ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ...vii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... ....xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang. ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Tujuan Penelitian ... 2

1.5. Manfaat Penelitian ... 3

1.6. Metode Pengambilan Data ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 4

2.1. Kajian Pustaka ... 4

2.2. Dasar Teori ... 4

2.2.1. Sling Pump ... 5

2.2.2. Water Swivel Joint ... 6

2.2.3. Mekanika Fluida ... 7

2.2.4. Kekentalan (viskositas) ... 7

2.2.4.1. Viskositas dinamik ... 8

2.2.4.2. Viskositas kinematik ... 9

2.2.5. Aliran Laminar Dan Turbulen ... 10

viii

2.2.10. Persamaan Kontinuitas ... 14

2.2.11. Persamaan Bernoulli ... 15

2.2.12. Perhitungan Head Loss ... 18

2.2.12.1. Perhitungan Head Loss Mayor ... 19

2.2.12.2. Perhitungan Head Loss Minor ... 20

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

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27

3.1. Bahan Penelitian ... 27

3.2. Alat Penelitian ... 27

3.2.1. Peralatan Uji ... 28

3.3. Diagram Alir ... 37

3.4. Prosedur Penelitian ... 38

3.4.1. Tahap Persiapan ... 38

3.4.2. Tahap Pengambilan Data ... 38

3.4.3. Tahap Analisa Data ... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40

4.1. Data Hasil Penelitian ... 40

4.2. Perhitungan Kecepatan Aliran ... 40

4.3. Perhitungan Head Kerugian (Head Loss) ... 44

4.3.1. Head Kerugian Gesek Sebagai Rugi Mayor ... 44

4.3.2. Head Kerugian Gesek Sebagai Rugi Minor ... 50

4.5. Debit air ... 62

4.6. Perbandingan Dengan Penelitian Sebelumnya ... 63

BAB VI PENUTUP ... 65

5.1. Kesimpulan ... 65

ix Lampiran 3 ... 70 Lampiran 4 ... 71

x

Gambar 2.6. Batasan bilangan Reynolds (Red) ... 12

Gambar 2.9. Aliran fluida internal ... 14

Gambar 2.12. Koefisien tahanan (K) pada belokan pipa (bends 900_{) ... 21}

Gambar 2.13. Koefisien tahanan pada bends 900 _{... 22}

Gambar 2.14. Perbandingan antara panjang ekuivalen terhadap diameter dalam pipa (Le/D) pada belokan pipa 900 ... 22

Gambar 2.15. Koefisien tahanan (K) pada belokan patah (mitre bends) ... 23

Gambar 2.16. Gafik koefisien tahanan pada pengecilan dan pembesaran penampang secara mendadak ... 23

Gambar 2.17. Grafik koefisien tahanan pada gradual contraction ... 24

Gambar 2.18. penyempitan mendadak ... 25

Gambar 3.1. Sling pump skala laboratorium ... 27

Gambar 3.2. Skema Sling pump skala laboratorium ... 28

Gambar 3.3. Motor listrik ... 28

Gambar 3.4. Gear reducer ... 29

Gambar 3.5. Rangka kerucut sling pump ... 30

Gambar 3.6. Selang plastik 3/4’’ ... 30

Gambar 3.9. Water mur ... 32

Gambar 3.13. Pipa delivery ... 34

Gambar 3.14. Tower air ... 34

Gambar 3.15. Gelas ukur ... 35

Gambar 3.16. Tachometer ... 35

Gambar 3.17. Stopwatch ... 36

Gambar 3.18. Ember ... 36

Gambar 3.19. Diagram Alir ... 37

xii Tabel 4.2. Kecepatan air pada variasi jumlah lilitan selang. ... 44 Tabel 4.3. Head loss mayor . ... 50 Tabel 4.4. Hasil perhitungan head loss minor . ... 61

xiii d : diameter pipa

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) Re : Bilangan Reynold

D : Diameter dalam 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

iv

KAJIAN EKSPERIMENTAL SLING PUMP KERUCUT MENGGUNAKAN

WATER SWIVEL JOINT SEBAGAI PENGGANTI WATER MUR DENGAN VARIASI JUMLAH LILITAN SELANG

Hary Prasetyo

Email : virgo.hary16@gmail.com

Program studi S1 Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Daerah Istimewah Yogyakarta 55138

INTISARI

Archimedian screw pump yaitu pompa yang ujung engkolnya diputar dengan menggunakan tenaga manusia sehingga air akan naik dari elevasi rendah ke elevasi lebih tinggi. Kemudian pompa ini dikembangkan menggunakan ulir pipa dengan lilitan selang ke rangka pompa dan penggantian poros engkol dengan sebuah propeller (baling-baling). Namun, pompa hasil modifikasi ini tidak dapat diaplikasikan lagi di danau, karena pompa ini memerlukan energi aliran sungai untuk memutar propellernya. Pompa hasil modifikasi ini disebut dengan sling pump.

Penelitian sling pump dilakukan pada skala laboratorium, menggunakan

sling pump dengan ketentuan 1 inlet, 80% pencelupan dalam air, kecepatan konstan 40 rpm, ketinggian pipa delivery 2 meter dan variasi jumlah lilitan selang yaitu 10, 12, 14, dan 16. Bahan yang digunakan pada penelitian ini menggunakan panjang pipa delivery 6 meter, manifold sejajar, dan water swivel joint sebagai pengganti water mur yang bocor.

Hasil penelitian mengungkapkan jumlah lilitan selang pada sling pump

mempengaruhi debit yang dihasilkan. Semakin banyak jumlah lilitan selang pada

sling pump semakin tinggi pula debit yang dihasilkan. Titik optimum debit yang dihasilkan pada jumlah lilitan 16 buah yaitu 7,53 liter/menit.

Kata kunci : Sling pump, Rangka kerucut, Variasi lilitan selang dan Water swivel joint.

1 1.1. Latar Belakang.

Energi air adalah energi yang telah dimanfaatkan secara luas di Indonesia yang dalam skala besar telah digunakan sebagai pembangkit listrik. Beberapa perusahaan di bidang pertanian bahkan juga memiliki pembangkit listrik sendiri yang bersumber dari energi air. Dimasa mendatang untuk pembangunan pedesaan termasuk industri kecil yang jauh dari jaringan listrik nasional, energi yang dibangkitkan melalui sistem mikrohidro diperkirakan akan tumbuh secara pesat.

Energi air yang dimanfaatkan di Indonesia pada umumnya menggunakan skala yang besar yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Namun masih banyak sungai kecil di Indonesia yang belum bisa dimanfaatkan oleh pemerintah untuk keperluan masyarakat. Pemanfaatan sungai kecil dapat dilakukan dengan penggunaan teknologi sling pump untuk mengurangi konsumsi listrik.

Sling pump adalah sebuah pompa yang tidak menggunakan energi fosil maupun energi listrik. Pompa ini terdiri dari lilitan selang pada sebuah kerangka yang berbentuk kerucut. Bagian depan rangka terdapat komponen propeller yang berfungsi sebagai pengubah (konversi) energi kinetik aliran sungai menjadi energi putaran. Ketika sling pump berputar maka air akan masuk ke dalam selang dan ikut berputar, Selanjutnya air akan keluar dari outlet selang. Karakteristik khusus

sling pump adalah untuk mengalirkan air dari elevasi rendah ke elevasi lebih tinggi.

Saat ini pengembangan sling pump terus dilakukan guna memperoleh kinerja optimal. Beberapa peneliti sebelumnya melakukan penelitian tentang sling pump dengan pencelupan ke air separuh dari rangkanya. Diantara peneliti tersebut, Syamsuddin (2015) melakukan penelitian sling pump rangka kerucut dengan variasi lilitan 5, 6, 7 dan 8. Sedangkan, Waliyadi (2016) melakukan penelitian sling pump dengan lilitan selang plastik 16, variasi ketinggian dan kondisi pencelupan dengan menggunakan kecepatan maksimal hanya menghasilkan Head tertinggi 2 meter dengan debit air 3,46 liter/menit.

Pada penelitihan ini peneliti akan melakukan penelitihan untuk variasi lilitan dengan lilitan 10 ,12, 14, dan 16. Peneliti juga mengganti water mur dengan

water swivel joint untuk menghindari kebocoran.

1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas pada penelitian ini adalah membandingkan jumlah debit yang dihasilkan pada sling pump sebelumnya dengan menggunakan jumlah lilitan 16 selang plastik dengan ketentuan yang sama. Untuk penelitian ini digunakan dengan lilitan selang variasi yaitu 10, 12, 14, dan 16. Serta mengganti water mur dengan water swivel joint untuk menghindari kebocoran seperti penelitian sebelumnya.

1.3. Batasan Masalah

Batasan-batasan yang dilakukan pada penelitian ini adalah:

a. Penggerak utama adalah motor listrik putaran konstan 40 rpm. b. Persentase kondisi pencelupan sling pump 80%.

c. Perhitungan aliran menggunakan 1 fase. d. Selang yang digunakan adalah selang plastik. e. Diameter selang plastik 3/4”.

f. Jumlah lilitan ada 10, 12, 14 dan 16. g. Jumlah inlet 1.

h. Panjang pipa delivery 6 m. i. Tinggi pipa delivery 2 m.

j. Sling pump yang digunakan skala laboratorium.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian variasi jumlah lilitan selang plastik ini adalah sebagai berikut:

a. Mendapatkan debit maksimal pada variasi jumlah lilitan selang pada

sling pump.

b. Mengevaluasi debit air yang dihasilkan pada penelitian sling pump

c. Membandingkan hasil debit air pada penelitian sebelumnya dengan dengan memanfaatkan water swivel joint sebagai pengganti water mur.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Membantu mengembangkan teknologi sling pump sebagai salah satu alternatif alat energi terbarukan.

b. Menjadi referensi untuk perancangan dan penelitian skala lapangan. c. Sebagai referensi dan bahan perbandingan untuk penelitian lebih

lanjut.

d. Mendapatkan informasi tentang pemakaian jumlah lilitan selang pada

sling pump jenis kerucut yang dapat dijadikan acuan dalam pengembangan aplikasi di sungai.

1.6. Metode Pengambilan Data

Pada penelitian variasi jumlah lilitan selang diperlukan tahapan yang akan dilakukan. Hal ini dilakukan agar mendapatkan data yang diharapkan. Maka dari itu metode pengambilan data pada pelaksanaan ini adalah:

1. Metode kepustakaan

Metode ini merupakan pengambilan data dari pustaka dengan melakukan analisa yang ada di referensi, internet dan melakukan perbandingan yang mengacu pada hasil penelitian sebelumnya.

2. Metode eksperimental

Metode pengambilan data melakukan pengujian alat yang di laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

4

BAB II

LANDASAN TEORI 2.1. Kajian Pustaka

Hasbullah (2010) melakukan penelitian sling Pump jenis kerucut berskala laboratorium. Dengan pengaruh variasi 6 lilitan selang plastik dan kecepatan putar 40 rpm. Sling pump menghasilkan debit sebesar 9,37 liter/menit.

Kurniawan (2015) pernah melakukan penelitian unjuk kerja sling pump jenis kerucut menggunakan variasi kecepatan putar dan kondisi pencelupan 50-90%, serta ketinggian delivery 2 m. Dari hasil penelitian diketahui debit optimal terjadi pada kecepatan 50 rpm dengan kondisi pencelupan 50% yaitu sebesar 4,71 liter/menit.

Waliyadi (2016) melakukan penelitian sling pump dengan variasi ketinggian dan kondisi pengcelupan dengan menggunakan kecepatan maksimal hanya menghasilkan Head tertinggi 2 meter dengan debit air 3,46 liter/menit.

Pada penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya dengan menggunakan water mur, debit dan Head yang di hasilkan kurang optimal. Hal ini disebabkan karena adanya kebocoran yang terjadi pada water mur. Dari penelitian ini dapat dikembangkan dengan melakukan penggantian water mur dengan water swivel joint supaya tidak ada kebocoran lagi.

Metode yang digunakan pada penelitian sling pump dengan variasi jumlah lilitan ini adalah pergantian water mur dengan water swivel joint. Menggunakan kecepatan putar sling pump 40 rpm, dengan ketinggian 2 meter dan kondisi pengecelupan 80%. Serta membandingkan hasil debit yang didapat oleh peneliti sebelumya.

2.2. Dasar Teori

Sling pump diperkenalkan oleh Archimedes pada kisaran tahun 287-212 SM. Alat ini digunakan untuk memindah air dari danau keseluruh irigasi pertanian Syiracuse di Sicily. Cara kerja pompa ini yaitu ujung engkol diputar menggunakan tenaga manusia, sehingga air akan naik dari elevasi rendah ke elevasi lebih tinggi.

Alat ini kemudian dikenal dengan sebutan “Archimedean Screw pump” seperti Gambar 2.1(Rorres, 2000).

Gambar 2.1. Archimedean Screw pumps (Rorres, 2000)

2.2.1. Sling Pump

Berdasarkan prinsip kerja Archimedean screw pump diatas, perlunya sedikit memodifikasi untuk memperoleh sebuah pompa yang bersifat konvensional namun tidak memerlukan energi listrik. Pemodifikasian pompa tersebut difokuskan pada penggantian ulir pipa dengan lilitan selang ke rangka pompa dan penggantian poros engkol dengan sebuah propeller (baling-baling). Namun, pompa hasil modifikasi ini tidak dapat diaplikasikan lagi di danau, karena pompa ini memerlukan energi aliran sungai untuk memutar propellernya. Dengan demikian, pompa hasil ini hanya dapat diaplikasikan di sungai yang air mengalir sepanjang waktu.

Akibat propeller berputar, maka selang sebagai pengganti ulir akan merauk air secara terus menerus, sehingga terjadi tekanan dan laju aliran air di sepanjang lilitan selang yang mengakibatkan air memiliki gaya dorong. Selanjutnya, air akan berpindah dari daerah yang elevasinya rendah menuju daerah yang elevasinya lebih tinggi. Pompa hasil modifikasi ini disebut dengan sling pump.

Sling pump memiliki beberapa kelebihan yaitu konstruksi sling pump sederhana, mudah untuk perawatannya, jumlah komponen sling pump 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. Water Swivel Joint

Water Swivel Joint pada Gambar 2.2 merupakan komponen penting dalam industri pengeboran. Swivel terletak pada bagian paling atas dari rangkaian pipa bor Alat ini mempunyai fungsi sebagai berikut:

a. Memberikan kebebasan rangkaian pipa bor untuk berputar.

b. Memberikan perpaduan gerak vertikal dengan gerak berputar dapat bekerja bersama-sama.

c. Untuk meneruskan aliran lumpur dari alat yang tidak bergerak ke peralatan yang bergerak pada rangkaian pengeboran.

Gambar 2.2. Water Swivel Joint (www.diedrichdrill.com)

Penggunaan Water Swivel Joint pada penelitian sling pump terletak diantara poros kerangka kerucut sling pump dengan pipa delivery. Komponen tersebut berfungsi perpaduan gerak vertikal dengan gerak berputar dapat bekerja bersama-sama untuk meneruskan air menuju penampung.

2.2.3. Mekanika Fluida

Mekanika fluida adalah ilmu bagian dari bidang mekanika terapan yang mengkaji perilaku dari gas dan zat-zat cair dalam keadaan bergerak maupun diam. Kebanyakan bahan bisa disebut entah sebagai zat cair, zat padat, atau gas. Walaupun sebagian diantaranya mempunyai sifat-sifat yang memungkinkan diperolehnya sebutan ganda. Sebuah zat padat pada umumnya mempunyai bentuk tertentu, sedangkan zat cair dan gas mempunyai bentuk yang ditetapkan oleh wadahnya masing-masing. Perbedaan pokok antara zat cair dan gas (keduanya digolongkan sebagai fluida) adalah bahwa gas akan menyebar dan mengisi seluruh wadah yang ditempatinya. Definisi yang lebih tepat untuk membedakan zat padat dengan fluida adalah dari karakteristik deformasi bahan-bahan tersebut. Zat padat dianggap sebagai bahan yang menunjukkan reaksi deformasi yang terbatas ketika menerima atau mengalami suatu gaya geser. Fluida boleh didefinisikan sebagai suatu zat yang terus-menerus berubah bentuk apabila mengalami tegangan geser. Fluida tidak mampu menahan tegangan geser tanpa berubah bentuk. Kendati demikian, ada bahan-bahan seperti jeli, cat, ter, larutan polimer yang menunjukkan karakteristik entah zat padat atau fluida tergantung dari tingkat tegangan geser yang dialami (Olson, 1990).

Analisa perilaku aliran fluida didasarkan pada hukum dasar mekanika terapan tentang konversi massa momentum dan hukum termodinamika. Selain biasanya juga diperlakukan hukum lain yang mengatakan sifat/keadaan fluida, hukum newton tentang kekentalan, konsep panjang campur dan penyempitan karena adanya batas.

2.2.4. Kekentalan (viskositas)

Diantara semua sifat-sifat fluida, viskositas memerlukan perhatian yang terbesar tentang aliran fluida. Viskositas adalah sifat dari fluida untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak/mengalir. Kekentalan disebabkan oleh kohesi antara partikel fluida (Robert dkk, 2003). Viskositas rendah maksudnya partikel

fluida bergeser dengan mudah seperti air dan kerosin. Viskositas tinggi maksudnya bahwa partikel fluida tidak bergeser dengan mudah seperti oli, fuel, dan aspal.

2.2.4.1. Viskositas dinamik

Menurut newton, laju perubahan kecepatan normal/kecepatan aliran sebanding dengan tegangan geser dalam suatu fluida. Laju kecepatan sering disebut dengan gradien kecepatan, seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Profil kecepatan dan gradient kecepatan (Streeter, dkk, 1985) Dari Gambar 2.3, setiap harga yang melalui sumbu y pada gradien kecepatan dapat didefinisikan sebagai berikut (Olson, 1990):

y v dy

dv

y 

 



lim0 ... (2.1)

Sehingga, tegangan geser fluida yang timbul diformulasikan sebagai (Olson, 1993):

 =  dy dv

... (2.2)

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

Persamaan 2.2 adalah persamaan viskositas yang berlaku untuk fluida Newtonian. Maka, persamaan 2.2 pada fluida non Newtonion akan menjadi (Streeter, 1985):

dy dv/



 ... (2.3)

dy dv A F / / 

 ... (2.4) Dengan faktor μ (viskositas dinamik) kesebandingan yang dikenal sebagai koefesien viskositas dinamik. Pada satuan SI, tegangan geser diekspresikan dalam N/m2 _{(Pa) dan gradien kecepatan dalam (m/s)/m, karena itu satuan SI untuk viskositas}

dinamik adalah (Olson, 1990).

s m kg m s N m s m m N . . / ) / ( / 2 2   

 ... (2.5)

2.2.4.2. Viskositas kinematik

Viskositas kinematik (υ) adalah perbandingan (ratio) antara viskositas

dinamik (μ) dengan massa jenisnya (ρ) (Streeter, 1985).

 

 

... (2.6)

Dalam satuan υ untuk SI adalah luas persatuan waktu (m2/s).

Banyak penerapan yang muncul pada viskositas kinematik, misalnya 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).

2.2.5. Aliran Laminar Dan Turbulen

Aliran merupakan sebuah keadaan dimana suatu benda umumnya air dan gas berjalan melalui sebuah wadahnya dengan kecepatan tertentu. Banyak faktor yang mempengaruhi kecepatan fluida pada saat air dan gas mengalir. Misalnya, kerapatan jenis fluida dan luas dari wadah yang dilaluinya. Karena hal tersbut sangat terkait satu sama lainnya. Setelah mengetahui luas permukaan dan kecepatan fluidanya, kita bisa mencari tahu berapa besar bilangan Reynold yang ada pada titik-titik wadah yang akan ditinjau. Sehingga bisa ditentukan seberapa besar bilangan reynoldnya dan bisa ditarik kesimpulan apakan aliran tersebut aliran laminar atau aliran turbulen

Aliran laminar adalah suatu aliran laminar fluida yang sifat alirannya cenderung stabil seperti pada Gambar 2.4. aliran fluida ini bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatif mempunyai kecepatan rendah, fluidanya bergerak sejajar (laminar) dan mempunyai batasan-batasan yang berisi aliran fluida. Aliran laminar akan mengalami ketidakstabilan ketika memiliki viskositas dan kecepatan tinggi. Aliran jenis ini akan tejadi apabila bilangan Reynold yang dihasilkan kurang dari 2300.

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

Aliran turbulen adalah suatu aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak sinergi menuju suatu arah saja, melainkan memiliki arah masing-masing yang bahkan banyak yang berlawanan arah seperti pada Gambar 2.5. Hal ini terjadi, karena akibat dari kecepatan yang berubah-ubah dan pada kecepatan

yang relatif tinggi, sehingga alirannya bertabrakan dengan dinding wadah. Aliran jenis ini akan terjadi apabila bilangan Reynold yang dihasilkan lebih besar dari 4000.

Sedangkan aliran yang terjadi pada besaran bilangan Reynold antara 2300-4000 adalah aliran perubahan dari aliran laminer menuju turbulen, biasa disebut aliran transisi.

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

Pada Gambar 2.6 adalah batasan bilangan Re untuk mengetahui sebuah aliran bersifat laminar atau turbulen maka dapat dibedakan dengan menggunakan bilangan Reynold, yaitu (Clifford, 1984):

Nilai Re:

Re ˂ 2300 : Laminar

2300 ≤ Re ≤ 4000 : Transisi Re > 4000 : Turbulen

 vd

d

. . Re 

... (2.7) dengan, - v : Kecepatan aliran (m/s)

-ρ : Massa jenis ( kg/m3₎

-μ : Viskositas dinamik (kg/m.s) - Red : Bilangan Reynolds

Gambar 2.6. Batasan bilangan Reynolds (Red) (Kurniawan,2012)

2.2.6. Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan adalah gaya atau tarikan ke bawah yang menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan benda dalam keadaan tegang. Hal ini disebabkan oleh gaya-gaya tarik yang tidak seimbang pada antar muka cairan. Gaya ini biasa segera diketahui pada kenaikan cairan biasa dalam pipa kapiler dan bentuk suatu tetesan kecil cairan. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis).

Menurut Triatmodjo (1991) 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.

2.2.7. 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 adesi 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).

2.2.8. Skala Tekanan

Tekanan absolut adalah tekanan yang diukur terhadap tekanan nol absolut atau vakum absolut (Absolute Zero), sedangkan tekanan relatif atau tekanan terukur (gauge pressure) adalah tekanan yang diukur terhadap tekanan atmosfer setempat yang dapat diilustrasikan pada Gambar 2.7. Tekanan terukur dapat lebih besar atau lebih kecil dari pada tekanan atmosfer setempat. Tekanan terukur yang lebih besar dari tekanan atmosfer setempat disebut dengan tekanan positif, sedangkan yang lebih kecil dari tekanan atmosfer setempat adalah tekanan negatif (Triatmodjo, 1991).

Gambar 2.7. Skala takanan (Streeter, 1985)

Standard atmospheric pressure 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)

2.2.9. 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 yang dapat diilustrasikan pada Gambar 2.8. Tekanan air bergantung pada kedalaman air (h) di dalam sebuah ruang dan gravitasi (g).

Gambar 2.8. Tekanan hidrostatis (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)

2.2.10. Persamaan Kontinuitas

Aliran fluida internal tak mampu mampat adalah aliran di dalam suatu garis aliran yang penampangnya berupa kurva tertutup seperti Gambar 2.9 dan massa jenis fludia sepanjang medan aliran adalah tetap (tidak berubah).

Gambar 2.9. Aliran fluida internal ( Raymond,2000).

x1

x2

A1

A2

v1

Pada interval waktu sebesar Δt, laju aliran massa fluida yang berada di ujung bawah bergerak sejauh x₁ v₁t. _{Laju aliran massa fluida yang berada di ujung} bawah adalah (Streeter, 1985) :

̇  ₁A₁x₁ ₁A₁v₁t ... (2.11) Sedangkan besar laju aliran massa fluida yang berada di ujung atas adalah:

̇ ₂A₂x₂ ₂A₂v₂t ... (2.12) Karena incompressible dan steady, maka persamaan 2.12 disubsitusikan ke persamaan 2.13, sehingga menjadi :

̇ = ̇

2 2 2 1 1

1.A.v  .A.v

  _{... (2.13)}

Persamaan 2.14 disebut dengan persamaan kontiunitas. Dalam bentuk lain persamaan kontiunitas ini dapat ditulis :

Q v A v

A₁. ₁ ₂. ₂ 

D12.v1 =D22.v2 ... (2.14)

dengan, - Q : Debit (m3/s)

- v : Kecepatan aliran (m/s) - A : Luas penampang (m2₎

- ̇ : Laju aliran massa (kg/s)

Persamaan 2.14 di atas disebut dengan persamaan kontiunitas.

2.2.11. Persamaan Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa jika pada suatu aliran fluida mengalami peningkatan kecepatan dan ketinggian fluida terhadap suatu referensi maka akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip bernouli seperti Gambar 2.10, merupakan

penyederhanaan dari persamaan energi mekanik yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama.

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)

... (2.15)

Selanjutnya, pada bagian luas penampang A2, usaha yang dilakukan P2 sejauh

Δx2, adalah (Olson, 1990)

... (2.16) dengan, - P : Tekanan (Pa)

- A : Luas penampang (m2₎

- Δx : Perubahan panjang kolom fluida (m) - ΔV : Perubahan volume fluida (m3) - ΔW : Perubahan kerja (joule)

... (2.17)

atau,

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

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

- P : Tekanan fluida (Pa)

1 1 1 1 1

1 PA x P V

W    

 2 2 2 2 2

2 P A 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 _ 

Persamaan 2.17 di atas, disebut dengan persamaan Bernoulli yang digunakan untuk perhitungan aliran fluida ideal atau tanpa gesekan dan tak mampu mampat (incompressible). Jika persamaan pada 2.17 dikalikan dengan volume jenis (SpesificVolume) dari suatu fluida atau zat, maka persamaan Bernoulli akan menjadi:

Volum jenis (Spesific Volume)

... (2.18)

Selanjutnya, persamaan 2.18 kembali dikalikan dengan percepatan gravitasi (1/g), maka bentuk persaman Bernoulli menjadi:

... (2.19)

atau,

H1 = H2 ... (2.20)

dengan, - γ : Berat jenis zat cair persatuan volume (kg/ . ) - 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 (1kgf) 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 seperti skema Gambar 2.11 (Sularso, 2000).

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

P _{    }

  g v z P g v z P 2 2 2 2 2 2 2 1 1

1     

 

Gambar 2.11. Aliran melalui pipa (Sularso, 2000)

2.2.12. Perhitungan Head Loss

Perubahan terjadi pada saat tekanan aliran air karena adanya perubahan kecepatan (v), perubahan ketinggian (z), gesekan air terjadi dinding pipa (As) dan akibat perubahan penampang (Ap). Gesekan yang terjadi papa dinding pipa yang diakibatkan oleh perubahan tekanan aliran air disepanjang pipa dapat dianalisa melalui persamaan Bernoulli yang dimodifikasi yaitu (Clifford, 1984).

H1 = H2 + hL

... (2.21)

Persamaan 2.21 merupakan persamaan Bernoulli yang dimodifikasi karena adanya gesekan fluida terhadap dinding pipa. Akibat dari gesekan fluida pada dinding pipa akan menimbulkan penurunan tekanan atau head loss di sepanjang aliran. Secara umum kehilangan tekanan akibat tegangan gesek atau kerugian ini digolongkan menjadi dua macam kerugian aliran yaitu kerugian mayor dan kerugian manor.

Kerugian mayor adalah kehilangan tekanan yang terjadi akibat gesekan aliran fluida pada pipa lurus. Sedangkan kerugian minor adalah kehilangan tekanan yang terjadi di selain pipa lurus misalnya kerugian pada katup-katup, sambungan L, sambungan T dan sebagainya. Dua kerugian aliran fluida akibat gesekan di sepanjang komponen aliran ini disebut dengan head loss.

L

h g v z P g v z

P _{     }

2 2

2 2 2 2 2 1 1 1

 

2.2.12.1. Perhitungan 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 v D L f h_LMY

2 . .

2 

... (2.22) dengan, - hLMY : Head loss mayor (m)

- f : Koefisien gesek - L : Panjang pipa (m)

- D : Diameter dalam pipa (m)

- g : Percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Koefisien gesek pipa (f) dapat diketahui melalui diagram Moody yang disajikan pada Lampiran.

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

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).

... ..(2.24)

2.2.12.2. Perhitungan Head Loss Minor

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

g v K h_LM 2 . 2

 ... (2.25) dengan, - hLM : 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).

g v D L f h e LM 2 . . 2

 ... (2.26) karena,

K D L

f e  _{... ... (2.27)}

dengan, hLM : Head loss minor (m)

- f : Kekasaran relatif dari diagram Moody - Le : Panjang ekuivalen dari komponen (m) - D : Diameter komponen katup dan pipa (m) - K : Koefisien tahanan

Re 64

 f

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. Semakin kecil radius kelengkungan belokan maka semakin besar koefisien tahanan belokan. Koefisien tahanan tersebut dapat diketahui melalui Gambar 2.12.

Gambar 2.12. Koefisien tahanan (K) pada belokan pipa (bends 900₎

(Munson dkk., 2003)

Untuk sambungan yang kelengkungannya halus, koefisien tahanan akan lebih kecil namun pembuatannya lebih sulit dan harganya lebih mahal. Pada Gambar 2.3 menunjukkan nilai belokan yang kelengkungannya dibentuk dari penyambungan pipa lurus yang disebut dengan bends, koefisien tahanan akan lebih tinggi namun proses pembuatan yang lebih mudah dan harganya jauh lebih murah.

Gambar 2.13. Koefisien tahanan pada bends 900 (Clifford, 1984).

Untuk mencari nilai Ratio (Le/D) pada belokan pipa 900 dapat dicari dari Gambar 2.14.

Gambar 2.14. Perbandingan antara panjang ekuivalen terhadap diameter dalam pipa (Le/D) pada belokan pipa 900 (White, 1998)

Gambar 2.15 dibawah ini dapat diketahui nilai aliran yang melewati belokan patah (mitre bends) koefisien tahanan minor (K) merupakan fungsi dari sudut belokan.

Gambar 2.15. Koefisien tahanan (K) pada belokan patah (mitre bends) (Clifford, 1984)

Pada aliran fluida yang melewati sebuah pipa mengalami pengecilan dan pembesaran penamapang secara mendadak seperti Gambar 2.16 yang menunjukan nilai koefisien tahanan (K) merupakan ratio perbandingan antara diameter pipa besar dengan diameter pipa kecil.

Gambar 2.16. Gafik koefisien tahanan pada pengecilan dan pembesaran penampang secara mendadak (White, 1998)

Pada aliran yang mengalami pembesaran penampang secara mendadak (sudden exspansion), penurunan tekanan (minor losses) dihitung melalui persamaan 2.28.





g v v K h_LM 2 . 2 2 1

 ... (2.28)

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

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

Penurunan tekanan (P) akibat pengecilan penampang secara mendadak (sudden contraction) atau secara gradual contraction, perhitungan head loss minor mengacu pada persamaan 2.28 di atas. Untuk perubahan penampang secara gradual contraction, koefisien tahanan (K) dapat dicari melalui gambar 2.17.

Gambar 2.17. Grafik koefisien tahanan pada gradual contraction (Munson dkk., 2003)

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

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

Dengan, - K : Faktor tahan head loss minor - A1 : Penampang pipa kecil (m2)

- A2 : Penampang pipa besar (m2)

- D1 : Diameter pipa kecil (m)

- D2 : Diameter pipa besar (m)

Pada Gambar 2.18 menunjukan aliran air melewati sebuah pipa mengalami pengecilan penampang secara mendadak maka disebut dengan istilah sidden contraction.

Gambar 2.18. Penyempitan mendadak (Santoso, 2012)

Dengan persamaan kontinuitas (Munson dkk., 2003): VO.Cc . A2 = V2.A2

Dimana Cc sebagai koefisien penyempitan yaitu luas jet di penampang O dibagi luas

penampang di titik 2 (Munson dkk., 2003).



g



V C

h

c c

     

 

 

2 1

1 22

... (2.30)

Untuk lubang masuk pipa dari reservoir (Munson dkk., 2003). V1



g



V K h_c    2 2 2

... (2.31)

2.2.13. 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 v v z h P

H_{Pump L}

2 2 1 2 2       

 ... (2.32)

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 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Bahan Penelitian

Dalam pengujian ini bahan yang digunakan adalah air. Air dialirkan sling pump melalui selang plastik ukuran 3/4’’ menuju bak penampung dengan variasi jumlah lilitan selang plastik yaitu 10, 12, 14, dan 16. Sling pump ini menggunakan 1 inlet dengan kondisi pencelupan sling pump 80% di dalam air dan kecepatan putaran konstan 40 rpm.

3.2. Alat Penelitian

Pada Gambar 3.1 adalah gambar sling pump dengan skala laboratorium sebagai alat penelitian.

Gambar 3.2. Skema Sling pump skala laboratorium

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 tampung dengan bak penampungan pada ketinggian 2 meter seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3.2.

3.2.1. Peralatan Uji

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

1. Motor listrik

Berfungsi sebagai sumber penggerak utama sling pump.

Spesifikasi Motor listrik: a. Merek SEM

b. Motor listrik 1 fase

c. Speed = 1400 rpm

d. Voltage = 220 / 380 V e. Type = YC 112M - 4 f. Output = 3 HP

g. Current = 17,8 A

2. Gear reducer

Berfungsi untuk mengubah putaran cepat ke putaran rendah, perbandingan putarannya adalah 1:20.

Gambar 3.4. Gear reducer

Spesifikasi:

a. Merek HC speed reducer made in China b. Model = WPA

c. Ratio = 1:20

3. Rangka kerucut sling pump

Gambar 3.5. Rangka kerucut sling pump

Spesifikasi:

a. Panjang rangka sling pump = 50 cm b. Diameter besar (Do) rangka sling pump = 40 cm c. Diameter besar (Di) rangka sling pump = 13,2 cm

4. Selang plastik

Berfungsi untuk mengalirkan air yang di mampatkan.

Gambar 3.6. Selang plastik 3/4’’ Spesifikasi:

a. Merek = San – San Reinforced hose

b. Jenis selang = Polymer elastic

c. Panjang selang 10 lilitan = 10,7 meter 12 lilitan = 12,6 meter 14 lilitan = 14,3 meter 16 lilitan = 15,9 meter d. Diameter selang 3/4’’ = 1,75 cm

5. Corong inlet

berfungsi sebagai corong utama masuknya air saat sling pump berputar.

Gambar 3.7. Corong inlet

Spesifikasi:

a. Diameter besar (Do) = 7 cm b. Diameter kecil (Di) = 2,5 cm c. Tinggi = 15,5 cm

6. Manifold

berfungsi sebagai alat mendistribusikan air dari lilitan selang ke pipa-pipa

output.

Gambar 3.8. Manifold dengan inlet segaris Spesifikasi:

a. Jumlah lubang masuk = 4 buah b. Panjang = 25 cm

7. Water Mur dan Water Swivel Joint

Berfungsi untuk mengubah gerak putar sling pump menjadi diam, water mur

digunakan pada penelitian sebelumnya, sedangkan pada penelitian ini digunakan water swivel joint untuk menghindari kebocoran.

Gambar 3.9. Water mur

Spesifikasi:

a. Ukuran Water mur = 1 inchi

b. Bahan = PVC

Gambar 3.10. Water Swivel Joint

Spesifikasi:

a. Ukuran diameter dalam = 3/4 inchi

8. Pressure gauge

berfungsi untuk mengetahui tekanan air.

Gambar 3.11. Pressure gauge

Spesifikasi:

a. Maksimal tekanan = 2,5 Bar

9. Check valve

Berfungsi untuk mencegah adanya aliran balik (back flow).

Gambar 3.12. Check valve

Spesifikasi:

a. Ukuran check valve = 3/4 inchi b. Bahan = Kuningan

10. Pipa delivery

Berfungsi untuk mengalirkan air dari selang pada sling pump menuju ke bak penampung.

Gambar 3.13. Pipa delivery

Spesifikasi:

a. Bahan = PVC

b. Diameter pipa = 3/4 inchi c. Panjang pipa delivery = 6 meter

11. Tower

Berfungsi untuk meletakan bak penampung air hasil pemampatan, tinggi tower ini 3 meter dari permukaan tanah.

Spesifikasi:

a. Tinggi tower = 3 meter

b. Material bahan = Besi siku berlubang

c. Tebal = 3 mm

12. Gelas ukur

Berfungsi untuk mengetahui debit air yang dihasilkan sling pump.

Gambar 3.15. Gelas ukur Spesifikasi:

a. Kapasitas maksimum = 1 liter b. Bahan = Plastik

13. Tachometer

Adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putar suatu poros.

Spesifikasi:

a. Merek = smart sensor digital Tachometer Ar-925

b. Range = 0,5 – 19999 rpm

14. Stopwatch

Adalah alat untuk mengukur waktu selama pengujan.

Gambar 3.17. Stopwatch

15.Ember

Berfungsi untuk penampung air

3.3. Diagram Alir

Diagram alir dari penelitian ini terlihat pada Gambar 3.19 dan 3.20

Gambar 3.19. Diagram alir Mulai

Input data:

 Jumlah inlet : 1

 Kecepatan putar : 40 rpm  Diameter selang : 3/4’’  Kondisi pencelupan : 80 %  Panjang delivery : 6 meter  Ketinggian delivery : 2 meter

Output data:  Debit  Tekanan

Memasang water swivel joint

Uji coba kebocoran sling pump

Pengamatan dan pengambilan data Memasang lilitan dengan variasi 10, 12, 14 dan 16

apakah ada kebocoran ?

A Tidak

Tidak Ya

Apakah variasi lilitan selang sudah sesuai ?

Gambar 3.20. Lanjutan Diagram alir

3.4. Prosedur Penelitian 3.4.1. Tahap Persiapan

Tahap persiapan pada penelitian sling pump ini meliputi:

1. Mengecek alat-alat yang digunakan.

2. Mengatur kecepatan putar 40 rpm pada sling pump.

3. Pengisian air kedalam bak penampung sling pump dengan ketingan 80 %.

4. Pengoperasian alat.

3.4.2. Tahap Pengambilan Data

Tahap pengambilan data dalam penelitian ini yaitu untuk mengetahui tekanan dan debit air yang dihasilkan sling pump dengan menggunakan variasi jumlah lilitan selang plastik 10, 12, 14, dan 16 dengan persentase pencelupan 80% pada kecepetan putar motor konstan 40 rpm, diameter selang plastik 3/4’’, panjang pipa delivery 6 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 mayorsling pump.

3. Menghitung nilai head loss minorsling pump.

4. Grafik debit aktual.

Selesai Analisa

 Menghitung v, ℎ (mayor dan minor)  Pembahasan

5. Membandingkan hasil penelitian. 6. Pembahasan.

3.4.4 Lokasi Penelitian

Mengingat sling pump bentuk kerucut yang dibuat adalah skala laboratorium, maka hasil sling pump ini diuji coba di lingkungan Laboratorium Teknik Mesin UMY, yaitu pada Lab Prestasi Mesin lantai dasar pada bulan April 2016.

40 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Penelitian

Penelitian sling pump jenis kerucut variasi jumlah lilitan selang dengan menggunakan presentase pencelupan 80%, ketinggian pipa delivery 2 meter, 1

inlet dan putaran 40 rpm. Berikut data hasil penelitian yang disajikan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Data hasil pengujian pada variasi jumlah lilitan selang.

Jumlah lilitan selang

Tekanan Indikator (bar)

Debit (Q) (liter/menit)

Debit rata-rata (Q) (liter/menit)

10

0,2 6,7

6,46

0,2 6,4

0,2 6,3

12

0,2 6,3

6,73

0,2 7

0,2 6,9

14

0,2 7

7,13

0,2 7,1

0,2 7,3

16

0,2 7,3

7,53

0,2 7,5

0,2 7,8

4.2. Perhitungan Kecepatan Aliran

a. Kecepatan aliran air pada 1 inlet pada pipa delivery (v6) Diketahui:

Dihitung:

 Debit aktual rata-rata

Q = ΣQ n

Q = 6,71 liter menit⁄ + 6,41 liter menit⁄ + 6,31 liter menit⁄ 3

Q = 6,461 liter menit⁄ = 1,08x10 m ⁄s

 Luas penampang pipa (A)

A = 1

4 x π xd A = 1

4 x π x( 0,022) A = 3,80x10 m

 Kecepatan aliran air

v = Q A

v = 1,08x10 m ⁄s 3,80x10 m v = 0,28 m s⁄

b.

Kecepatan aliran air pada Selang 1’’ (v5) Diketahui:

- Diameter dalam selang, d5 = 1” = 2,54 cm = 0,0254 m Dihitung:

Q5 = Q6 v5.A5 = v6.A6 Maka:

= x

=

x ₄ x 4 x

= x

= 0,28 m s⁄ x( 0,022m ) ( 0,0254m) = 0,21 m s⁄

c. Kecepatan aliran air pada pipa 3/4’’ (v4) Diketahui:

- Diameter dalam pipa, d4 = 3,4” = 2,2 cm = 0,022 m Dihitung:

Q4 = Q5 v4.A4 = v5.A5 Maka:

= x

= x

4 x 4 x

= x

= 0,21 m s⁄ x( 0,025m ) ( 0,022m)

= 0,27 m s⁄

d. Kecepatan aliran pada pipa 1’’ (v3) Diketahui:

- Diameter dalam pipa, d3 = 1’’ = 2,8 cm= 0,028 m Dihitung:

Q3 = Q4 v3.A3 = v4.A4 Maka:

= x

= x

4 x 4 x

= x

= 0,27 m s⁄ x( 0,022m ) ( 0,028m) = 0,16 m s⁄

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

- Diameter dalam pipa hollow shaft, d2 = 1,5 cm= 0,015 m Dihitung:

Q2 = Q3 v2.A2 = v3.A3 Maka:

= x

= x

4 x 4 x

= x

= 0,16 m s⁄ x( 0,028m ) ( 0,015m) = 0,55 m s⁄

f. Kecepatan aliran air pada selang 3/4’’ (v1) Diketahui:

- Diameter dalam Selang d1 = 3/4’’ = 1,75 cm= 0,0175 m Dihitung:

Q1 = Q2 v1.A1 = v2.A2 Maka:

= x

=

x ₄ x 4 x

= x

= 0,55 m s⁄ x( 0,0175m ) ( 0,0175m) = 0,40 m s⁄

Kecepatan aliran air pada sling pump variasi jumlah lilitan selang dengan kondisi

sling pump tecelup 80% di dalam air dan kecepatan 40 rpm. Dengan menggunakan langkah yang sama seperti diatas, hasil perhitungan untuk jumlah

inlet lainnya disajikan dalam tabel 4.2.

Tabel 4.2. Kecepatan air pada variasi jumlah lilitan selang plastik.

Jumlah lilitan selang

Kecepataan Aliran (m/s)

Pipa

Delivery Selang 1” Pipa 3/4" Pipa 1”

Pipa

Hollow shaft

Selang ¾

10 0,28 0,21 0,27 0,16 0,55 0,40

12 0,29 0,22 0,29 0,17 0,59 0,43

14 0,31 0,23 0,30 0,18 0,62 0,45

16 0,32 0,24 0,31 0,19 0,66 0,48

4.3. Perhitungan Head Kerugian (Head Loss) 4.3.1. Head Kerugian Gesek Sebagai Rugi Mayor

Head kerugian gesek sebagai rugi mayor pada kecepatan putaran 40 rpm dengan kondisi sling pump tercelup 80% di dalam air dan ketinggian delivery 2 meter.

1. Perhitungan head loss pada pipa hollow shaft

Diketahui:

- Kecepatan aliran air dalam pipa (v) = 0,55 m/s - Panjang selang, L = 12 cm = 0,12 m

- Diameter dalam pipa, di = 1,5 cm = 0,015 m - Suhu air = 27˚C

- ρ = 996,59kg/m3(Lampiran 1) - µ = 0,000852 (kg/ . )(Lampiran 1)

Dihitung:

a. Bilangan Reynolds (Re)

= x x

= 996,59 kg m⁄ x0,55 m s⁄ x0,015m 0,000852kg/ .

= 9650,07

Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa aliran air pada pipa hollow shaft

adalah turbulen karena nilai Re > 4000.

b. Angka kekasaran relatif (k)

Untuk pipa galvanized iron dari tabel angka kekasaran lampiran 4

diperoleh angka kekasaran ε = 0,15 mm.

=

= 0,00015m 0,015m = 0,01

c. Koefesien gesek (f)

Berdasarkan bilangan Reynolds dan angka kekasaran di atas, maka kerugian gesek (f) diketahui dari diagram Moody sehingga diperoleh kerugian gesek f = 0,04329.

d. Head kerugian pada hollow shaft (hl)

ℎ = x L

d x ( 2xg)

ℎ = 0,04329x 0,12m 0,015m x

( 0,55 m s⁄ ) ( 2x9,81 m s⁄ )

2. Perhitungan head kerugian pada pipa 1’’ Diketahui:

- Kecepatan aliran air dalam pipa, v = 0,16 m/s - Panjang pipa, L = 8 cm = 0,08 m

- Diameter dalam pipa, di = 1” = 2,8 cm = 0,028 m - Suhu air = 27˚C

- ρ = 996,59 kg/m3 _{(Lampiran 1)} - µ = 0,000852 (kg/ . ) (Lampiran 1)

Dihitung:

a. Bilangan Reynolds (Re)

= x x

= 996,59 kg m⁄ x0,16 m s⁄ x0,028m 0,000852kg/ .

= 5240,28

Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa aliran air pada pipa 1’’adalah

turbulen karena nilai Re > 4000

b. Angka kekasaran relatif (k)

Diasumsikan material pipa yang digunakan adalah plastik, sehingga dari tabel angka kekasaran pada lampiran 4 diperoleh angka kekasaran, ε = 0,0015 mm.

=

= 0,0000015m 0,028m = 0,00005

c. Koefisien gesek (f)

Berdasarkan bilangan Reynolds dan angka kekasaran diatas, maka kerugian gesek (f) diketahui dari diagram Moody sehingga diperoleh kerugian gesek f = 0,03695.

d. Head kerugian pada pipa 1” (hl)

ℎ = x L

d x ( 2xg)

ℎ = 0,03695x 0,08m 0,028m x

( 0,16 m s⁄ ) ( 2x9,81 m s⁄ )

ℎ = 0,000137m

3.

Perhitungan head kerugian water swivel joint pada pipa 3/4” Diketahui:

- Kecepatan aliran air dalam pipa (v) = 0,27 m/s - Panjang pipa, L = 42 cm = 0,42 m

- Diameter dalam pipa, di = 3/4” = 2,2 cm = 0,022 m - Suhu air = 27˚C

- ρ = 996,59kg/m3_{(Lampiran 1)} - µ = 0,000852 (kg/ . ) (Lampiran 1) Dihitung:

a. Bilangan Reynold (Re)

= x x

= 996,59 kg m⁄ x0,27 m s⁄ x0,022m 0,000852kg/ .

= 6948,05

Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa aliran air pada pipa 3/4’’ adalah turbulen karena nilai Re > 4000.

b. Angka kekasaran relatif (k)

Diasumsikan material pipa yang digunakan adalah plastik, sehingga dari tabel angka kekasaran pada lampiran 4 diperoleh angka kekasaran, ε = 0,0015 mm.

=

= 0,0000015m 0,022m = 0,00006

c. Koefisien gesek (f)

Berdasarkan bilangan Reynolds dan angka kekasaran di atas, maka kerugian gesek (f) diketahui dari diagram Moody sehingga diperoleh kerugian gesek f = 0,03416.

d. Head kerugian pada pipa ¾”(hl)

ℎ = fx L

d x ( 2xg)

ℎ = 0,03416x 0,42m 0,022m x

( 0,27 m s⁄ ) ( 2x9,81 m s⁄ )

ℎ = 0,00242m

4.

Perhitungan head kerugian pada pipa delivery

Diketahui:

- Kecepatan aliran air dalam pipa, v = 0,28 m/s - Panjang pipa, L = 6 m

- Diameter dalam pipa, di = 3/4” = 2,2 cm = 0,022 m - Suhu air = 27˚C

- ρ= 996,59kg/m3_{(Lampiran 1)} - µ = 0,000852 (kg/ . ) (Lampiran 1)

Dihitung:

a. Bilangan Reynolds (Re)

= x x

= 996,59 kg m⁄ x0,28 m s⁄ x0,022m 0,000852kg/ .

= 9778,74

Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa aliran air pada pipa

delivery adalah turbulen karena nilai Re > 4000.

b. Angka kekasaran relatif (k)

Diasumsikan material pipa yang digunakan adalah plastik, sehingga dari tabel angka kekasaran pada lampiran 4 diperoleh angka

kekasaran, ε = 0,0015mm. =

= 0,0000015 0,022 = 0,00006

c. Koefisien gesek (f)

Berdasarkan bilangan Reynolds dan angka kekasaran di atas, maka kerugian gesek (f) diketahui dari diagram Moody sehingga diperoleh kerugian gesek f = 0,03382.

d. Head kerugian pada pipa (hl)

ℎ = x L

ℎ = 0,03382x 6m 0,022m x

( 0,28 m s⁄ ) ( 2x9,81 m s⁄ )

ℎ = 0,0368m

Head loss mayor pada sling pump variasi jumlah lilitan selang dengan menggunakan kecepatan putar 40 rpm dengan kondisi sling pump tercelup 80% di dalam air. Dengan menggunakan langkah yang sama seperti di atas, hasil perhitungan untuk jumlah lilitan dan lainnya disajikan dalam tabel 4.3.

Tabel 4.3 Head loss mayor pada variasi jumlah lilitan selang pada kecepatan putar 40 rpm dengan kondisi sling pump tercelup 80% di dalam air.

Jumlah lilitan

Head Loss Mayor (hl) (m)

ƩHead loss Mayor

Pipa

Hollow Shaft

Pipa 1’’ Pipa 3/4" Pipa

Delivery

10 0,0053 0,000137 0,00242 0,0368 0,0446

12 0,0060 0,000152 0,00274 0,0391 0,0479

14 0,0067 0,000168 0,00290 0,0439 0,0536

16 0,0075 0,000185 0,00307 0,0464 0,0571

4.3.2. Head Kerugian Gesek Sebagai Rugi Minor Diketahui berdasarkan Gambar 4.1.

- Diameter lingkaran besar tirus, D1 = 40 cm - Diameter lingkaran kecil tirus, D2 = 13,2 cm - Diameter rangka, rr = 0,4 cm

- Diameter selang, di = 1,75 cm - Jari-jari selang, ri = 0,875 cm

Gambar 4.1. Kerangka sling pump

Dihitung:

a. Diameter lingkaran besar sling pump (Da) = + ( 2 ) + ( 2 )

= 40cm + ( 2x0,4cm) + ( 2x1,75cm) = 44,3

b. Diameter lingkaran kecil sling pump (Db)

= + ( 2 ) + ( 2 )

= 13,2cm + ( 2x0,4cm) + ( 2x1,75cm) = 17,5

c. Diameter rata-rata sling pump (D)

= +

2

= 44,3cm + 17,5cm 2

= 30,9cm

d. Jari-jari rata-rata sling pump ( )

R = D 2 R = 30,9cm

2 R = 15,45cm

 Head loss minor dengan 1 inlet, putaran 40 rpm kondisi sling pump tercelup 80% di dalam air pada ketinggian delivery 2 meter.

1) Perhitungan rugi minor pada lilitan selang plastik Diketahui:

- Kecepatan aliran air pada selang = 0,40 m/s

- Diameter selang (di) = 3/4” = 1,75 cm = 0,0175 m - Jari-jari rata-rata sling pump = 15,45 cm = 0,1545 m

Lilitan selang diasumsikan sebagai elbow 900, dengan bilangan Reynolds

adalah:

= x x

= 996,59 kg m⁄ x0,40 m s⁄ x0,0175m 0,000852m. s

= 8187,94

Karena bilangan Re > 4000, maka alirannya adalah turbulen. Sehingga dengan mengasumsikan selang adalah pipa plastik, dari diagram Moody di dapat faktor nilai kekasaran (k) selang adalah:

=

= 0,0000015m 0,0175m = 0,000085

Berdasarkan bilangan Reynolds dan angka kekasaran (k) di atas, maka kerugian gesek (f) diketahui dari diagram Moody sehingga diperoleh kerugian gesek, f = 0,03270.

Dengan menggunakan gambar 2.14 panjang ekuivalen didapat harga Le/D adalah:

= 15,45cm 1,75cm = 8,83

Kurniawan (2015) pernah melakukan penelitian unjuk kerja sling pump jenis kerucut menggunakan variasi kecepatan putar dan kondisi pencelupan 50-90%, serta ketinggian delivery 2 m. Dari hasil penelitian diketahui debit optimal terjadi pada kecepatan 50 rpm dengan kondisi pencelupan 50% yaitu sebesar 4,71 liter/menit

Waliyadi (2016) melakukan penelitian sling pump dengan variasi ketinggian dan kondisi pengecelupan dengan menggunakan kecepatan maksimal hanya menghasilkan Head tertinggi 2 meter dengan debit air 3,46 liter/menit.

Pada penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya dengan menggunakan water mur, debit dan Head yang di hasilkan kurang optimal. Hal ini disebabkan karena adanya kebocoran yang terjadi pada water mur. Dari dari penelitian ini dapat dikembangkan dengan melakukan penggantian water mur dengan water swivel joint supaya tidak ada kebocoran lagi.

Metode yang digunakan pada penelitian sling pump dengan variasi jumlah lilitan ini adalah pergantian Water mur dengan Water Swivel joint. Menggunakan kecepatan putar sling pump 40 rpm, dengan ketinggian 2 meter dan kondisi pengecelupan 80%. Serta membandingkan hasil debit yang didapat oleh peneliti sebelumya.

2.2.Dasar Teori..

Sling pump diperkenalkan oleh Archimedes pada kisaran tahun 287-212 SM. Alat ini digunakan untuk memindah air dari danau keseluruh irigasi pertanian Syiracuse di Sicily (Wikipedia). Cara kerja pompa ini yaitu ujung engkol diputar menggunakan tenaga manusia, sehingga air akan naik dari elevasi rendah ke elevasi lebih tinggi. Alat ini kemudian dikenal dengan sebutan “Archimedean Screw pump”. a.Sling Pump

Teknologi Sling pump merupakan jenis Pompa special effect adalah pompa yang prinsip kerjanya mengkonversi energi dari energi tekanan dari fluida bergerak menjadi energi gerak sehingga membuat area bertekanan rendah dan dapat menghisap fluida di sisi fuction atau sisi hisap. metode ini dapat digunakan sebagi metode pembuatan pompa air yang tidak memerlukan energi listrik atau energi fosil.

b.Water Swivel Joint

Pengunaan Water Swivel Joint merupakan komponen penting dalam industri pengeboran.Swivel

terletak pada bagian paling atas dari rangkaian pipa bor Alat ini mempunyai fungsi sebagai berikut:

 Memberikan kebebasan rangkaian pipa bor untuk berputar.

 Memberikan perpaduan gerak vertikal dengan gerak berputar dapat bekerja bersama-sama.

 Untuk meneruskan aliran lumpur dari alat yang tidak bergerak ke peralatan yang bergerak pada rangkaian pemboran.

c.Energi air

Untuk mengetahui energi aliran air sungai di daerah datar, digunakan perhitungan energi kinetik, sehingga energi yang dapat dibandingkan oleh air adalah sebesar :

3

2

1

v

A

P

_air











dengan, - Pair : Daya air (Watt)

- ρ : Massa jenis air (kg/m3₎

- A : Luas penampang aliran air (m2₎

-

v : Kecepatan aliran air (m/s)

d.Tekanan (P)

Dalam ilmu fisika, tekanan (P) diartikan sebagai gaya per satuan luas, dimana arah gaya tegak lurus dengan luas permukaan. Secara matematis, tekanan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini:

A

F

P



dengan, - P : Tekanan (Pa) - F : Gaya (N)

- A : Luas permukaan (m2₎

e.Tekanan Hidrostatis

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

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

P = ρ.g.h

dengan, - P : Tekanan hidrostatis (N/m2₎

- ρ : Massa jenis cairan (kg/m3₎

- g : Percepatan gravitasi (m/s2₎

f.Aliran Laminar Dan Turbulen

Aliran laminar adalah suatu aliran fluida yang sifat alirannya cenderung stabil. Aliran laminar akan mengalami ketidakstabilan ketika memiliki viskositas dan kecepatan tinggi. Pada kondisi ini, aliran akan cenderung menjadi aliran turbulen.

Nilai Re:

Re ˂ 2300 : Laminar

2300 ≤ Re ≤ 4000 : Transisi Re > 4000 : Turbulen

  vd d

. . Re 

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

-μ : Viskositas dinamik (kg/m.s) - Red : Bilangan Reynolds

- d : Diameter dalam pipa (m) g.Persamaan Kontinuitas

Aliran fluida internal tak mampu mampat atau incompressible adalah aliran di dalam suatu garis aliran yang penampangnya berupa kurva tertutup dan massa jenis fludia sepanjang medan aliran adalah tetap (tidak berubah).

Persamaan disebut dengan persamaan kontiunitas. Dalam bentuk lain persamaan kontiunitas ini dapat ditulis :

Q v A v

A₁. ₁  ₂. ₂ 

dengan

-

Q : Debit (m3_/s)

- v : Kecepatan aliran (m/s) - A : Luas penampang (m2₎

- ̇ : Laju aliran massa (kg/s) h.Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa jika pada suatu aliran fluida mengalami peningkatan kecepatan dan ketinggian fluida terhadap suatu referensi maka akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut.

tetap v

gz

P  2 

2 1_ 

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

- g : Percepatan gravitasi bumi (m/s2₎

- z : Ketinggian relatif (m) - P : Tekanan fluida (Pa)

Persamaan di atas, disebut dengan persamaan Bernoulli yang digunakan untuk perhitungan aliran fluida ideal atau tanpa gesekan dan tak mampu mampat atau incompressible. Jika persamaan tersebut dikalikan dengan volum jenis (Spesific Volume) dari

suatu fluida atau zat, maka persamaan Bernoulli akan menjadi: 2 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 v gz P v gz

P _{    }

 

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

g v z P g v z P 2 2 2 2 2 2 2 1 1

1 _{    }

 

i.Head Loss

Head loss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan head loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian.

Head loss dapat digolongkan menjadi 2 yaitu: Head loss mayor dan Head loss minor. Kerugian mayor disebut juga kehilangan energi primer atau kehilangan energi akibat gesekan. Sedangkan Kerugian minor disebut kehilangan energi sekunder atau kehilangan energi akibat perubahan penampang dan aksesoris lainnya. Misalnya terjadi pada pembesaran penampang (expansion), pengecilan penampang (contraction), dan belokan atau tikungan

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:





g v v z h P

H _{Pump L}

2 2 1 2 2        dengan,

- HPump : Head total pompa (m)

- z :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)

- v1 : Kecepatan di titik keluar (m/s)

3. Metotologi Penelitian

Dalam pengujian ini bahan yang digunakan adalah air. Air dialirkan sling pump melalui selang plastik ukuran 3/4’’ menuju bak penampung dengan variasi jumlah lilitan selang plastik yaitu 10, 12, 14, dan 16. Sling pump ini menggunakan 1 inlet dengan kondisi pencelupan sling pump 80% di dalam air dan kecepatan putaran konstan 40 rpm.

3.1.Alat Penelitian

Sling pump di putar oleh motor listrik sehingga air masuk ke dalam lilitan selang.

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 tampung dengan bak penampungan pada ketinggian 2 meter.

Gambar 3.1.Skema Alat 3.2.Peralatan Uji

a. Motor listrik

Spesifikasi Motor listrik:

 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

b. Gear reducer untuk mengubah putaran cepat ke putaran rendah, perbandingan putarannya adalah 1:20.

Spesifikasi:

 Merek HC speed reducer made in china

 Model = WPA

 Ratio = 1:20

c. Rangka sling pump tempat melilitkan selang plastik Spesifikasi:

 Panjang rangka sling pump = 50 cm

 Diameter besar (D1) rangka sling pump = 40 cm

 Diameter besar (D1) rangka sling pump = 13,2

cm

d. Selang yang digunakan pada penelitian ini adalah 3/4’’. Yang dimana selang berfungsi untuk mengalirkan air yang di mampatkan. Spesifikasi:

 Merek = San – San Reinforced hose

 Jebis selan = Polymer elastic

 Panjang selang = 17 meter

 Diameter selang 3/4’’ = 1,75 cm

e. Pipa delivery untuk mengalirkan air dari selang pada sling pump menuju ke bak penampung. Spesifikasi:

 Bahan = Pvc

 Diameter pipa = 3/4” inch

 Panjang pipa delivery = 6 meter

f. Pressure gauge berfungsi untuk mengetahui tekanan air.

Spesifikasi:

 Maksimal tekanan = 2,5 Bar

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

Spesifikasi:

 Tinggi tower = 3 meter

 Material bahan = Besi siku berlubang

 Tebal = 3 mm

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

Spesifikasi:

 Kapasitas maksimum = 1 liter

 Bahan = Plastik

i. Water Swivel Joint sebagai pengubah gerak putar sling pump menjadi diam.

Spesifikasi:

 Ukuran diameter dalam = 3/4 inchi

 Bahan = PVC

j. Check valve yaitu untuk mecegah adanya aliran balik (back flow).

Spesifikasi:

 Ukuran check valve = 3/4 inchi

 Bahan = Kuningan

k. Corong inlet berfungsi sebagai corong utama masuknya air saat sling pump berputar. Spesifikasi:

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

 Tinggi = 15.5 cm

l. Tachometer adalah aat yang digunakan untuk mengukur kecepatan pada suatu poros. Spesifikasi:

 Merek = smart sensor digital tachometer Ar-925

 Range = 0,5 – 19999 rpm

m. Stop watch untuk mengukur waktu selama pengujan

3.3.Diagram alir penelitian

4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Debit air

Penelitian Sling pump jenis kerucut variasi jumlah lilitan selang dilakukan untuk membandingkan pengaruh pengantian water mur dengan water swivel dengan menggunakan presentase pengecelupan 80% dan putaran 40 rpm. Berikut Data hasil disajikan seperti pada Tabel 4.1.berikut

Tabel 4.1.Pengaruh jumlah lilitan selang terhadap debit air

Kecepatan aliran air pada sling pump variasi jumlah lilitan selang dengan kondisi sling pump tecelup 80% di dalam air dan kecepatan 40 Rpm. Dengan menggunakan langkah yang sama seperti diatas, hasil perhitungan untuk jumlah inlet lainnya disajikan dalam tabel 4.2:

4.2. Tabel kecepatan Aliran

Head loss mayor pada Sling Pump variasi jumlah lilitan selang dengan menggunakan kecepatan putar 40 rpm dengan kondisi sling pump tercelup 80% di dalam air. Dengan menggunakan langkah yang sama seperti di atas, hasil perhitungan untuk jumlah inlet lainnya disajikan dalam tabel berikut:

Head loss minor pada Sling pump variasi jumlah lilitan selang 10, 12, 14, dan 16 dengan kecepatan putar 40 rpm pada kondisi sling pump tercelup 80% di dalam air. Dengan menggunakan langkah yang sama seperti di atas, hasil perhitungan untuk jumlah inlet dan kondisi tercelup sling pump lainnya disajikan dalam tabel 4.3, berikut :

4.2. Grafik 4.2.1. Debit

Hasil dari penilitian dapat digambarkan dalam grafik debit yang diperoleh berdasarkan variasi jumlah lilitan selang delivery seperti pada gambar di bawah ini:

Grafik 4.1. Pengaruh jumlah lilitan selang terhadap debit air

Berdasarkan Gambar 4.2, menunjukan bahwa debit air yang dihasilkan dari tiap lilitan selang plastik cenderung meningkat. Hal ini terjadi karena jumlah udara yang tertahan di dalam lilitan selang lebih besar karena udara bersifat kompresibel. Saat corong sling pump berputar, air akan balik ke corong inlet air yang masuk melalui corong inlet yang akan ditekan oleh

udara dan terkompresi, sehingga air akan terdorong menuju penampung melalui pipa delivery.

Persentase kenaikan pada variasi jumlah lilitan selang pada sling pump mencapai nilai terbesar yaitu 5,94% yang terjadi pada lilitan 12 ke 14, serta kenaikan terkecil pada variasi jumlah lilitan selang pada sling pump dengan nilai 4,17% pada lilitan 10 ke 12.

4.2.1. Grafik perbandingan penelitian Sling Pump

Grafik 4.2. Perbandingan penilitian sling pump Berdasarkan Gambar 4.3, sling pump dengan ketentuan 1 inlet, 16 lilitan selang, 80% pencelupan, kecepatan konstan 40 rpm dan ketinggian 2 meter, menunjukkan hasil debit yang berbeda. Waliyadi (2016) hanya menghasilkan debit 3,46 liter/menit, sedangkan penelitian yang telah dilakukan peneliti menunjukan hasil debit 7,53 liter/menit. Perbedaan jumlah debit dikarenakan tidak adanya kebocoran pada water swivel joint. Sedangkan penelitian yang dilakukan Syamsudin (2015) menujukkan hasil yang lebih besar meskipun menggunakan jumlah lilitan yang lebih sedikit dan water mur sebagai penghubung sling pump ke pipa delivery mengalami kebocoran, hal ini di karenakan motor yang di gunakan pada penelitian Syamsudin (2015) merupakan motor 3 fase yang memiliki daya yang lebih besar.

6.46

6.73

7.13

7.53

5.5 6 6.5 7 7.5 8

10 12 14 16

D

eb

it

(l

it

er

/m

eni

t)

Jumlah Lilitan Selang

6.79

7.39 7.72 _7.26

6.46 6.73

7.13 7.53

3.46

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

5 6 7 8 10 12 14 16

D

e

b

it

(l

ite

r

/m

e

n

it)

Jumlah Lilitan Selang

Perbandingan Dengan Penelitian Sebelumnya

5. PENUTUP 5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian sling pump variasi jumlah lilitan selang dengan menggunakan kecepatan 40 rpm dan kondisi pengecelupan 80% didalam air, diperoleh kesimpulan sebagai berikut: a. Debit air maksimal yang dihasilkan oleh sling pump dengan variasi jumlah lilitan berada pada lilitan 16 yaitu sebesar 7,53 liter/menit. b. Untuk kenaikan debit terbesar terjadi pada lilitan 12 ke lilitan 14 yaitu 5,94%. Berdasarkan penelitian diketahui bahwa semakin banyak jumlah lilitan selang semakin bertambah pula debit yang dihasilkan.

c. Berdasarkan hasil perbandingan penelitian sling pump dengan ketentuan 1 inlet, 16 lilitan selang, 80% pencelupan, kecepatan konstan 40 rpm dan ketinggian 2 meter, menunjukkan hasil debit yang berbeda. Waliyadi (2010) hanya menghasilkan debit 3,46 liter/menit, sedangkan penelitian yang telah dilakukan peneliti menunjukan hasil debit 7,53 liter/menit. Perbedaan jumlah debit dikarenakan tidak adanya kebocoran pada water swivel joint.

5.2. Saran

Penelitian yang dilakukan masih terdapat kekurangan yang perlu diperbaiki kembali, oleh karena itu saran untuk pengembangan selanjutnya adalah sebagai berikut:

a. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut pada unjuk kerja sling pump jenis kerucut skala lapangan dengan jumlah lilitan 16 lilitan.

b. Untuk penelitian lebih lanjut sebaiknya kebocoran pada tabung penampung air sling pump lebih dapat diminimalisir. Agar setiap pengujian tidak terlalu mengisi air terus menerus pada tabung sling pump tersebut. c. Untuk penelitian lebih lanjut agar ukuran

diameter selang pada sling pump di perbesar.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim., 2010. Water swivel joint, www.diedrichdrill.com, diakses tanggal 2/8/2016.

Cliford, G. E., 1984, “Heating ventilating and air conditioning”, Reston Publinshing company, America.

Hasbullah, R.H., 2010, “Studi pengaruh variasi jumlah lilitan selang plastic dan kecepatan putar terhadap unjuk kerja sling pump jenis kerucut skala laboratorium”, UMY, Yogyakarta.

Hoffman, R.D., 2002. Sling pump, www.riferam.com, diakses tanggal 15/4/2016.

Kurniawan D. E. 2015, “Kajian Eksperimental Pengaruh Variasi Kecepatan Putar Sling Pump Jenis Kerucut Dan Kondisi Pencelupan Terhadap Unjuk Kerjanya”, UMY, Yogyakarta.

Munson, B. R., Young, D. F., Okiishi, T. H., 2003. “Mekanika Fluida”, Edisi ke-4, Jilid 1, Erlangga, Jakarta.

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

Rorres, C., 2000. The turn of the srew: optimal disign of an archimedes srew, www. Cs. Drexel.edu, diakses tanggal 15/6/2016. Robert, W.F., dan Alan T.P., 2003, “Introduction to

Fluid Mechanics”.ISBN 0-471-20231-2. Hachette Filipacchi Media U.S.Inc.

Streeter, V.L., dan Wylie, E. B., 1985, “Mekanika Fluida”, Edisi delapan jilid satu, Erlangga, Jakarta.

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

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

Triatmodjo, B, 1991. “Mekanika Fluida dan Hidraulika”. Jilid 1, UGM, Yogyakarta. Waliyadi, T., 2016. ” Investigasi unjuk kerja sling

pump tipe kerucut dengan variasi ketinggian delivery dan presentase pengecelupan”, UMY, Yogyakarta.

White, F.M., 1998. “Fluida Mechanics”. 4th _{ed, Mc.}