Pengujian Pengaruh Variasi Head Supply Dan Panjang Langkah Katup Limbah Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram
PENGUJIAN PENGARUH VARIASI HEAD SUPPLY
DAN PANJANG LANGKAH KATUP LIMBAH
TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HIDRAM
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FRANCISCUS M. SITOMPUL
NIM. 080401071
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas
rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“PENGUJIAN PENGARUH VARIASI HEAD SUPPLY DAN PANJANG
LANGKAH KATUP LIMBAH TERHADAP UNJUK KERJA POMPA
HIDRAM” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan
Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi
penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril,
maupun spiritual dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk
itu tidak lupa penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Ir.Mulfi Hazwi, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang dengan
penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera dan juga sebagai dosen pembanding dan
Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT sebagai dosen pembanding
yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H.Napitupulu, DEA selaku dosen wali.
5. Orang tua penulis J.Sitompul dan T. Br. Panggabean yang memberikan
dukungan moril dan materil, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga
kepada penulis.
6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama
penulis kuliah.
7. Rekan satu tim skripsi, Herto M. Marbun dan Uccok Prans Sinaga yang
telah meluangkan waktunya untuk memberikan kritik dan saran.
Universitas Sumatera Utara
8. Teman - teman penulis yaitu seluruh rekan mahasiswa angkatan 2008, para
abang dan kakak senior, serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang
telah memberi dukungan dan semangat kepada penulis.
9. Kepada pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu, penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran,
usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik.
Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat
kepada pembaca. Terima kasih.
Medan,
Mei 2013
Franciscus M Sitompul
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini dilakukan pengujian pengaruh variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hidram. Dalam
penelitian pompa hidram yang penulis lakukan, menggunakan variasi head supply
2,3 m, 2,8 m dan 3,3 m dan variasi panjang langkah katup limbah 15 mm, 20 mm
dan 25 mm. Tabung udara dengan volume 0,006153 m³ dan panjang pipa
pemasukan 15 m. Dari hasil pengujian dan perhitungan diperoleh bahwa head
supply berpengaruh terhadap tekanan yang diakibatkan oleh palu air dan panjang
langkah katup limbah berpengaruh terhadap debit dan kecepatan aliran. Head
tekanan gradual maksimum sebesar 0,6076 m yang terhubung paralel head supply
3,3 m dan panjang langkah katup limbah 25 mm. Efisiensi maksimum pompa
hidram sebesar 43,14 % yang terhubung paralel dengan head supply 2,3 m dan
panjang langkah katup limbah 15 mm pada efisiensi D’Aubuisson.
Kata kunci : Pompa, pengujian, head supply, katup limbah, efisiensi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This study aims to test the influence of variations in head supply and
length of waste valve stroke on the hydram pump performance. In research of
hydraulic ram which is writer do, using variation of head supply 2.3 m, 2.8 m and
3.3 m and length of waste valve stroke 15 mm, 20 mm and 25 mm. Volume of an
air chamber 0.006153 m³ and length of inlet pipe 15 m. From the result of testing
and calculation found that the variation of head supply effect on pressure caused
water hammer and length of waste valve stroke effect on capacity and velocity of
flow. Maximum gradual pressure head 0,6076 m connected in parallel with head
supply 3,3 m and length of waste valve stroke 25 mm. Maximum efficiency of
hydram pump 43.14% connected in parallel with head supply 2.3 m and length of
waste valve stroke 15 mm in efficiency D’Aubuisson.
Keyword: Pump, testing, head supply, waste valve, efficiency
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................... i
ABSTRAK..................................................................................................... iii
ABSTRACT .................................................................................................. iv
DAFTAR ISI ................................................................................................. v
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... x
DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ...................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah...............................................................................4
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................ 4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 6
2.1 Pompa ........................................................................................... 6
2.2 Pompa Hidram ............................................................................... 7
2.2.1 Komponen Utama Pompa Hidram dan Fungsinya ................ 7
2.2.2 Sistem Operasi Pompa Hidram ............................................. 11
2.3 Tinjauan Mekanika Fluida ............................................................. 16
2.3.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ................................ 16
2.3.2 Tekanan Pada Fluida ............................................................ 17
2.3.3 Gerak Fluida dan Laju Aliran................................................. 18
2.3.4 Energi dan Head..................................................................... 19
2.3.5 Persamaan Bernoulli............................................................... 21
2.3.6 Aliran Laminer dan Turbulen................................................. 22
2.3.7 Kerugian Head (Head Losses)............................................... . 23
2.4 Dasar Perencanaan Pompa ............................................................. 27
2.4.1 Kapasitas ............................................................................. 27
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Head Pompa ......................................................................... 27
2.4.3 Sifat Zat Cair ....................................................................... 28
2.5 Persamaan Energi Pada Pompa Hidram ......................................... 29
2.5.1 Energi Yang Dibangkitkan Pada Pompa Hidram .................. 29
2.5.2 Peningkatan Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Peristiwa
Palu Air ............................................................................... 33
2.5.3 Efisiensi Pompa Hidram......................................................... 33
2.6 Analisis Ketidakpastian.................................................................... 34
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 36
3.1 Peralatan Yang Pengujian .............................................................. 36
3.2 Alat Ukur Yang Digunakan ........................................................... 43
3.2.1 Manometer.............................................................................. 43
3.2.2 Alat Ukur Debit Aliran........................................................... 44
3.2.3 Alat Ukur Waktu.................................................................... 46
3.2.4 Alat Ukur Panjang................................................................. . 46
3.3 Skema Penelitian ........................................................................... 47
3.4 Variabel Yang Diamati .................................................................. 49
3.5 Langkah Penelitian............... .......................................................... 50
3.6 Prosedur Pengujian..................................................... ..................... 51
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA .......................................... 54
4.1 Perhitungan Aliran Air Pada Pompa Hidram .................................. 54
4.1.1 Kapasitas Aliran Dalam Pipa Pemasukan ............................. 54
4.1.2 Kecepatan Aliran Dalam Pipa Pemasukan ............................ 55
4.1.3 Kapasitas Aliran Dalam Pipa Discharge................................ 57
4.1.4 Kecepatan Aliran Dalam Pipa Discharge............................... 58
4.2 Faktor Kerugian ............................................................................. 60
4.2.1 Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa
pemasukan ........................................................................... 60
4.2.2 Kerugian head minor (minor losses) dalam pipa
pemasukan ........................................................................... 64
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa
discharge..................................................................... ........... 65
4.2.4 Kerugian head minor (minor losses) dalam pipa
discharge...... ....................................................................... 68
4.3 Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Palu Air................................ 70
4.4 Menghitung Energi Yang Dibangkitkan Oleh Pompa Hidram Akibat
Palu Air............................................................................................. 71
4.5 Menghitung Peningkatan Tekanan Akibat Penutupan Katup
Gradual.............................................................................. ............... 74
4.6 Menghitung Daya Pompa................................................................. 76
4.7 Efisiensi Pompa Hidram................................................................... 79
4.8 Grafik Satu Siklus Kerja Pompa Hidram......................................... 83
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 85
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 85
5.2 Saran ............................................................................................. 86
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 87
LAMPIRAN A Hasil percobaan dan ketidakpastian
B Data sheet pengujian
C Gambar rancangan pompa hidram
D Lampiran sifat fisik air dan faktor kelengkapan pipa
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1a Katup kerdam sederhana………………….………...….…………. 8
Gambar 2.1b Katup kerdam berpegas………………………..……….……........ 8
Gambar 2.1c Katup karet lentur …………………………………....................... 8
Gambar 2.2 Bagian – bagian katup limbah……….…….....………….……........ 9
Gambar 2.3 Perubahan kecepatan terhadap waktu pada pipa masuk….........…... 11
Gambar 2.4 Skema pompa hidram pada kondisi A……………..……………..... 12
Gambar 2.5 Skema pompa hidram pada kondisi B…………..….……..…...…... 13
Gambar 2.6 Skema pompa hidram pada kondisi C……………...…..…...……... 13
Gambar 2.7 Skema pompa hidram pada kondisi D…………....…..……...…..… 14
Gambar 2.8 Diagram satu siklus kerja pompa hidram.......................................... 15
Gambar 2.9 Profil kecepatan pada saluran tertutup...............................................16
Gambar 2.10 Profil kecepatan pada saluran terbuka..…...……………….…....... 16
Gambar 2.11 Aliran fluida melalui pipa yang diameternya berubah-ubah..…..... 18
Gambar 2.12 Ilustrasi persamaan Bernoulli…………………………………….. 22
Gambar 2.13 Diagram Moody ………………………………………………….. 24
Gambar 2.14 Skema instalasi pompa hidram..………………..……….……....... 29
Gambar 3.1 Prototype pompa hidram..……….....……………………................ 36
Gambar 3.2 Badan pompa.……………..…………….……………….........….... 37
Gambar 3.3 Katup limbah..................................................................................... 37
Gambar 3.4 Badan katup....................................................................................... 38
Gambar 3.5 As katup limbah................................................................................. 38
Gambar 3.6 O – ring.............................................................................................. 39
Gambar 3.7 Plat katup........................................................................................... 39
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.8 Mur.................................................................................................... 40
Gambar 3.9 Katup penghantar…………………...……………………………... 40
Gambar 3.10 Tabung udara................................................................................... 41
Gambar 3.11 Bak penyuplai...…….…....……………………………………..... 41
Gambar 3.12 Bak penampung.……….………………………………………… 42
Gambar 3.13 Pompa sirkulasi...................…….…………………..……………. 42
Gambar 3.14 Landasan pompa.............................................................................. 43
Gambar 3.15 Manometer...............................……………......………………….. 44
Gambar 3.16 Flow meter 2 inch............................................................................ 45
Gambar 3.17 Flow meter 1 inch............................................................................ 45
Gambar 3.18 Stopwatch........................................................................................ 46
Gambar 3.19 Meteran ukur................................................................................... 46
Gambar 3.20 Jangka sorong.................................................................................. 47
Gambar 3.21 Skema penelitian pompa hidram..................................................... 48
Gambar 3.22 Susunan alat ukur............................................................................ 50
Gambar 3.23 Flowchart proses pengerjaan tugas akhir..……………..………… 53
Gambar 4.1 Grafik kapasitas aliran pipa pemasukan vs panjang langkah katup
limbah...........……...…...............................................................….. 55
Gambar 4.2 Grafik kecepatan aliran pipa pemasukan vs panjang langkah katup
limbah............................................................................................... 56
Gambar 4.3 Grafik kapasitas aliran pipa discharge vs panjang langkah katup
limbah.............................................................................................. 58
Gambar 4.4 Grafik kecepatan aliran pipa discharge vs panjang langkah katup
limbah...............…….…............................................………...…. 60
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Grafik tekanan pipa discharge vs head supply.................................. 71
Gambar 4.6 Grafik energi vs panjang langkah katup limbah................................ 74
Gambar 4.7 Grafik kenaikan head tekanan gradual vs panjang langkah katup
limbah............................................................................................... 76
Gambar 4.8 Grafik daya pompa vs panjang langkah katup limbah...................... 78
Gambar 4.9 Instalasi pompa hidram menurut D’Aubuisson ................................ 79
Gambar 4.10 Grafik efisiensi D’Aubuisson vs panjang langkah katup limbah.... 80
Gambar 4.11 Instalasi pompa hidram menurut Rankine....................................... 81
Gambar 4.12 Grafik efisiensi Rankine vs panjang langkah katup limbah............ 82
Gambar 4.13 Diagram satu siklus kerja pompa hidram........................................ 83
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil……....……….24
Tabel 4.1 Kapasitas aliran pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah..............................................................54
Tabel 4.2 Kecepatan aliran pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah..............................................................56
Tabel 4.3 Kapasitas aliran pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.......................................…...................57
Tabel 4.4 Kecepatan aliran pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.........................................……………59
Tabel 4.5 Bilangan Re pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah ...........................................................................61
Tabel 4.6 Faktor gesekan pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah............................................................................62
Tabel 4.7 Head losses mayor pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 63
Tabel 4.8 Koefisien kerugian untuk pipa pemasukan........................................... 64
Tabel 4.9 Head losses minor pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 65
Tabel 4.10 Bilangan Re pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 66
Tabel 4.11 Faktor gesekan pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 67
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.12 Head losses mayor pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah............................................................. 68
Tabel 4.13 Koefisien kerugian untuk pipa discharge........................................... 69
Tabel 4.14 Head losses minor pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 69
Tabel 4.15 Tekanan pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah............................................................................ 70
Tabel 4.16 Kecepatan aliran katup limbah untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah............................................................................ 72
Tabel 4.17 Besar energi untuk variasi head supply dan panjang langkah katup
limbah................................................................................................... 73
Tabel 4.18 Besar peningkatan tekanan gradual untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 75
Tabel 4.19 Head delivery untuk variasi head supply dan panjang langkah katup
limbah................................................................................................... 77
Tabel 4.20 Besar daya pompa untuk variasi head supply dan panjang langkah
katup limbah......................................................................................... 78
Tabel 4.21 Efisiensi menurut D’Aubuisson untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 80
Tabel 4.22 Efisiensi menurut Rankine untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 82
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol Arti
Satuan
A1
Luas penampang pipa pemasukan
m2
A2
Luas penampang pipa discharge
m2
A3
Luas penampang katup limbah
m2
Awaste
Luas penampang katup limbah
m2
C
Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams
D
Diameter pipa pemasukan
m
d
Diameter pipa discharge
m
d1
Diameter penampang pipa pemasukan
m
d2
Diameter penampang pipa discharge
m
d3
Diameter penampang katup limbah
m
E
Energi hidram
Joule
Ef
Energi Tekan
Joule
Ek
Energi kinetik dalam aliran pipa masuk
Joule
Ep
Energi potensial
Joule
Ev
Modulus bulk untuk air
2,07 x 109
N/m²
f
Faktor gesekan bahan pipa
F
Gaya fluida yang mengalir
g
Percepatan gravitasi
Hd
Head delivery
N
9.81 m/s2
m
Universitas Sumatera Utara
HL
Head losses
m
hf
Kerugian head mayor
m
hm
Kerugian head minor
m
H
Head supply
m
h
Head output
m
L
Panjang pipa
M
m
Massa air yang mengalir dalam pipa
Kg
n
Jumlah ketukan
P
Daya pompa
P
Tekanan statis fluida
Pa
P0
Tekanan pada tiitk 0 (tekanan atmosfer)
bar
P1
Tekanan pada pipa pemasukan
bar
P2
Tekanan pada pipa discharge
bar
P3
Tekanan pada katup limbah
bar
Ptu
Tekanan pada tabung udara
bar
Q1
Kapasitas aliran pipa pemasukan
m3/s
Q2
Kapasitas aliran pipa discharge
m3/s
Q3
Debit air yang melalui katup limbah
m3/s
Q
Debit limbah
m3/s
q
Debit hasil pemompaan
m3/s
Re
Bilangan Reynold
Watt
Universitas Sumatera Utara
t
Waktu untuk 1 ketukan
s
vt
Kecepatan aliran keluar bak penyuplai
m/s
v0
Kecepatan aliran pada titik 0 (bak penyuplai)
m/s
v1
Kecepatan aliran pada pipa pemasukan
m/s
v2
Kecepatan aliran pada pipa discharge
m/s
v3
Kecepatan aliran pada katup limbah
m/s
W
Ketidakpastian
Z0
Ketinggian titik 0 dari datum
m
Z3
Ketinggian titik 3 dari datum
m
Kekasaran pipa
Berat jenis air
KN/m3
Massa jenis air
Kg/m3
Viskositas dinamis fluida
N s/m2
efisiensi hidram menurut D’Aubuisson
efisiensi hidram menurut Rankine
Δh
Kenaikan tekanan akibat palu air
m
Universitas Sumatera Utara
DAN PANJANG LANGKAH KATUP LIMBAH
TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HIDRAM
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FRANCISCUS M. SITOMPUL
NIM. 080401071
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas
rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“PENGUJIAN PENGARUH VARIASI HEAD SUPPLY DAN PANJANG
LANGKAH KATUP LIMBAH TERHADAP UNJUK KERJA POMPA
HIDRAM” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan
Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi
penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril,
maupun spiritual dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk
itu tidak lupa penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Ir.Mulfi Hazwi, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang dengan
penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera dan juga sebagai dosen pembanding dan
Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT sebagai dosen pembanding
yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H.Napitupulu, DEA selaku dosen wali.
5. Orang tua penulis J.Sitompul dan T. Br. Panggabean yang memberikan
dukungan moril dan materil, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga
kepada penulis.
6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama
penulis kuliah.
7. Rekan satu tim skripsi, Herto M. Marbun dan Uccok Prans Sinaga yang
telah meluangkan waktunya untuk memberikan kritik dan saran.
Universitas Sumatera Utara
8. Teman - teman penulis yaitu seluruh rekan mahasiswa angkatan 2008, para
abang dan kakak senior, serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang
telah memberi dukungan dan semangat kepada penulis.
9. Kepada pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu, penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran,
usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik.
Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat
kepada pembaca. Terima kasih.
Medan,
Mei 2013
Franciscus M Sitompul
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini dilakukan pengujian pengaruh variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hidram. Dalam
penelitian pompa hidram yang penulis lakukan, menggunakan variasi head supply
2,3 m, 2,8 m dan 3,3 m dan variasi panjang langkah katup limbah 15 mm, 20 mm
dan 25 mm. Tabung udara dengan volume 0,006153 m³ dan panjang pipa
pemasukan 15 m. Dari hasil pengujian dan perhitungan diperoleh bahwa head
supply berpengaruh terhadap tekanan yang diakibatkan oleh palu air dan panjang
langkah katup limbah berpengaruh terhadap debit dan kecepatan aliran. Head
tekanan gradual maksimum sebesar 0,6076 m yang terhubung paralel head supply
3,3 m dan panjang langkah katup limbah 25 mm. Efisiensi maksimum pompa
hidram sebesar 43,14 % yang terhubung paralel dengan head supply 2,3 m dan
panjang langkah katup limbah 15 mm pada efisiensi D’Aubuisson.
Kata kunci : Pompa, pengujian, head supply, katup limbah, efisiensi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This study aims to test the influence of variations in head supply and
length of waste valve stroke on the hydram pump performance. In research of
hydraulic ram which is writer do, using variation of head supply 2.3 m, 2.8 m and
3.3 m and length of waste valve stroke 15 mm, 20 mm and 25 mm. Volume of an
air chamber 0.006153 m³ and length of inlet pipe 15 m. From the result of testing
and calculation found that the variation of head supply effect on pressure caused
water hammer and length of waste valve stroke effect on capacity and velocity of
flow. Maximum gradual pressure head 0,6076 m connected in parallel with head
supply 3,3 m and length of waste valve stroke 25 mm. Maximum efficiency of
hydram pump 43.14% connected in parallel with head supply 2.3 m and length of
waste valve stroke 15 mm in efficiency D’Aubuisson.
Keyword: Pump, testing, head supply, waste valve, efficiency
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................... i
ABSTRAK..................................................................................................... iii
ABSTRACT .................................................................................................. iv
DAFTAR ISI ................................................................................................. v
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... x
DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ...................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah...............................................................................4
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................ 4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 6
2.1 Pompa ........................................................................................... 6
2.2 Pompa Hidram ............................................................................... 7
2.2.1 Komponen Utama Pompa Hidram dan Fungsinya ................ 7
2.2.2 Sistem Operasi Pompa Hidram ............................................. 11
2.3 Tinjauan Mekanika Fluida ............................................................. 16
2.3.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ................................ 16
2.3.2 Tekanan Pada Fluida ............................................................ 17
2.3.3 Gerak Fluida dan Laju Aliran................................................. 18
2.3.4 Energi dan Head..................................................................... 19
2.3.5 Persamaan Bernoulli............................................................... 21
2.3.6 Aliran Laminer dan Turbulen................................................. 22
2.3.7 Kerugian Head (Head Losses)............................................... . 23
2.4 Dasar Perencanaan Pompa ............................................................. 27
2.4.1 Kapasitas ............................................................................. 27
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Head Pompa ......................................................................... 27
2.4.3 Sifat Zat Cair ....................................................................... 28
2.5 Persamaan Energi Pada Pompa Hidram ......................................... 29
2.5.1 Energi Yang Dibangkitkan Pada Pompa Hidram .................. 29
2.5.2 Peningkatan Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Peristiwa
Palu Air ............................................................................... 33
2.5.3 Efisiensi Pompa Hidram......................................................... 33
2.6 Analisis Ketidakpastian.................................................................... 34
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 36
3.1 Peralatan Yang Pengujian .............................................................. 36
3.2 Alat Ukur Yang Digunakan ........................................................... 43
3.2.1 Manometer.............................................................................. 43
3.2.2 Alat Ukur Debit Aliran........................................................... 44
3.2.3 Alat Ukur Waktu.................................................................... 46
3.2.4 Alat Ukur Panjang................................................................. . 46
3.3 Skema Penelitian ........................................................................... 47
3.4 Variabel Yang Diamati .................................................................. 49
3.5 Langkah Penelitian............... .......................................................... 50
3.6 Prosedur Pengujian..................................................... ..................... 51
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA .......................................... 54
4.1 Perhitungan Aliran Air Pada Pompa Hidram .................................. 54
4.1.1 Kapasitas Aliran Dalam Pipa Pemasukan ............................. 54
4.1.2 Kecepatan Aliran Dalam Pipa Pemasukan ............................ 55
4.1.3 Kapasitas Aliran Dalam Pipa Discharge................................ 57
4.1.4 Kecepatan Aliran Dalam Pipa Discharge............................... 58
4.2 Faktor Kerugian ............................................................................. 60
4.2.1 Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa
pemasukan ........................................................................... 60
4.2.2 Kerugian head minor (minor losses) dalam pipa
pemasukan ........................................................................... 64
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa
discharge..................................................................... ........... 65
4.2.4 Kerugian head minor (minor losses) dalam pipa
discharge...... ....................................................................... 68
4.3 Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Palu Air................................ 70
4.4 Menghitung Energi Yang Dibangkitkan Oleh Pompa Hidram Akibat
Palu Air............................................................................................. 71
4.5 Menghitung Peningkatan Tekanan Akibat Penutupan Katup
Gradual.............................................................................. ............... 74
4.6 Menghitung Daya Pompa................................................................. 76
4.7 Efisiensi Pompa Hidram................................................................... 79
4.8 Grafik Satu Siklus Kerja Pompa Hidram......................................... 83
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 85
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 85
5.2 Saran ............................................................................................. 86
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 87
LAMPIRAN A Hasil percobaan dan ketidakpastian
B Data sheet pengujian
C Gambar rancangan pompa hidram
D Lampiran sifat fisik air dan faktor kelengkapan pipa
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1a Katup kerdam sederhana………………….………...….…………. 8
Gambar 2.1b Katup kerdam berpegas………………………..……….……........ 8
Gambar 2.1c Katup karet lentur …………………………………....................... 8
Gambar 2.2 Bagian – bagian katup limbah……….…….....………….……........ 9
Gambar 2.3 Perubahan kecepatan terhadap waktu pada pipa masuk….........…... 11
Gambar 2.4 Skema pompa hidram pada kondisi A……………..……………..... 12
Gambar 2.5 Skema pompa hidram pada kondisi B…………..….……..…...…... 13
Gambar 2.6 Skema pompa hidram pada kondisi C……………...…..…...……... 13
Gambar 2.7 Skema pompa hidram pada kondisi D…………....…..……...…..… 14
Gambar 2.8 Diagram satu siklus kerja pompa hidram.......................................... 15
Gambar 2.9 Profil kecepatan pada saluran tertutup...............................................16
Gambar 2.10 Profil kecepatan pada saluran terbuka..…...……………….…....... 16
Gambar 2.11 Aliran fluida melalui pipa yang diameternya berubah-ubah..…..... 18
Gambar 2.12 Ilustrasi persamaan Bernoulli…………………………………….. 22
Gambar 2.13 Diagram Moody ………………………………………………….. 24
Gambar 2.14 Skema instalasi pompa hidram..………………..……….……....... 29
Gambar 3.1 Prototype pompa hidram..……….....……………………................ 36
Gambar 3.2 Badan pompa.……………..…………….……………….........….... 37
Gambar 3.3 Katup limbah..................................................................................... 37
Gambar 3.4 Badan katup....................................................................................... 38
Gambar 3.5 As katup limbah................................................................................. 38
Gambar 3.6 O – ring.............................................................................................. 39
Gambar 3.7 Plat katup........................................................................................... 39
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.8 Mur.................................................................................................... 40
Gambar 3.9 Katup penghantar…………………...……………………………... 40
Gambar 3.10 Tabung udara................................................................................... 41
Gambar 3.11 Bak penyuplai...…….…....……………………………………..... 41
Gambar 3.12 Bak penampung.……….………………………………………… 42
Gambar 3.13 Pompa sirkulasi...................…….…………………..……………. 42
Gambar 3.14 Landasan pompa.............................................................................. 43
Gambar 3.15 Manometer...............................……………......………………….. 44
Gambar 3.16 Flow meter 2 inch............................................................................ 45
Gambar 3.17 Flow meter 1 inch............................................................................ 45
Gambar 3.18 Stopwatch........................................................................................ 46
Gambar 3.19 Meteran ukur................................................................................... 46
Gambar 3.20 Jangka sorong.................................................................................. 47
Gambar 3.21 Skema penelitian pompa hidram..................................................... 48
Gambar 3.22 Susunan alat ukur............................................................................ 50
Gambar 3.23 Flowchart proses pengerjaan tugas akhir..……………..………… 53
Gambar 4.1 Grafik kapasitas aliran pipa pemasukan vs panjang langkah katup
limbah...........……...…...............................................................….. 55
Gambar 4.2 Grafik kecepatan aliran pipa pemasukan vs panjang langkah katup
limbah............................................................................................... 56
Gambar 4.3 Grafik kapasitas aliran pipa discharge vs panjang langkah katup
limbah.............................................................................................. 58
Gambar 4.4 Grafik kecepatan aliran pipa discharge vs panjang langkah katup
limbah...............…….…............................................………...…. 60
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Grafik tekanan pipa discharge vs head supply.................................. 71
Gambar 4.6 Grafik energi vs panjang langkah katup limbah................................ 74
Gambar 4.7 Grafik kenaikan head tekanan gradual vs panjang langkah katup
limbah............................................................................................... 76
Gambar 4.8 Grafik daya pompa vs panjang langkah katup limbah...................... 78
Gambar 4.9 Instalasi pompa hidram menurut D’Aubuisson ................................ 79
Gambar 4.10 Grafik efisiensi D’Aubuisson vs panjang langkah katup limbah.... 80
Gambar 4.11 Instalasi pompa hidram menurut Rankine....................................... 81
Gambar 4.12 Grafik efisiensi Rankine vs panjang langkah katup limbah............ 82
Gambar 4.13 Diagram satu siklus kerja pompa hidram........................................ 83
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil……....……….24
Tabel 4.1 Kapasitas aliran pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah..............................................................54
Tabel 4.2 Kecepatan aliran pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah..............................................................56
Tabel 4.3 Kapasitas aliran pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.......................................…...................57
Tabel 4.4 Kecepatan aliran pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.........................................……………59
Tabel 4.5 Bilangan Re pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah ...........................................................................61
Tabel 4.6 Faktor gesekan pipa pemasukan untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah............................................................................62
Tabel 4.7 Head losses mayor pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 63
Tabel 4.8 Koefisien kerugian untuk pipa pemasukan........................................... 64
Tabel 4.9 Head losses minor pipa pemasukan untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 65
Tabel 4.10 Bilangan Re pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 66
Tabel 4.11 Faktor gesekan pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 67
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.12 Head losses mayor pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah............................................................. 68
Tabel 4.13 Koefisien kerugian untuk pipa discharge........................................... 69
Tabel 4.14 Head losses minor pipa discharge untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 69
Tabel 4.15 Tekanan pipa discharge untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah............................................................................ 70
Tabel 4.16 Kecepatan aliran katup limbah untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah............................................................................ 72
Tabel 4.17 Besar energi untuk variasi head supply dan panjang langkah katup
limbah................................................................................................... 73
Tabel 4.18 Besar peningkatan tekanan gradual untuk variasi head supply dan
panjang langkah katup limbah.............................................................. 75
Tabel 4.19 Head delivery untuk variasi head supply dan panjang langkah katup
limbah................................................................................................... 77
Tabel 4.20 Besar daya pompa untuk variasi head supply dan panjang langkah
katup limbah......................................................................................... 78
Tabel 4.21 Efisiensi menurut D’Aubuisson untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 80
Tabel 4.22 Efisiensi menurut Rankine untuk variasi head supply dan panjang
langkah katup limbah........................................................................... 82
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol Arti
Satuan
A1
Luas penampang pipa pemasukan
m2
A2
Luas penampang pipa discharge
m2
A3
Luas penampang katup limbah
m2
Awaste
Luas penampang katup limbah
m2
C
Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams
D
Diameter pipa pemasukan
m
d
Diameter pipa discharge
m
d1
Diameter penampang pipa pemasukan
m
d2
Diameter penampang pipa discharge
m
d3
Diameter penampang katup limbah
m
E
Energi hidram
Joule
Ef
Energi Tekan
Joule
Ek
Energi kinetik dalam aliran pipa masuk
Joule
Ep
Energi potensial
Joule
Ev
Modulus bulk untuk air
2,07 x 109
N/m²
f
Faktor gesekan bahan pipa
F
Gaya fluida yang mengalir
g
Percepatan gravitasi
Hd
Head delivery
N
9.81 m/s2
m
Universitas Sumatera Utara
HL
Head losses
m
hf
Kerugian head mayor
m
hm
Kerugian head minor
m
H
Head supply
m
h
Head output
m
L
Panjang pipa
M
m
Massa air yang mengalir dalam pipa
Kg
n
Jumlah ketukan
P
Daya pompa
P
Tekanan statis fluida
Pa
P0
Tekanan pada tiitk 0 (tekanan atmosfer)
bar
P1
Tekanan pada pipa pemasukan
bar
P2
Tekanan pada pipa discharge
bar
P3
Tekanan pada katup limbah
bar
Ptu
Tekanan pada tabung udara
bar
Q1
Kapasitas aliran pipa pemasukan
m3/s
Q2
Kapasitas aliran pipa discharge
m3/s
Q3
Debit air yang melalui katup limbah
m3/s
Q
Debit limbah
m3/s
q
Debit hasil pemompaan
m3/s
Re
Bilangan Reynold
Watt
Universitas Sumatera Utara
t
Waktu untuk 1 ketukan
s
vt
Kecepatan aliran keluar bak penyuplai
m/s
v0
Kecepatan aliran pada titik 0 (bak penyuplai)
m/s
v1
Kecepatan aliran pada pipa pemasukan
m/s
v2
Kecepatan aliran pada pipa discharge
m/s
v3
Kecepatan aliran pada katup limbah
m/s
W
Ketidakpastian
Z0
Ketinggian titik 0 dari datum
m
Z3
Ketinggian titik 3 dari datum
m
Kekasaran pipa
Berat jenis air
KN/m3
Massa jenis air
Kg/m3
Viskositas dinamis fluida
N s/m2
efisiensi hidram menurut D’Aubuisson
efisiensi hidram menurut Rankine
Δh
Kenaikan tekanan akibat palu air
m
Universitas Sumatera Utara