Oleh : Heri Kustanto, Arif Setyo Nugroho Progdi Teknik Mesin, Akademi Teknologi Warga Surakarta.

Transkripsi

1 PENGARUH DIAMETER PIPA, LETAK KATUP, VOLUME PRESSURE TANK DAN SUDUT INLET FILTER TERHADAP PEMAKAIAN ARUS LISTRIK PADA POMPA AIR Oleh : Heri Kustanto, Arif Setyo Nugroho Progdi Teknik Mesin, Akademi Teknologi Warga Surakarta. ABSTRACT One of the problem faced by water consumer is water debit cannot flow as one expected, so it wastes electricity. The obyektive of the research is to know the factors effect on electric current to the water punp and to kwow the optimal factor level on a.pipe diameter, b.the position of base valve, c.pressure tank volume and d.inlet filter angle so the ses the taguchi method with pipe diameter the position of base valve, pressure tank volume and in-let filter angle as free variable and electrics current as fied variable. The result of the experiment with taguchi method shows that the optimal condition reached the combination of pipe diameter level of inch, the position of base valve meter pressure tank volume of litre and in-let filter angle of 45 degrees. The result of the comparison between condition of usages in general with optimal condition shows that the electric current concumption can be reduced 5,84 % ( amperes Key words : Water pump, electric current, taguchi I. PENDAHULUAN Masyarakat pada umumnya disadari maupun tidak disadari mereka akan selalu berhubungan dengan fluida, baik fluida padat, fluida cair maupun fluida gas, untuk fluida cair ini sering dijumpai contohnya yaitu air. Air perlu adanya perlakuan khusus pada saat proses pemindahan maupun saat pengambilannya, salah satu cara untuk memindahkan air adalah dengan menggunakan pompa air. Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida cair dari suatu tempat ketempat lain dengan cara memberikan perbedaan tekanan. Menurut Andrea (00), pompa sentrifugal diperkenalkan oleh Denis Papin tahun 689 di Eropa dan dikembangkan di Amerika Serikat pada awal tahun 800-an. Sistim pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 0% kebutuhan energi listrik dunia dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 5-50% (US DOE, 004). Pompa memiliki dua kegunaan utama yaitu memindahkan cairan dari satu tempat ketempat lainnya (misalnya air dari bawah tanah ke tangki penyimpanan air), mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya : air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan). Banyak masyarakat yang kecewa atau mengeluh setelah membeli pompa merk tertentu dengan spesifikasi tertentu ketika digunakan (instalasi pompa air telah terpasang, pemipaan rapat, rumah pompa air diisi air, motor listrik pada pompa air dihidupkan) dan ditunggu beberapa menit pompa air tidak mau menaikkan air yang berada didalam sumur tersebut. Akhirnya pompa air tersebut terpaksa dimasukan kedalam sumur sedalam meter dan air baru dapat diangkat tapi debit air kecil sekali dan pada saat membanyar tagihan rekening listrik mahal. Penelitian ini dilakukan untuk mencari pengaruh diameter pipa air, letak katup dasar, volume pressure tank, sudut inlet filter terhadap arus listrik pompa air sehingga dapat memberikan informasi pada masyarakat dalam memilih peralatan dan instalasi pompa air. Dari informasi yang telah didapatkan, diharapkan masyarakat pemakai pompa air sumur dangkal dapat memilih peralatan instalasi pompa air yang tepat sehingga tidak salah memilih pompa air pada akhirnya dapat berakibat pada pembayaran rekening listrik. II. BAHAN DAN METODE Teknika ATW(0) halaman

2 A. BAHAN DAN PERALATAN Dalam penelitian ini bahan dan peralatan yang digunakan antara lain :. Pompa air sumur dangkal 8. Pressure tank. Pipa pralon PVC 9. Tang Amper. Katup dasar (tungsten klep) 0. Stop watch 4. Katup air biasa. Roll Meter (meteran) 5. Shok drat. Stavolt 6. Filter air. Lem pralon 7. Bak penampung air 4. Air B. KAJIAN PUSTAKA. Pompa Salah satu pesawat angkut yang bertujuan antara lain memindahkan zat cair, zat cair hanya mengalir bila terdapat perbedaan tekanan tertentu, jadi pompa itulah yang harus membangkitkan perbedaan tekanan tersebut. Sesuai dengan prinsip kerjanya, pompa dibedakan dalam kelompok utama sebagai berikut : () pompa desak, () pompa sentrifugal (pusingan),() pompa sekrup (ulir), (4) pompa aliran pusar, (5) berbagai macam pompa yang lain (Nouwen 994, h.). Pompa sentrifugal disebut demikian karena head yang ditambahkan oleh impeler kepada fluida sebagian besar merupakan efek sentrifugal. Pompa sentrifugal umumnya mempunyai head tinggi tapi kapasitasnya rendah (Wright 99, h.58).. Arus Listrik Arus listrik adalah banyaknya muatan yang mengalir melalui suatu penampang tiap satuan dan satuannya adalah Amper (Tan Ik Gie 98, h.6). Satuan arus listrik (kuat arus listrik) ialah Coulumb per detik disebut Amper ( A) (Zemansky 994,h.65). Arus listrik mengalir dari tempat berpotensial tinggi ke tempat berpotensial rendah. Untuk mengukur arus yang lewat (arus yang terapakai) digunakan Tang Amper. P = I x V Dimana :P = daya I = kuat arus V = Voltase (Tan Ik Gie 98, h.66). C. METODE Dalam penelitian ini, terdapat beberapa tahapan yang dimulai dengan pembuatan instalasi pompa air sesuai dengan urutan eksperimen yang sesuai dengan parameter yang ada, pengujian arus listrik dalam amper dengan alat ukur tang meter. Berikut ini adalah pembuatan instalasi pompa air seperti ditunjukan pada gambar dibawah ini. Pompa Pressure Switch Pompa Pressure Tank Flow-meter PL Pipa hisap Pipa buang Katup dasar Filter Gambar. Instalasi pompa air Teknika ATW(0) halaman

3 Percobaan dalam penelitian dimulai dengan memasang pompa air pada ketinggian 7 meter diatas permukaan tanah, kita siapkan reservoir, kita pasang pipa-pipa PVC, katup dasar, pressure tank dan filter yang sesuai dengan ukuran yang akan kita uji, pasang stavolt, catat arus yang digunakan dengan menggunakan amper tang, masukkan dalam data dan diolah. Alur Penelitian : Comment [h]: Belum jelas pak percobaan yg sdh dilakukan Start Survei Kondisi Proses Pemasangan Instalasi Pompa Air Kondisi hasil uji debit air pada pemakaian umum Identifikasi Variabel Penelitian Rancangan Penelitian Eksperimen dan Pengumpulan Data Data normal Data homogen ya ya tidak tidak Perhitungan ANOVA Perhitungan SNR Perhitungan Efek Tiap Faktor Menentukan kondisi optimal level faktor Uji beda Kesimpulan End Gambar. Alur Penelitian III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. HASIL Hasil pengujian nilai arus listrik pompa air dari pemakaian umum (kondisi awal) ditunjukkan pada tabel. Teknika ATW(0) halaman

4 Tabel. Level faktor pada pemakaian umum Faktor Level A: Diameter Pipa 5 inchi B: Letak Katup dasar - meter C:Volume Pressure Tank,5 liter 4 D: Sudut In-Let Filter 90 derajat Tabel. Hasil uji arus listrik pada pemakaian umum Arus Listrik (Amper),,,4 X =, Besarnya nilai arus listrik pada pompa air sumur dangkal yang dihasilkan dari eksperimen dengan menvariasikan diameter pipa ( A ), letak katup dasar ( B ), volume pressure tank ( C ) dan sudut inlet filter ( D ), masing-masing (tiga) level tiap faktor menunjukkan pemakaian arus listrik yang berbeda saat diukur dengan Tang Amper, hal ini dapat ditunjukkan pada tabel dibawah ini : Tabel. Data hasil uji arus listrik (Amper) Trial Faktor Arus Listrik (amper) A B C D n n n X ,,,5,,,,,,, 0,5,,,0,,,4 0,6,,00000,66667,66667, ,600000,0, X n :,06 X n :,04 X n :,00 Untuk menggambarkan hubungan antara eksperimen dengan nilai rata-rata respon arus listrik (Amper) pada pompa air dapat ditunjukkan pada gambar, dibawah ini : Teknika ATW(0) halaman 4

5 Grafik Arus Listrik Grafik Arus Listrik (Ampere) Trial (eksperimen) Gambar. Hubungan antara eksperimen dengan nilai arus listrik Dari gambar, menunjukkan bahwa nilai arus listrik (Amper) terendah dicapai pada eksperimen ke 7, dengan kombinasi level faktor A B C D dan kombinasi level faktor optimal tersebut masuk pada ortogonal array.. Uji ANOVA Respon Arus Listrik Untuk mengetahui faktor yang berpengaruh secara signifikan terhadap variabel respon arus listrik, maka hasil perhitungan ANOVAnya ditunjukkan pada tabel 4, di- bawah ini : Tabel 4. Daftar ANOVA pengujian arus listrik Sumber Variasi db SS MS F Hitung F tabel Faktor A B C D Kekeliruan (error) 8 0,60 0,04 0,56 0,60 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 7,00,900 5,00 6,800 -,55,55,55,55 - Kriteria pengujian : - Bila F hitung < F tabel, H 0 diterima, artinya faktor tidak berpengaruh terhadap respon - Bila F hitung >F tabel, H 0 ditolak, artinya faktor berpengaruh terhadap respon Berdasarkan hasil perhitungan yang ditunjukkan pada tabel 4, faktor yang berpengaruh secara signifikan terhadap variabel respon arus listrik adalah diameter pipa (A), volume pressure tank (C) dan sudut inlet filter (D), dimana F hitung > F tabel. Untuk faktor letak katup dasar (B) tidak berpengaruh secara signifikan/nyata terhadap variabel respon arus listrik, karena F hitungnya < F tabel.. Signal to Noise Ratio Signal to noise ratio (SNR ) merupakan logaritma dari suatu fungsi kerugian kuadratik dan digunakan untuk mengevaluasi kualitas suatu produk. Karakteristik kualitas yang digunakan adalah Smaller The Better untuk arus listrik, dimana semakin rendah nilai arus listrik (amper), maka kualitas pompa air semakin baik atau penggunaan arus listrik semakin sedikit berarti biaya untuk pemompaan semakin sedikit atau semakin murah. Sedangkan untuk debit air, karakteristik kualitas yang digunakan adalah Large The Better, dimana semakin tinggi nilai debit air (liter/menit), maka kualitas pompa air semakin baik atau nilai debit air semakin besar untuk pengisian suatu tempat semakin cepat pula sehingga dapat meminimasi biaya. Nilai S/N untuk kedua jenis karakteristik tersebut adalah : Nilai S/N untuk jenis karakteristik STB untuk Arus Listrik adalah : n Teknika ATW(0) halaman 5

6 Arus Listrik S/N STB = - 0 log [ /n Yi ] I= SNR = - 0 log / [ (,) + (,) + (,0) = - 57 Hasil perhitungan SNR untuk sembilan percobaan ditunjukkan pada tabel 5, dibawah ini : Tabel. 5. Signal to noise ratio arus listrik EKS Faktor Data ( Amper ) SNR A B C D n n n Efek faktor pada Respon Arus Listrik,,,5,,,,,,, 0,5,,,0,,,4 0,6, -57 -,059 -,79 -,960,676,95 4,57-0,4007 -,0947 Berikut ini perhitungan efek tiap faktor pada arus listrik, berdasarkan atas hasil perhitungan S/N Ratio arus listrik, maka dapat diketahui faktor-faktor yang dapat memberikan respon terendah sampai yang tertinggi pada nilai arus listrik. Faktor A = [(-57) + (-,059) + (-,79)] / = -,886 Dengan cara yang sama hasil perhitungan efek tiap faktor pada arus listrik ditunjukkan pada tabel 6, dibawah ini : Tabel. 6. Nilai optimal tiap faktor pada arus listrik Level Faktor A. B. C. D.. -,886 0,40 0,46 0, ,070 -,866,598 0,9540-0,54,4 -,80 Selisih,856 0,956,498,400 Ranking 4 Grafik respon faktor utama Arus Listrik yang optimal dari Signal to Noise Ratio dalam setiap level faktor yang berpengaruh signifikan ditunjukkan pada gambar 4, dibawah ini Level Faktor Gambar, 4. Grafik respon arus listrik optimal Teknika ATW(0) halaman 6

7 Dengan demikian kombinasi level faktor optimal adalah ABCD, artinya untuk meminimalkan nilai arus listrik (Amper) pada pompa air, maka dibutuhkaan kombinasi level-faktor diameter pipa inchi, letak katup dasar - meter, volume pressure tank liter dan sudut inlet filter 45 derajat. Dilihat dari kombinasi level faktor optimal respon arus listrik, yaitu A B C D sudah masuk dalam matriks array orthogonal L 9 ( 4 ), sehingga tidak perlu dilakukan uji konfirmasi. 4. Uji Beda Berpasangan Untuk membandingkan antara kondisi optimal (eksperimen optimasi) dengan pemakaian umum (kondisi awal), maka dilakukan perhitungan uji beda arus listrik. Tabel 7. Perbandingan arus listrik pada kondisi awal terhadap hasil eksperimen optimal Eksperimen Optimasi (X ) Kondisi Awal (X ) Perbandingan Arus listrik(amper) Arus listrik(amper) Arus listrik(amper) Beda (B) (B ), -0,6 0,6 0,5, - 0,49 0,6,4-0,64 Rerata = 0,6000 Rerata =,000 Jumlah = -, Jumlah =,49 5. Perhitungan Uji Beda Arus Listrik (STB) Uji beda dilakukan untuk mengetahui apakah data hasil eksperimen optimal mampu menurunkan hasil rerata arus listrik kondisi awal (STB). Hipotesis : H 0 : Hasil eksperimen arus listrik pada kondisi optimal eksperimen tidak mampu menurunkan hasil rerata kondisi awal. H a : Hasil eksperimen arus listrik pada kondisi optimal eksperimen mampu menurunkan hasil rerata kondisi awal. Tingkat signifikansi : α = 5 % Ketentuan pengujian t hitung, yaitu : H 0 diterima apabila -t tabel t hitung t tabel H 0 ditolak apabila -t tabel > t hitung, (STB) Dan pengujian hipotesisnya t 0,0,54 0,0577 Kesimpulan : Karena -t tabel > t hitung = -4,0 > -,54 Sehingga Ho ditolak, artinya hasil eksperimen optimal mampu menurunkan hasil rerata arus listrik kondisi awal. B. PEMBAHASAN. Analisis Faktor Hasil penelitian menunjukkan bahwa faktor yang berpengaruh pada arus listrik adalah diameter pipa (A), volume pressure tank (C), dan sudut inlet filter (D). Jadi dari keempat faktor yang diambil hanya ada satu faktor yang tidak berpengaruh terhadap nilai debit air dan nilai arus listrik yaitu faktor letak katup dasar (B). Teknika ATW(0) halaman 7

8 .a. Faktor Diameter Pipa Berdasarkan ANOVA pada tabel 4 menunjukkan bahwa diameter pipa mempunyai pengaruh terhadap nilai arus listrik. Hal ini menunjukkan bahwa fakor diameter pipa mempunyai andil untuk memaksimalkan nilai arus listrik (amper) pada uji arus listrik. Hasil perhitungan pada kondisi optimum ( tabel.6) menunjukkan bahwa untuk mencapai kondisi optimal pada uji arus listrik dicapai pada diameter inchi. Hal ini menunjukkan bahwa pada diameter pipa inchi, mendapatkan arus listrik yang paling minimal..b. Faktor Letak Katup Dasar Berdasarkan ANOVA pada tabel 4. menunjukkan bahwa faktor letak katup tidak mempunyai pengaruh terhadap arus listrik (amper) pada saat proses pengujian, karena bila F hitung < F tabel, H 0 diterima, artinya faktor tidak berpengaruh terhadap respon.c. Volume Pressure Tank Berdasarkan ANOVA pada tabel 4, menunjukkan bahwa volume pressure tank mempunyai pengaruh terhadap nilai arus listrik. Hal ini menunjukkan bahwa faktor volume pressure tank mempunyai andil untuk meminimalisasi nilai amper pada uji arus listrik. Hasil perhitungan pada kondisi optimum (tabel 6) menunjukkan bahwa kondisi optimal untuk nilai arus listrik (amper) pada uji arus listrik dicapai pada kondisi volume pressure tank liter..d. Sudut Inlet Filter Berdasarkan ANOVA pada tabel 4, menunjukkan bahwa faktor sudut inlet filter mempunyai pengaruh terhadap nilai arus listrik (amper) pada pengujian arus listrik. Hal ini menunjukkan bahwa faktor sudut inlet filter mempunyai andil untuk meminimasi arus listrik pada uji arus listrik pada pompa air. Hasil perhitungan pada kondisi optimum (tabel 6) menunjukkan bahwa kondisi optimal untuk arus listrik dicapai pada kondisi sudut inlet filter 45 derajat.. Pemilihan Level Faktor Pada Kondisi Optimal Pemilihan level faktor dimaksudkan untuk memilih kombinasi level dan faktor yang sifgnifikan yaitu kombinasi level dari faktor yang memberikan rata-rata nilai nilai arus listrik (amper) yang terendah. Kombinasi level faktor optimal yang dihasilkan adalah A B C D, artinya meminimalisasi nilai arus listrik (amper) diperlukan setting parameter ditunjukkan pada tabel 8. sebagai berikut : Tabel 8. Kombinasi level faktor optimal Faktor Diameter Pipa Letak Katup Dasar Volume Pressure Tank Sudut In-Let Filter Level inchi - meter liter 45 derajat. Perbandingan antara kondisi optimal dengan pemakaian umum a. Uji Beda Berpasangan Perbandingan hasil uji rata-rata kedua respon antara kondisi optimal dengan pemakaian umum dapat ditunjukkan pada tabel 9, sebagai berikut : Teknika ATW(0) halaman 8

9 Tabel. 9 Perbandingan rata-rata hasil pengujian Pengujian Arus listrik (amper) Kondisi optimal 0,6 Pemakaian umum, Berdasarkan hasil uji yang tertera pada tabel 9, menunjukkan bahwa nilai amper arus listrik kondisi optimal lebih kecil dibanding dengan pemakaian umum, yaitu,a 0,6A = Amper (turun 5,84 % ) = :, x00% Hal ini menunjukkan, bahwa kondisi optimal dapat meminimasi nilai arus listrik (amper) dari pemakaian umum dan dapat mengurangi biaya beban (tagihan rekening listrik). b. Perhitungan Biaya Hasil perhitungan biaya peralatan instalasi pompa air pada kondisi optimal (usulan) dan kondisi pemakaian umum dapat ditunjukkan pada tabel 0, sebagai berikut : Tabel 0. Biaya pemasangan instalasi pada kondisi Optimal dan Pemakaian umum (kondisi awal) No Faktor Harga (Rp) Pemakaian umum Usulan Selisih (optimal) Pipa Air PVC Katup Dasar Pressure Tank Filter Jumlah Tabel. Biaya Tagihan Rekening Listrik ( tahun) Pemakaian umum (Rp) Usulan (optimal) (Rp) Selisih biaya (Rp) Selisih biaya tagihan rekening listrik pemakaian umum dengan usulan (optimal) = Rp Rp 8.08 = Rp , ada penurunan sebesar 6% didapat dari ( : 97.7 x 00 %). Dengan melihat tabel selisih biaya belanja pemasangan instalasi pompa air sebesar Rp..000,-dengan tabel selisih biaya tagihan rekening listrik selama setahun sebesar Rp ,-, sudah kelihatan sekali bahwa selisih biaya rekening listrik (antara pemakaian umum dengan optimal/usulan) lebih besar dari pada selisih biaya pemasangan instalasi pompa air (saat kondisi pemakaian umum) dengan usulan (optimal), jadi lebih irit pembiayaan dengan memakai usulan (optimal). Pada usulan (optimal) dapat menekan biaya rekening listrik sehingga dapat menutup biaya pemasangan instalasi pompa air, bahkan melebihi selisih biaya pemasangan instalasi pompa air, jadi dalam satu tahun dapat menekan biaya sebesar = Rp ,- - Rp..000,- = Rp ,- Maka dari penelitian inidapat diambil kesimpulan bahwa rancangan usulan (optimal) dengan level faktor optimal A B C D dapat menekan pemakaian dan biaya lisrik menjadi lebih murah. Teknika ATW(0) halaman 9

10 IV. KESIMPULAN Dari pengujian tersebut diatas dapat disimpulkan sebagai berikut :. Faktor yang berpengaruh signifikan terhadap nilai arus listrik (amper) pada uji pompa air sumur dangkal adalah diameter pipa, volume pressure tank dan sudut inlet filter.. Kombinasi level faktor optimal untuk menghasilkan nilai arus listrik pada uji pompa air sumur dangkal adalah A B C D yaitu pada diameter pipa inchi, letak katup - meter, volume pressure tank liter dan sudut inlet filter 45 derajat.. Dalam satu tahun dapat menekan biaya sebesar = Rp Rp..000 = Rp ,- V. DAFTAR PUSTAKA [] Reuben Olson M,99, Dasar dasar Mekanika Fluida Teknik, Gramedia, Jakarta. [] Frank White M,994, Mekanika Fluida, Erlangga, Jakarta. [] Andrea Ramadan dkk 00, Makalah Fisika Dasar, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Jakarta. [4] Nouven diterjemahkan oleh B. S. Anwir 994, Pompa I, Penerbit Bhratara, Jakarta. [5] US Department of Energy (US DOE) 004, Office of Industrial Tecnologies, Variable Speed Pumping [6] A guide to Successful Aplicati.Executive Summary. Dilihat. April 0, html Teknika ATW(0) halaman 0