Analisa Pengaruh Variasi Volume Tabung Udara Dan Variasi Beban Katup Limbah Terhadap Performa Pompa Hidram

Transkripsi

1 Analisa Pengaruh Variasi Volume Tabung Udara Dan Variasi Beban Katup Limbah Terhadap Performa Pompa Hidram SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ANDREA SEBASTIAN GINTING NIM : PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2

3

4

5

6

7

8 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul Analisa Pengaruh Variasi Tabung Udara Dan Variasi Beban Katup Limbah Terhadap Performa Pompa Hidram. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik,. Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat nasehat, semangat, dan motivasi dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikannya. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih yang sebanyak-banyaknya kepada : 1. Bapak Ir. M. Syahril Gultom selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. 3. Orang tua penulis J. Andarmida br Sukatendel yang memberikan dukungan moral dan materi kepada penulis 4. Kedua adik penulis Andri Dwi Pranata Ginting dan Rizky Ananta Ginting yang selalu memberi dukungan dan semangat. 5. Teman-teman penulis Thomas Yovial Sebayang, Sahala Hadi Putra Silaban, Albert Pak Horbo Marganda Rumahorbo, Hanna Sabarina Surbakti, Ristawati Hasuma Sembiring, Elisa Kaban, Peppong Sinuhaji, Mega Ginting, Jusak Natardika Tarigan. 6. Teman-teman ekstensi teknik mesin 2009 serta abang senior dan semua rekan mahasiswa teknik mesin yang membantu dalam penyelesaian skripsi ini. 7. Kepada pihak-pihak lain yang belum disebutkan namanya. Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat membutuhkan saran 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, 20 Mei 2013 Andrea Sebastian G

9 ABSTRAK Pada masyarakat yang bertempat tinggal jauh dari jangkauan sumber energi listrik terdapat kendala untuk memindahkan air dari tempat rendah ke tempat yang lebih tinggi. Salah satu cara yang dapat digunakan adalah dengan pompa hydraulic ram yang energi atau tenaga penggeraknya berasal dari tekanan atau hantaman air yang masuk ke dalam pompa melalui pipa. Skripsi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh faktor volume tabung udara, beban katup limbah dan head supply terhadap efisiensi pompa hidram. Dari hasil percobaan dan analisa diperoleh bahwa faktor volume tabung udara, beban katup limbah dan head supply berpengaruh pada efisiensi pompa hidram. Kata kunci : Pompa Hydraulic Ram, Tabung udara, beban katup limbah, Efisiensi

10 ABSTRACT For many people that staying away from electric energy resourch there is some obstacle to move the water from down area to high area. One of the method that can be used is hydram pump that the energy or the power is from water hammer that move into pump through the pipe. This minithesis have purpose to know the influence of air vessel factor, waste valve load and head supply toward hydram pump efficiency. Keyword : Hydramp pump, air vessel, waste valve load, efficiency.

11 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR SIMBOL... xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pompa Pompa Hidram Komponen Utama Pompa Hidram dan Fungsinya Sistem Operasi Pompa Hidram Palu air (Water hammer) Persamaan Energi Pada Pompa Hidram Energi Yang Dibangkitkan Pada Pompa Hidram Peningkatan Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Peristiwa Palu Air Efisiensi Pompa Hidram Tinjauan Mekanika Fluida Tekanan Pada Fluida Gerak Fluida dan Laju aliran BAB III METODOLOGI PENELITIAN Peralatan Pengujian... 24

12 3.2 Alat Ukur Yang Digunakan Manometer Alat Ukur Debit Aliran Alat Ukut Waktu Alat Ukur Jarak Timbangan Skema Penelitian Variabel Yang Diamati Langkah Penelitian Prosedur Pengujian BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA Perhitungan Aliran Air Pada Pompa Hidram Kapasitas Aktual Pada Pipa Pemasukan Kecepatan Aliran Dalam Pipa Pemasukan Kapasitas Untuk Pipa Keluaran Kecepatan Aliran pada Pipa Keluaran Faktor Kerugian Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa pemasukan Kerugian head minor ( minor losses ) dalam pipa pemasukan Kerugian head mayor ( mayor losses ) dalam pipa keluaran Kerugian head minor ( minor losses ) dalam pipa keluaran Besar gaya yang terjadi pada pompa hidram Menghitung energi yang dibangkitkan oleh pompa hidram akibat palu air Mengitung peningkatan tekanan akibat palu air Menghitung daya pompa Efisiensi pompa hidram BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Perbandingan tinggi tekanan input dan tekanan output Gambar 2.2. Korelasi antara debit input dan debit output pompa hidram... 8 Gambar 2.3. Jenis-jenis Desain Katup Limbah... 9 Gambar 2.4. Bagian Bagian Katup Limbah Gambar 2.5. Instalasi Pengujian Pompa Hidram Gambar 2.6 Siklus Pemompaan Pompa Hidram Gambar 2.7. Instalasi Pengujian Pompa Hidram Gambar 2.8 Aliran Fluida Melalui Pipa yang Diameternya Berubah-ubah Gambar 3.1 Prototype pompa hidram Gambar 3.2 Badan Pompa Gambar 3.3 Katup Limbah Gambar 3.4 Badan Katup Limbah Gambar 3.5 As Katup Limbah Gambar 3.6 O - Ring Gambar 3.7 Plat Katup Gambar 3.8 Mur Gambar 3.9 Beban katup limbah...28 Gambar 3.10 Katup Hantar Gambar 3.11 Tabung Udara Gambar 3.12 Bak penyuplai Gambar 3.13 Bak penampung Gambar 3.14 Pompa Sirkulasi Gambar 3.15 Landasan Pompa Gambar 3.16 manometer... 33

14 Gambar 3.17 flow meter 2 inci Gambar 3.18 flow meter 1 inci Gambar 3.19 Stopwatch Gambar 3.20 Meteran ukur Gambar 3.21 Mistar Ukur Gambar Timbangan digital...36 Gambar 3.23 Skema penelitian pompa hidram...38 Gambar 3.24.Susunan alat ukur Gambar 3.25 Flowchart proses pengerjaan tugas akhir Gambar 4.1 Grafik kapasitas aktual pipa pemasukan vs beban katup limbah Gambar 4.2 Grafik kecepatan aliran pipa vs beban katup limbah Gambar 4.3 Grafik kapasitas pipa keluaran vs beban katup limbah Gambar 4.4 Grafik kecepatan aliran pipa keluaran vs beban katup limbah Gambar 4.5 Grafik Bilangan Reynold pipa masuk vs beban katup limbah Gambar 4.6 Grafik head losses mayor (hf) vs beban katup limbah Gambar 4.7 Grafik head losses minor (hm) vs beban katup limbah Gambar 4.8 grafik head losses mayor vs beban katup limbah Gambar 4.9 grafik head losses minor vs beban katup limbah Gambar 4.10 Grafik gaya pada pipa masuk saat katup tertutup vs beban katup limbah Gambar 4.11 Grafik gaya pada tabung udara vs beban katup limbah Gambar 4.12 Grafik gaya max pada tabung udara vs beban katup limbah Gambar 4.13 Grafik gaya pada pipa keluaran vs beban katup limbah Gambar 4.14 Grafik gaya pada pipa masuk saat katup terbuka vs beban katup limbah Gambar 4.15 Grafik energi vs beban katup limbah... 70

15 Gambar 4.16 Grafik kenaikan head tekanan vs beban katup limbah Gambar 4.17 Grafik kenaikan head tekanan secara gradual vs beban katup limbah Gambar 4.18 Daya pompa vs beban katup limbah Gambar 4.20 Grafik efisiensi D Aubuisson vs beban katup limbah Gambar 4.22 Grafik efisiensi Rankine vs beban katup limbah... 78

16 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Kapasitas aktual untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter.. 43 Tabel 4.2 Kecepatan aliran pipa masuk untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3Meter Tabel 4.3 Kapasitas pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter Tabel 4.4 Kecepatan pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter Tabel 4.5 Bilangan Re untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter Tabel 4.6 Head losses mayor untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.7 Koefisien kerugian pada pipa pemasukan...54 Tabel 4.8 Head losses minor untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.9 Bilangan Re pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan Tabung udara Tabel 4.10 head losses mayor pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara Tabel 4.11 Koefisien kerugian untuk pipa discharge. 59 Tabel 4.12 head losses minor pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tinggi tabung udara Tabel 4.13 Besar gaya pada pipa masuk saat katup menutup untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter....61

17 Tabel 4.14 Besar gaya pada tabung udara untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.15 Besar gaya maximum pada tabung udara untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter..64 Tabel 4.16 Besar gaya pada pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.17 Besar gaya pada pipa masuk saat katup terbuka untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.18 Besar energi untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.19 Besar ΔHp untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.20 Besar Δh untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.21 Besar gaya pada tabung udara untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.22 efisiensi menurut D Aubuisson untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter Tabel 4.23 efisiensi menurut Rankine untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter...78

18 DAFTAR SIMBOL Simbol Arti Satuan a percepatan fluida yang mengalir m/s 2 A Luas penampang pipa masuk m 2 A w K Luas penampang katup limbah Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams c Kecepatan gelombang suara dalam fluida m/s d 1 d 2 Diameter pipa masuk Diameter pipa discharge E Energi hidram Joule E k E p E v f Energi kinetik dalam aliran pipa masuk Energi potensial Modulus bulk untuk air Faktor gesekan bahan pipa m 2 M M Joule Joule 2,07 x 10 9 N/m² F Gaya fluida yang mengalir N g Percepatan gravitasi 9.81 m/s 2 H L Head losses M h f Kerugian head mayor M h m Kerugian head minor M H Head suplay M h Hd Head Pemompaan Head Total L Panjang pipa M m Massa air yang mengalir dalam pipa Kg N P Jumlah ketukan Daya pompa M M Watt P Tekanan statis fluida Bar P 0 Tekanan pada tiitk 0 (tekanan atmosfer) Bar P 1 P 1 Max Tekanan pada tabung Tekanan Maksimum tabung Bar Bar

19 P 2 Tekanan pada pipa keluaran Bar P 3 Tekanan pada badan pompa Bar Q 1 Kapasitas actual pipa masuk m 3 /s Q 2 Kapasitas pipa keluaran m 3 /s Q 3 Q w debit air yang keluar melalui katup limbah m 3 /s debit air yang keluar melalui katup limbah m 3 /s Re Bilangan Reynold M S Panjang langkah katup limbah M t Waktu penutupan katup limbah v Viskositas kinematik fluida V Volume air S m 2 /s V 1 Volume tabung udara 1 m 3 V 2 V 3 Volume tabung udara 2 Volume tabung udara 3 m 3 m 3 m 3 v 2 Kecepatan aliran pada pipa keluaran m/s v 0 Kecepatan aliran pada titik 0 m/s v 1 Kecepatan aliran sebelum katup menutup m/s v 2 Kecepatan aliran sesudah katup menutup m/s v 3 Kecepatan aliran pada katup buang m/s Z 0 Ketinggian titik 0 dari datum M Z 3 ketinggian titik 3 dari datum m εε Kekasaran pipa γγ Berat jenis air KN/m 3 ρρ Massa jenis air Kg/m 3 μμ Viskositas dinamis fluida N s/m 2 ηη AA efisiensi hidram menurut D Aubuisson % ηη RR efisiensi hidram menurut Rankine % ΔHp Kenaikan head tekanan M Δh Kenaikan tekanan akibat palu air M