BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini disajikan hasil dan pembahasan mengenai pelaksanaan penelitian sejak awal dimulainya penelitian hingga didapat desain dan data analisis kinerja pompa vakum. V.1. Hasil Analisis Segitiga Kecepatan Jumlah perhitungan pada ke-lima parameter berjumlah 45 buah. Hasil perhitungan dari analisis segitiga kecepatan tersebut terlampir di dalam lampiran A. Dari hasil perhitungan segitiga kecepatan dapat disimpulkan bahwa nilai P yang besar dihasilkan dengan kombinasi nilai variabel sebagai berikut: Tabel 5.1. Nilai variabel yang menghasilkan P tinggi ω (rad/s) d 1 (m) d 2 (m) L (m) β 1 (degrees) β 2 (degrees) VV (m 3 /s) P (bar) Selain itu nilai debit yang besar diperoleh apabila keenam variabel memiliki nilai kombinasi sebagai berikut: ω (rad/s) Tabel 5.2. Nilai variabel yang menghasilkan Debit tinggi d 1 (m) d 2 (m) L (m) β 1 β 2 VV (m 3 /s) (degrees) (degrees) P (bar) Kedua tabel diatas menjelaskan bahwa nilai variabel yang menimbulkan P dominan mengasilkan debit yang kecil, begitu pula sebaliknya. Sehingga diperlukan nilai yang optimum untuk keenam variabel tersebut. 46

2 Pada tabel 5.2 terdapat keenam nilai variabel (shading biru) yang mampu menghasilkan debit yang tinggi dan P yang cukup tinggi. Keterangan ini dapat dijadikan salah satu acuan dalam pengambilan keputusan pemilihan variabel pompa vakum. V.2. Hasil Analisis Eksperimen Faktorial Setelah didapatkan 45 macam data perhitungan segitiga kecepatan. Selanjutnya data tersebut digunakan untuk diolah menggunakan analisis eksperimen faktorial menggunakan perangkat lunak minitab 16 yang bertujuan untuk didapatkan masing-masing pengaruh dari karakteristik variabel independent (ω, D 1, D 2, β 1, β 2, L) terhadap variabel dependent (Tekanan Vakum, Debit). Interaction Plot for Perbedaan Tekanan (Bar) Data Means 5 0,15 5 0, ω (rad/s) ω (rad/s) diameter 1 (m) diameter 2 (m) Lebar (m) β1 (DEGREES) diameter 1 (m) 5 0,15 diameter 2 (m) Lebar (m) 5 0,15 β1 (DEGREES) β2 (DEGREES) Gambar 5.1. Intraksi antar variabel independent terhadap P 47

3 Interaction Plot for Volume (m^3/s) Data Means 5 0,15 5 0, ω (rad/s) 3,0 1,5 ω (rad/s) diameter 1 (m) diameter 2 (m) Lebar (m) β1 (DEGREES) 3,0 1,5 3,0 1,5 3,0 1,5 3,0 1,5 diameter 1 (m) 5 0,15 diameter 2 (m) Lebar (m) 5 0,15 β1 (DEGREES) β2 (DEGREES) Gambar 5.2. Intraksi antar variabel independent terhadap Debit Dengan melihat hubungan interaksi antar faktor terhadap perbedaan tekanan terdapat hubungan antar faktor yang saling bersilangan, yaitu hubungan antara diameter dalam (D 1 ) dan sudut dalam(β 1 ), maksudnya adalah: Apabila D 1 rendah dan β 1 rendah mengakibatkan P rendah Apabila D 1 rendah dan β 1 tinggi mengakibatkan P tinggi Apabila D 1 tinggi dan β 1 kecil mengakibatkan P tinggi Apabila D 1 tinggi dan β 1 tinggi mengakibatkan P rendah Akan tetapi apabila kita bandingkan dengan Interaksi faktor D 1 denagn β 1 terdahap debit. Semakin tinggi nilai kedua faktor tersebut, maka debit pun akan semakin meningkat. 48

4 Main Effects Plot for Perbedaan Tekanan (Bar) Data Means ω (rad/s) diameter 1 (m) diameter 2 (m) 0,3 0,1 Mean ,15 Lebar (m) β1 (DEGREES) β2 (DEGREES) 0,3 0,1 5 0, Gambar 5.3. Efek variabel independent terhadap P Berdasarkan gambar diatas, pengaruh dari kelima faktor terhadap perbedaan tekanan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Dengan meningkatkan kecepatan sudut, maka akan meningkatkan nilai perbedaan tekanan. Dengan meningkatkan diameter dalam, maka akan berefek menurunkan perbedaan tekanan. Dengan meningkatkan diameter luar, akan berdampak meningkatkan perbedaan tekanan. Dengan meningkatkan lebar impeller, hasilnya tidak berdampak terhadap perbedaan tekanan. Dengan meningkatkan sudut dalam, maka akan menurunkan perbedaan tekanan. Dengan meningkatkan sudut luar, maka akan meningkatkan perbedaan tekanan. 49

5 Sedangkan faktor yang paling dominan terhadap meningkatnya perbedaan tekanan adalah kecepatan sudut dan diameter luar, selanjutnya dilanjutkan dengan sudut luar impeller. Main Effects Plot for Volume (m^3/s) Data Means 2,0 ω (rad/s) diameter 1 (m) diameter 2 (m) 1,5 1,0 0,5 Mean 2, ,15 Lebar (m) β1 (DEGREES) β2 (DEGREES) 1,5 1,0 0,5 5 0, Gambar 5.4. Efek variabel independent terhadap Debit Berdasarkan gambar diatas, pengaruh dari kelima faktor terhadap debit dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Dengan meningkatkan kecepatan sudut, maka akan meningkatkan nilai debit. Dengan meningkatkan diameter dalam, maka akan berefek meningkatkan debit. Dengan meningkatkan diameter luar, akan berdampak meningkatkan debit. Dengan meningkatkan lebar impeller, hasilnya meningkatkan debit. Dengan meningkatkan sudut dalam, maka akan meningkatkan debit. Dengan meningkatkan sudut luar, maka akan meningkatkan debit. 50

6 Sehingga kesimpulannya apabila nilai semua factor meningkat, maka akan berdampak positif pada kenaikan debit. V.3. Hasil Pengambilan Keputusan Dengan mempertimbangkan kesimpulan dan data yang didapat diatas, maka diputuskan ukuran dari impeler yang dipilih sebagai berikut: Tabel 5.3. Pemilihan nilai variabel Diameter Luar / D 2 40 cm Diameter Dalam / D 1 15 cm Lebar / L 2 cm Sudut Dalam / β Sudut Luar / β Kecepatan Putar Motor / ω rpm Diameter luar dipilih sebesar 40 cm dikarenakan mempertimbangkan area, ukuran 40 cm dipandang sudah cukup luas untuk fungsi tabung vortex sebagai penukar kalor pada ruangan Diameter dalam dipilih sebesar 15 cm, dan lebar sudu dipilih sebesar 2 cm karena dengan ukuran tersebut menghasilkan ruang vakum sebesar 3, m 3, dan debit sebesar 0,9519 m 3 /s. besar debit tersebut dinilai cukup untuk perputaran sirkulasi udara di dalam ruangan. Kecepatan putar dipilih rpm dikarenakan sulit untuk mendapatkan motor dengan spesifikasi kecepetan yang lebih tinggi. Berdasarhan analisis segitiga kecepatan, apabila sudut luar dipilih lebih besar dari sudut dalam, maka dapat menurunkan tekanan vakum. Sehingga dipilih sudut dalam 50 0 dan sudut luar Dengan pemilihan sudut tersebut diharapkan tidak terjadi backflow atau aliran balik yang menurunkan kinerja pompa vakum, yang dijelaskan pada simulasi. 51

7 Keenam pararameter tersebut menghasilkan pompa vakum dengan nilai kevakuman sebesar atau 4 atm dan debit sebesar 0,9519 m 3 /s. V.4. Ekstrapolasi ( TT hhhh ) Hasil Perhitungan Dengan Meninjau ulang paper low-pressure vortex tube pada grafik TT hcc vs rasio pressure drop (X) Gambar 5.5. Grafik TT hcc vs rasio pressure drop (X) Grafik terebut memiliki fungsi persamaan linier sebagai berikut: yy = 226,5xx 20,83 Persamaan diatas dapat digunakan untuk melakukan ekstrapolasi TT hcc apabila output udara dingin (T c ) tabung vortex dihubungkan dengan pompa vakum yang memiliki tekanan vakum sebesar 4 atm. Pompa vakum dengan tekanan vakum sebesar 4 atm menghasilkan rasio pressure drop sebesar: XX = XX = PP oo PP cc PP oo 1aaaaaa 4aaaaaa 1aaaaaa = 0,56 Dengan memasukkan nilai rasio pressure drop yang di dapat ke dalam persamaan linier diatas didapatkan TT hcc sebesar C 52

8 V.5. Hasil Desain Kelengkungan Sudu Data yang diperlukan untuk menggambar kelengkungan sudu adalah panjang sudu (r), nilai β 1 dan β 2. Ketiga nilai tersebut digunakan untuk memproyeksikan bentuk dari sudu dengan menggunakan metode point by point yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya. Hasil perhitungan untuk mendapatkan koordinat sudu digunakan perangkat lunak Microsoft Office Excel Dan hasilnyaditampilkan pada lampiran B. Setelah didapatkan koordinat yang diperoleh dari hasil perhitungan point by point. Bentuk kelengkungan sudu didapat dengan menghubungkan titik-titik koordinat tersebut secara eksponensial, dan memproyeksikannya kedalam sebuah gambar. Hasilnya didapat bentuk sudu sebagai berikut: Gambar 5.6. Sudu impeller Gambar 5.7. Impeller 53

9 V.6. Hasil Simulasi CFD V.6.1 Pathline Pathline adalah jejak aktual yang dilewati oleh partikel fluida individual sepanjang beberapa periode waktu. Dengan menggunakan partikel tersebut akan didapat karakteristik pola aliran dari impeller apabila pompa vakum diaktifkan. Gambar 5.8. Pathline Kesimpulan yang didapat dari hasil simulasi diatas didapatkan bahwa semua partikel tidak ada yang terjebak. V.6.2 Relative Velocity Kontur prediksi kecepatan relatif dapat digunakan untuk melihat dan melakukan prediksi mengenai vektor kecepatan aliran relatif terhadap impeller. 54

10 Gambar 5.9. Kontur kecepatan relatif Berdasarkan gambar 5.9 terdapat arus balik atau back flow yang dapat mengganggu aliran. Back flow yang terjadi berada pada sepertiga panjang sudu dan tidak terjadi pusaran. Sehingga arus balik yang dihasilkan relatif kecil. V.7. Hasil Eksperimen V.7.1 Pembuatan Impeller Pompa Vakum Pada pembuatan pompa terdapat kendala, yaitu ukuran diameter impeller terlalu besar, sehingga sulit dalam pembuatannya. Solusi untuk menyelesaikan masalah ini adalah dengan mereduksi diameter luar dan diameter dalam impeler menjadi setengahnya, sebagai gantinya meningkatkan kecepatannya menjadi dua kali lipat, sehingga didapat ukurannya menjadi: Tabel 5.4. Nilai variabel pada prototype Diameter Luar / D2 20 cm Diameter Dalam / D1 7 cm Lebar / L 2 cm Sudut Dalam / β Sudut Luar / β Kecepatan / ω rpm 55

11 Apabila kita hitung nilai variabel diatas dengan konsep segitiga kecepatan, maka akan menghasilkan nilai kevakuman yang sama dengan desain semula, sebesar 4 atm. Untuk mengolah data yang didapat dari hasil eksperimen, diperlukan sebuah data acuan yang digunakan sebagai pembanding. Data acuan tersebut didapatkan dengan melakukan perhitungan segitiga kecepatan untuk mencari P yang ditimbulkan, menggunakan persamaan (4.1) hingga (4.10). variabel yang divariasikan adalah kecepatan putar motor, nilai variasinya adalah sebesar 0 s/d rpm. Setelah perhitungan selesai, kemudian dibuat grafik hubungan antara P dengan ω. Maka akan didapat pola karakteristik hubungan antara P dengan ω. 600 Grafik Acuan Ketinggian Perbedaan Ketinggian (cm) Kecepatan Putar Motor (rpm) Gambar Grafik acuan h manometer Dengan melihat grafik acuan kinerja pompa vakum (gambar 5.10) yang disajikan, dapat diketahui bahwa grafik tersebut memiliki pola yang tidak berbentuk linier. Dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft Office Excel 2007 didapat pola grafik tersebut memiliki persamaan yy = 10 6 xx

12 Maka dari hasil analisis diatas dapat disimpulkan bahwa hubungan antara P vs rpm memiliki pola grafik berbentuk persamaan kadrat. V.7.2 Hasil Pengujian Pompa Vakum Dalam pengujian pompa vakum, ingin didapatkan data ketinggian manometer pada kecepatan putar motor antara rpm. Akan tetapi motor tidak mampu untuk bekerja pada kondisi tersebut. Maksimal kecepatan putar motor yang mampu dihasilkan adalah sebesar rpm. Hasil pengujian tekanan pompa vakum terhadap putaran motor dapat dilihat pada tabel 5.6 Tabel 5.6. Hasil uji coba alat Tgl 18 April 2013 Kedalaman Masuk Jarum 5.1 mm No Down Up La h , , , , ,2 Rata2 4605, , ,857 51,05714 Tgl 18 April 2013 Kedalaman Masuk Jarum 4.9mm No Down Up La H , , Rata2 7637, ,333 56,93333 Tgl 7 Mei 2013 Kedalaman Masuk Jarum 5.85 mm No Down Up La h , , ,8 Rata2 2919, , ,8 57

13 Bila hanya melihat data hasil pengukuran yang disajikan dalam bentuk tabel, akan sulit untuk menerjemahkannya. Dengan demikian data harus disajikan dalam bentuk grafik. Grafik hasil pengujian tekanan pompa vakum terhadap kecepatan putar motor disajikan pada gambar Ketinggian Manometer (cm) Hasil Pengukuran Kecepatan Putar Motor (rpm) Hasil Pengukuran Gambar Grafik hasil uji coba alat (dot pattern) Keinginan dari penlis adalah mendapatkan data yang tersebar merata, sehingga dapat langsung dibandingkan dengan acuan. Akan tetapi motor tidak dapat diatur nilai kecepatan putarnya, sehingga data yang didapat memiliki pola seperti Gambar Dengan menghubungkan data pada Tabel 5.6 menjadi sebuah grafik berupa line pattern, didapat pola kinerja alat, dan ditampilkan pada Gambar

14 Ketinggian Manometer (cm) Hasil Pengukuran Kecepatan Putar Motor (rpm) Hasil Pengukuran Poly. (Hasil Pengukuran) Gambar Grafik hasil uji coba alat (line pattern) Apabila dilakukan analisis, grafik diatas memiliki persaman garis sebesar yy = xx xx. Apabila disejajarkan grafik hasil uji coba diatas dengan grafik acan ketinggian, maka dapat dilihat hasil percobaan memiliki pola hubungan P vs rpm yang sepadan dengan data acuan. Sehingga kesimpulan bahwa hubungan antara P dengan rpm yang memiliki karakteristik persamaan kuadrat dapat diterima. Untuk melihat error atau penurunan P maka hasil pengukuran pada Tabel 5.6 dibandingkan dengan data acuan hasil dari penrhitungan segitiga kecepatan. 59

15 120 Ketinggian Manometer (cm) Kecepatan Putar Motor (rpm) Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan Gambar Perbandingan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan Dari grafik yang ditampilkan pada Gambar diatas dapat disimpulkan bahwa hasil pengukuran memiliki nilai error rata-rata sebesar 35%. Karena motor tidak mampu bekerja sesuai dengan keinginan, maka diperlukan ekstrapolasi atau prediksi agar dapat mengetahui kinerja alat pada rentang rpm. Ekstrapolasi dapat dilakukan dengan membuat persamaan garis yang didapat dari grafik hasil uji coba alat yang ditunjukkan pada Gambar Ekstrapolasi dengan menggunakan persamaan tersebut dilakukan dengan mensubstitusikan kecepatan pada rentang rpm ke dalam koefisien x, dan hasilnya didapat ketinggian manometer pada kecepatan putar Dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft Office Excel 2007 dapat dibuat sebuah grafik ekstrapolasi perbedaan ketinggian manometer terhadap kecepatan putar hasil uji coba pompa vakum pada rentang kecepatan 0 s/d rpm. Grafik pediksi hasil uji coba alat ditunjukkan pada gambar

16 Ketinggian Manometer (cm) Kecepatan Putar Motor Hasil Pengukuran Ekstrapolasi Trendline Poly. (Hasil Pengukuran ) Gambar Grafik pengukuran pompa vakum dan ekstrapolasi Apabila grafik ekstrapolasi diatas dibandingkan dengan grafik acuan maka didapat grafik baru seperti ditampilkan dalam Gambar

17 Ketinggian Manometer (cm) Kecepatan Putar Motor Hasil Pengukuran Ekstrapolasi Acuan Ketinggian Trendline Poly. (Hasil Pengukuran ) Gambar Grafik perbandingan acuan dengan hasil ekstrapolasi Dari kedua data hasil pengujian dan acuan yang disajikan dalam bentuk grafik, dapat diamati pada kecepatan putar pompa terjadi penurunan perubahan ketinggian manometer sebesar 188,75 cm. Nilai rata-rata error yang dari hasil ekstrapolasi menunjukkan angka sebesar 33,55%. Error yang didapat dari hasil pengukuran didapatkan angka sebesar 35%, sedangkan error yang didapat dari hasil ekstrapolasi sebesar 33,55%. Sehingga persamaan ekstrapolasi sendiri memiliki tingkat error sebesar 1,45%. V.8. Prediksi Selisih ( TT hhhh ) Hasil Percobaan Prediksi ini diperlukan untuk mengetahui selisih suhu yang timbul apabila pompa vakum dihubungkan dengan tabung vortex. 62

18 Prediksi dilakukan dengan mengolah data yang didapat dari hasil percobaan pada rentang rpm. Data tersebut diolah untuk mendapatkan rasio pressure drop pada kecepatan putar motor dengan rentang 0-21,600 rpm. Berikut grafik rasio pressure drop ditunjukkan pada gambar Grafik Rasio Pressure Drop 0,35 0,3 Rasio Pressure Drop 5 0,15 0, Kecepatan Putar Motor Grafik Rasio Pressure Drop Gambar Grafik rasio pressure drop Dengan mensubstitusikan data rasio pressure drop diatas ke dalam persamaan yy = 226,5xx 20,83, didapat grafik TT hcc ketika pompa vakum dihubungkan dengan tabug vortex. 63

19 70 Grafik Prediksi Thc Thc Kecepatan Putar Motor (rpm) Grafik Prediksi Thc Gambar Grafik prediksi TT hcc pompa vakum Grafik diatas menjelaskan bahwa TT hcc mulai muncul pada kecepatan putar motor sebesar rpm, kemudaian meningkat dengan bentuk grafik eksponensial. Ketika kecepatan motor mencapai rpm, TT hcc menunjukkan angka 64,2 0 C. 64