POMPA SENTRIFUGAL 2 PIPA OUTPUT DENGAN VARIASI HEAD DAN DIAMETER SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Di Program Studi Teknik Mesin Oleh: Veri Tri Sutrisno NIM : 065214029 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2010 i
TWO PIPE OUTPUT CENTRIFUGAL PUMP WITH VARIATION OF HEAD AND DIAMETER FINAL ASSIGNMENT Presented as a partial fulfillment to obtain the Sarjana Teknik degree In Mechanical Engineering study program by Veri Tri Sutrisno Student Number : 065214029 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2010 ii
iii
iv
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta: Nama : Veri Tri Sutrisno Nim : 065214029 POMPA SENTRIFUGAL 2 PIPA OUTPUT DENGAN VARIASI HEAD DAN DIAMETER Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 20 Mei 2010 Veri Tri Sutrisno vi
ABSTRAK Masyarakat di sebagian pantai utara Pulau Jawa sudah cukup lama memanfaatkan energi angin. Energi angin ini dimanfaatkan oleh petani garam untuk memompa air laut ke ladang garam. Kincir angin yang bentuknya sederhana menggerakkan pompa torak. Penelitian ini bertujuan untuk memberikan alternatif jenis pompa yang lebih sederhana dan diharapkan lebih mudah dalam pembuatannya. Dalam penelitian ini dibuat pompa sentrifugal sederhana dengan 2 pipa output. Pompa sentrifugal ini hanya tersusun dari pipa aluminium dengan menggunakan 1 pipa input dengan ukuran diameter 32 mm dan keluaran menggunakan 2 pipa output dengan ukuran diameter 7 mm yang dibentuk huruf Y (ketapel). Bentuk pipa ini diputar dengan sumbu putarnya adalah bagian pipa vertikal. Pada saat berputar, air akan keluar dari ujung pipa bagian atas karena adanya gaya sentrifugal. Air masuk melalui bagian bawah pipa vertikal. Variasi yang dilakukan adalah : diameter pompa (75 cm dan 80 cm), head pompa (0,8; 0,9; 1,0; 1,1 dan 1,2 meter) dan putaran motor penggerak. Berdasarkan data diperoleh dan perhitungan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan : 1. Debit maksimal adalah 12,89 liter/menit pada head 0,8 meter dan putaran 181 rpm. 2. Efisiensi tertinggi adalah 7,83% pada head 1,2 meter dan putaran 182 rpm. 3. Torsi tertinggi 1,96 N-m pada head 0,9 meter dan putaran 178 rpm. vii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan karunia-nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan lancar dan tepat pada waktunya. Tugas akhir ini adalah salah satu syarat untuk mencapai derajat sarjana S1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sekarang telah memasuki era globalisasi sehingga banyak tenaga kerja yang terampil dan berkualitas dibutuhkan oleh perusahaan-perusahaan. Oleh sebab itu, program studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta telah mempersiapkan mahasiswa dengan melatih keterampilan melalui Tugas Akhir ini sebagai bekal masuk dalam dunia kerja. Penulis mengharapkan hasil yang maksimal dari Tugas Akhir yang dilaksanakan selama kurang lebih 1 semester di kampus III Universitas Sanata Dharma Paingan, Maguwoharjo Yogyakarta. Penulis telah membuat laporan hasil dari Tugas Akhir yang telah diadakan dan dilaksanakan di kampus III Universitas Sanata Dharma Paingan, Maguwoharjo Yogyakarta. Dalam laporan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta 2. Ir. YB Lukiyanto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas bimbingan dan fasilitas yang diberikan. 4. Orang tua yang memberi dukungan baik material maupun spiritual dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 5. Teman-teman yang memberikan masukan-masukan dan dukungannya. 6. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan dalam laporan ini. viii
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak kesalahan-kesalahan yang disengaja atau tidak disengaja sehingga masih jauh dari harapan dan kesempurnaan. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para dosen dan pembaca agar laporan ini berguna bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Terima kasih. Yogyakarta, 20 Mei 2010 Veri Tri Sutrisno ix
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i TITLE PAGE... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii DAFTAR DEWAN PENGUJI... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v PERNYATAAN PUBLIKSI... vi ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Perumusan Masalah....2 1.3 Tujuan Penelitian...3 1.4 Batasan Masalah. 3 1.5 Manfaat Penelitian..3 BAB II DASAR TEORI.....4 2.1 Hukum Kekekalan Energi......4 2.2 Gaya Sentrifugal 6 2.3 Persamaan Persamaan yang Digunakan.7 2.4 Tinjauan Pustaka..11 BAB III METODOLOGI PENELITIAN...12 3.1 Skema Alat...12 3.2 Cara kerja alat.....13 3.3 Variabel yang divariasikan..... 13 x
3.4 Peralatan Penelitian...13 3.5 Variabel yang diukur..18 3.6 Analisa Data...19 3.7 Jalannya Penelitian...19 BAB IV DATA dan PEMBAHASAN..21 4.1 Data Penelitian...21 4.2 Perhitungan Data Percobaan..23 4.3 Penghitungan Analisa Data Percobaan..27 BAB V KESIMPULAN..37 5.1 Kesimpulan....37 5.2 Saran..37 DAFTAR PUSTAKA...39 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Arah aliran dan gaya pada pompa sentrifugal...5 Gambar 2.2 Gaya sentrifugal...6 Gambar 2.3 Tampak atas menghitung torsi pada pompa sentrifugal...7 Gambar 2.4 Tampak samping menghitung torsi pada pompa sentrifugal...8 Gambar 3.1 Skema alat...12 Gambar 3.2 Skema rangkaian pipa output...13 Gambar 3.3 Bosch dengan 4 pipa output...14 Gambar 3.4 Motor listrik...15 Gambar 3.5 Tempat penampungan...15 Gambar 3.6 Adaptor...16 Gambar 3.7 Digital Light Tachometer...17 Gambar 3.8 Gelas ukur...17 Gambar 3.9 Timbangan massa...18 Gambar 4.1 Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan spesifik pada pompa sentrifugal diameter 75...27 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara debit dan head pada pompa sentrifugal diameter 75 cm...28 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Q dan kecepatan pada mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 75 cm...29 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 75 cm...29 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada pompa sentrifugal diameter 80 cm... 30 Gambar 4.6 Grafik hubungan debit dan head pada pompa sentrifugal diameter 80 cm...31 Gambar 4.7 Grafik hubungan Q dan kecepatan pada mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 80 cm...32 xii
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 80 cm...32 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada variasi diameter antar pipa output...33 Gambar 4.10 Grafik hubungan antara debit dan head pada variasi diameter antar pipa output...34 Gambar 4.11 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air masuk pada variasi diameter antar pipa output...35 Gambar 4.12 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada variasi diameter antar pipa output...36 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data pada head 0,8 meter....21 Tabel 4.2 Data pada head 0,9 meter....21 Tabel 4.3 Data pada head 1 meter...21 Tabel 4.4 Data pada head 1,1 meter...22 Tabel 4.5 Data pada head 1,2 meter...22 Tabel 4.6 Data pada head 0,8 meter...22 Tabel 4.7 Data pada head 0,9 meter...22 Tabel 4.8 Data pada head 1 meter...22 Tabel 4.9 Data pada head 1,1 meter...23 Tabel 4.10 Data pada head 1,2 meter..23 xiv
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Dalam rangka mengurangi atau menggantikan pemakaian listrik untuk mempompa air telah banyak penelitian dilakukan untuk meningkatkan efisiensi pompa dan mencari sumber energi alternatif untuk mempompa air. Sebagai Negara khatulistiwa, Indonesia mempunyai energi angin yang cukup dengan kecepatan rata-rata 3,5 5 m/s. Cara pemanfaatan energi angin untuk memompa air adalah dengan menggunakan pompa sentifugal yang mengkonversikan energi angin yang datang menjadi energi mekanik. Penggunaan pompa ini juga sejalan dengan target pengurangan emisi karbondioksida di atmosfer (berdasarkan protocol KYOTO). Penggunaan pompa bertenaga angin di Indonesia masih jarang ditemui. Hal ini disebabkan karena masih banyak yang menggunakan energi listrik untuk memompa air. Selain itu, cara memompa air dengan jenis pompa sentrifugal ini berbeda dengan kebiasaan di masyarakat yang masih menggunakan pompa listrik. Memompa air dengan pompa pipa hanya dapat dilakukan bila ketinggian air kurang dari 2,5 meter, sehingga tidak dapat digunakan untuk memompa air sumur dengan kedalaman 10 meter. Kelemahan lain dari pompa pipa tersebut adalah hanya dapat dipakai pada saat kecepatan angin
2 yang cukup untuk memutar kincir angin. Pompa sentrifugal dapat digunakan di pinggir pantai di mana angin bertiup cukup kencang. Pemanfaatan bahan dasar yang tersedia di pasar lokal merupakan cara untuk menekan biaya pembuatan pompa sentrifugal. Penyederhanaan teknik pembuatan sampai tingkat teknologi yang dapat dikerjakan oleh industri lokal merupakan cara mengatasi kendala teknologi pembuatan pompa sentrifugal. Pemanfaatan bahan dan teknologi yang terdapat di pasar dan industri lokal akan mempengaruhi unjuk kerja pompa sentrifugal ini. Berdasarkan latar belakang di atas, peneliti ingin mengetahui efisiensi dari pompa sentrifugal kecepatan rendah yang dapat diterapkan pada masyarakat khususnya daerah pantai. 1.2 Perumusan Masalah Untuk memompa air hingga ketinggian 1,2 meter menggunakan pompa sentrifugal, dibutuhkan pipa-pipa yang terbuat dari alumunium. Pipa input yang akan digunakan sebagai pipa air masuk, menggunakan pipa alumunium dengan diameter luar 31,5 mm dan diameter dalam 29 mm. Sedangkan pipa output yang akan digunakan sebagai pipa air keluar menggunakan pipa alumunium dengan diameter luar 8,4 mm dan diameter dalam 7 mm. Pompa sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai 2 buah pipa output, dengan diameter antar pipa output yang bervariasi. Dari penjelasan di atas peneliti menemukan beberapa permasalahan, antara lain:
3 1. Membandingkan lebih efektif menggunakan diameter pompa pipa output yang lebih kecil dengan diameter pipa output yang lebih besar. 2. Menganalisa kesamaan karakteristik pompa sentrifugal pada penelitian ini dengan pompa sentrifugal pada umumnya. 1.3 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah : 1. Mengetahui efisiensi dan membuat pompa sentrifugal dengan variasi diameter antar pipa output. 2. Mengetahui karakteristik pompa sentrifugal dengan jumlah pipa output 2 buah. 1.4 Batasan Masalah Pada penelitian ini, terdapat beberapa batasan masalah, antara lain : 1. Rugi-rugi gesekan yang terjadi di dalam pompa sentrifugal diabaikan. 2. Rugi-rugi akibat air yang terbuang dari tempat penampungan air diabaikan. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang ingin diperoleh dalam penelitian ini adalah : 1. Menambah kepustakaan teknologi pompa sentrifugal. 2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototype pompa sentrifugal yang dapat diterima. 3. Mengurangi ketergantungan penggunaan listrik sehingga ikut mengurangi emisi karbondioksida di atmosfer.
4 BAB II DASAR TEORI Agar pompa dapat bekerja membutuhkan daya dari motor penggerak pompa. Didalam pompa fluida mendapat percepatan sedemikian rupa sehingga fluida tersebut mempunyai kecepatan air keluar dari pipa output. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan berubah menjadi kenaikan. Besarnya tekanan yang timbul tergantung pada besarnya kerapatan fluida. 2.1 Hukum Kekekalan Energi Persamaan energi untuk aliran tunak pada pompa air yang masuk sistem di titik 1 dan keluar sistim di titik 2 dengan mengabaikan rugi-rugi energi (karena sangat kecil) yang diakibatkan oleh gesekan fluida di dalam saluran (White, Frank M.,1979, p.162) P ρ g 1 2 g P ρ g 1 2 g 1 2 2 2 + V1 + z h 1 = + V2 + z2 P (meter)...(2.1) Dengan : P = Tekanan fluida ( watt ) ρ = massa jenis air ( kg/m 3 ) g = percepatan gravitasi ( m/s 2 ) V = kecepatan aliran fluida ( m/s ) z = tinggi titik ( m ) h P = tinggi tekan (head) pompa air ( m )
5 V n2 V t2 V n1 V t1 r 1 r 2 2 2 H Permukaan air bak 1 Gambar 2.1 Arah aliran fluida pada pompa sentrifugal
6 2.2 Gaya Sentrifugal Gambar 2.2 Gaya sentrifugal Setiap benda yang bergerak membentuk lintasan lingkaran harus tetap diberikan gaya agar benda tersebut terus berputar. (Halliday.,Resnick, 1985:84). Pada pompa sentrifugal, pompa diputar secara terus menerus untuk menghasilkan gaya sentrifugal. Besarnya gaya tersebut, dapat dihitung dengan Hukum II Newton untuk komponen radial : = = = (2.2) Dengan : m = massa benda a r = percepatan sentripetal
7 r = jari-jari 2.2 Persamaan Persamaan Yang Bekerja Pada Pompa Debit air yang dihasilkan pompa : Dengan menggunakan metode bucket, maka didapat volume air yang dihasilkan pompa per satuan waktu. Debit digunakan untuk menghitung besar daya yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal. Debit air yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.3 (Giles R. V., 1986:79) =......(2.3) Dengan : V = volume air yang keluar ( l ) t = waktu ( m ) Torsi Torsi atau momen putar adalah hasil perkalian antara gaya dengan panjang lengan gaya. (Soedarjana,1962:32). Torsi yang dihasilkan oleh poros digunakan untuk menghitung besar daya yang dihasilkan oleh poros. r 1 F 2 Keterangan gambar: 1.Motor listrik 2.Tali Gambar 2.3 Tampak atas menghitung torsi pada pompa sentrifugal
8 1 2 Keterangan gambar: 1.Motor listrik 2.Tali F Gambar 2.4 Tampak samping menghitung torsi pada pompa sentrifugal Torsi yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan : = ( )..(2.4) Dengan : F = gaya yang bekerja pada pompa ( N ) r = panjang lengan gaya ( m ) Daya yang dibutuhkan poros Pada poros, bekerja daya. Daya yang dibutuhkan poros akan diberikan kepada pompa sentrifugal, dan digunakan untuk menghitung efisiensi pompa sentrifugal. Daya yang dibutuhkan poros ditentukan oleh persamaan di bawah ini. (Cengel,2006:66) = ( ) = (2 ) ( ) =2 ( ).....(2.5) = =2 ( ). (2.6)
9 Dengan : F = gaya terukur pada pompa sentrifugal ( N ) s = jarak tempuh ( m ) r = jarak antara gaya dan pusat motor ( m ) n = putaran poros ( rpm ) = jumlah putaran poros dalam selang waktu tertentu ( rpm ) T = torsi pada pompa ( Nm ) Daya yang dihasilkan pompa : Daya yang dihasilkan pompa adalah daya yang bisa digunakan dan dipindahkan ke fluida. (Dietzel.F,1980:242). Daya yang dihasilkan pompa digunakan untuk menghitung besar efisiensi pompa sentrifugal. = (2.7) Dengan : ρ = massa jenis air ( kg/m 3 ) g = percepatan gravitasi di atas bumi ( m/s 2 ) H = tinggi kenaikan pada pompa ( m ) Q = debit air ( l/m ) Efisiensi pompa Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya yang dibutuhkan pompa dengan daya yang dihasilkan poros. = 100% (2.8) Menghitung kecepatan spesifik
10 Perhitungan kecepatan spesifik digunakan untuk membuat grafik antara kecepatan spesifik dan head. Grafik yang dibuat akan dibandingkan dengan grafik pompa sentrifugal pada umumnya. Kecepatan spesifik dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.(dietzel,1992:248) =, (2.9) Dengan : n = putaran poros ( rpm ) Q = debit pompa ( l/m ) H = tinggi kenaikan pompa ( m ) Menghitung kecepatan air masuk Debit air masuk dihitung untuk membuat grafik antara debit air masuk dan kecepatan air masuk. Grafik yang terbentuk digunakan untuk menganalisa apakah terjadi kavitasi atau tidak. =1,05 (2.10) Nilai 1,05 adalah nilai rugi-rugi maksimal yang terjadi di dalam pompa. Kecepatan air masuk dihitung dengan persamaan berikut (Dietzel,1992:261) = = (2.11) Dengan : Q = debit air masuk ( l/m ) A = luas penampang pipa input ( m 2 )
11 2.3 Tinjauan Pustaka Penelitian yang dilakukan untuk membandingkan dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Pius Wiwit Prastyono. Pompa pipa yang diteliti oleh Pius Wiwit Prastyono mempunyai debit terbesar 0,000327 m3/s yang tercapai pada diameter pipa output 11 mm dan head 75 cm. Pompa pipa tersebut menghasilkan efisiensi tertinggi sebesar 28,41 % pada kondisi diameter pipa lengan 7 mm dan head 75 cm.(prastyono,2008)
12 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Skema Alat Pompa sentrifugal pada penelitian ini mempunyai 2 komponen utama: 1. Pipa input 2. Pipa output Skema alat dan gambar rancangan dapat dilihat sebagai berikut : 1 2 Gambar 3.1. Skema Alat Keterangan Gambar: 1. Pipa output 2. Pipa input
13 3.2 Cara kerja alat Pompa sentrifugal adalah bekerja berdasarkan gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal yang bekerja pada pipa output akan menyebabkan air naik ke atas. 3.3 Variabel yang divariasikan Variabel yang divariasikan meliputi variasi head yaitu 0,8 meter, 0,9 meter, 1 meter, 1,1 meter, dan 1,2 meter dan variasi diameter antar pipa output yaitu 80 cm dan 75 cm. 3.4 Peralatan Penelitian 3.4.1 Pompa sentrifugal kecepatan rendah 1. Pipa output Merupakan tempat air keluar, memiliki diameter ¼ inchi dan jarijari antar pipa output 80 cm. Pipa output memiliki diameter luar D 0 = 8,4 mm dan memiliki diameter dalam D 1 = 7 mm. Gambar 3.2 Skema rangkaian pipa output
14 2. Pipa input Digunakan sebagai pipa air masuk, memiliki diameter 1 ½ inchi. Pipa input memiliki diameter luar D 0 = 31,5 mm dan memiliki diameter dalam D 1 = 29 mm. 3. Bosch Bosch dibuat menggunakan bahan alumunium. Digunakan untuk menghubungkan pipa input dengan pipa output. Gambar 3.3 Bosch dengan 4 pipa output 4. Motor Listrik Motor listrik yang digunakan adalah motor listrik tipe GMX- 8MC013A, membutuhkan tegangan DC 28 V dan dapat menghasilkan putaran 175 rpm. Digunakan untuk menggerakkan pompa sebagai pengganti angin.
15 Gambar 3.4 Motor listrik 5. Tempat penampungan Tempat penampungan dibuat dengan bahan acrilyc yang dibentuk tabung dengan diameter 90 cm. Digunakan untuk menampung air keluar dan menghitung debit yang dihasilkan pompa sentrifugal. Gambar 3.5 Tempat penampungan
16 3.4.2 Alat-alat 1. Adaptor Adalah alat yang digunakan untuk merubah arus AC menjadi arus DC. Memiliki tegangan 12 Volt dan 24 Volt. Adaptor yang digunakan adalah Telwin tipe Leader 400. Pada penilitian tegangan yang digunakan adalah 24 Volt. Gambar 3.6 Adaptor 2. Tachometer Digunakan untuk menghitung putaran pada poros. Tachometer yang digunakan adalah jenis digital light tacho merk Fuji yang memancarkan sinar untuk membaca sensor berupa pemantul cahaya pada poros. Tachometer mempunyai skala 0,1 rpm ~ 5 999,9 rpm dan 1 rpm ~ 1000 9999 rpm.
17 Gambar 3.7 Digital Light Tachometer 3. Stopwatch Digunakan untuk menghitung selang waktu pengambilan data. 4. Gelas Ukur Digunakan untuk menghitung volume air yang dihasilkan pompa pada selang waktu tertentu. Gelas ukur mempunyai kapasitas 1 liter. Gambar 3.8 Gelas ukur 5. Ember Digunakan untuk menampung air yang akan masuk ke pipa input.
18 6. Timbangan Massa Timbangan yang digunakan adalah Baby Spring Scale yang mempunyai skala 7 kg. Digunakan untuk menghitung besar gaya yang dihasilkan pompa. Gaya yang terukur digunakan untuk menghitung torsi. Gambar 3.9 Timbangan massa 3.5 Variabel yang Diukur Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1. Volume air yang dihasilkan pompa sentrifugal 2. Massa yang bekerja pada motor listrik 3. Putaran poros Pengukuran volume air yang dihasilkan pompa sentrifugal menggunakan metode bucket. Pengukuran massa yang bekerja pada motor
19 listrik menggunakan timbangan gaya. Pengukuran putaran poros menggunakan tachometer. 3.6 Analisa Data a. Menghitung debit yang dihasilkan pompa (Q) dalam selang waktu tertentu (t). b. Menghitung gaya yang dihasilkan (F), menghitung torsi yang dihasilkan (T), dan menghitung daya yang dibutuhkan poros (P in ). c. Menghitung debit air (Q), dan daya yang dihasilkan pompa (P out ). d. Menghitung efisiensi pompa (η) Gaya yang terukur pada timbangan massa dilakukan pembulatan, karena timbangan massa yang digunakan kurang presisi. 3.7 Jalannya Penelitian a. Menyiapkan pompa sentrifugal dengan menggunakan jumlah pipa output 4 buah, dan diameter antar pipa output 80 cm. b. Menyeting pompa pipa pada head 1,2 meter. c. Memancing pompa sentrifugal dengan cara mengisi pipa output dengan air hingga penuh. d. Menghidupkan motor listrik. e. Menyeting timbangan gaya sedemikian hingga tegak lurus dengan motor listrik. f. Setelah putaran motor steady stade (stabil), mengukur volume air yang keluar dari pompa dalam selang waktu 1 menit. g. Membaca besar massa yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal.
20 h. Membaca besar putaran pada poros penggerak pompa sentrifugal. i. Mengulangi langkah b sampai f dengan head 1,1 meter, 1 meter, 0,9 meter, 0,8 meter. j. Mengganti pipa output dengan variasi diameter 75 cm k. Mengulangi langkah b s.d. i l. Menghitung debit air yang dihasilkan m. Menghitung torsi yang dihasilkan motor n. Menghitung daya input yang dibutuhkan pompa pipa o. Menghitung daya output yang dibutuhkan pompa pipa p. Menghitung efisiensi yang dihasilkan oleh pompa pipa.
21 BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Didapat data-data pengukuran seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.15 4.1.1 Untuk pompa sentrifugal diameter 80 cm dengan jumlah pipa output 2 buah : Tabel 4.1 Data pada head 0,8 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 12,80 2 12,95 3 13,30 1900 181 4 12,70 5 12,70 Tabel 4.2 Data pada head 0,9 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 12,35 2 12,05 3 12,15 2000 178 4 12,35 5 12,50 Tabel 4.3 Data pada head 1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 12,10 2 12,50 3 11,80 1800 184 4 11,95 5 12,20
22 Tabel 4.4 Data pada head 1,1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 11,70 2 11,90 3 11,90 1900 183 4 11,70 5 11,70 Tabel 4.5 Data pada head 1,2 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 11,30 2 11,15 3 11,10 1500 182 4 11,35 5 11,00 4.1.2 Untuk pompa sentrifugal diameter 75 cm dengan jumlah pipa output 2 buah : Tabel 4.6 Data pada head 0,8 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 11,35 2 11,35 3 11,25 300 171 4 11,40 5 11,50 Tabel 4.7 Data pada head 0,9 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 11,00 2 11,10 3 11,00 400 168 4 11,10 5 11,20 Tabel 4.8 Data pada head 1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 10,30 2 10,30 3 10,40 500 168 4 10,20 5 10,30
23 Tabel 4.9 Data pada head 1,1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 9,90 2 9,90 3 10,00 500 175 4 10,00 5 10,00 Tabel 4.10 Data pada head 1,2 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 9,60 2 9,50 3 9,60 900 178 4 9,70 5 9,80 4.2 Perhitungan Data Percobaan Sebagai contoh perhitungan data, digunakan perhitungan data tabel 4.1. 4.2.1 Menghitung debit air yang dihasilkan pompa Besarnya debit air yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.3 = = 0,01137 60 =0,00019 =11,37 4.2.2 Menghitung besar torsi yang dihasilkan Torsi yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.4 =
24 =300 0,1 =0,2942 1 1000 9,806 4.2.3 Menghitung daya yang dibutuhkan poros Melalui persamaan 2.6 dapat dihitung daya yang dibutuhkan poros =2 =2 171 0,2942 1 60 1 1 =5,27 4.2.4 Menghitung daya yang dihasilkan pompa Daya yang dihasilkan pompa dihitung dengan persamaan 2.7 = =1000 9,806 0,8 0,00019 =1,49 4.2.5 Menghitung besar efisiensi Besarnya efisiensi pompa dihitung melalui persamaan 2.8 = 100% = 1,49 5,27 100% =28,23 % 4.2.6 Menghitung kecepatan spesifik Kecepatan spesifik dapat diitung dengan persamaan 2.9
25 = =171 0,00019 0,8 =2,78 4.2.7 Menghitung debit air masuk Debit air masuk dapat dihitung dengan persamaan 2.10 =1,05 =1,05 0,00019 =0,00020 =11,94 4.2.8 Menghitung kecepatan air masuk Kecepatan air masuk dapat dihitung dengan persamaan 2.11 = 0,00020 = 0,029 =0,0069 Untuk perhitungan pada data yang lain menggunakan cara seperti di atas. Hasil lengkap dapat dilihat pada tabel 4.11
26 Tabel 4.11 Hasil perhitungan pada pompa sentrifugal diameter 75 cm dengan 2 buah pipa output Head Q T Pin Pout η n nq Q' c0 (m) (l/m) (Nm) (W) (W) (%) (rpm) (rpm) (l/m) (m/s) 0,8 11,37 0,29 5,27 1,49 28,23 171 681,65 11,94 411,67 0,9 11,08 0,39 6,90 1,63 23,63 168 605,20 11,63 401,17 1,0 10,30 0,49 8,62 1,68 19,53 168 539,17 10,82 372,93 1,1 9,96 0,49 8,98 1,79 19,94 175 514,19 10,46 360,62 1,2 9,64 0,88 16,44 1,89 11,50 178 482,03 10,12 349,03 Tabel 4.12 Hasil perhitungan pada pompa sentrifugal diameter 80 cm dengan 2 buah pipa output Head Q T Pin Pout η n nq Q' c0 (m) (l/m) (Nm) (W) (W) (%) (rpm) (rpm) (l/m) (m/s) 0,8 12,89 1,86 35,30 1,69 4,77 181 768,22 13,53 466,71 0,9 12,28 1,96 36,54 1,81 4,94 178 675,05 12,89 444,62 1,0 12,11 1,77 33,99 1,98 5,82 184 640,31 12,72 438,47 1,1 11,78 1,86 35,69 2,12 5,93 183 584,76 12,37 426,52 1,2 11,18 1,47 28,02 2,19 7,83 182 530,77 11,74 404,79
27 4.3 Analisa Data Percobaan Untuk memudahkan menganalisa maka dibuat grafik 4.3.1 Grafik pompa sentrifugal diameter 75 cm 30.00 25.00 Efisiensi (%) 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 460.00 510.00 560.00 610.00 660.00 kecepatan putar spesifik (rpm) Gambar 1 Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan putar spesifik pada pompa sentrifugal diameter 75 cm Pada grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan putar spesifik didapat bahwa untuk kecepatan spesifik yang makin tinggi, efisiensi akan bertambah besar dan mencapai efisiensi maksimum. Bila dibandingkan dengan pompa sentrifugal putaran tinggi,maka bentuk grafik di atas sesuai dengan grafik efisiensi efektif untuk 1 tingkat pompa sentrifugal, 1 aliran aksial, dan pompa sentrifugal setengah aksial (Dietzel,1992:243)
28 1.4 1.2 1 Head (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 9.00 9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00 Debit (liter/menit) Gambar 2 Grafik hubungan antara debit dan head pada pompa sentrifugal diameter 75 cm Pada grafik hubungan antara head dan debit didapatkan bahwa untuk head debit akan semakin besar untuk head yang semakin rendah. Bentuk grafik tersebut sesuai dengan bentuk grafik pada daerah penggunaan pompa radial 1 sampai 14 tingkat (Dietzel,1992:253). Pompa sentrifugal diameter 75 cm juga termasuk karakteristik pompa sentrifugal yang stabil (Dietzel, 1992:317). Menganalisa daerah kerja debit dan head, maka pompa sentrifugal diameter 75 cm tidak termasuk dalam daerah kerja konstruksi pompa sentrifugal (Pompa aksial, pompa saluran roda, pompa radial bertingkat satu, pompa radial bertingkat banyak, pompa diagonal) (Dietzel,1992:282)
29 12.50 12.00 Debit (liter/menit) 11.50 11.00 10.50 10.00 340.00 360.00 380.00 400.00 420.00 c 0 (m/s) Gambar 3 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan pada mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 75 cm Dari grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air masuk didapatkan bahwa besar kecepatan air masuk berbanding lurus dengan kecepatan air masuk. Bentuk grafik sesuai dengan harga-harga informatif untuk kecepatan pada mulut isap yang diijinkan (Dietzel,1992:261) 2.00 Daya Output (W) 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 9.00 9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00 Debit (liter/menit)
30 Gambar 4 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 75 cm Dari grafik hubungan antara debit dan daya output didapat bahwa bentuk grafik sesuai dengan perubahan karakteristik dari pompa propeller akibat dari pengaturan posisi sudu jalan pada kecepatan putar kerja yang konstan (Dietzel,1992:326) Melihat bentuk grafik di atas, maka pompa sentrifugal diameter 75 cm tidak termasuk pompa radial, pompa setengah aksial, dan pompa radial (Dietzel 1992:314) 4.3.2 Grafik pompa sentrifugal diameter 80 cm 10.00 8.00 Efisiensi (%) 6.00 4.00 2.00 0.00 500.00 550.00 600.00 650.00 700.00 750.00 800.00 kecepatan putar spesifik (rpm) Gambar 5 Grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan efisiensi pada pompa sentrifugal diameter 80 cm Dari grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan efisiensi didapatkan bahwa untuk kecepatan spesifik yang makin tinggi, efisiensi akan menurun. Bentuk grafik ini tidak sesuai dengan efisiensi
31 efektif untuk pompa 1 tingkat, 1 aliran aksial, dan pompa sentrifugal setengah aksial (Dietzel,1992:243) 1.4 1.2 1 Head (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 Debit (liter/menit) Gambar 6 Grafik hubungan debit dan head pada pompa sentrifugal diameter 80 cm Dari grafik hubungan antara debit dan head didapat bahwa debit akan semakin besar untuk head yang semakin rendah. Bentuk grafik di atas termasuk karakteristik pompa sentrifugal yang stabil (Dietzel, 1992:317)
32 14.00 13.50 Debit (liter/menit) 13.00 12.50 12.00 11.50 400.00 420.00 440.00 460.00 480.00 c 0 (m/s) Gambar 7 Grafik hubungan debit air masuk dan kecepatan pada mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 80 cm Pada grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air masuk didapatkan bahwa bentuk grafik sesuai dengan harga-harga informatif untuk kecepatan pada mulut yang diijinkan (Dietzel,1992:261) 2.50 2.00 Daya Output (W) 1.50 1.00 0.50 0.00 10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 Debit (liter/menit) Gambar 8 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 80 cm
33 Pada grafik hubungan antara debit dan daya output didapat bahwa untuk debit yang semakin besar, maka daya yang dibutuhkan pompa sentrifugal akan semakin kecil. Bentuk grafik di atas sesuai dengan perubahan karakteristik pompa propeller (Dietzel,1992:326) 4.3.3 Grafik gabungan pompa sentrifugal diameter 75 cm dan diameter 80 cm 30.00 25.00 Efisiensi (%) 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 450.00 550.00 650.00 750.00 850.00 kecepatan spesifik (rpm) Diameter 75 Diameter 80 Gambar 9 Grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan efisiensi pada variasi diameter antar pipa output Dari grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan efisiensi terlihat bahwa untuk daerah kerja kecepatan putar spesifik yang sama, ternyata pompa sentrifugal diameter 75 cm memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada diameter 80 cm. Hal ini dapat disebabkan karena untuk diameter antar pipa output yang semakin kecil, debit yang dihasilkan akan semakin rendah. Pompa sentrifugal dengan diameter yang lebih besar menghasilkan torsi yang lebih besar. Daya
34 output yang dibutuhkan semakin besar akan membuat efisiensi semakin turun. 1.4 1.3 1.2 Head (m) 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Debit (liter/menit) Diameter 75 Diameter 80 Gambar 10 Grafik hubungan antara debit dan head pada variasi diameter antar pipa output Dari grafik hubungan antara debit dan head didapatkan bahwa pompa sentrifugal dengan diameter antar pipa output yang semakin besar akan menghasilkan debit yang lebih besar untuk daerah kerja head yang sama. Gaya sentrifugal akan semakin besar untuk diameter yang semakin besar.
35 Debit (liter/menit) 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 500.00 c 0 (m/s) Diameter 75 Diameter 80 Gambar 11 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air masuk pada variasi diameter antar pipa output Debit air masuk pada pompa sentrifugal berbanding lurus dengan kecepatan air masuk. Pompa sentrifugal dengan diameter yang lebih besar mempunyai debit air masuk yang semakin besar. Dengan persamaan kontinuitas, untuk debit air masuk yang lebih besar akan menghasilkan debit output yang semakin besar. Besar kecepatan air masuk tidak boleh melebihi harga yang sudah ditentukan untuk menghindari terjadinya kavitasi. Dari grafik didapat bahwa kecepatan air masuk belum melebihi harga yang sudah ditentukan.
36 Daya output (W) 2.50 1,2 m 2.00 0,8 m 1.50 1.00 0.50 0.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Debit (liter/menit) Diameter 75 Diameter 80 Gambar 12 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada variasi head dan diameter antar pipa output Daya output yang dihasilkan akan semakin besar untuk debit yang semakin kecil Debit yang semakin kecil dihasilkan pada head yang semakin besar. Dengan head yang semakin besar dan debit yang semakin kecil, maka daya output akan menjadi semakin besar.
37 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah : 1. Diameter antar pipa output yang lebih kecil mempunyai efisiensi yang lebih baik daripada antar pipa output yang lebih besar. 2. Karakteristik pompa sentrifugal dalam penelitian ini : Pompa sentrifugal dengan diameter 75 cm memiliki karakteristik yang sesuai dengan pompa sentrifugal 1 tingkat mendapatkan efisiensi maksimal 28,23% dan debit maksimal 11,37 liter/menit. Pompa sentrifugal dengan diameter 80 cm memiliki karakteristik yang sama dengan pompa propeller mendapatkan efisiensi maksimal 7,83% dan debit maksimal 12,89 liter/menit. Pompa sentrifugal dalam penelitian ini termasuk pompa yang mengalami penurunan head yang sama (stabil). 5.2 Saran Berdasarkan dari analisa data dan kesimpulan, saran yang dapat diajukan adalah sebagai berikut: 1. Mencari alternatif lain dalam hal menyambung antara pipa input dan pipa output.
38 2. Membuat tempat penampungan air yang lebih baik untuk meminimalisir rugi-rugi yang terjadi akibat air terbuang dari tempat penampungan air.
39 DAFTAR PUSTAKA Dietzel, F., Turbin, Pompa, dan Kompresor, cetakan ke-4, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993 Halliday dan Resnick, Fisika jilid 1, cetakan 2, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985 Giles, R.V., Mekanika Fluida dan Hidraulika, edisi 2, Penerbit Erlangga, Jakarta Pusat, 1986 Pius Wiwit Prastyono, Tugas Akhir Pompa Pipa dengan Variasi Diameter Pipa Lengan, Yogyakarta, 2008