POMPA SENTRIFUGAL 4 PIPA OUTPUT DENGAN VARIASI HEAD DAN DIAMETER POMPA SENTRIFUGAL SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin Program Studi Teknik Mesin Oleh: YB Dwi Krisnanto Prasojo NIM : 065214024 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2009 i
FOUR OUTPUT CENTRIFUGAL PUMP WITH VARIATIONS OF HEAD AND DIAMETER FINAL ASSIGNMENT Presented as a meaning for gaining engineering holder In Mechanical Engineering study program by YB Dwi Krisnanto Prasojo Student Number : 065214024 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2009 ii
SKRIPSI POMPA SENTRIFUGAL 4 PIPA OUTPUT DENGAN VARIASI HEAD DAN DIAMETER POMPA SENTRIFUGAL Oleh: YB Dwi Krisnanto Prasojo NIM : 065214024 Telah disetujui oleh: Pembimbing I Ir. YB Lukiyanto, M.T. iii
SKRIPSI POMPA SENTRIFUGAL 4 PIPA OUTPUT DENGAN VARIASI HEAD DAN DIAMETER POMPA SENTRIFUGAL Disiapkan dan ditulis oleh YB Dwi Krisnanto Prasojo NIM : 065214024 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji Pada tanggal 19 Januari 2010 Dan dinyatakan memenuhi syarat Ketua Sekretaris Anggota Susunan Panitia Penguji Nama Lengkap Ir. Rines Alapan, M.T. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. Ir. Yohanes Baptista Lukiyanto, M.T. Tanda tangan iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini, tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah. Yogyakarta, 21 November 2009 Penulis YB Dwi Krisnanto Prasojo v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta: Nama : YB Dwi Krisnanto Prasojo Nim : 065214024 POMPA SENTRIFUGAL 4 PIPA OUTPUT DENGAN VARIASI HEAD DAN DIAMETER POMPA SENTRIFUGAL 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, 21 November 2009 YB Dwi Krisnanto Prasojo vi
ABSTRAK Indonesia adalah negara yang kaya akan angin berkecepatan rendah. Angin sudah dimanfaatkan oleh para petani garam untuk menggerakkan pompa torak yang memompa air laut ke ladang garam. Dengan angin yang berkecepatan rendah, maka dapat dibuat pompa sentrifugal kecepatan rendah. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui : 1) hubungan antara diameter pompa sentrifugal dan efisiensi, 2) hubungan antara diameter pompa sentrifugal dan debit yang dihasillkan, 3) hubungan antara diameter pompa sentrifugal dan daya yang dihasilkan pompa sentrifugal, 4) Perbandingan karakteristik pompa sentrifugal kecepatan rendah dengan pompa sentrifugal kecepatan tinggi, Dalam penelitian ini dibuat pompa sentrifugal sederhana. Pompa sentrifugal ini hanya tersusun dari pipa air yang dibentuk seperti 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) semakin kecil diameter pompa sentrifugal, maka efisiensi akan semakin besar. 2) semakin besar diameter pompa sentrifugal, maka debit yang dihasilkan akan semakin besar, 3) semakin besar diameter pompa sentrifugal, maka daya yang dihasilkan akan semakin besar, 4) Pompa sentrifugal dengan diameter 75 cm memiliki karakteristik yang sama dengan pompa sentrifugal 1 tingkat, sementara pompa sentrifugal dengan diameter 80 cm memiliki karakteristik yang sama dengan pompa propeller, dan pompa sentrifugal termasuk pompa sentrifugal yang stabil.. 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. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan 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, 21 November 2009 YB Dwi Krisnanto Prasojo 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... xv 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 Massa..4 2.2 Gaya Sentrifugal 5 2.3 Persamaan Persamaan yang Digunakan.6 2.4 Tinjauan Pustaka..10 BAB III METODOLOGI PENELITIAN.11 3.1 Skema Alat...11 3.2 Cara kerja alat...12 3.3 Variabel yang divariasikan... 12 x
3.4 Peralatan Penelitian...12 3.5 Variabel yang diukur.17 3.6 Analisa Data..18 3.7 Jalannya Penelitian...18 BAB IV DATA dan PEMBAHASAN..20 4.1 Data Penelitian..20 4.2 Perhitungan Data Percobaan.22 4.3 Penghitungan Analisa Data Percobaan.25 BAB V KESIMPULAN..36 5.1 Kesimpulan...36 5.2 Saran.36 DAFTAR PUSTAKA...37 LAMPIRAN.38 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Hukum kekekalan massa pada pompa sentrifugal...5 Gambar 2.2 Gaya sentrifugal...5 Gambar 2.3 Tampak atas menghitung torsi pada pompa sentrifugal...7 Gambar 2.4 Tampak samping menghitung torsi pada pompa sentrifugal...7 Gambar 3.1 Skema alat...11 Gambar 3.2 Skema rangkaian pipa output...12 Gambar 3.3 Bosch dengan 4 pipa output...13 Gambar 3.4 Motor listrik...14 Gambar 3.5 Tempat penampungan...14 Gambar 3.6 Adaptor...15 Gambar 3.7 Digital Light Tachometer...16 Gambar 3.8 Gelas ukur...16 Gambar 3.9 Timbangan massa...17 Gambar 4.1 Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan spesifik pada pompa sentrifugal diameter 75...25 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara debit dan head pada pompa sentrifugal diameter 75 cm...26 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Q dan kecepatan pada mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 75 cm...27 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 75 cm...28 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada pompa sentrifugal diameter 80 cm... 29 Gambar 4.6 Grafik hubungan debit dan head pada pompa sentrifugal diameter 80 cm...30 Gambar 4.7 Grafik hubungan Q dan kecepatan pada mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 80 cm...30 Gambar 4.8 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 80 cm...31 xii
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada variasi diameter antar pipa output...32 Gambar 4.10 Grafik hubungan antara debit dan head pada variasi diameter antar pipa output...33 Gambar 4.11 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air masuk pada variasi diameter antar pipa output...34 Gambar 4.12 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada variasi diameter antar pipa output...35 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel 4.9 Tabel 4.10 Data pada head 0,8 meter...20 Data pada head 0,9 meter...20 Data pada head 1 meter..20 Data pada head 1,1 meter...21 Data pada head 1,2 meter...21 Data pada head 0,8 meter...21 Data pada head 0,9 meter...21 Data pada head 1 meter..22 Data pada head 1,1 meter...22 Data pada head 1,2 meter...22 xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Dalam rangka mengurangi atau menggantikan pemakaian listrik untuk memompa air telah banyak penelitian dilakukan untuk meningkatkan efisiensi pompa dan mencari sumber energi alternatif untuk memompa air. Sebagai Negara katulistiwa, Indonesia mempunyai energy yang cukup dengan kecepatan rata-rata 3,5 5 m/s Cara pemanfaatan energi angin untuk memompa air adalah dengan menggunakan pompa pipa 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 pipa 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 pipa ini berbeda dengan kebiasaan di masyarakat. Kebiasaan dimasyarakat diantaranya memompa air dengan menggunakan pompa listrik. Memompa air dengan pompa pipa hanya dapat dilakukan bila ketingian air kurang dari 2,5 meter sehingga tidak dapat digunakan untuk memompa air sumur ketinggian 10 meter. Kelemahan lain dari pompa pipa tersebut adalah hanya dapat dipakai pada saat kecepatan angin yang cukup 1
2 untuk memutar kincir angin. Pompa pipa dapat digunakan di pinggir pantai dimana angin bertiup cukup kencang. Pemanfaatan bahan dasar yang tersedia dipasar lokal merupakan cara untuk menekan biaya pembuatan pompa pipa. Penyederhanaan teknik pembuatan sampai tingkat teknologi yang dapat dikerjakan oleh industri lokal merupakan cara mengatasi kendala teknologi pembuatan pompa pipa. Pemanfaatan bahan dan teknologi yang terdapat dipasar dan industri lokal akan mempengaruhi unjuk kerja pompa pipa ini. 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. 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 4 buah pipa output, dengan diameter antar pipa output yang bervariasi. Dari sini, muncul beberapa permasalahan dari penelitian ini, antara lain : 1. Apakah diameter antar pipa output yang lebih kecil mempunyai unjuk kerja yang lebih baik daripada diameter antar pipa output yang lebih besar?
3 2. Apakah karakteristik pompa sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai karakteristik yang sama dengan pompa sentrifugal pada umumnya? 1.3 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah : 1. Mengetahui hubungan antara diameter pompa sentrifugal dan efisiensi 2. Mengetahui hubungan antara diameter pompa sentrifugal dan debit yang dihasilkan 3. Mengetahui hubungan antara diameter pompa sentrifugal dan daya yang dihasilkan pompa sentrifugal 4. Membandingkan karakteristik pompa sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ini dengan pompa sentrifugaal kecepatan tinggi 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.
4 2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototype pompa sentrifugal yang dapat diterima oleh masyarakat. 3. Mengurangi ketergantungan penggunaan listrik sehingga ikut mengurangi emisi karbondioksida di atmosfer.
BAB II DASAR TEORI Pompa sentrifugal dapat bergerak karena ada daya yang diberikan oleh motor listrik. 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 tinggi kenaikan. Besarnya tekanan yang timbul tergantung pada besarnya kerapatan fluida. 2.1 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. 5
6 Besarnya gaya tersebut, dapat dihitung dengan Hukum II Newton untuk komponen radial : dengan : m = massa benda a r = percepatan sentripetal 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 (m 3 ) t = waktu (s)
7 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 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)
8 Daya yang dihasilkan poros Pada poros, bekerja daya. Daya yang dihasilkan poros akan diberikan kepada pompa sentrifugal, dan digunakan untuk menghitung efisiensi pompa sentrifugal. Daya yang dihasilkan poros ditentukan oleh persamaan di bawah ini. (Cengel Y.,2006:66).....(2.5). (2.6) dengan : F = gaya terukur pada pompa sentrifugal (N) s = jarak tempuh (m) r = jarak antara gaya dan pusat motor (m) n = putaran poros = 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 )
9 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 (m 3 /s) Efisiensi pompa Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya yang dibutuhkan pompa dengan daya yang dihasilkan poros. (2.8) Menghitung kecepatan spesifik 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 F.,1992:248) dengan : n = putaran poros (rpm) Q = debit pompa (m 3 /s) H = tinggi kenaikan pompa (m) Menghitung besar debit air masuk
10 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. Nilai 1,05 adalah nilai rugi-rugi maksimal yang terjadi di dalam pompa. Menghitung kecepatan air masuk Kecepatan air masuk dihitung dengan persamaan berikut (Dietzel F.,1992:261) dengan : Q = debit air masuk (m 3 /s) A = luas penampang pipa input (m 2 ) 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 P.W.,2008)
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 11
12 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
13 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.
14 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
15 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.
16 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.
17 6. Timbangan Massa Timbangan yang digunakan adalah Baby Spring Scale yang mempunyai skala 7 kg. Digunakan untuk menghitung besar gaya yang dihasilkan pompa. 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
18 listrik menggunakan timbangan gaya. Pengukuran putaran poros menggunakan tachometer. 3.6 Analisa Data a. Menghitung debit yang dihasilkan pompa (V) dalam selang waktu tertentu (t). b. Menghitung gaya yang dihasilkan (F), menghitung torsi yang dihasilkan (T), dan menghitung daya yang dihasilkan poros (P in ). c. Menghitung debit air (Q), dan daya yang dibutuhkan pompa (P out ). d. Menghitung efisiensi pompa (η) e. Menghitung kecepatan spesifik (n q ) f. Menghitung debit air yang masuk ke dalam pipa input (Q ) g. Menghitung kecepatan air yang masuk ke dalam pipa input (c 0 ). 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. Menyeting timbangan gaya sedemikian hingga tegak lurus dengan motor listrik. e. Menghidupkan motor listrik
19 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. h. Membaca besar putaran pada poros penggerak pompa sentrifugal. i. Mengulangi langkah 2 sampai 6 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.
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 4 buah : Tabel 4.1 Data pada head 0,8 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 19,8 2 20 3 19,9 2500 166 4 20,2 5 20 Tabel 4.2 Data pada head 0,9 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 19,2 2 19,6 3 19 2500 168 4 19,7 5 19,8 Tabel 4.3 Data pada head 1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 17,9 2 18,9 3 18,55 2600 171 4 18,65 5 19 20
21 Tabel 4.4 Data pada head 1,1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 18,6 2 18 3 18,35 2200 170 4 18,2 5 19 Tabel 4.5 Data pada head 1,2 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 17,3 2 17,6 3 17,4 2300 172 4 17,6 5 17,6 4.1.2 Untuk pompa sentrifugal diameter 75 cm dengan jumlah pipa output 4 buah : Tabel 4.6 Data pada head 0,8 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 16,9 2 16,9 3 17,2 600 160 4 17,5 5 17,1 Tabel 4.7 Data pada head 0,9 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 17 2 17,2 3 17,1 500 161 4 16,9 5 17,2
22 Tabel 4.8 Data pada head 1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 16,5 2 16,35 3 16,45 500 162 4 16,4 5 16,55 Tabel 4.9 Data pada head 1,1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 14,7 2 14,7 3 14,75 800 164 4 14,9 5 15 Tabel 4.10 Data pada head 1,2 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm) 1 13,9 2 13,8 3 13,95 700 162 4 13,7 5 13,95 4.2 Perhitungan Data Percobaan Sebagai contoh perhitungan data, digunakan perhitungan data tabel 3.1. 4.2.1 Menghitung debit air yang dihasilkan pompa Besarnya debit air yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.3
23 4.2.2 Menghitung besar torsi yang dihasilkan Torsi yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.4 4.2.3 Menghitung daya yang dihasilkan poros Melalui persamaan 2.6 dapat dihitung daya yang dihasilkan poros 4.2.4 Menghitung daya yang dihasilkan pompa Daya yang dibutuhkan pompa dihitung dengan persamaan 2.7 4.2.5 Menghitung besar efisiensi Besarnya efisiensi pompa dihitung melalui persamaan 2.8
24 4.2.6 Menghitung kecepatan spesifik Kecepatan spesifik dapat diitung dengan persamaan 2.9 4.2.7 Menghitung debit air masuk Debit air masuk dapat dihitung dengan persamaan 2.10 4.2.8 Menghitung kecepatan air masuk Kecepatan air masuk dapat dihitung dengan persamaan 2.11
25 Untuk perhitungan pada data yang lain menggunakan cara seperti di atas. Hasil lengkap dapat dilihat pada tabel 4.11 Tabel 4.11 Hasil perhitungan pada pompa sentrifugal diameter 75 cm dengan 4 buah pipa output Head Q T Pin Pout η n nq Q' C0 (m) (m3/s) (Nm) (W) (W) (%) (rpm) (rpm) 0,8 0,000285 0,58836 9,85 2,24 22,71762 160 3,20 0,0003 0,010331 0,9 0,000285 0,4903 8,26 2,51 30,40709 161 2,94 0,000299 0,010307 1 0,000274 0,4903 8,31 2,69 32,3386 162 2,68 0,000288 0,009927 1,1 0,000247 0,78448 13,47 2,66 19,77217 164 2,40 0,000259 0,008937 1,2 0,000231 0,68642 11,64 2,72 23,35456 162 2,15 0,000243 0,008364 Tabel 4.12 Hasil perhitungan pada pompa sentrifugal diameter 80 cm dengan 4 buah pipa output Head Q T Pin Pout η n nq Q' C0 (m) (m3/s) (Nm) (W) (W) (%) (rpm) (rpm) 0,8 0,000333 2,4515 42,59 2,61 6,133067 166 3,58 0,00035 0,012057 0,9 0,000324 2,4515 43,11 2,86 6,640127 168 3,27 0,000341 0,011743 1 0,00031 2,54956 45,63 3,04 6,661681 171 3,01 0,000326 0,011224 1,1 0,000307 2,15732 38,39 3,31 8,63151 170 2,77 0,000323 0,011122 1,2 0,000292 2,25538 40,60 3,43 8,452854 172 2,56 0,000306 0,01056 4.3 Analisa Data Percobaan Untuk memudahkan menganalisa maka dibuat grafik
26 4.3.1 Grafik pompa sentrifugal diameter 75 cm Gambar 4.1 Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan spesifik pada pompa sentrifugal diameter 75 cm Pada grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan spesifik didapat bahwa untuk kecepatan spesifik yang makin tinggi, efisiensi akan bertambah besar dan akan turun setelah 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)
27 Gambar 4.2 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)
28 Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Q 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) Gambar 4.4 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 75 cm
29 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 aksial (Dietzel 1992:314) 4.3.2 Grafik pompa sentrifugal diameter 80 cm Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada pompa sentrifugal diameter 80 cm Dari grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi didapatkan bahwa untuk kecepatan spesifik yang makin tinggi, efisiensi akan menurun. Bentuk grafik ini tidak sesuai dengan efisiensi efektif untuk pompa 1 tingkat, 1 aliran aksial, dan pompa sentrifugal setengah aksial (Dietzel,1992:243)
30 Gambar 4.6 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) Gambar 4.7 Grafik hubungan Q dan kecepatan pada mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 80 cm
31 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) Gambar 4.8 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 80 cm 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
32 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada variasi diameter pompa sentrifugal Dari grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi terlihat bahwa untuk daerah kerja kecepatan 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 pompa sentrifugal yang semakin kecil, debit yang dihasilkan akan semakin rendah. Pompa sentrifugal dengan diameter yang lebih besar menghasilkan torsi yang lebih besar. Daya output yang dibutuhkan semakin besar akan membuat efisiensi semakin turun.
33 Gambar 4.10 Grafik hubungan antara debit dan head pada variasi diameter pompa sentrifugal Dari grafik hubungan antara debit dan head didapatkan bahwa pompa sentrifugal dengan diameter pompa sentrifugal 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.
34 Gambar 4.11 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air masuk pada variasi diameter pompa sentrifugal 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 kontiunuitas, 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.
35 Gambar 4.12 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada variasi diameter pompa sentrifugal 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.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah : 1. Semakin kecil diameter pompa sentrifugal, maka efisiensi pompa sentrifugal akan semakin tinggi. 2. Semakin besar diameter pompa sentrifugal, maka debit yang dihasilkan akan semakin besar. 3. Semakin besar diameter pompa sentrifugal, maka daya output yang dihasilkan akan semakin besar. 4. Karakteristik pompa sentrifugal dalam penelitian ini : Pompa sentrifugal dengan diameter 75 cm memiliki karakteristik yang sesuai dengan pompa sentrifugal 1 tingkat. Pompa sentrifugal dengan diameter 80 cm memiliki karakteristik yang sama dengan pompa propeller. Pompa sentrifugal pada penelitian ini termasuk pompa sentrifugal yang 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 36
2. Membuat tempat penampungan air yang lebih baik untuk meminimalisir rugi-rugi yang terjadi akibat air terbuang dari tempat penampungan air. 3. Melakukan perancangan dan perhitungan ukuran-ukuran pompa sentrifugal sebelum membuat pompa sentrifugal. 37
DAFTAR PUSTAKA Halliday.,R. 1985. Fisika Jilid I. New York: McGraw-Hill. Giles. R.V. 1986. Mekanika Fluida dan Hidraulika. Jakartaa: PT. Erlangga Cengel, Y.A./Boles.M.A. 2006. Thermodinamics:An Engineering Approach. New York: McGraw-Hill. Dietzel, F.D. 1992. Turbin, Pompa dan Kompresor, terjemahan Ir.Dakso Sriyono. Jakarta: PT. Erlangga. Prastyono, P.W. 2008 Pompa Pipa, Skripsi, Universitas Sanata Dharma. 37