Jurnal J-Ensitec: Vol 0 No. 0, Mei 06 RANCANG BANGUN ALAT UKUR UJI TEKANAN DAN LAJU ALIRAN FLUIDA MENGGUNAKAN POMPA CENTRIFUGAL Gugun Gunai, Asep Rachmat, Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Majalengka Email: asep8rachmat75@gmail.com ABSTRAK Prinsip kerja pompa paa asarnya aalah menurunkan tekanan alam ruang pompa sisi hisap sehingga akan terjai perbeaan tekanan antara ruang pompa engan permukaan fluia yang ihisap, akibatnya fluia akan mengalir ke ruang pompa oleh impeler fluia ini i orong keluar. Tujuan penelitian ini aalah rancang bangun alat uji tekanan an laju aliran fluia menggunakan pompa centrifugal. Selain itu juga untuk mengetahui karakteristik pompa paa rangkaian seri engan cara pemasangan katup paa sisi tekan. Untuk apat menentukan kurva karakteristik pompa itambahkan komponen alat ukur berupa pressure geauge sebagai alat ukur tekanan, orifice an manometer U sebagai alat ukur ebit aliran fluia. Kavitasi merupakan faktor yang sering ikaitkan engan terjainya kerusakan paa komponen impeler paa pompa centrifugal, maka alam merancang bangun alat uji ini harus iusahakan agar proses kavitasi apat icegah atau iminimalisir sekecil mungkin terhaap kemungkinan terjainya kavitasi. Untuk apat menentukan aya pompa yang ibutuhkan alam alat uji tekanan fluia maka harus icari nilai hea total. Aapun nilai nilai hae aalah sebagai berikut: hea elevasi 0,4 m, hea tekan 0,3 m, hea laju aliran 0, m, hae loses, m. Kata kunci : rangkaian seri, pompa centrifugal, kavitasi, hea. I. PENDAHULUAN Fluia aalah zat yang berubah bentuk secara kontiniu (terus menerus) bila terkena tegangan geser (flui mechanics,985), hal ini membuktikan hukum pascal bahwa fluia menekan ke segala arah. Selain itu juga aa satu besaran ari fluia yang apat mencirikan suatu jenis fluia an membeakannya engan fluia yang lain. Sifat yang membeakan fluia satu engan yang lainnya inamakan engan massa jenis. Massa jenis tiak hanya berlaku paa fluia saja, tapi berlaku juga paa semua bena tak terkecuali bena tegar. Massa jenis berguna untuk membeakan fluia, karena sifat fluia yang sama namun memiliki masa jenis yang berbea. Laju aliran fluia mengalir ari tempat yang tinggi ke tempat yang ranah, namun tiak hanya itu saja fluia juga apat ipinahkan ari suatu tempat bertekanan tinggi menuju ke tempat yang bertekanan lebih renah. Pompa merupakan alat untuk memberikan energi mekanis kepaa cairan, seangkan prinsip kerjanya seniri menghisap an melakukan penekanan terhaap fluia. Paa sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan alam ruang pompa sehingga akan terjai perbeaan tekanan antara ruang pompa engan permukaan fluia yang ihisap. Akibatnya fluia akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa fluia ini akan iorong atau iberikan tekanan sehingga fluia akan mengalir ke alam saluran tekan (ischarge) melalui lubang tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus - menerus selama pompa beroperasi. Karakteristik ari fluia engan prinsip kerja pompa saling berkaitan, yaitu imana fluia mampu berpinah ari suatu tempat ke tempat lain engan catatan keua tempat tersebut memiliki perbeaan tekanan. Untuk membuat perbeaan itu seniri ibutuhkan suatu alat yang mampu memberikan tekanan paa ruang tertutup sehingga fluia tersebut mampu terhisap an berpinah ari suatu tempat ke tempat yang lain. Seangkan pompa sentrifugal merupakan alat perpinahan fluia engna menggunakan 8
Jurnal J-Ensitec: Vol 0 No. 0, Mei 06 gaya sentrifugal yang iakibatkan gerak impeller. Seluruh impellar berputar alam rumah pompa (chasing) engna kecepatan tinggi, sehingga memberikan percepatan paa fluia yang ialirkan. Pompa yang ipergunakan sebelumnya harus iketahui karakteristik paa konisi kerja yang berbea, engan emikian apat itentukan kemampuan kerja pompa yang igunakan imana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini perlu ilakukan karena paa kenyataannya pompa sangat mungkin mengalami overloa, engan mengetahui karakteristik pompa merupakan salah satu bentuk proteksi proteksi terhaap pompa yang ipakai. Teknik pengukuran tekanan secara garis besar apat i klasifikasikan menjai tiga kelompok, yakni sebagai berikut:. Tekanan yang iberikan oleh kolom fluia (misalnya air raksa) seperti yang terjai paa manometer.. Pengukuran besar eformasi suatu elemen, seperti paa kasus yang terjai paa tabung Bouron. 3. Pengukuran kuantitas elektrik. II. METODELOGI PENELITIAN Stui pustaka merupakan langkah yang ilakukan setelah menentukan pokok permasalahan. Metoe ini bertujuan untuk memperoleh teori-teori asar an proseur perancangan yang berkaitan engan materi yang itulis. Survei lapangan ilakukan untuk memperoleh ata-ata yang iperlukan alam pembuatan alat uji. Data-ata ini bisa berupa ata tentang pompa, rangkaian, an material-material ari setiap komponen. Stuy bimbingan yaitu engan melakukan iskusi tentang topik penelitian ini engan osen pembimbing yang telah itunjuk oleh pihak Fakultas Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Majalengka, an teman-teman sesama mahasiswa. Perancangan imensi pipa, merupakan proses imana paa tahap ini kita melakukan perancangan pipa yang ialamnya terapat perkiraan lengkungan, bahan yang igunakan, iameter pipa yang ipakai an juga panjang pipa yang ibutuhkan. Penentuan pompa yang igunakan, merupakan hasil keseluruhan proses perhitungan baik itu berupa hea loses, hea pompa. Selain itu juga pemilihan pompa yang sesuai merupakan penetu kualitet ari alat uji tekanan fluia, karena pompa merupakan instrument utama paa alat uji ini. Proses permesinan juga menentukan keterseian bahan, kepraktisan alam melaksanakan proses permesinan, waktu yang ibutuhkan an ampak yang paling besar aalah agar tercapainya biaya yang seefisien mungkin. III. HASIL PENELITIAN 3. Rangka Rangka merupakan sistem penopang alam suatu alat. Sistem penopang ini bertinak sebagai bingkai ari elemen elemen system terkecil alam alat uji tekanan fluia paa pompa sentrifugal. Disini rangka tersusun atas baja engan profil siku, profil siku ipilih karana merupakan turunan ari baja strip yang ibangun menjai bentuk yang lebih rigi. Hal ini mengakibatkan baja jenis ini menjai lebih kuat bila ibaningkan engan baja sleb. Rangka atau frame alat uji yang akan ibuat terlebih ahulu igolongkan kealam kegunaannya, yang berasarkan kegunaannya ikelompokan sebagai berikut:. Rangka yang memiliki fungsi sebagai uukan ari motor an juga pompa centrifugal rangka ini terletak ibagian atats frame.. Rangka bagian bawah merupakan tempat uukan ari bak penampungan air. 3. Kaki- kaki rangka yang memiliki fungsi sebagai penopang ari seluruh elemen ari system alat uji tekanan fluia. 3. Pembebanan Paa Rangka Beban rangka teriri ari beberapa komponen yang bmembebaninya iantaranya: a. Pompa b. Motor c. Bak Penampungan Berasarkan pengukuran berat masing masing kompenen pembebanan iperoleh, berat untuk pompa saebesar 5 kg, untuk motor 4 kg, an bak penampungan alam keaaan kosong sebesar 5 kg. 9
Jurnal J-Ensitec: Vol 0 No. 0, Mei 06 Untuk gaya pembebanan paa rangka aalah. A. W Pompa = m. g = 5 0 = 50 N B. W Pompa = m. g = 4 0 = 40 N C. W Pompa = m. g = 5 0 = 50 N 3.3 Gambar Beban yang Terjai Paa Rangka batang 0.8 3 DBB w pompa 0.3 w motor 0,4 9 Gambar. Rangka Serta Bebannya a. ƩF X = 0 F AX + F BX = 0 b. ƩF Y = 0 ari F AY + F BY - w pompa - w motor = 0 F AY + F BY = w pompa + w motor F AY + F BY = 50 +40 F AY + F BY = 90 N c. ƩM A = 0 (,64 F BY ) - (0,83 w pompa ) - (,5 w motor ) = 0 (,64 F BY ) - (0,83 50) - (,5 40) = 0 (,64F BY ) = (0,83 50) + (,5 40),64F BY = 48,5 + 6 F BY = 8 N Untuk mencari F AY kita tinggal subtitusikan F BY kealam persamaan maka sebagai berikut. F AY + F BY = 90 N F AY = 90 N - F BY F AY = 90 N - 8 N = 6 N Untuk beban yang iberikan oleh bak penampun air alan keaaan kosong aalah. a. ƩF X = 0 F AX + F BX = 0 b. ƩF Y = 0 F AY + F BY w bak = 0 F AY + F BY = w bak,64 F AY + F BY = 6,4 N... pers c. ƩM A = 0 (,64 F BY ) - (0,8 w bak ) = 0 (,64 F BY ) - (0,8 6,4) = 0 (,64F BY ) = (0,8 6,4) F BY = F BY = 3, N Untuk mencari F AY kita tinggal subtitusikan F BY kealam persamaan maka sebagai berikut. F AY + F BY = 6,4 N F AY = 6,4 N - F BY 0,49 F AY = 6,4 N - 3, N F AY = 3, N 3.4 Daya Pompa Hae Statis Dengan nilai yang iketahui sebagai berikut: Zs = 0,9 m Z =,3 m P = P = atm (untuk bak terbuka) V = V = (untuk pipa ukuran kecil) Hea Elevasi H z = Zs Z H z =,3 0,9 H z = 0,4 m a. Karana P = P maka menggunakan P g 035 0009,8 035 9800 0,3 m 0
Jurnal J-Ensitec: Vol 0 No. 0, Mei 06 Hae Loses Saluran Isap Kerugian Akibat Gesekan 0,8 v b. Karana V = V maka menggunakan H v = v H v = H v = H v = 0, m Jai hea statis total aalah. H st = H z + Hp + H v H st = 0,5 + 0,3 + 0, H st = 0,9 m 000 0,038 6 0,860 57,5 3 0,800 7348,3 Untuk nilai bilangan reynol sebesar 7348,3 termasuk kealam aliran turbulen. maka untuk mencari koefisian gesek apat menggunakan f = 0,0 + f = 0,0 + f = 0,09 Untuk mencari nilai hea kerugian akibat gesekan paa pipa hisap kita bisa menggunakan prersamaan.5. g 9,8,5 9,6 0,09 f 0,065 m Kerugian akibat instalasi Sementara untuk mencari nilai hea kerugian akibat instalasi paa pipa hisap kita bisa menggunakan prersamaan.6. paa pipa hisap terapat tiga belokan setanar 90 0 maka. L h m = 3.30. s 0,05 0,05 V s. g.9, 8.9,8.9,8 h m = 90 h m = 0,3 m Hae Loses Saluran Tekan Kerugian Akibat Gesekan v 000 0,049 6 0,860 8566,8 Untuk nilai bilangan reynol sebesar 8566,8 termasuk kealam aliran turbulen. maka untuk mencari koefisian gesek apat menggunakan f = 0,0 + f = 0,0 + 0,038 f = 0,033 Untuk mencari nilai hea kerugian akibat gesekan paa pipa hisap kita bisa menggunakan prersamaan.5. f Ls V s 0, m Kerugian akibat instalasi Sementara untuk mencari nilai hea kerugian akibat instalasi paa pipa hisap kita bisa menggunakan prersamaan.6. paa pipa hisap terapat tiga belokan setanar 90 0 maka serta satu katup pengenali jenis globe. h m = 3.30. h m = 90 Vs. g 73,5 0,800 Vs. g 3. g.9,8.9,8 h m = 0,3 m an untuk katup bola.9, 8 h m =.3..9,8 0,033 0,038.9,8 h m = 3. h m = 0,34 m jai h m total aalah.
Jurnal J-Ensitec: Vol 0 No. 0, Mei 06 h m = 0,3 + 0,34 h m = 0,64 m Hae Total H tot = 0,9 + 0,065 + 0,3 + 0, + 0,64 H tot = 3,03 m Untuk aya pompanya itu seniri bisa icari engan persamaan g Q Htot N = N = N = 7385,7 watt Berasarkan hasil surpei iperoleh pompa engan aya 0,75 kw. NPSH pompa Aa macam NPSH yaitu NPSHa (Net Positive Suction Hea Available) an NPSHr (Net Positive Suction Hea Require).. NPSHa aalah nilai NPSH yang aa paa system i mana pompa akan bekerja.. NPSHr aalah nilai NPSH spesifik pompa agar bekerja engan normal, yang iberikan oleh pembuat berasarkan hasil pengetesan. NPSHa = Pa - p hs - hi = 0,3-0.839-0,9-0,608 = 7,953 m Pemilihan Pompa Berasarkan hasil perhitungan pompa,maka ipilih tipe pompa sebagai berikut (isesuaikan engan keterseian pompa sentrifugal i pompa market) : Tipe : Y 80-4 Daya pompa : 0,75 kw. Hea total : 3,03 m NPSHr : >7,953 m Kapasitas : 0,000 m 3 /s atau l/s p 9,8 0000,03,03 0,85. Titik iih air tiak mutlak 00 0 C, tergantung paa tekanan yang terapat alam meia penampung air yang igunakan. Air yang meniih mengakibatkan kavitasi i alam pompa.. Diameter pipa masuk harus lebih besar bila ibaningkan engan pipa keluar. 3. Hea pompa terpengaruh oleh beberapa faktor yaitu: a. Perbeaan tinggi air paa sisi masuk engan keluar. b. Diameter pipa yang igunakan. c. Jenis bak penampungan yang igunakan (keaaan bak alam keaaan tertuup atau terbuka).. Jenis instalasi an kelengkapan penukung yang igunakan alam alat uji. 4. Dalam segi perhitungan tekanan paa pipa keluar alat uji yang irancang lebih unggul aripaa alat uji yang serupa i Untag, karena paa alat uji ini menggunakan borone tube, seangkan i untag menggunakan manometer U. 5. Lebih minimalis ibaning engan alat uji yang telah isurvei. V. REFERENSI Anis, Samsuin. Buku ajar asar pompa. Universitas negeri semarang: Semarang. 008 Achi, Enang. Panuan praktikum phenomena asar mesin. Universitas tujuh belas agustus 945 Cirebon: Cirebon. 008 Hill, McGraw. flui mechanics. Erlangga: Jakarta. 985 Ir. Sularso, MSME, asar perencanaan an pemilihan elemen mesin K. S. Y, Dua. Disain jaringan pipa. Manar maju: Banung. 009 T.G. Hicks, T.W. Ewars. 996. Teknologi Pemakaian Pompa. Erlangga: Jakarta IV. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil perancangan alat uji btekanan fluia rangkaian seri engan menggunakan pompa centrifugal iperoleh kesimpulan bahwa: