BAB III METODE PENELITIAN
3.8. Cara Memperoleh Data
Data-data penelitian yang telah diperoleh dari nilai-nilai yang ditampilkan oleh alat ukur kemudian diolah dengan menggunakan rumus-rumus :
= Panjang pipa dari titik injeksi ke titik keluar (m).
= Tinggi rasio terendam / tinggi bagian pipa yang terendam (m).
= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m).
2. Efisiensi Air Lift Pump
3. Debit air
(4)
Dimana :
= Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).
= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m).
= Debit aliran udara yang diinjeksikan (lpm).
= Tekanan Atmosfer (Pa).
= Tekanan udara total yang diinjeksikan oleh aerator (Pa).
Ξ‘ = Masa jenis air ( )
(5)
Dimana :
Q = Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).
= Volume air (π3) = Waktu (s)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Pada penelitian ini berisi mengenai hasil penelitian ditampilkan pada Tabel 4.1 dan 4.2. Pada penelitian ini dimulai dari variasi rasio terendam paling rendah yaitu 89,28% dan diakhiri pada rasio terendam yang paling tinggi yaitu 62,5%. Pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali setiap satu variasi rasio terendam, kemudian dari kesepuluh data tersebut diambil rata β ratanya. Debit terukur merupakan jumlah debit air yang diperoleh saat pengambilan data. Waktu terukur merupakan jumlah lamanya waktu pengambilan data setiap variasi rasio terendam.
Tabel 4.1. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa 1,5 inci
Data ke- Waktu (menit)
Variasi Nosel Pada Pipa 1,5"
Rasio Terendam (%)
Tabel 4.2. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
Data ke- Waktu (menit)
Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Rasio Terendam (%)
Selanjutnya, adalah gambar pola aliran pada setiap variasi rasio terendam.
1. Pola aliran pada rasio terendam 89,28%
ο· Pipa 1,5 inci ο· Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
Gambar 4.1. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 89,28%
2. Pola aliran pada rasio terendam 80,64%
ο· Pipa 1,5 inci ο· Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
3. Pola aliran pada rasio terendam 73,52%
ο· Pipa 1,5 inci ο· Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Churn
ο· Aliran Churn
Churn Slug
ο·Aliran Slug-Churn
Churn
ο· Aliran Churn
Churn Slug
ο· Aliran Slug-Churn Gambar 4.2. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 80,64%
Gambar 4.3. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 73,52%
4. Pola aliran pada rasio terendam 67,56%
ο· Pipa 1,5 inci ο· Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
5. Pola aliran pada rasio terendam 62,5%
ο· Pipa 1,5 inci ο· Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Slug
Churn
ο·Aliran Slug-Churn
Slug
Churn
ο· Aliran Slug-Churn
Slug
Churn
ο· Aliran Slug-Churn
Slug
Churn
ο· Aliran Slug-Churn Gambar 4.4. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 67,56%
Gambar 4.5. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 62,5%
4.2. Hasil Perhitungan
Berdasarkan data pada penelitian, selanjutnya dapat dilakukan perhitungan menggunakan persamaan (1) sampai persamaan (4). Persamaan pehitungan dapat dilakukan sebagai berikut :
a. Presentase Rasio terendam
Presentase rasio terendam dapat diketahui dengan membandingkan tinggi bagian pipa yang terendam dengan ketinggian pipa variasi rasio terendam keseluruhan dari nosel injeksi udara. Perhitungan rasio terendam 1 m : 1,6 m adalah sebagai berikut :
b. Debit air yang dihasilkan
Debit air yang dihitung berdasarkan jumlah volume air dibagi waktu. Contoh perhitungaan debit air yang dihasilkan pada rasio 62,5%
dengan variasi penempatan nosel pada pipa 1,5 inci adalah sebagai berikut :
Untuk mempermudah pembacaan pada grafik pengaruh letak nosel injeksi terhadap debit air yang dihasilkan satuan debit air ini
air dikonversi menjadi yang akan digunakan untuk menghitung efisiensi. Debit air setelah dikonversikan yaitu 0,000007716667 . c. Tinggi Pengangkatan ( )
Tinggi pengangkatan merupakan selisih dari panjang total ( dikurangi dengan tinggi bagian pipa yang terendam dalam air ( . Contoh perhitungan pada rasio terendam 62,5% adalah sebagai berikut :
(8)
d. Percepatan gravitasi
Pada penelitian ini menggunakan percepatan gravitasi bumi sebesar 9,806 .
e. Massa jenis air
Pada penelitian ini menggunakan masa jenis air sebesar 1000 . f. Debit udara yang diinjeksikan
Pada penelitian kali ini debit udara aerator adalah 60 lpm. Debit ini bisa diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk aerator. Kemudian debit udara ini dikonversi satuannya ke dalam satuan m3/s supaya bisa dimasukkan ke dalam rumus efisiensi.
Maka setelah dikonversi didapat debit udara yang diinjeksikan sebesar 0,001 .
g. Tekanan atmosfer
Pada penelitian kali ini digunakan tekanan atmosfer sebesar 101325 Pascal.
h. Tekanan yang diinjeksikan (Pin)
Besar dari tekanan yang diinjeksikan bisa diketahui dari penjumlahan antara tekanan atmosfer dengan tekanan terukur atau tekanan gauge yang dihasilkan oleh aerator. Tekanan terukur dapat
diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk aerator. Besar dari tekanan injeksi dapat dihitung sebagai berikut :
π
(
) 121325 Pa
(9)
i. Efisiensi
Perhitungan efisiensi airlift pump pada rasio 62,5% dengan variasi penempatan nosel pada pipa 1,5 inci adalah sebagai berikut :
(10)
π π π π
π = 0,25%
Perhitungan dilakukan dengan cara dan persamaan yang sama untuk setiap variasi. Data hasil seluruh perhitungan disajikan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Air yang Dihasilkan
No.
Tabel 4. 4. Hasil Perhitungan Efisiensi yang Dihasilkan
No.
Rasio Terendam
(%)
Letak Nosel Debit Air (m3/s)
0
Nosel Pipa 1,5" Nosel Pipa 2 x 1,5"
4.3. Pembahasan
4.3.1. Hubungan rasio terendam terhadap debit dan efisiensi.
Gambar 4.1 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap debit air yang dihasilkan. Berdasarkan gambar grafik tersebut, maka dapat dilihat nilai rasio terendam dikonversikan ke persen. Hal ini menunjukan bahwa semakin tinggi nilai persen rasio terendam maka akan tinggi nilai debit air yang dihasilkan. Pada variasi penempatan nosel injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai debit air terendah. Hal ini terjadi pada rasio terendam 62,5% sebesar 0,46 liter/menit dan nilai debit air tertinggi yang terjadi pada rasio terendam 89,28% sebesar 35,8 liter/menit. Sementara itu, variasi penempatan nosel injeksi pada reducer socket 2 inci x 1,5 inci mendapatkan nilai debit air terendah. Hal ini terjadi pada rasio terendam 62,5% sebesar 0,18 liter/menit dan nilai debit air tertinggi yang terjadi pada rasio terendam 89,28% sebesar 36,0 liter/menit.
Dengan memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh
Gambar 4.6. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air
0
Nosel Pipa 1,5" Nosel Pipa 2 x 1,5"
(Khalil dkk., 1999). Selain itu memperbesar rasio terendam akan memperkecil head statis. Sehingga, memperkecil head statis akan memperbesar debit yang dihasilkan.
Gambar 4.2 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap efisiensi. Berdasarkan gambar grafik tersebut, maka dapat dilihat nilai rasio terendam dikonversikan ke persen. Hal ini menunjukan bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar efisiensi hingga mencapai nilai optiumum. Pada grafik Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai efisiensi optimum terjadi pada nilai rasio terendam 80,64%. Pada variasi penempatan nosel injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai efisiensi sebesar 4,79%
dan pada variasi penempatan nosel injeksi pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci mendapatkan nilai 4,05%. Selanjutnya nilai efisiensi akan menurun dengan penambahan rasio terendam 89,28%. Pada variasi penempatan nosel injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai efisiensi sebesar 3,84% dan pada variasi penempatan nosel injeksi pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci mendapatkan nilai efisiensi sebesar 3,87%.
Gambar 4.7. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi
0,46
Pada Pipa 1,5 inci Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Dengan memperbesar rasio terendam akan memperbesar efisiensi pemompaan hingga mencapai nilai optimum. Selanjutnya nilai efisiensi akan menurun dengan penambahan rasio terendam lebih lanjut. Dapat disimpulkan bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar nilai efisiensi hingga mencapai nilai optimum. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Kassab dkk. (2009), Awari dkk. (2007) dan Khalil dkk. (1999).
4.3.2. Perbandingan Penempatan Nosel Injektor Pada Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit dan efisiensi yang dihasilkan.
Gambar 4.8. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Terhadap Debit Air
Pada Gambar 4.3 merupakan grafik perbandingan pipa 1,5 inci dan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit air yang dihasilkan.
Berdasarkan gambar grafik tesebut, dari rasio terendam 62,50% hingga rasio terendam 80,64% menunjukkan bahwa debit yang dihasilkan dari variasi pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan variasi pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena pada pipa 1,5 inci udara yang diinjeksikan tidak melalui pengecilan luas penampang, karena Pengecilan diameter pipa air akan menurunkan tekanan air seperti pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Akan tetapi, pada rasio terendam 89,28% debit air yang dihasilkan pada pipa 1,5 inci lebih kecil daripada debit air yang dihasilkan pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci akan menambah kecepatan aliran air, namun akan mengurangi tekanan air untuk naik.
Semakin besar rasio terendam maka semakin kecil static head yang terdapat pada pipa begitu juga sebaliknya. Pada rasio terendam terbesar 89,28% kecepatan air bertambah dengan kecilnya static head akan menambah debit air yang dihasilkan walaupun tekanan air akan berkurang.
Debit optimum pada rasio terendam 62,5%, 67,56%, 73,52% dan 80,64% yaitu sebesar 0,46 liter/menit, 3,77 liter/menit, 10,9 liter/menit dan 22,3 liter/menit pada pipa 1,5 inci. Debit optimum pada rasio terendam 89,28% yaitu sebesar 36,0 liter/menit pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci.
0,25
Pada Pipa 1,5 inci Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
Pada Gambar 4.4 merupakan grafik perbandingan pipa 1,5 inci dan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap efisiensi yang dihasilkan.
Berdasarkan gambar grafik tesebut, dari rasio terendam 62,50% hingga rasio terendam 80,64% menunjukkan bahwa efisiensi yang dihasilkan dari variasi pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan variasi pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena nilai efisiensi berbanding lurus dengan debit. Debit merupakan salah satu komponen yang digunakan untuk mengetahui nilai efisiensi. Penggunaan reducer socket 2 inci x 1,5 inci akan memperbesar efisiensi pada rasio tertinggi. Akan tetapi pada efisiensi pada rasio terendam rendah akan mengurangi debit yang dihasilkan. Hal ini mengakibatkan efisiensi pada rasio terendam rendah lebih besar menggunakan nosel pada pipa 1,5 inci. Pada rasio terendam 89,28%
Gambar 4.9. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Terhadap Efisiensi
efisiensi yang dihasilkan pada pipa 1,5 inci lebih kecil daripada menggunakan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Efisiensi optimum pada rasio terendam 62,5%, 67,56%, 73,52% dan 80,64% yaitu sebesar 0,25%, 1,62% , 3,52% dan 4,79% pada pipa 1,5 inci. Debit optimum pada rasio terendam 89,28% yaitu sebesar 3,87% pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci.
38
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian unjuk kerja airlift pump dengan pipa riser berdiameter 1,5 inci menggunakan aerator 60 liter/menit, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan dari setiap variasi. Nilai debit tertinggi dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar 35,77 liter/menit dan 36,04 liter/menit yang terdapat pada rasio terendam 89,28%. Memperbesar rasio terendam akan meningkatkan nilai efisiensi hingga mencapai nilai optimum. Nilai Efisiensi tertinggi dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar 4,785% dan 4,045% yang terdapat pada rasio terendam 80,64%.
2. Pengecilan diameter pipa akan menambah kecepatan air, namun akan mengurangi tekanan air ke atas. Debit air yang dihasilkan dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci pada rasio rendah. Pada rasio tertinggi 89,28% debit air yang dihasilkan dengan letak nosel injeksi pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci lebih besar.
3. Pola aliran yang terbentuk pada rasio terendam 89,28%, 80,64% dan 73,52% dengan nosel injeksi pada pipa 1,5 inci memliki pola aliran churn. Sedangkan pada rasio terendam 67,56% dan 62,5% memiliki pola aliran slug-churn. Pola aliran yang terbentuk menggunakan nosel injeksi dengan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci menghasilkan bentuk slug-churn pada setiap rasio terendam.
5.2. Saran
Saran dari penulis untuk memperbaiki penelitian berikutnya, antara lain : 1. Pengujian selanjutnya dapat dilakukan penambahan variasi fluida yang
digunakan.
2. Pengujian selanjutnya dapat dilakukan penambahan variasi bentuk pipa riser.
DAFTAR PUSTAKA
Awari, G. K., Ardhapurkar, P. M., Wakde, D. G., & Bhuyar, L. B. (2004).
Performance analysis of air-lift pump design. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 218(10), 1155β1161. https://doi.org/10.1243/0954406042369099 Awari, Gajanan K., Bhuyar, L. B., & Wakde, D. G. (2007). A generalized
gas-liquid two-phase flow analysis for efficient operation of airlift pump.
Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 29(3), 307β312. https://doi.org/10.1590/S1678-58782007000300011
Hanafizadeh, P., & Ghorbani, B. (2012). Review study on airlift pumping systems. Multiphase Science and Technology, 24(4), 323β362.
https://doi.org/10.1615/MultScienTechn.v24.i4.30
Kassab, S. Z., Kandil, H. A., Warda, H. A., & Ahmed, W. H. (2009). Air-lift pumps characteristics under two-phase flow conditions. International Journal of Heat and Fluid Flow, 30(1), 88β98.
https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.09.002
Khalil, M. F., Elshorbagy, K. A., Kassab, S. Z., & Fahmy, R. I. (1999). Effect of air injection method on the performance of an air lift pump. International Journal of Heat and Fluid Flow, 20(6), 598β604.
https://doi.org/10.1016/S0142-727X(99)00051-X
Reinemann, D J. (1990). Q β L = A ( gD ) I / 2 ; Q β c = A ( gD ) l / 2 ; V ~= ( gD ) l / 2 ; Co ( Q [. + Q β c ) + V ~ rs ". 16(I), 113β122.
Reinemann, Douglas Joseph. (1987). A Theorethical and experimental study of airlift pumping and aeration with reference to aquacultural applications.
August, 111. 41
Stenning, A. H., & Martin, C. B. (1968). An analytical and experimental study of air-lift pump performance. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 90(2), 106β110. https://doi.org/10.1115/1.3609143
Sularso & Haruo Tahara. (2000). Pompa dan Kompresor. PT Pradnya Paramita : Jakarta.
Wang, Z., Kang, Y., Wang, X., Li, D., & Hu, D. (2018). Investigating the flow characteristics of air-lift pumps operating in gasβliquid two-phase flow.
Chinese Journal of Chemical Engineering, 26(2), 219β227.
https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.09.011
Yunus A. Cengel. (2006). Fluid Mechanics Fundamentals And Applications. New York.
42