Uji Performansi Pompa Bila Diserikan Dengan Karakteristik Pompa Yang Sama

(1)

UJI PERFORMANSI POMPA BILA DISERIKAN DENGAN

KARAKTERISTIK POMPA YANG SAMA

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

HOT MARHUALA SARAGIH NIM. 080401147

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan

cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan

dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung

secara terus menerus. Untuk mengetahui karakteristik pompa tunggal dan pompa

susunan seri maka dilakukan pengujian karakter tersebut dengan menggunakan

spesifikasi pompa yang sama. Dari hasil pengujian kapasitas air maksimum pada

pompa tunggal adalah sebesar 0,0005 m3/s. Sedangkan kapasitas air maksimum

pada pompa susunan seri adalah 0,00053 m3/s. Efisiensi pada pompa tunggal

adalah sebesar 60,41% sedangkan bila disusun secara seri efisiensi menjadi 63%.

(3)

ABSTRACT

The pump is a device or machine used to move liquids from one place to

another through a media pipeline by adding energy to the liquid is removed and

continues over time. To investigate the characteristics of a single pump and pump

arrangement of the testing series of characters by using the same pump

specification. From the test results on the maximum water capacity of a single

pump is equal to 0.0005 m3/s. While the maximum water capacity of the pump arrangement of the series is 0.00053 m3/s. Efficiency in single pump is equal to 90.68% whereas when arranged in series to increase the efficiency of up to

75.6%.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia dan

rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul

skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Mekanika Fluida adalah UJI PERFORMANSI POMPA BILA DISERIKAN DENGAN KARAKTERISTIK POMPA YANG SAMA, Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh

dari perkuliahan, menggunakan literature, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Ir.

Mulfi hazwi, M.sc sebagai Dosen Pembimbing dan Juga masukan yang di berikan dari

dosen pembanding Bapak Ir. Tekad Sitepu Dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST,

MT

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua tercinta, Nehen Waner Saragih dan Minta Hutabarat, dan para keluarga penulis serta sahabat-sahabat terdekat atas doa, kasih sayang, pengorbanan,

tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat

yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Ir. Mulfi hazwi, Msc selaku dosen pembimbing yang telah banyak

meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing penulis hingga skripsi ini

dapat terselesaikan.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin,

Fakultas Teknik USU..

4. Bapak/ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik

USU.

5. Teman-teman stambuk 2005 khususnya yang menjadi teman diskusi dan menemani penulis selama mengikuti studi dan menyusun skripsi ini.

6. Spesial Kepada Saudari Anita Apriyanti Br. Tarigan yg telah banyak membantu Dalam penyusunan Skripsi ini .

(5)

Penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi

penyempurnaan skripsi ini di masa mendatang.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga skripsi ini

berguna bagi kita semua.

Medan, 2012

Penulis,

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR SIMBOL ... viii

AKSARA YUNANI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Maksud dan Tujuan Pengujian... 2

1.3 Perumusan Masalah ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metodologi ... 3

1.6 Sistematika Penulisan Laporan... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Teori Dasar Pompa Sentrifugal... ... 5

2.2Pengertian dan Cara Kerja Pompa ... 6

2.3Bagian-bagian Dari Pompa... ... 7

2.4Klasifikasi pompa... ... 9

2.4.1 Menurut Jenis Aliran Dalam Impeler. ... 9

2.4.2 Menurut Jenis Impeller ... 10

2.4.3 Menurut Bentuk Rumah ... 11

2.4.4 Menurut Jumlah Tingkat ... 12

(7)

2.5Kapasitas Pompa... ... 13

2.6Head Pompa... ... 14

2.7Head Kerugian... ... 15

2.7.1 Head Kerugian Gesek Dalam Pipa. ... 15

2.7.2 Head Kerugian Dalam Jalur Pipa ... 18

2.8Head Kecepatan... ... 18

2.9Daya Air... ... 18

2.10 Efisiensi Pompa... .... 19

2.11 Kavitasi... .... 19

2.11.1 Penyebab Kavitasi Pada Pompa ... 20

2.11.2 Net Positive Suction Head (NPSH) ... 21

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Variabel Yang Diambil ... 24

3.2 Metodologi Percobaan ... 24

3.3 Waktu Dan Tempat ... 25

3.4 Alat Dan Bahan ... .... 25

3.4.1 Alat... . 25

3.4.2 Bahan... . 26

3.5 Rancang Bangun Instalasi... .... 29

3.6 Metode Pengumpulan Data... .... 30

BAB IV ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN 4.1 Karakteristik Pompa Tunggal... .... 32

4.1.1 Kapasitas Aktual dan Head Pompa... ... 32

4.1.2 Daya Pompa... ... 44

(8)

4.1.1 Kapasitas Aktual dan Head Pompa... ... 48

4.1.2 Daya Pompa... ... 60

4.3 Analisa Perbandingan Pompa Tunggal dan Pompa Susunan Seri ... 71

4.3.1 Perbandingan Kapasitas Air ... 71

4.3.2 Perbandingan Kecepatan Air ... 71

4.3.3 Perbandingan Efisiensi Pompa ... 72

4.3.4 Perbandingan Head Losses Mayor ... 72

4.3.5 Perbandingan Head Losses Minor ... 73

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... ... 68

5.2 Saran ... 69

(9)

DAFTAR SIMBOL

SIMBOL ARTI SATUAN

Q Kapasitas Aliran/Debit Air m3/s

A Luas Penampang m2

D Diameter m

v Kecepatan m/s

K Koefisien Kerugian Pipa -

g Percepatan Gravitasi m/s2

Hd Head discharge m

Hs Head suction m

hf Head losses mayor m

hm Head losses minor m

Hp Head total pompa m

R Jari-jari hidrolik m

S Gradien hidrolik m

f Koefisien gesek

Re Bilangan Reynold

V Viskositas m2/s

L Panjang Pipa m

Pa Daya Air Watt

N Kecepatan pompa rpm

(10)

Pa Tekanan atmosfer kg/m2

Pv Tekanan uap jenuh kg/m2

Ep Energi Potensial Joule

m Massa Kg

h Ketinggian m

(11)

AKSARA YUNANI

LAMBANG ARTI SATUAN

η

Effisiensi %

ρ

(rho) Massa Jenis kg/m3

γ

(gamma) Berat Jenis N/m3

µ Viskositas Kinematik m2/s

ω

Kecepatan Angular rad/s

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Lintasan aliran cairan pompa sentrifugal ... 7

Gambar 2.2 Bagian – Bagian dari pompa ... 7

Gambar 2.3 Pompa sentrifugal aliran radial. ... 9

Gambar 2.4 Pompa sentrifugal aliran campur. ... 10

Gambar 2.5 Pompa aliran aksial. ... 10

Gambar 2.6 Pompa impeler tebuka dan dan impeler tertutup ... 11

Gambar 2.7 Pompa volut ... 11

Gambar 2.8 Pompa diffuser ... 12

Gambar 2.9 Pompa bertingkat banyak ... 13

Gambar 2.10 Pompa poros vertikal dan poros horisontal ... 13

Gambar 2.11 Instalasi Pompa ... 14

Gambar 2.12 Diagram Moody ... 17

Gambar 2.13 Proses kavitasi ... 20

Gambar 2.14 Kerusakan impeller akibat kativasi ... 21

Gambar 3.1 Pompa ... 26

Gambar 3.2 Pipa PVC ... 27

Gambar 3.3 Meteran air (water meter) ... 27

Gambar 3.4 Katup ... 28

Gambar 3.5 Elbow ... 28

(13)

Gambar 3.7 Pompa Sentrifugal susunan seri ... 30

Gambar 4.1. Skema pompa tunggal ... 33

Gambar 4.2. Diagram moody hubungan antara kekerasan relative dan

bilangan reynold pada pompa tunggal ... 35

Gambar 4.3. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air

pompa tunggal ... 40

Gambar 4.4. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air

Gambar 4.5. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor

pada pompa tunggal ... 41

Gambar 4.6. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor

pada pompa tunggal ... 43

Gambar 4.7. Inersia pada impeller pompa ... 45

Gambar 4.8. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pada

Gambar 4.9. Skema pompa susunan seri ... 50

Gambar 4.10. Diagram Moody hubungan antara bilangan reynold dan

kekasaran relative pada pompa seri ... 51

Gambar 4.11. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air

pompa susunan seri ... 57

Gambar 4.12. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air

(14)

Gambar 4.13. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor

pada pompa susunan seri ... 58

Gambar 4.14. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor

pada pompa susunan seri ... 59

Gambar 4.15. Inersia pada impeller pompa ... 61

Gambar 4.16. Grafik pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pada

susunan seri ... 64

Gambar 4.17. Grafik perbandingan kapasitas air pompa tunggal dan pompa

susunan seri ... 65

Gambar 4.18. Grafik perbandingan kecepatan air pompa tunggal dan pompa

susunan seri ... 65

Gambar 4.19. Grafik perbandingan efisiensi pompa tunggal dan pompa

susunan seri ... 66

Gambar 4.20. Grafik perbandingan head losses mayor pompa tunggal dan

pompa susunan seri ... 66

Gambar 4.21. Grafik perbandingan head losses minor pompa tunggal dan

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Hasil pengukuran volume air pada pompa tunggal ... 32

Tabel 4.2 Kapasitas air untuk setiap bukaan katup pada pompa tunggal ... 33

Tabel. 4.3 Head losses mayor untuk setiap bukaan katup ... 40

Tabel 4.4 Koefisien kerugian pipa ... 42

Tabel 4.5 Head losses minor untuk setiap bukaan katup ... 42

Tabel 4.6 Efisiensi pompa tunggal untuk setiap bukaan katup ... 47

Tabel 4.7 Hasil pengukuran volume air pada pompa susunan seri ... 48

Tabel 4.8 Kapasitas air untuk setiap bukaan katup pompa susunan seri .... 48

Tabel. 4.9 Head losses mayor untuk setiap bukaan katup ... 56

Tabel 4.10 Koefisien kerugian pipa pompa Susunan seri ... 58

Tabel 4.11 Head losses minor untuk setiap bukaan katup ... 59

(16)

ABSTRAK

secara terus menerus. Untuk mengetahui karakteristik pompa tunggal dan pompa

susunan seri maka dilakukan pengujian karakter tersebut dengan menggunakan

spesifikasi pompa yang sama. Dari hasil pengujian kapasitas air maksimum pada

pompa tunggal adalah sebesar 0,0005 m3/s. Sedangkan kapasitas air maksimum

pada pompa susunan seri adalah 0,00053 m3/s. Efisiensi pada pompa tunggal

adalah sebesar 60,41% sedangkan bila disusun secara seri efisiensi menjadi 63%.

(17)

ABSTRACT

The pump is a device or machine used to move liquids from one place to

another through a media pipeline by adding energy to the liquid is removed and

continues over time. To investigate the characteristics of a single pump and pump

arrangement of the testing series of characters by using the same pump

specification. From the test results on the maximum water capacity of a single

pump is equal to 0.0005 m3/s. While the maximum water capacity of the pump arrangement of the series is 0.00053 m3/s. Efficiency in single pump is equal to 90.68% whereas when arranged in series to increase the efficiency of up to

75.6%.

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

secara terus menerus.

Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifat hanya mengalir dari suatu

tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas dasar kenyataan tersebut

maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan fluida sehingga sehingga

dapat mengalir atau berpindah. Fluida yang dipindahkan adalah fluida

incompresibel atau fluida yang tidak dapat dimampatkan. Dalam kondisi tertentu

pompa dapat digunakan untuk memindahkan zat padat yang berbentuk bubukan

atau tepung.

Prinsip kerja pompa adalah menghisap dan melakukan penekanan terhadap

fluida. Pada sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam

ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa dengan

permukaan fluida yang dihisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa.

Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan sehingga

fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang tekan.

Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi.

Pompa yang dipergunakan sebelumnya harus diketahui karakteristik pada

kondisi kerja yang berbeda, dengan demikian dapat ditentukan batas-batas kondisi

kerja dimana pompa tersebut bisa mencapai efisiensi maksimum. Hal ini perlu

dilakukan karena pada kenyataannya sangat sulit memastikan performansi pompa

pada kondisi kerja yang sebenarnya.

Sedangkan pompa sentrifugal adalah suatu mesin kinetis yang mengubah

energi mekanik ke dalam energi hidrolik melalui aktivitas sentrifugal, yaitu

tekanan fluida yang sedang di pompa. selain itu pompa sentrifugal merupakan

(19)

Proses kerja pompa sentrifugal yaitu aliran fluida yang radial akan

menimbulkan efek sentrifugal dari impeler diberikan kepada fluida. Jenis pompa

sentrifugal atau kompresor aliran radial akan mempunyai head yang tinggi tetapi

kapasitas alirannya rendah. Pada mesin aliran radial ini, fluida masuk melalui

bagian tengah impeler dalam arah yang pada dasarnya aksial. Fluida keluar

melalui celah-celah antara sudut dan piringan dan meninggalkan bagian luar

impeler pada tekanan yang tinggi dan kecepatan agak tinggi ketika memasuki

casing atau volute. Volute akan mengubah head kinetik yang berupa kecepatan

buang tinggi menjadi head tekanan sebelum fluida meninggalkan pipa keluaran

pompa. Jika casing dilengkapi dengan sirip pemandu (guide vane), pompa

tersebut disebut diffuser atau pompa turbin. Impeler yaitu bagian dari pompa yang

berputar yang mengubah tenaga mesin ke tenaga kinetik. Volute yaitu bagian dari

pompa yang diam yang mengubah tenaga kinetik ke bentuk tekanan.

1.2 MAKSUD DAN TUJUAN PENGUJIAN

Maksud dari tugas akhir ini adalah merupakan bagian penelitian dan

pengembangan modifikasi peralatan alat pengujian di laboratorium pengujian

mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dengan adanya modifikasi alat ini diharapkan mahasiswa lebih mudah memahami

karakteristik pompa, khususnya untuk pompa sentrifugal, terutama untuk

rangkaian seri dan paralel.

Tujuan dari pembuatan alat ini adalah:

1. Mengetahui kurva karakteristik pada pompa dengan kapasitas maksimum

28 liter/menit dan diameter pipa ¾ inchi.

2. Untuk mengetahui uji performansi pompa berkapasitas maksimum 28

liter/menit bila diserikan dengan karakteristik yang sama.

3. Memahami perbandingan pompa tunggal dengan pompa susunan seri

dengan karakteristik yang sama.

1.3. PERUMUSAN MASALAH

Alat pengujian ini menggunakan pompa yang memiliki spesifikasi yang

(20)

Untuk dapat menghasilkan kurva karakteristik pompa, instalasi pengujian

harus dapat memberikan variasi kondisi kerja pada pompa yang diuji.

Variasi kondisi kerja dapat dilakukan dengan mengatur head dan debit

yang dibangkitkan pompa. Dengan cara ini akan diketahui karakteristik pompa

untuk setiap kondisi kerja.

Data-data yang diperlukan untuk menentukan karakteristik pompa dapat

diperoleh dengan cara melakukan pengukuran, sehingga diperoleh data-data

sebagai berikut:

1. Debit

2. Putaran pompa

3. Tekanan keluar

1.4 BATASAN MASALAH

Untuk mengetahui karakteristik pompa sentrifugal dengan kapasitas

maksimum 28 liter/menit bila dirangkai secara seri, rangkaian pengujian harus

dapat memberikan variasi kondisi kerja kepada pompa yang diuji. Oleh karena itu,

dalam pembuatan alat pengujian berpegang pada pembatasan masalah berikut:

1. Pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal dengan kapasitas

maksimum 28 liter/menit.

2. Variasi kondisi kerja yang akan diuji pada pengujian ini adalah pompa

tunggal dan rangkaian pompa disusun secara seri.

3. Jumlah pompa sentrifugal yang digunakan untuk rangkaian seri adalah 3

unit.

1.5. METODOLOGI

Metodologi yang digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat ini adalah:

1. Studi Pustaka

Studi pustaka merupakan langkah yang dilakukan setelah menentukan

pokok permasalahan. Metode ini bertujuan untuk memperoleh teori-teori dasar

(21)

2. Survei Lapangan

Survei lapangan dilakukan untuk memperoleh data-data yang diperlukan

dalam pembuatan alat uji. Data-data ini bisa berupa data tentang pompa,

rangkaian, dan material-material dari setiap komponen.

3. Pembuatan Alat Pengujian

Pada langkah ini dilakukan penyusunan komponen untuk pembuatan

instalasi pengujian yang telah direncanakan sebelumnya.

4. Pengujian

Pada langkah ini dilakukan pengujian karakteristik pompa tunggal dan

pompa susunan seri-paralel dimana dilakukan dengan pencekikan katup tekan.

1.6. SISTEMATIKA PENULISAN LAPORAN

Sistematika penulisan laporan pengujian adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang, maksud dan tujuan, perumusan masalah,

pembatasan masalah, metodologi dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Berisi tentang dasar teori pompa, dasar perhitungan pada alat yang didesain

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Berisi tentang apa saja yang digunakan pada rangkaian pengujian pompa dan

prosedur pengambilan data.

BAB IV ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN

Berisi tentang cara pengujian dan pengolahan data.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 TEORI DASAR POMPA SENTRIFUGAL

Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis (kerja putar poros) yang

digunakan untuk menaikkan cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi atau

untuk mengalirkan cairan dari daerah bertekanan rendah ke daerah yang

bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan

perpipaan. Hal ini dicapai dengan membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi

masuk atau suction dan tekanan yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari

pompa.

Pompa sentrifugal merupakan pilihan utama para insinyur dalam

aplikasipompa. Hal ini di karenakan pompa sentrifugal sangat sederhana dan

serbaguna.Pompa sentrifugal diperkenalkan oleh Denis Papin tahun 1689 di Eropa

dandikembangkan di Amerika Serikat pada awal tahun 1800-an. Pada awalnya

pompaini dikenal sebagai baling-baling Archimedean.

Pada saat itu diproduksi untuk aplikasi head rendah yang mana fluida

bercampur sampah dan benda padat lainnya. Dan awalnya mayoritas aplikasi

pompa menggunakan pompa positive_displacement. Pompa sentrifugal saat

pertama dibuat Tingkat kepopuleran pompa sentrifugal dimulai sejak

adanyapengembangan motor elektrik kecepatan tinggi (high speed electric

motors), turbin uap, dan mesin pembakaran ruangan (internal combustion

engines).

Sejak tahun 1940-an, pompa sentrifugal menjadi pompa pilihan

untuk berbagai aplikasi. Riset dan pengembangan menghasilkan peningkatkan

kemampuan dan dengan ditemukannya material konstruksi yang baru membuat

pompa memiliki cakupan bidang yang sangat luas dalam penggunaannya.

Sehingga tidak mengherankan jika hari ini ditemukan efisiensi 93% lebih untuk

pompa besar dan 50% lebih untuk pompa kecil. Pompa sentrifugal modern

mampu mengirimkan hingga 1,000,000,_(gl/min) dengan head hingga 300 feet

yang biasanya dipakai pada industri tenaga nuklir. Dan boiler feed pump telah

(23)

1800 feet. Pada fase selanjutnya pompa sentrifugal ini paling banyak digunakan di

pabrik kimia. Pompa sentrifugal biasa digunakan untuk memindahkan berbagai

macam fluida, mulai dari air, asam sampai Slurry atau campuran cairan dengan

katalis padat (solid). Dengan desain yang cukup sederhana, pompa sentrifugal bisa

disebut sebagai pompa yang paling populer di industri kimia.

2.2 PENGERTIAN DAN CARA KERJA POMPA

Pompa adalah salah satu mesin fluida yang termasuk dalam golongan

mesin kerja. Pompa berfungsi untuk merubah energi mekanis (kerja putar poros)

menjadi energi fluida dan tekanan.

Suatu pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeler atau lebih

yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang dipasangkan pada poros yang berputar

dan diselubungi dengan/oleh sebuah rumah (casing).Fluida mamasuki impeler

secara aksial di dekat poros dan mempunyai energi potensial, yang diberikan

padanya oleh sudu-sudu.Begitu fluida meninggalkan impeler pada kecepatan yang

relatif tinggi, fluida itu dikumpulkan didalam ‘volute’ atau suatu seri laluan

diffuser yang mentransformasikan energi kenetik menjadi tekanan.Ini tentu saja

diikuti oleh pengurangan kecepatan. Sesudah konversi diselesaikan, fluida

kemudian dikeluarkan dari mesin tersebut.

Aksi itu sama untuk pompa-pompa dengan kekecualian bahwa volume gas

adalah berkurang begitu gas-gas tersebut melewati blower, sementara volume

fluida secara praktis adalah tetap begitu begitu fluida tersebut melewati pompa.

Pompa-pompa sentrifugal pada dasarnya adalah mesin-mesin berkecepatan tinggi

(dibandingkan dengan jenis-jenis torak, rotary, atau pepindahan). Perkembangan

akhir-akhir ini pada turbin-turbin uap, dan motor-motor listrik dan disain-disain

sistem gigi kecepatan tinggi telah memperbesar pemakaian dan penggunan

pompa-pompa sentrifugal, seharusnya dapat bersaing dengan unit-unit torak yang

ada.

Garis-garis effesiensi adalah garis yang menyatakan effesiensi yang sama

untuk hubungan head dengan kapasitas atau daya dapat di tentukan batasan

(24)

operasi yang terbaik jika dilihat dari segi putaran pompa. Dan keuntungannya

adalah sebagai berikut :

1. Kontruksi yang lebih sempurna

2. Lebih mudah dioperasikan

3. Biaya perawatan yang rendah

4. Dapat di kopel langsung dengan elektromotor

Kerugiannya :

1. Effesiensi rendah pada kapasitas tinggi

2. Adanya kerugian pada pipa hisap karena bocor pada saat beroperasi

Gambar 2.1 Lintasan aliran cairan pompa sentrifugal

(sumbe

2.3 BAGIAN-BAGIAN DARI POMPA

Adapun bagian-bagian dari pompa, antara lain sebagai berikut:

1

Gambar 2.2 Bagian – Bagian dari pompa

(25)

Keterangan gambar:

A. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana

poros pompamenembus casing.

B. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing

pompa melalui poros.Biasanya terbuat dari asbes atau Teflon.

C. Shaft (Poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama

beroperasi dantempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

D. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan

keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint,

internal bearing dan interstage atau distance sleever.

E. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

F. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai

pelindung elemen yangberputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet

dan outlet nozel serta tempatmemberikan arah aliran dari impeller dan

mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadienergi dinamis (single stage).

G. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

H. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi

energi kecepatanpada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan

pada sisi isap secara terusmenerus akan masuk mengisi kekosongan akibat

(26)

I. Wearing Ring

Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang

melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara

memperkecil celah antara casingdengan impeller.

J. Bearing

Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari

poros agar dapatberputar, baik berupa beban radial maupun beban axial.Bearing

juga memungkinkan porosuntuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada

tempatnya, sehingga kerugian gesekmenjadi kecil.

2.4 KLASIFIKASI POMPA

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu :

2.4.1. Menurut jenis aliran dalam impeller 1.Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang

keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Gambar 2.3 Pompa sentrifugal aliran radial

(sumbe

2. Pompa aliran campur

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan bergerak

sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah

(27)

Gambar 2.4 Pompa sentrifugal aliran campur

(sumbe

3. Pompa aliran aksial

Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang

permukaan silinder (arah aksial)

Gambar 2.5 Pompa aliran aksial

(sumbe

2.4.2 Menurut jenis impeler

1. Impeler tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan,

digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung

(28)

Gambar 2.6 Pompa impeler terbuka dan impeler tertutup

(sumbe

2. Impeler setengah terbuka

Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di

sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung

kotoran misalnya : air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan.

3. Impeler terbuka

Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang.

Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu.

Jenis ini banyak digunakan untuk pemompaan zat cair yang banyak mengandung

kotoran.

2.4.3 Menurut bentuk rumah 1. Pompa volut

Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga

kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.

Gambar 2.7 Pompa Volut

(29)

2. Pompa diffuser

Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti rumah

keong.

Gambar 2.8 Pompa diffuser

(sumbe

3. Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah

volut.

2.4.4. Menurut jumlah tingkat

1. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang ditimbulkan

hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah.

2. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara berderet

(seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler pertama dimasukkan ke

impeler berikutnya dan seterusnya hingga impeler terakhir. Head total pompa ini

(30)

Gambar 2.9 Pompa bertingkat banyak

(sumbe

2.4.5. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal

dan poros vertikal seperti pada gambar berikut ini :

Gambar 2.10 Pompa poros vertikal dan poros horisontal

(sumbe

2.5 KAPASITAS POMPA

Kapasitas Q adalah kapasitas volume flow eksternal per satuan waktu

dalam m3/s (juga sering digunakan l/s dan m3/h). Kekurangan fluida, kebocoran

(31)

Kapasitas (Q) biasanya dinyatakan dalam m3/s. Fluida pada dasarnya

berhubungan langsung antara kapasitas dalam pipa dan kecepatan aliran.

Hubungan ini adalah sebagai berikut:

V = �

�...(2.1) [Lit. 4] Dimana,

V = Kecepatan aliran (m/s)

Q = Kapasitas aliran (m3/s)

A = Luas penampang (m2)

2.6 HEAD POMPA

Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk

mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi

pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair,yang umumnya

dinyatakan dalam satuan panjang.

Gambar 2.11 Instalasi pompa

(sumber:http://pump.com/centrifugalpump)

Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari

sistem instalasi aliran, yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial

Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

(32)

�P = hd+hs+ hf+ hm...(2.2) [Lit.3]

Apabila permukaan air berubah-ubah dengan perbedaan besar, head statis

total harus ditentukan dengan mempertimbangkan karakteristik pompa, besarnya

selisih perubahan permukaan air, dan dasar yang di pakai untuk menentukan

jumlah air yang harus di pompa.

2.7 HEAD KERUGIAN

Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian terdiri atas

head kerugian gesek di dalam pipa-pipa, dan head kerugian di dalam

belokan-belokan, reduser, katup-katup, dsb. Di bawah ini akan di berikan cara

menghitungnya, satu per satu.

2.7.1 Head kerugian gesek dalam pipa

Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat di pakai rumus

berikut :

υ = Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa [m/s] hƒ = Head kerugian gesek dalam pipa [m]

f = Koefisien kerugian gesek

g = Percepatan grafitasi (9,8 m/s2)

L = Panjang pipa [m]

(33)

Selanjutnya, untuk aliran yang laminar dan yang turbulen terdapat rumus

yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminier atau turbulen,

dipakai bilangan Reynolds :

Re = ��

�…...…...….……....…..(2.4) [Lit.4] Dimana,

Re = Bilangan Reynolds

υ = Kecepatan Rata-rata air didalam pipa [m/s] D = Diameter dalam pipa [m]

V = Viskositas kinematik cat cair [m2/s]

Pada Re < 2300,Aliran bersifat laminier. Pada Re > 4000,Aliran bersifat turbulen.

Pada Re = 2300 – 4000 Terdapat daerah transisi, dimana aliran dapat bersifat

laminier atau turbulen tergantung pada kondisi pipa atau aliran.

1. Aliran laminier

Dalam hal aliran laminier,koefisien kerugian gesek untuk pipa (f) dalam

persamaan 2.9 dapat dinyatakan dengan:

f =

64

�� ……...……...……..(2.5) [Lit.4]

2. Aliran Turbulen

Untuk menghitung kerugian gesek pada pipa pada aliran turbulen terdapat

berbagai rumusempiris. Dibawah ini akan diberikan cara perhitungan dengan

rumus Darcy dan Hazen Williams.

a. Rumus Hazen-william

Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam

pipa yang relative sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air

minum.Bentuknya serupa dengan persamaan 2.5 dan diyatakan sebagai berikut.

hƒ =10.666�1,85

(34)

Dimana,

C = Koefisien seperti diberikan dalam table

hƒ = Kerugian head [m]

Q = Laju aliran [m3/s]

L = Panjang pipa [m]

b. Menggunakan diagram Moody

Untuk mencari koefisien gesek pipa (f) dapat menggunakan diagram Moody seperti yang ditunjukkan pada gambar

Gambar 2.12 Diagram Moody

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan menggunakan

rumus :

Kekasaran relative: �

(35)

2.7.2 Head Kerugian dalam jalur pipa

Dalam aliran melalui jalur pipa,kerugian akan terjadi apabila ukuran pipa

bentuk penampang,atau arah aliran berubah,kerugian head ditempat-tempat

transisi yang dimiliki itu dapat dinyatakan secara umum dengan rumus

ℎm= ∑ �.�

2.8 HEAD KECEPATAN

Persamaan head kecepatan adalah sebagai berikut:

Hk = ��

Persamaan untuk mencari daya air adalah sebagai berikut:

(36)

2.10 EFISIENSI POMPA

Persamaan untuk mencari efisiensi pompa adalah sebagai berikut:

�= �a

Pada sistem pemipaan yang menggunakan pompa sentrifugal sangat

mungkin terjadi kavitasi yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dan perbedaan

penampang yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan sampai turun di

bawah tekanan uap jenuhnya sehingga menyebabkan terjadinya fenomena yang

disebut kavitasi.

Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di

dalam cairan yang dipompa akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah

tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang

terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp

(Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai

gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini

akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai

tekanan lebih besar dari pada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut

gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding

dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat

pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Gejala kavitasi

yang timbul pada pompa biasanya ada suara berisik dan getaran, unjuk kerjanya

menjadi turun, kalau dioperasikan dalam jangka waktu lama akan terjadi

kerusakan pada permukaan dinding saluran. Permukaan dinding saluran akan

berlubang-lubang karena erosi kavitasi sebagai tumbukan gelembung-gelembung

(37)

Gambar 2.13 Proses kavitasi

(sumbe

2.11.1. Penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal

Pompa sentrifugal mempunyai sifat-sifat teknis yang harus dipenuhi agar

dapat beroperasi dengan baik. Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada

pompa tipe ini adalah gagalnya pompa dalam proses priming, sehingga pompa

tidak bisa mengisap dan akhirnya gagal pemompaan serta menyebabkan

kerusakan pada bagian-bagian pompa.

Ada beberapa penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal diantaranya, adalah :

1. Vaporation ( penguapan)

2. Internal Recirculation (sirkulasi balik di dalam sistem)

3. Turbulance (pergolakan aliran)

4. Vane Passing Syndrome

Cara menghindari proses kavitasi yang paling tepat adalah dengan

memasang instalasi pompa dengan NPSH yang tersedia lebih besar dari pada

NPSH yang diperlukan. NPSH yang tersedia bisa diusahakan oleh pemakai

pompa sehingga nilainya lebih besar dari NPSH yang diperlukan.

Berikut ini hal-hal yang diperlukan untuk instalasi pompa.

1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang diisap harus

(38)

harus dibuat sependek mungkin. Jika terpaksa dipakai pipa isap yang

panjang, sebaiknya diambil pipa yang berdiameter satu nomor lebih besar

untuk mengurangi kerugian gesek.

2. Kecepatan aliran pada pipa isap tidak boleh terlalu besar (bagian yang

mempunyai kecepatan tinggi maka tekanannya akan rendah).

3. Tidak dibenarkan untuk mengurangi laju aliran dengan menghambat aliran

disisi isap.

4. Head total pompa harus ditentukan sedemikian hingga sesuai dengan yang

diperlukan pada kondisi operasi yang sesungguhnya.

5. Jika head pompa sangat berfluktuasi, maka pada keadaan head terendah

harus diadakan pengamanan terhadap terjadinya kavitasi.

6. Menghindari instalasi perpipaan berupa belokan-belokan tajam, karena

belokan yang tajam kecepatan fluida akan meningkat sedangkan tekanan

fluida akan turun sehingga menjadi rawan terhadap kavitasi.

Gambar 2.14 Kerusakan impeller akibat kavitasi

(sumbe

2.11.2Net Positive Suction Head (NPSH)

Gejala kavitasi terjadi apabila tekanan statis suatu aliran zat cair turun

sampai dibawah tekanan uap jenuhnya.Kavitasi banyak terjadi pada sisi isap

pompa, untuk mencegahnya nilai head aliran pada sisi hisap harus diatas nilai

head pada tekanan uap jenuh zat cair pada temperatur bersangkutan. Pengurangan

head yang dimiliki zat cair pada sisi isapnya dengan tekanan zat cair pada tempat

tersebut dinamakan NetPositif Suction Head (NPSH) atau Head Isap Positif Neto

yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi. Ada dua macam

(39)

Gejala kavitasi terjadi pada titik terdekat setelah sisi masuk sudu impeller di

dalam pompa. Di daerah tersebut, tekanan lebih rendah daripada tekanan pada

lubang isap pompa.Hal ini disebabkan zat cair mengalir melalui nozel isap

sehingga kecepatannya naik. Dengan kenaikan kecepatan, tekanan zat cair

menjadi turun.

1. Net Positive Suction Head Available (NPSH yang tersedia)

NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi hisap

pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut. Dalam hal

pompa yang menghisap zat cair dari tempat terbuka, maka besarnya NPSH yang

tersedia dapat dituliskan seperti persamaan

Dimana:

terletak diatas permukaan zat cair, dan negatif (bertanda -) jika

dibawah.

Hls = Kerugian head didalam pipa hisap [m]

Jika zat cair dihisap dari tangki tertutup, maka harga Pa menyatakan

tekanan mutlak yang bekerja pada permukaan zat cair didalam tangki tertutup

tersebut. Khususnya jika tekanan diatas permukaan zat cair sama dengan tekanan

uap jenuhnya, maka Pa = Pv. Dalam hal pompa yang menghisap zat cair dari

tempat terbuka, maka besarnya NPSH yang tersedia dapat dituliskan Harga hs

adalah negatif (-) karena permukaan zat cair didalam tangki lebih tinggi dari pada

sisi hisap pompa. Pemasangan pompa semacam ini diperlukan untuk mendapatkan

(40)

2.Net Positive Suction Head Required (NPSH yang diperlukan)

Tekanan terendah didalam pompa biasanya terdapat disuatu titik dekat

setelah sisi masuk sudu impeller ditempat tersebut, tekanan adalah lebih rendah

dari pada tekanan pada lubang hisap pompa.Hal ini disebabkan oleh kerugian

head dinosel hisap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang

menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat.Agar tidak

terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada lubang masuk pompa dikurangi

dengan penurunan tekanan didalam pompa harus lebih tinggi dari pada tekanan

uap zat cair.Head tekanan yang besar sama dengan penurunan tekanan ini disebut

NPSH yang diperlukan atau Net Positive Suction Head Required (NPSHR).

Besarnya NPSH yang diperlukan berbeda untuk setiap pompa.Untuk suatu pompa

(41)

BAB III

METODOLOGI PENGUJIAN

3.1 VARIABEL YANG DIAMBIL

Dari perangkat percobaan yang digunakan terdapat beberapa variabel yang

diamati terdiri dari variabel terkontrol, variabel bebas dan variable terikat. Dimana

-Variabel terkontrol : putaran poros pompa diukur dengan tachometer.

- Variable bebas : bukaan katub pengukuran.

- Variable terikat terdiri dari : a. head

b. dayaporos

c. daya air

d. efisiensi

Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu :

1. Pengujian pompa tunggal

Yakni melakukan pengujian terhadap karakterik pompa tunggal dan

mencatat data seperti volume air, putaran poros pompa, dan waktu dengan

variasi bukaan katup yakni 100%, 75%, 50%, 25%, dan 10%.

2. Pengujian pompa susunan seri

Yakni melakukan pengujian terhadap karakterik pompa seri dan mencatat

data seperti volume air, putaran poros pompa, dan waktu dengan variasi

bukaan katup yakni 100%, 75%, 50%, 25%, dan 10%.

3.2 METODOLOGI PERCOBAAN

Metodologi yang digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat ini

(42)

1. Studi pustaka

Studi pustaka merupakan langkah yang dilakukan setelah menentukan

pokok permasalahan. Metode ini bertujuan untuk memperoleh teori-teori

dasar dan prosedur perancanganyang berkaitan dengan materi yang di tulis

2. Pembuatan alat pengujian

Pada langkah ini dilakukan penyusunan komponen untuk pembuatan

instalasi pengujian yang telah direncanakan sebelumnya.

3. Pengujian

Pada langkah ini dilakukan pengujian karakteristik pompa tunggal dan

pompa susunan seri dimana dilakukan dengan pencekikan katup tekan.

3.3 WAKTU DAN TEMPAT

Pengujian dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama lebih kurang 2

minggu. Sedangkan pembuatan alat di mulai pada bulan Januari dan selesainya

pada bulan Maret tahun 2012.

3.4 ALAT DAN BAHAN

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian karakteristik

pompa susunan seri dengan spesifikasi sama, yakni:

3.4.1 Alat

Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari:

1. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas 10&12, kunci inggris pipa,

2. kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, Kunci Chane, Tool posh

3. Mesin gerinda

4. Mesin las

5. Mesin Bor

6. Mesin Potong

(43)

3.4.2 Bahan

Adapun bahan yg digunakandalam pembuatan Skripsi ini yaitu

1. Pompa

Pompa berfungsi untuk mengalirkan fluida. Pompa yang digunakan dalam pengujian adalah jenis pompa sentrifugal.

Gambar 3.1 Pompa

Adapun spesifikasi pompa yang digunakan yakni sebagai berikut:

Merek : Shimizu

Jumlah : 3 unit

Model : PS 135 E

U : 1x220V

n : 2.900 rpm

f : 50 Hz

I : 1,3 A

H : 20 - 5 mm

Temp. air : Max 40ºc

Q : 10 – 28 ℓ / mnt

Pressure on : 1,1kgf / cm2

Pressure off : 1,8kgf / cm2

PipaHisap : 25 mm

(44)

1. Pipa PVC

Pipa PVC digunakan untuk saluran aliran fluida. Pada pengujian karakteristik

pompa disusun secara seri dengan spesifikasi sama, diambeter pipa yang

digunakan adalah ¾ inchi dan panjang pipa keseluruhan adalah 2,4 m.

Gambar 3.2 Pipa PVC

2. Meteran air (Water meter)

Dalam pengujian karakteristik pompa disusun secara seri dengan spesifikasi

sama, meteran air ini digunakan untuk mengukur volume air hasil kinerja pompa.

(45)

2. Katup

Dalam pengujian karakteristik pompa disusun secara seri dengan

spesifikasi sama, katup digunakan untuk menghubung dan memutus aliran

air. Jumlah keseluruhan katup dalam pengujian adalah 10 buah dengan

diameter katup yakni 0,0191 m.

Gambar 3.4 Katup

3. Elbow

spesifikasi sama, elbow digunakan untuk membelokkan pipa. Jumlah

keseluruhan elbow yang digunakan dalat alat uji ini adalah 17 buah

dengan sudut lekukan 90o.

(46)

4. Pressure gauge

spesifikasi sama, pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan air.

Jumlah pressure gauge yang digunakan dalam alat uji ini adalah 2 buah.

Dimana 1 buah pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan pada

pompa tunggal dan yang lain digunakan untuk mengukur tekanan pompa

yang disusun secara seri.

Gambar 3.6 Pressure gauge

3.5 RANCANG BANGUN INSTALASI

Untuk mengetahui karakteristik pompa disusun secara seri dengan

spesifikasi sama maka dilakukan perancangan alat uji dengan 3 unit pompa

(47)

Gambar 3.7 Pompa Sentrifugal susunan seri

3.6 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :

1. Dataprimer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan

pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing – masing

pengujian.

2. Data sekunder, merupakan data tentang karakteristik pompa yang digunakan

(48)

Flowchart Pengujian Karateristik Pompa Disusun Secara Seri

Dengan Spesifikasi Sama.

Tidak Mulai

Studi Literatur

Survey Pompa digunakan

Penentuan Instalasi Pipa

Perhitungan Head

Rancang Bangun Instalasi Pompa Di Susun Secara Seri

Pengujian Pompa Di Susun Secara Seri Dengan Variasi Bukaan Katup

Kesimpulan Dan Saran

Selesai

(49)

BAB IV

ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN

4.1 KARAKTERISTIK POMPA TUNGGAL

4.1.1 Kapasitas aktual dan head pompa

• Kapasitas aktual pompa

Pengukuran dilakukan dengan mengukur volume air menggunakan

meteran air pada waktu 60 detik. Hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel

4.1 dibawah ini.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran volume air pada pompa tunggal

Pengukuran Bukaan Katup (%)

Untuk mencari kapasitas air dapat menggunakan persamaan berikut:

� = ��

Sehingga kapasitas air pada bukaan katup 100% adalah:

� = 0,030 60

Q = 0,0005 m3/s

Dengan menggunakaan persamaan yang sama kapasitas air untuk setiap

(50)

Tabel 4.2 Kapasitas air pompa tunggal untuk setiap bukaan katup

Bukaan Katup (%) Kapasitas Air (m3/s)

100 0,0005

75 0,00045

50 0,0003

25 0,0002

10 0,0001

• Head suction (Hs) dan head discharge (Hd)

Head instalasi yang digunakan dapat dilihat pada gambar 4.1 dibawah ini.

Gambar 4.1 Skema pompa tunggal

• Panjang pipa yang digunakan pada instalasi

Panjang keseluruhan pipa ¾ inchi yang digunakan pada pengujian pompa

tunggal adalah 1,8 m.

• Head losses mayor pada instalasi pompa tunggal

Untuk mencari head losses mayor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan

katup 100% menggunakan persamaan berikut:

ℎf= �._��.�

2

2�

Dimana,

� = � � � = ��

4�2

POMPA

(51)

� = ₃,140,0005

4 0,01912

V = 1,75 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 100 % adalah

sebesar 1,75 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus diketahui

bilangan Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan,

yakni:

Untuk Mengetahui kekasaran relative pipa dapat dicari dengan

menggunakan rumus :

�……...……...(2.7) [Lit.4]

Dimana: untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m

Kekasaran relatif : 0,0000015

0,0191 = 0,000078

Dari diagram Moody dapat dilihat bahwa koefisien gesek pada bilangan

Reynold kisaran 3700 dan pada kekasaran relative 0,000078 adalah

berkisar kurang lebih 0,011.

(52)

Gambar 4.2 Diagram moody hubungan antara kekerasan relative dan

bilangan reynold pada pompa tunggal

ℎf= �._��.�

2

2�

Dimana,

� = � � � = ��

4�2

(53)

V = 1,57 m/s

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 75% adalah

sebesar 1,57 m/s

yakni:

menggunakan rumus :

� ……...……... (2.7) [Lit.4]

Dimana: ε untuk material plastic adalah 0,0015 mm = 0,0000015m

0,0191 = 0,000078

berkisar kurang lebih 0,011

Maka,

(54)

� = �� 4�2

� = ₃,140,0003 4 0,01912

V = 1,05 m/s

sebesar 1,05 m/s

yakni:

menggunakan rumus :

�……...……... (2.7) [Lit.4]

0,0191 = 0,000078

Maka,

(55)

ℎf= �._��.�

sebesar 0,7 m/s

yakni:

Re =14877,44 (Turbulen)

Maka,

ℎf= �._��.�

2

(56)

Dimana,

sebesar 0,35 m/s

Untuk mencari faktor gesekan (f) pada pipa maka harus dikehaui bilangan

Reynold untuk mengetahui rumus empirik yang akan digunakan, yakni:

�� =��_�

Dari tabel sifat fisik air pada suhu 0oC didapat ρ = 997,1 kg/m3 dan μ = 0,000894 Ns/m2. Maka Bilangan Reynold (Re) adalah:

�� =997,1 .0,35 .0,0191 0,000894

berkisar kurang lebih 0,011

Maka,

Maka head losses mayor untuk setiap bukaan katup dapat ditabulasikan

(57)

Tabel. 4.3 Head losses mayor untuk setiap bukaan katup pompa tunggal

Bukaan

Katup (%)

Debit

(m3/s)

Kecepatan

(m/s)

Bilangan

Reynold

Koefisien

Gesek

Head Losses

Mayor (m)

100 0,0005 1,75 37193,6 0,011 0,15

75 0,00045 1,57 33474,24 0,011 0,12

50 0,0003 1,05 22316,1 0,011 0,058

25 0,0002 0,70 14877,4 0,011 0,024

10 0,0001 0,35 7438,72 0,011 0,0064

Dari tabel 4.3 diatas dapat dalam bentuk grafik untuk mengetahui lebih

jelas fenomena pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas aliran.

Gambar 4.3 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air pompa

tunggal

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka

kapasitas aliran semakin besar. Kapasitas air bukaan katup 10% adalah

(58)

Gambar 4.4 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air pompa

tunggal

Gambar diatas merupakan grafik pengaruh bukaan katup terhadap

kecepatan air pada pompa tunggal. Dapat dilihat kecepatan air maksimum

adalah 1,75 m/s yakni pada bukaan katup 100%.

Selanjutnya untuk melihat pengaruh bukaan katup terhadap head losses

mayor dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.5 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor

pada pompa tunggal

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka head

losses mayor semakin besar. Dimana pada bukaan katup 10% head losses

mayor adalah 0,0064 m sedangkan head losses mayor pada bukaan katup

(59)

• Head losses minor pada instalasi pompa tunggal

Untuk mencari head losses minor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan

katup 100% menggunakan persamaan sebagai berikut:

ℎm= ∑ �.�

Tabel 4.4 Koefisien kerugian pipa pompa tunggal

N K ∑k

Dengan menggunakan persamaan yang sama maka head losses minor

untuk setiap bukaan katup dapat ditabulasikan.

Tabel 4.5 Head losses minor pompa tunggal untuk setiap bukaan katup

Bukaan

Dari tabel 4.5 dapat ditampilkan grafik untuk melihat fenomena pengaruh

(60)

Gambar 4.6 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses minor

pada pompa tunggal

Dapat dilihat bahwa semakin besar bukaan katup maka head losses minor

semakin besar. Head losess minor maksimum yakni pada bukaan 100%

adalah sebesar 0,62 m.

• Head total pompa

Head statis pompa adalah pengurangan head discharge terhadap head

suction. Dimana persamaan dapat ditulis sebagai berikut:

Hdischarge= ��

Sehingga persamaan head statis pompa adalah:

Hstatis = ��

Head total pompa adalah penjumlahan head statis pompa dengan head

losses total. Maka head total pompa adalah:

(61)

Dimana,

4.1.2 Daya pompa

• Daya Air

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada

besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka

head adalah beda ketinggian antara muka air pada resevoar dengan muka

air keluar pompa. Total energi yang tersedia merupakan energi potensial

air yaitu:

Ep = mgh ...[Lit.7]

Daya merupakan energi tiap satuan waktu ��

�� sehingga persamaan diatas dapat dinyatakan sebagai:

� � =

�

� �ℎ ...[Lit.7]

Dengan mensubtitusikan P terhadap ��

�� dan mensubtitusikan ρQ terhadap

��_�� maka persamaan energi air adalah:

Pa= ρ.Q.g.H ...[Lit.1] Sehingga daya air pada bukaan katup 100% adalah

Pa = 997,1.0,0005.9,81.0,6

(62)

��= ��

�� ...[Lit.7] � = ��

�...[Lit.7]

Dimana benda dengan kecepatan angular persamaan energi kinetik dapat

ditulis sebagai berikut:

�� = 1

2��2...[Lit.7]

Sehingga persamaan daya dapat ditulis sebagai berikut:

� =

1 2��2

�

Persamanaan kecepatan angular adalah sebagai berikut:

� = �_� dimana � = 2�� ...[Lit.7]

Maka,

� = 2��_�

Dengan melihat gambar dibawah ini sehingga didapatlah daya poros

pompa, yakni:

Gambar 4.7 Inersia pada impeler pompa

Kecepatan angular impeler pompa adalah sebagai berikut:

�p= �

i

� θp= 2πnp

Dimana,

Np= Putaran pompa (2900 rpm = 2900 rotasi per menit) , sehingga

F

R1

(63)

t = 1 menit = 60 detik

Sehingga diperoleh,

�p=2 π 2900

�p=18212 rad

Maka besar kecepatan sudut turbin tanpa pembebanan lampu,

�

p

=

�

Inersia pompa adalah total dari inersia rotor impeller dan total

inersia sudu impeller. Dengan mengansumsikan rotor impeller adalah

silinder berongga terhadap sumbu silinder. Inersia turbin dapat ditulis

dengan persamaan sebagai berikut:

(64)

Sehingga daya pompa tunggal yang digunakan adalah: • Efisiensi pompa

Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya air terhadap daya poros

pompa atau dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:

� = �a

Dengan perhitungan yang sama seperti diatas maka efisiensi pompa

tunggal dapat ditabulasikan seperti yang ditampilkan dalam tabel 4.6

dibawah ini.

Tabel 4.6 Efisiensi pompa tunggal untuk setiap bukaan katup

Bukaan Katup

Untuk melihat fenomena pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pompa

maka tabel diatas dapat dibuat garafik seperti yang ditunjukkan dibawah

(65)

Gambar 4.8 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap efisiensi pada pompa

tunggal

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar bukaan katup maka

semakin besar efisiensi pompa. Efisiensi pompa yang paling maksimum

yakni pada bukaan katup 100% adalah sebesar 60,41%

4.2 KARAKTERISTIK POMPA DISUSUN SECARA SERI 4.2.1 Kapasitas aktual dan head pompa

• Kapasitas aktual pompa

Pengukuran dilakukan dengan mengukur volume air menggunakan

meteran air pada waktu 60 detik. Hasil pengukuran dapat dilihat pada

table 4.7 di bawah ini

Tabel 4.7 Hasil pengukuran volume air pada pompa susunan seri

Pengukuran Bukaan Katup

(%)

Volume (m3)

Waktu (s)

Tekanan (kgf/cm2)

I 100 0,032 60 0,1

II 75 0,029 60 0,2

III 50 0,027 60 0,9

IV 25 0,015 60 5,3

(66)

Untuk mencari kapasitas air dapat menggunakan persamaan berikut:

� = ��_{��}

Sehingga kapasitas air pada bukaan katup 100% adalah:

� = 0,₆₀032

Q = 0,00053 m3/s

Dengan menggunakaan persamaan yang sama kapasitas air untuk setiap

bukaan dapat dilihat pada tabel 4.8 dibawah ini.

Tabel 4.8 Kapasitas air untuk setiap bukaan katup pompa susunan seri

Bukaan Katup (%) Kapasitas Air (m3/s)

• Kapasitas tiap satuan pompa

Untuk mencari kapasitas tiap satuan pompa dapat menggunakan

persamaan sebagai berikut:

1

Sehingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut,

1

Maka kapasitas tiap satuan pompa adalah 0,00159 m3/s

• Head suction (Hs) dan head discharge (Hd)

(67)

Gambar 4.9 Skema pompa susunan seri

• Panjang pipa yang digunakan pada instalasi

Panjang keseluruhan pipa ¾ inchi yang digunakan pada pengujian pompa

tunggal adalah 2,5 m.

• Head losses mayor pada instalasi pompa susunan seri

ℎf= �._��.�

Maka didapatlah kecepatan aliran (v) pada bukaan katup 100 % adalah

sebesar 1,85 m/s

(68)

Re = 39425,21 (Turbulen)

menggunakan rumus :

�……...……... (2.7) [Lit.4]

0,0191 = 0,000078

Maka,

ℎf= �._��.�

2

2�

ℎf= 0,011. 2 ,5

0,0191.

1,852

2.9,81

hf = 0,25 m

Gambar 4.10 Diagram moody hubungan antara bilangan reynold dan

(69)

ℎf= �._��.�

sebesar 1,68 m/s

�� =��

menggunakan rumus :

�……...……...(2.7) [Lit.4]

0,0191 = 0,000078

Maka,

ℎf= �._��.�

2

(70)

ℎf= 0,011. 2

ℎf= �._��.�

sebesar 1,57 m/s

�� =��

menggunakan rumus :

�……...……...[Lit.4]

(71)

Maka,

ℎf= �._��.�

sebesar 0,87 m/s.

�� =��

(72)

�……...……...(2.7) [Lit.4]

0,0191 = 0,000078

Reynold kisaran 18000 dan pada kekasaran relative 0,000078

adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

ℎf= �._��.�

sebesar 0,45 m/s

�� =��

(73)

menggunakan rumus :

�……...……...(2.7) [Lit.4]

0,0191 = 0,000078

Reynold kisaran 9500 dan pada kekasaran relative 0,000078

adalah berkisar kurang lebih 0,011.

Maka,

Maka dengan head losses mayor untuk setiap bukaan katup dapat

ditabulasikan yang dapat dilihat pada tabel 4.9 dibawah ini.

Tabel 4.9 Head loses mayor pompa susunan seri untuk setiap bukaan katup

Bukaan

Dari tabel 4.9 diatas dapat dalam bentuk grafik untuk mengetahui lebih

(74)

Gambar 4.11 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kapasitas air pompa

susunan seri

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka

kapasitas aliran semakin besar. Kapasitas air bukaan katup 10% adalah

0,00013 m3/s sedangkan bukaan katup 100% adalah 0,00053 m3/s.

Gambar 4.12 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan air pompa

susunan seri

Gambar diatas merupakan grafik pengaruh bukaan katup terhadap

kecepatan air pada pompa tunggal. Dapat dilihat kecepatan air maksimum

(75)

Selanjutnya untuk melihat pengaruh bukaan katup terhadap head losses

mayor dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.13 Grafik pengaruh bukaan katup terhadap head losses mayor

pada pompa susunan seri

Dari grafik diatas dapat dilihat semakin besar bukaan katup maka head

losses mayor semakin kecil. Dimana pada bukaan katup 10% head losses

mayor adalah 0,014 m sedangkan head losses mayor pada bukaan katup

100% adalah sebesar 0,25 m.

• Head losses minor pada instalasi pompa susunan seri

Untuk mencari head losses minor pada pipa ¾ inchi = 0,0191 m bukaan

katup 100% menggunakan persamaan sebagai berikut:

ℎm= ∑ �.�

2

2�

ℎ

m

= 7,12.

1,852

2.9,81

hm = 1,24 m

Tabel 4.10 Koefisien kerugian pipa pompa susunan seri

N K ∑k

Elbow 90o 13 0,51 6,63

Katup Bola 6 0,05 0,30

Sisi Masuk 1 0,25 0,25

Sisi Keluar 1 0,04 0,04

7,12