ANALISA EXPERIMENTAL DAN SIMULASI SISTEM PEMIPAAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM HYBRID MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT SKRIPSI

ANALISA EXPERIMENTAL DAN SIMULASI SISTEM PEMIPAAN ALAT PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM HYBRID MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT. SKRIPSI Skripsi ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana. IMMANUEL SIMANULLANG NIM. 120401110 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2018. Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara.

KATA PENGANTAR. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Analisa Sistem Pemipaan Menggunakan Software Pipe Flow Expert Pada Alat Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Hybrid” Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril, maupun spirital dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada :. 1. Bapak Ir. A. Halim Nasution M.Sc. selaku Dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT sebagai dosen pembanding I dan Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. sebagai dosen pembanding II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Terang UHSG Manik, ST. MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera. 5. Kedua orang tua penulis, J. Simanullang dan M. br. Simanjuntak serta saudara penulis Anugrah Simanullang yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.. i. Universitas Sumatera Utara.

7. Teman-teman satu team skripsi yaitu Sintong Butarbutar, Isra Hutauruk dan Juelf Ambarita. 8. Seluruh rekan mahasiswa angkatan 2012, para abang dan kakak senior, serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis. Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.. Medan,. Penulis,. ii. Universitas Sumatera Utara.

ABSTRAK Alat Pemanas Air Tenaga Surya (PATS) sistem hybrid merupakan salah satu pemamfaatan energi surya untuk memanaskan air. Untuk mensirkulasikan air yang ada di tangki menuju kolektor digunakan pompa DC yang digerakkan oleh panel surya dan bekerja secara kontiniu. Pipa yang digunakan untuk mensirkulasikan air adalah pipa PVC dan pipa copper. Sistem pemipaan merupakan bagian penting dalam menyalurkan air. Didalam pengoperasiannya sistem pemipaan dapat mengalami kerugian yang diakibatkan oleh kekasaran pipa, panjang pipa, kapasitas aliran, maupun komponen-komponen yang terpasang pada sistem tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui head loss sistem pemipaan secara pengukuran dan simulasi pada software Pipe Flow Expert dan hasilnya akan dibandingkan, untuk mengetahui daya dan efisiensi pompa dan panel surya. Untuk menghitung head loss pengukuran digunakan persamaan Darcy-Weisbach. Adapun hasil penelitian ini adalah: 1) Head loss tertinggi pada pengukuran dan simulasi dari jam 08:00 – 16:00 WIB adalah 2,6055 meter dan 5,4541 meter. 2) Daya input, daya output dan efisiensi tertinggi pompa secara pengukuran adalah 66,96 Watt, 7,5012 Watt, dan 11,89 %. 3) Daya input, daya output dan efisiensi tertinggi panel surya secara pengukuran adalah 465,48 Watt, 100,04 Watt, dan 66,47%.. Kata Kunci. : pemanas air, sistem pemipaan, head loss, Darcy weisbach. iii. Universitas Sumatera Utara.

ABSTRACT The Solar Water Heater system hybrid is one of solar energy utilization for heating water. To circulate the water in the tank to the collector used a DC pump is driven by a solar panel and works continuously. Pipes used to circulate water are PVC pipe and copper pipe. Piping system is important part in distributing water. In operation the piping system can experience losses due to pipe roughness, pipeline length, flow capacity, or components installed on the system. The purpose of this research is to know the head loss of piping system by measurement and simulation on Pipe Flow Expert software and the result will be compared, to know the power and efficiency of pump and solar panel. To calculate the measurement head loss the Darcy-Weisbach equation is used. The results of this study are: 1) The highest head loss on measurement and simulation from 08:00 WIB to 16:00 WIB is 2,6055 meter and 5,4541 meter. 2) The highest input power, the highest output power and highest pump efficiency by measurement are 66,96 Watt, 7,5012 Watt, and 11,89%. 3) The highest input power, the highest output power and highest efficiency of solar panel by measurement are 465,48 Watt, 100,04 Watt, and 66,47%.. Keywords. : water heater, piping system, head loss, Darcy weisbach. iv. Universitas Sumatera Utara.

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ....................................................................................... i ABSTRAK .........................................................................................................iii ABSTRACT ........................................................................................................iv DAFTAR ISI ......................................................................................................v DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii DAFTAR TABEL .............................................................................................x DAFTAR SIMBOL ...........................................................................................xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ........................................................................................1 1.2 Batasan Masalah......................................................................................3 1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................3 1.4 Manfaat Penelitian ..................................................................................3 1.5 Sistematika Penulisan .............................................................................4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Pipa .......................................................................................5 2.1.1 Teori Dasar Radiasi ........................................................................5 2.1.2 Jenis – Jenis Pipa, Komponen dan Perlengkapannya ....................6 2.1.3 Pemilihan Material yang Digunakan ..............................................8 2.1.4 Pemilihan Diameter, Ketebalan, Schedule Pipa .............................9 2.2 Dasar Mekanika Fluida ...........................................................................13 2.2.1 Defenisi Fluida ...............................................................................13 2.2.2 Sifat – Sifat Fluida .........................................................................13 2.2.2.1 Kerapatan / massa jenis (density) ..............................................13 2.2.2.2 Gravitasi Jenis ( specific gravity ) .............................................14 2.2.2.3 Berat Jenis (specific weight) .....................................................14 2.2.2.4 Kekentalan ( viscocity) .............................................................15 2.2.2.5 Tekanan (preassure) .................................................................16 2.2.3 Jenis dan Karakteristik Aliran Fluida Dalam Pipa .........................18 2.2.4 Karakteristik Aliran Air Panas Dalam Pipa ...................................21 2.2.5 Kerugian Tekanan ( Head Losses) .................................................21 2.2.5.1 Head losses mayor ( Hf ) ...........................................................22. v. Universitas Sumatera Utara.

2.2.5.2 Head losses minor ( Hm ) ..........................................................24 2.3 Konstruksi Hubungan Pipa.....................................................................32 2.3.1 Pipa yang Dihubungkan Seri .......................................................32 2.3.1 Pipa yang Dihubungkan Paralel ...................................................34 2.4 Pompa .....................................................................................................35 2.4.1 Sistem Tenaga Pompa ....................................................................37 2.4.2 Daya Pompa ...................................................................................38 2.4.3 Efisiensi Pompa ..............................................................................39 2.5 Pemanas Air Tenaga Surya Sistem Hybrid .............................................40 2.6 Fotovoltaik / Panel Surya .......................................................................41 2.7 Pipe Flow Expert Software ....................................................................44 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................46 3.2 Peralatan Pengujian .................................................................................46 3.3 Bahan Pengujian ......................................................................................53 3.4 Pelaksanaan Penelitian ............................................................................53 3.5 Set Up Experimetal ..................................................................................53 3.6 Diagram Alir Penelitian ...........................................................................55 BAB IV ANALISIS DATA 4.1 Skema Sistem Pemipaan..........................................................................56 4.2 Pemilihan Jenis Pipa ................................................................................57 4.3 Komponen Pipa .......................................................................................58 4.4 Analisa Head Losses................................................................................59 4.4.1 Pengujian Pertama ..........................................................................60 4.4.1.1 Analisa Laju Aliran Fluida........................................................60 4.4.1.2 Analisa Head Loss Mayor.........................................................62 4.4.1.3 Analisa Head Loss minor (Hm) ................................................73 4.4.1.4 Analisa Head loss total. ....................................................81. 4.4.1.5 Analisa Head Loss dengan Software Pipe Flow Expert ...........83 4.4.1.6 Perhitungan Head Loss dari Simulasi .......................................88 4.4.1.7 Perbandingan Perhitungan Head Loss Pengukuran dan Simulasi ..............................................................................89. vi. Universitas Sumatera Utara.

4.4.2 Pengujian Kedua ............................................................................90 4.4.2.1 Analisa Laju Aliran Fluida........................................................90 4.4.2.2 Analisa Head Loss Mayor.........................................................91 4.4.2.3 Analisa Head Loss minor (Hm) ................................................93 4.4.2.4 Analisa Head loss total. ....................................................98. 4.4.2.5 Perhitungan Head Loss dari Simulasi .......................................100 4.4.2.6 Perbandingan Perhitungan Head Loss Pengukuran dan Simulasi ..............................................................................101 4.5 Analisa Daya dan Efisiensi Pompa..........................................................102 4.5.1 Pengujian Pertama ..........................................................................102 4.5.2 Pengujian Kedua ............................................................................104 4.5.3 Hasil Analisa Daya dan Efisiensi Pompa .......................................107 4.6 Analisa Daya dan Efisiensi Panel Surya .................................................109 4.6.1 Pengujian Pertama ..........................................................................109 4.6.2 Pengujian Kedua ............................................................................110 4.6.3 Hasil Analisa Daya dan Efisiensi Panel Surya ...............................112 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ..............................................................................................114 5.2 Saran .......................................................................................................115 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................116 LAMPIRAN. vii. Universitas Sumatera Utara.

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Schedule Pipa...................................................................................... 11. Gambar 2.2. Penentu Kekentalan ............................................................................ 15. Gambar 2.3. Tekanan pada kedalaman h dalam cairan ........................................... 17. Gambar 2.4. Prinsip Hukum Kontiunitas ................................................................ 18. Gambar 2.5. Proses berkembangnya aliran diatas plat ............................................ 20. Gambar 2.6. (a) Percobaan untuk mengetahui jenis aliran, (b) Jenis-jenis aliran dilihat pada guratan warna.................................................................. 20. Gambar 2.7. Flanged elbow .................................................................................... 24. Gambar 2.8. Aliran dalam Elbow ............................................................................ 24. Gambar 2.9. Tee ...................................................................................................... 25. Gambar 2.10 Katup .................................................................................................. 25 Gambar 2.11 Gradual expansion ............................................................................. 26 Gambar 2.12 Sudden expansion ............................................................................... 26 Gambar 2.13 Gradual contraction ........................................................................... 27 Gambar 2.14 Sudden contraction ............................................................................. 27 Gambar 2.15 Macam – macam enterance ................................................................ 28 Gambar 2.16 Macam-macam exit ............................................................................ 30 Gambar 2.17 Faktor gesekan untuk pipa (diagram moody) ..................................... 32 Gambar 2.18 Pipa yang dihubungkan seri................................................................ 33 Gambar 2.19 Pipa yang dihubungkan seri................................................................ 33 Gambar 2.20 Pipa yang dihubungkan pararel .......................................................... 34 Gambar 2.21 Pompa DC .......................................................................................... 36 Gambar 2.22 Skema pompa air tenaga surya ........................................................... 38 Gambar 2.23 Pemanas Air Tenaga Surya sistem hybrid .......................................... 41 Gambar 2.24 Model rangkaian sel surya .................................................................. 42 Gambar 2.25 Struktur sel surya ................................................................................ 42 Gambar 2.26 Susunan dioda, sel surya dan panel surya .......................................... 43 Gambar 2.27 Model rangkaian sel surya .................................................................. 43 Gambar 3.1. Laptop ................................................................................................. 46. Gambar 3.2. Agilent ................................................................................................ 47. viii. Universitas Sumatera Utara.

Gambar 3.3. Hobo Microstation Data Logger ........................................................ 47. Gambar 3.4. Multitester........................................................................................... 48. Gambar 3.5. Pemanas air tenaga surya.................................................................... 49. Gambar 3.6. Kolektor Plat Datar ............................................................................. 49. Gambar 3.7. Pipa Tembaga ..................................................................................... 50. Gambar 3.8. Tangki ................................................................................................. 50. Gambar 3.9. Panel Surya ......................................................................................... 51. Gambar 3.10 Pompa ................................................................................................. 51 Gambar 3.11 Flow meter .......................................................................................... 52 Gambar 3.12 Experimental Setup ............................................................................. 53 Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 55 Gambar 4.1. Skema sistem pemipaan PATS sistem hybrid .................................... 56. Gambar 4.2. Grafik Kapasitas Aliran, Temperatur Air Masuk Kolektor vs Waktu ............................................................................................ 60. Gambar 4.3. Letak. copper pada diagram moody ................................................. 64. Gambar 4.4. Letak. PVC pada diagram moody ..................................................... 69. Gambar 4.5. Grafik head loss pengukuran vs waktu pada tanggal 13 Juni 2017 ............................................................................................ 82. Gambar 4.6. Skema Sistem Pemipaan PATS sistem hybrid pada Software ........... 84. Gambar 4.7. Hasil Simulasi Menggunakan Software ............................................. 85. Gambar 4.8. Grafik head loss simulasi tanggal 13 Juni 2017 ................................. 89. Gambar 4.9. Grafik Perbandingan Head Loss ......................................................... 89. Gambar 4.10 Grafik Kapasitas Aliran vs Waktu ...................................................... 90 Gambar 4.11 HL pengukuran tanggal 15 Juni 2017 ................................................. 99 Gambar 4.12 Grafik head loss simulasi tanggal 15 Juni 2017 ............................... 101 Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Head Loss ....................................................... 101 Gambar 4.14 Grafik I vs Waktu tanggal 13 Juni 2017 ........................................... 102 Gambar 4.15 Penentuan Head Pompa pada titik 1 ke titik 2 .................................. 102 Gambar 4.16 Grafik I vs Waktu tanggal 15 Juni 2017 ........................................... 105 Gambar 4.17 Grafik Daya dan Efisiensi Pompa vs Waktu .................................... 108 Gambar 4.18 Grafik Radiasi Pengukuran tanggal 13 Juni 2017 ............................ 109 Gambar 4.19 Radiasi pengukuran tanggal 15 Juni 2017 ........................................ 110. ix. Universitas Sumatera Utara.

Gambar 4.20 Grafik Daya dan Efisiensi Panel Surya vs Waktu ............................ 113. x. Universitas Sumatera Utara.

DAFTAR TABEL. Tabel 2.1 Ketebalan Dinding (untuk alat penyambung pipa) ...................................... 12 Tabel 2.2 Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams .................................................. 23 Tabel 2.3 Koefisien kerugian sudden contraction ....................................................... 27 Tabel 2.4 Nilai K entrance ........................................................................................... 29 Tabel 2.5 Nilai K exit ................................................................................................... 30 Tabel 2.6 Nilai K pada elbow, valve dan tee................................................................ 31 Tabel 3.1 Spesifikasi pompa ........................................................................................ 52 Tabel 3.2 Titik-titik Pengukuran pada Pemanas Air Tenaga Surya ............................. 54 Tabel 4.1 Komponen pipa ............................................................................................ 58 Tabel 4.2 Komponen pendukung sistem pemipaan ..................................................... 59 Tabel 4.3 Kecepatan aliran tanggal 13 Juni 2017 ........................................................ 61 Tabel 4.4 Nilai kinematic viscosity pada temperatur 30,26 °C .................................... 63 Tabel 4.5 Data. pada tanggal 13 Juni 2017 ................................................. 67. Tabel 4.6 Data Data. pada tanggal 13 Juni 2017 ............................................. 72. Tabel 4.7 Komponen head loss minor. ........................................................................ 73 Tabel 4.8 Data. pada tanggal 13 Juni 2017 .............................................. 74. Tabel 4.9 Data. pada tanggal 13 Juni 2017 ................................................... 76. Tabel 4.10. sudden expansion pada tanggal 13 Juni 2017....................................... 78. Tabel 4.11. sudden contraction tanggal 13 Juni 2017 ............................................. 80. Tabel 4.12 HL tanggal 13 Juni 2017 .............................................................................. 81 Tabel 4.13 HL simulasi pada tanggal 13 Juni 2017 ....................................................... 88 Tabel 4.14 Kecepatan aliran tanggal 15 Juni 2017 ........................................................ 90 Tabel 4.15 Data. pada tanggal 15 Juni 2017 ................................................. 91. Tabel 4.16 Data. pada tanggal 15 Juni 2017 ...................................................... 93. Tabel 4.17 Komponen Sistem Pemipaan ....................................................................... 94 Tabel 4.18 Data. pada tanggal 15 Juni 2017 ............................................... 94. Tabel 4.19 Data. pada tanggal 15 Juni 2017 .................................................... 95. xi. Universitas Sumatera Utara.

Tabel 4.20. sudden expansion pada tanggal 15 Juni 2017....................................... 96. Tabel 4.21. sudden contraction tanggal 15 Juni 2017 ............................................. 97. Tabel 4.22. tanggal 15 Juni 2017 .............................................................................. 98. Tabel 4.23 HL simulasi pada tanggal 15 Juni 2017 .................................................... 100 Tabel 4.24 Hasil analisa daya dan efisiensi pompa ...................................................... 107 Tabel 4.25 Hasil pengukuran pada daya dan efisiensi pompa ..................................... 108 Tabel 4.26 Hasil analisa daya dan efisiensi panel surya .............................................. 111 Tabel 4.27 Hasil pengukuran daya dan efisiensi pada panel surya .............................. 113. xii. Universitas Sumatera Utara.

DAFTAR SIMBOL SIMBOL. KETERANGAN. SATUAN. ρ. massa jenis. kg/m3. m. massa. kg. V. volume. m³. . volume jenis. m3/kg. berat jenis fluida. N/m3. percepatan gravitasi. m/s2. P. Tekanan. N/m2. T. Temperatur. K. . Viskositas kinematik. m2/s. μ. Viskositas dinamik. Q. Kapasitas aliran fluida. m³/s. A. luas penampang aliran. m². v. kecepatan aliran fluida. m/s. z. beda ketinggian. m. L. panjang pipa. m. D. diameter. m. HL. head loss total. m. Hf. head loss mayor. m. Hm. head loss minor. m. f. faktor gesekan. C. koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams. K. koefisien minor losses. Re. Reynolds. kg/m.s. m. xiii. Universitas Sumatera Utara.

P. Daya. Watt. ε. roughness. m. IG. Intensitas radiasi. W/m2. η. Efisiensi. %. xiv. Universitas Sumatera Utara.

BAB I PENDAHULUAN. 1.1. Latar Belakang Kebutuhan akan air panas saat ini semakin tinggi. Air panas dibutuhkan. oleh masyarakat luas, misalnya untuk air mandi ataupun mencuci barang yang berlemak dimana lebih mudah melarutkannya dalam sabun dengan menggunakan air hangat dibandingkan dengan air dingin. Tidak hanya konsumen rumah tangga yang memerlukan air panas, melainkan juga rumah sakit, industri, perhotelan dan untuk penyediaan air pada kolam renang. Pada perhotelan kebutuhan air panas merupakan salah satu yang tertinggi. Air panas ini digunakan untuk kebutuhan memasak, mandi, kolam air hangat, dan juga kebutuhan lainnya. Di perhotelan temperatur air untuk pemandian air panas sekitar 40°C. Pada hotel-hotel khususnya daerah wisata yang berada di tempat terpencil hal ini menimbulkan masalah, karena harga bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan air yaitu bahan bakar fosil semakin tinggi. Penggunaan bahan bakar fosil sebagai bahan bakar utama dalam berbagai kegiatan manusia juga menimbulkan masalah lain.Selain karena bahan bakar ini merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui, bahan bakar jenis ini juga mengakibatkan dampak lingkungan diantaranya menyebabkan pemanasan global, dan mengeluarkan gas beracun akibat pembakaran yang tidak sempurna. Oleh sebab itu, sudah menjadi kebutuhan mendesak untuk menggunakan energi terbarukan. Salah satu energi terbarukan yang melimpah ketersediaannya yaitu energi radiasi surya. Sekitar setengah energi matahari masuk mencapai permukaan bumi. Bumi menerima 174 peta watt (PW) radiasi matahari masuk di bagian atas atmosfer. Sekitar 30% tercermin kembali ke ruang sementara sisanya diserap oleh awan, samudra, dan tanah. Total energi matahari yang diserap oleh awan, samudra, dan tanah adalah sekitar 3,850,000 exa joules (EJ) per tahun. Jumlah. 1. Universitas Sumatera Utara.

energi surya mencapai permukaan bumi begitu luas. Bila dibandingkan, energi surya dua kali lebih banyak daripada semua sumber non-terbarukan seperti batu bara, minyak, gas alam, dll [4]. Indonesia adalah salah satu negara yang memiliki potensi energi radiasi surya yang sangat besar. Indonesia terletak di daerah khatulistiwa yang menyebabkan Indonesia beriklim tropis dan menerima radiasim pancaran surya yang hampir sama sepanjang tahunnya. Potensi energi surya rata-rata nasional adalah 16 MJ/hari. Potensi energi ini dapat digunakan untuk sebagai sumber energy termal maupun sebagai sumber energi listrik dengan menggunakan sel fotofoltaik [4]. Sel fotovoltaik adalah sektor teknologi dan penelitian yang berhubungan dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Di negara maju saat ini giat meneliti pemanfaatan energi tersebut untuk kepentingan manusia, misalnya pemakaian sel fotovoltaik yang menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan untuk penggerak mobil, satelit, hubungan komunikasi ataupun disimpan di dalam baterai. Pemanfaatan energi surya untuk memanaskan air dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut kolektor termal surya. Kolektor termal surya atau yang biasa disebut kolektor surya merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menyerap energi yang terdapat pada radiasi surya, yang kemudian mengubah energi tersebut menjadi energi termal, kemudian energi tersebut akan ditransfer langsung ke fluida yang dipanaskan maupun ke fluida lain yang digunakan untuk memanaskan. Salah satu tipe kolektor yang paling sering digunakan adalah kolektor surya plat datar. Kolektor surya plat datar adalah kolektor surya yang tersusun atas kumpulan pipa-pipa yang mensirkulasikan air yang dipanaskan. Dalam penelitian ini, Pemanas Air Tenaga Surya yang dirancang yaitu PATS sistem hybrid yaitu sistem pemanfaatan energi surya dengan menggunakan dua teknologi berbeda pada satu alat yang digunakan. Kedua teknologi yang digunakan yaitu kolektor yang memanfaatkan energi surya menjadi energi termal dan sel fotofoltaik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Energi. 2. Universitas Sumatera Utara.

surya ini akan digunakan untuk memanaskan air secara langsung dan juga untuk menggerakkan pompa yang digunakan untuk mensirkulasikan air yang dipanasi. Oleh karena itu, diperlukan juga analisa experimental dan simulasi sistem pemipaan alat pemanas air tenaga surya sistem hybrid menggunakan software pipe flow expert. Adapun sistem pemipaannya tersusun atas sistem pipa, pompa dan perangkat lainnya. Pompa yang digunakan adalah pompa DC, pompa yang sistemnya dengan mengintegrasikan sistem penyedia energi tenaga surya ke dalam pompa listrik. Penyedia energi tenaga surya yang digunakan adalah sel fotofoltaik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik . Energi listrik ini akan. digunakan. untuk. menggerakkan. pompa. yang. digunakan. untuk. mensirkulasikan air yang dipanasi pada pipa-pipa kolektor maupun pipa-pipa di luar kolektor. Untuk menganalisa sistem pemipaan ini dapat diselesaikan dengan perhitungan manual dan penting juga menggunakan perangkat lunak seperti Pipe Flow Expert sebagai pembanding.. 1.2. Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah. 1.. Lokasi penelitian pada 3,43oLU dan 98,44oBT. 2.. Air yang digunakan adalah air mineral dari PDAM. 3.. Pemodelan aliran air menggunakan perangkat lunak Pipe Flow Expert dan perhitungan manual sebagai pembanding.. 4.. Penilitian dilakukan tanggal 13 Juni 2017 dan 15 Juni 2017. 5.. Penelitian dilakukan pada kondisi cerah. 1.3. Tujuan Penelitian. 3. Universitas Sumatera Utara.

Adapun tujuan khusus dari perancangan ini adalah untuk memenuhi syarat memperoleh gelar Strata 1 pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Sedangkan tujuan umum dari perancangan ini adalah: 1.. Untuk mengetahui head loss sistem pemipaan secara pengukuran dan simulasi pada program Pipe Flow Expert. 2.. Untuk mengetahui daya dan efisiensi pompa pengukuran.. 3.. Untuk mengetahui daya dan efisiensi panel surya pengukuran.. 1.4. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah. 1.. Untuk membandingkan antara teori dengan hasil simulasi pada software.. 2.. Sebagai bahan perbandingan untuk mahasiswa yang lain jika ingin melakukan penelitian tentang pemipaan.. 3.. Sebagai bahan ajar bagi mahasiswa untuk mahir dalam menggunakan program Pipe Flow Expert.. 1.5. Sistematika Penulisan Agar penyusun skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan. mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini di bagi dalam beberapa bagian yaitu: Bab I : PENDAHULUAN Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang dari judul skripsi yang telah ditetapkan, tujuan, manfaat, batasan masalah, sistematika penulisan, dan metodologi penulisan skripsi. Bab II : TINJAUAN PUSTAKA. 4. Universitas Sumatera Utara.

Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori yang berhubungan dengan penulisan skripsi. Dasar teori didapat dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari : buku-buku pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-mail, e-book, dan e-news Bab III : METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini dibahas mengenai langkah-langkah penelitian data dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat, dan beberapa aspek yang menunjang metode penelitian Bab IV : ANALISA DATA Pada bab ini akan dianalisis dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh dari hasil rancang bangun yang telah dilakukan Bab V : KESIMPULAN dan SARAN Pada bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas akhir dan saran-saran. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN. 5. Universitas Sumatera Utara.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Pengertian Pipa Pipa adalah saluran tertutup yang digunakan sebagai sarana pengaliran atau transportasi fluida, sarana pengaliran atau transportasi energi dalam aliran. Dalam dunia industri pipa sering digunakan untuk mnengalirkan suatu fluida baik cair, gas, dan uap. Pengetahuan perpipaan merupakan suatu sarana dan dasar dalam melakukan perhitungan, penganalisaan suatu instansi perpipaan, agar diperoleh suatu nilai dan mencapai nilai kesempurnaan. Ilmu perpipaan merupakan ilmu teknik seperti mesin, listrik, sipil, dan arsitek serta lainnya, dimana terdapat perhitungan – perhitungan dan bentuk penggambaran [16].. 2.1.1 Sistem Pemipaan Pada dasarnya sistem pemipaan pada suatu industri atau pabrik tidak jauh berbeda satu sama dengan yang lain. Perbedaan mungkin terjadi hanya pada kondisi khusus atau batasan tertentu yang diminta pada setiap proyek. Pemasangan pekerjaan pipa dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1) Pipa di atas tanah 2) Pipa di bawah tanah 3) Pipa di dalam air Ketiga pemasangan pipa ini masing – masing memiliki kelebihan dan kekurangan, serta digunakan pada kebutuhan yang berbeda – beda. Dalam sistem pemipaan terdapat simbol – simbol pemipaan yang berguna untuk mempermudah pembacaan sistem jaringan pemipaan serta menyederhanakan penulisan dan penggambaran jaringan sistem pemipaan. Simbol perpipaan ini merupakan suatu informasi teklnik di dalam penggambaran dan gamabar sebagai suatu bentuk seni dan metode pemindahan informasi [8]. Adapun parameter yang mempengaruhi kinerja sistem pemipaan antara lain yaitu jenis dan material pipa, komponen pemipaan ( sambungan, katup dan. 6. Universitas Sumatera Utara.

lain – lain) kapsitas aliran, jenis fluida, dan sifat – sifat fluida, yang akan dijelaskan pada sub bab berikutnya. 2.1.2 Jenis – Jenis Pipa, Komponen dan Perlengkapannya Jenis – jenis pipa, komponen dan perlengkapannya haruslah diambil berdasarkan spesifikasi, standart yang terdaftar dalam simbol dan kode yang telah umum digunakan secara internasional dan telah dibuat atau dipilih sebelumnya. Sedangkan kebutuhan khusus yang mungkin di inginkan di luar standart, haruslah diberikan keterangan khusus sejelas – jelasnya [16]. Jenis pipa, komponen dan perlengkapannya sangat mempengaruhi aliran fluida yang berada didalam pipa tersebut. Setiap komponen pipa memiliki nilai koefisien gesekan yang dalam. pemilihan. berbeda yang mempengaruhi aliran fluida. Namun. komponen. dan. perlengkapan. pipa. tentulah. harus. memperhatikan segalanya terkhususnya biaya yang dibutuhkan. Pipa dan komponen yang dimaksudkan di sini adalah meliputi : 1) Pipa – pipa (pipes) Jenis – jenis pipa, hose dan cubing pada dasarnya terdiri dari : - Spiral welding pipe. - EFW pipe. - SMLS pipe. - ERW pipe. - Welded pipe. - Lined pipe. - Saw pipe. - Hose. - FBW pipe. - Tubing. - C & W pipe. - Pipe nipple. 2) Jenis – jenis flens (flanges) Flens pada dasarnya terdiri dari : - Bung flange. - Sw red flange. - Weld neck flange. - Socket red flange. - Weld neck orifice flange. - Thereaded flange. - Slip on flange. - Stub flange. - So red flange. - ST red flange. - Weld neck red flange. - Socket type flange. - LPA joint flange. 7. Universitas Sumatera Utara.

3) Jenis – jenis katup (valves) Valve terdiri dari : - Gate valve. - Ball valve. - Knife gate valve. - Plug valve. - Needle valve. - Globe valve. - Check valve. - Butterfly valve. - Diaphragma valve. - Water check valve. 4) Jenis – jenis alat penyambung (fittings) Alat penyambungan pipa terbagi atas 2 bagian yaitu : a) Sambungan dengan pengelasan, adapun jenis – jenis sambungan ini antara lain : - 45o ellbow. - Cross. - 90o ellbow. - Cap. o. - 180 ellbow. - Red tee. - Consentric reducer. - Tee. - Swage concentric BSE. - Swage excentric BSE. - Eccentric reducer b) Sambungan dengan ulir, adapun jenis – jenis sambungan ini antara lain : - 45o ellbow. - Cross. - 90o ellbow. - Cap. - 45o lateral. - Red tee. - Reducer. - Tee. - Swage concentric. - Swage eccentric. - Eccentric reducer. - Union. - Coupling. - Red coupling. 5) Jenis alat - alat sambungan cubing Jenisnya antara lain : - Male adapter. - Cap. - Female adapter. - Insert. - Reducer. - Union. - Union tee. - Red. Union. 8. Universitas Sumatera Utara.

- Plug. - Union cross. - Male connection. - Masle 90o ellbow. - Female connection. - Female 90o ellbow. - Male bulkhead. - Female bulkhead. - 90o Union ellbow 6) Jenis – jenis sambungan cabang o’let Adapun sambungan cabang ini antara lain : - Ellbolet. - Weldolet. - Latrolet. - Threadolet. - Sweepolet. - Sockolet. 7) Bagian khusus (special item) Adapun bagian khusus dari pipa adalah : - Spectacle blind. - Instruments. - Blind and spacer. - Exhaust head. - Line blind. - Inline mixer. - Spacer. - Safety shower. - Expantion joint. - Strainer. - Hose connection. - Steam trap. - Swiyel joint 8) Jenis – jenis gasket Adapun jenis – jenis gasket antara lain : - Spiral gasket. - Oval ring gasket. - Flat ring gasket. - Full face gasket. - Ring gasket 9) Jenis – jenis baut (boltings) Adapun jenis baut yang dipakai pada pemipaan adalah : - Cap screw. - Machine bolt. - Stud bolt. 2.1.3 Pemilihan Material yang Digunakan Pemilihan material pipa yang akan digunakan untuk menyalurkan fluida tergantung pada temperatur, tekanan, tahanan dan harga material serta biaya. 9. Universitas Sumatera Utara.

pemasangan terhadap fluida yang akan dialirkan, selain itu faktor – faktor lain yang berasal dari luar (external) perlu diperhatikan dalam pemilihan material pipa. Hubungan dari parameter tersebut akan dijelaskan lebih detail dijelaskan pada bagian sifat - sifat fluida pada halaman berikutnya. Kesalahan dalam pemilihan jenis material pipa akan berdampak buruk terhadap proses pengaliran fluida dan meningkatnya biaya mentenance. Sebab itu pengalaman dalam pemilihan material pipa sangat mendukung dalam perancangan pipa dan sistem pemipaan. Jenis material pipa yang umum digunakan antara lain : a) Vetrifiet clay pipe ( pipa yang terbuat dari tanah liat ) Jenis pipa ini banyak digunakan untuk aliran pembuangan dengan sistem pengangkutan/pengaliran dengan gaya berat. Misalnya untuk kotoran kotoran manusia dan pembuangan kotoran lainnya dengan aliran bertekanan dan temperetur rendah. Pipa ini sering dipasang di bawah struktur bangunan yang tebal. b) Carbon stell piping ( pipa baja karbon ) Pipa ini banyak digunakan karena mudah dipasang, tapi untuk melindungi karat dari luar biasanya dilapisi dengan bahan anti karat. Untuk lebih baiknya bahan anti karat ini menggunakan pelapis plastik seperti scocth kote dan plicoflex, hal ini dikarenakan pelapis ini lebih tahan daripada pelapis aspal atau residu. c) Concrete pipe ( pipa beton ) Pipa ini terbuat dari beton, biasanya digunakan untuk membuang kotoran berupa air berskala besar, dengan ukuran pipa 24” atau lebih. d) Cast iron soil pipe ( besi tuang untuk dalam tanah ) Pipa ini memiliki kemampuan di atas pipa yang terbuat dari tanah liat, namun kenggunaannya tidak jauh berbeda. Salah satu kelebihannya adalah dapat digunakan cairan yang bertemperatur tinggi ( panas ). e) Cast iron water pipe ( besi tuang pipa air ) Pipa ini disebut dengan pipa air, salah satu kelebihan pipa ini adalah dapat digunakan untguk aliran bertekanan tinggi. f) Concrete lined stell pipe ( pipa baja dilapisi semen ). 10. Universitas Sumatera Utara.

Pipa ini banyak digunakan untuk mengalirkan fluida yang bersifat karat (korosif) dan pipa ini memiiliki tekan alir melibihi kemampuan dari pipa besi tuang. g) Duration pipe Pipa ini sangat getas seperti gelas, sehingga harus sangat hati – hati dalam pemasangannya. Pipa ini digunakan untuk pembuangan kotoran cairan dengan tingkat korosi yang tinggi.. 2.1.4 Pemilihan Diameter, Ketebalan, Schedule Pipa Dalam proses desain pemipaan akan dipengaruhi oleh : - Prestasi distribusi - Kesediaan dimensi pipa, fitting, dan lain – lain yang ada dipasaran mengikuti standart produk (ASTM, ASME, BS, AS, JPI, dll) - Jumlah produksi di pasaraan. Pada proses pemilihan standart pipa di Indonesia biasanya adalah menggunakan standart ASTM ini dikarenakan lebih mudah mendapatkannya dipasaran, sehingga akan memudahkan dalam proses perawatan dan perbaikan kedepannya juga. Spesifikasi umum dapat dilihat pada ASTM (American Society of Testing Materials). Di mana di situ diterangkan mengenai diameter, ketebalan serta schedule pipa. Diameter luar (out side diameter), ditetapkan sama, walaupun ketebalan (thicness) berbeda untuk setiap schedule. Diameter nominal ialah diameter pipa yang dipilih untuk pemasangan ataupn perdagangan (comodity). Ketebalan dan schedule, sangatlah berhubungan, hal ini karena ketebalan pipa tergantung daripada schedule pipa itu sendiri. Schedule pipa ini dapat dikelompokkan sebagai berikut : -. Schedule : 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 160. -. Scedule standart. -. Schedule extra strong (XS). -. Schedule double extra strong (XXS). -. Schedule spesial. 11. Universitas Sumatera Utara.

Perbedaan – perbedaan schedule ini dibuat guna : 1. Menahan internal pressure aliran 2. Kekuatan dari material itu sendiri (strength of material) 3. Mengatasi karat 4. Mengatasi kegetasan pipa [16].. C. Gambar 2.1 Schedule Pipa. Keterangan : A. : Diameter Luar. B. : Schedule Pipa. C. : Diameter dalam. Nilai ketebalan suatu pipa akan di tunjukan pada tabel 2.1 ketebalan pipa.. 12. Universitas Sumatera Utara.

Tabel 2.1 Ketebalan Dinding (untuk alat penyambung pipa) NOMINAL INSIDE DIAMETER (in). Nominal. Nominal. Nominal. Pipe Size. Outside. Sched. Sched. Sched. STD.. Sched. Sched. EX.. Sched. Sched. Sched. Sched. Sched. XX. Pipe Size. (in). Diameter (in). 10. 20. 30. WALL. 40. 60. STG. 80. 100. 120. 140. 160. STG.. (in). ⁄. 0.840. .674. -. -. .622. .622. -. .546. .546. -. -. -. .464. .252. ⁄. ⁄. 1.050. .884. -. -. .824. .824. -. .742. .742. -. -. -. .612. .434. ⁄. 1.315. 1.097. -. -. 1.049. 1.049. -. .957. .957. -. -. -. .815. .599. 1 ⁄. 1.660. 1.442. -. -. 1.380. 1.380. -. 1.278. 1.278. -. -. -. 1.160. .896. 1 ⁄. 1 ⁄. 1.900. 1.682. -. -. 1.610. 1.610. -. 1.500. 1.500. -. -. -. 1.338. 1.100. 1 ⁄. 2.375. 3.760. -. -. 2.067. 2.067. -. 1.939. 1.939. -. -. -. 1.687. 1.503. 2 ⁄. 2.875. 2.635. -. -. 2.649. 2.649. -. 2.323. 2.323. -. -. -. 2.125. 1.771. 2 ⁄. 3. 3.500. 3.260. -. -. 3.068. 3.068. -. 2.900. 2.900. -. -. -. 2.624. 2.300. 3. 3 ⁄. 4.000. 3.760. -. -. 3.548. 3.548. -. 3.364. 3.364. -. -. -. -. 2.728. 3 ⁄. 4. 4.500. 4.260. -. -. 4.026. 4.026. -. 3.826. 3.826. -. 3.624. -. 3.348. 3.152. 4. 5. 5.563. 5.295. -. -. 5.047. 5.047. -. 4.813. 4.813. -. 4.563. -. 4.313. 4.063. 5. 6. 6.625. 6.357. -. 6.065. 6.065. -. 5.761. 5.761. -. 5.501. -. 5.187. 4.897. 6. 8. 8.625. 8.329. 8.125. 8.071. 7.891. 7.891. 7.625. 7.625. 7.187. 7.001. 6.813. 6.875. 8. 10. 10.750. 10.420. 10.250. 10.136. 10.020. 10.020. 9.750. 9.750. 9.562. 9.312. 9.062. 8.750. 8.500. 8.750. 10. 12. 12.750. 12.390. 12.250. 12.090. 12.000. 11.938. 11.626. 11.750. 11.374. 11.062. 10.750. 10.500. 10.126. 10.750. 12. 1. 2. -. 7.813. 7.437. 1. 2. 14. 14.000. 13.500. 13.376. 13.250. 13.250. 13.124. 12.812. 13.000. 12.500. 12.124. 11.812. 11.500. 11.188. -. 14. 16. 16.000. 15.500. 15.376. 15.250. 15.250. 15.000. 14.688. 15.000. 14.312. 13.938. 13.562. 13.124. 12.812. -. 16. 18. 18.000. 17.500. 17.376. 17.124. 17.250. 16.876. 16.500. 17.000. 16.124. 15.688. 15.250. 14.876. 14.438. -. 18. -. 20. -. 22. -. 24. 20. 20.000. 19.500. 19.250. 19.000. 19.250. 22. 22.000. 21.500. 24. 24.000. 23.500. -. -. 21. 250. 23.250. 22.876. 23. 250. 26. 26.000. -. 30. 30.000. 29.376. -. -. 25.250. 29.000. 28.750. 29.250. 36. 36.000. 35.376. 35.000. 34.750. 40. 40.000. -. -. -. 39.250. 35.250. 42. 42.000. -. -. -. 48. 48.000. -. -. -. 18.812. 18.376. 19.000. 17.938. 17.438. 17.000. 16.500. 16.062. -. -. 21.000. -. -. -. 22.624. 22.062. 23.000. 21.562. 20.938. 20.376. -. -. 25.000. -. -. -. -. -. -. 26. -. -. 29.000. -. -. -. -. -. -. 30. 34.500. -. 35.000. -. -. -. -. -. -. 36. -. -. 39.000. -. -. -. -. -. -. 40. 41.250. -. -. 41.000. -. -. -. -. -. -. 42. 47.250. -. -. 47.000. -. -. -. -. -. -. 48. -. -. 19.876. 19.312. Sumber : Raswari, “Perencanaan dan Penggambaraan Sistem Perpipaan,” UI-Press, Jakarta, 2007, hal. 5. 12. Universitas Sumatera Utara.

2.2 Dasar Mekanika Fluida 2.2.1 Defenisi Fluida Fluida dapat didefinisikan sebagai zat yang berubah bentuk secara kontiniu bila terkena tegangan geser. Fluida mempunyai molekul yang terpisah jauh, gaya antar molekul kecil dari pada benda padat dan molekul-molekulnya lebih bebas bergerak, dengan demikian fluida lebih mudah terdeformasi. Hal ini mengakibatkan dalam ilmu mekanika fluida menyatakan bahwa semua bahan hanya terdiri atas 2 keadaan saja, yakniu zat padat dan fluida. Ada dua macam jenis fluida, yaitu zat cair dan gas. Perbedaannya bersifat teknis, yaitu berhubungan dengan gaya kohesif. Karena terdiri dari molekul – molekul rapat dengan gaya kohesif yang cukup kuat. Pada gas jarak antara molekul – molekulnya besar dan gaya kohesifnya terabaikan, gas akan memuai dengan bebas sampai tertahan oleh dinding yang mengkungkungnya. Volume gas tidak tertentu dan tanpa wadah yang mengkungkungnya gas itu akan membentuk atmosfer yang bersifat hidrostatik. Sedangkan zat cair cenderung mempertahankan volumenya dan akan membentuk permukaan bebas dalam medan gravitasi, jika tidak tertutup dari atas [11]. 2.2.2 Sifat – Sifat Fluida Sifat – sifat fluida mempengaruhi statika maupun dinamika dari fluida atau objek yang ada pada fluida tersebut. Adapun sifat dasar fluida yaitu ; kerapatan, berat jenis, kekentalan, dan tekanan [10]. 2.2.2.1 Kerapatan / massa jenis ( density ) sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (rho), didefinisikan sebagai massa fluida per satuan volume. Massa jenis biasanya digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida. Kerapatan fuida akan berpengaruh terhadap nilai viskositas fluida yang nantinya akan berpengaruh terhadap bilangan reynold dalam menentukan jenis aliran fluida dalam pipa.. . m [kg/m3] ............................................. (2.1) V. Keterangan:. 13. Universitas Sumatera Utara.

ρ = massa jenis ( kg/m3 ) m = massa ( kg ) V = volume ( m3 ) Satuan Internasional ( SI ) dari kerapatan / massa jenis adalah [kg/m3]. Kadang kerapatan diberikan dalam [g/cm3] dengan catatan bahwa jika 1 [kg/m3] = 0,001 [g/cm3] atau 1[g/cm3] = 1000 [kg/m3].. 2.2.2.2 Gravitasi Jenis ( specific gravity ) Gravitasi. jenis. sebuah. fluida,. dilambangkan. sebagai. SG.. Didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan fluida tersebut dengan kerapatan air pada temperatur tertentu. Biasanya temperatur tersebut adalah 4°C, dan pada temperatur ini kerapatan air adalah 1000kg/m3. Dalam bentuk persamaan, gravitasi jenis dinyatakan sebagai [10]:. SG .  H o. ......................................................................(2.2). 2. Dimana : SG. = Gravitasi Jenis = Massa jenis air. Kerapatan , berat jenis dan gravitasi jenis saling berhubungan, dan jika diketahui salah satu dari ketiganya, yang lain dapat dihitung. Dimana ketiganya memilioki hubungan dengan aliran fluida dalam pipa. 2.2.2.3 Berat Jenis (specific weight) Berat jenis dari sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf yunani γ (gamma), didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume. Berat jenis berhubungan dengan kerapatan melalui persamaan berikut [10]..   g ............................................................................... (2.3). 14. Universitas Sumatera Utara.

Dimana : = berat jenis, N/m3 = massa jenis (kerapatan), kg/m3 = percepatan gravitasi, m/s2. Seperti halnya kerapatan yang digunakan untuk mengkarakteristikan massa sebuah sistem fluida, berat jenis digunakan untuk mengkarakteristikan berat dari sistem tersebut. . 2.2.2.4 Kekentalan ( viscocity ) Kekentalan atau viskositas adalah sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut. Jadi, viskositas disebabkan oleh gesekan secara molekular antar partikel fluida. Ini berpengaruh terhadap kelancaran fluida yang mengalir dalam suatu fluida. Kekentalan fluida berbanding terbalik dengan kecepatan aliran fluida. Semakin besar nilai kekentalan fluida maka semakin lambat pula aliran fluida.. Gambar 2.2 Penentu Kekentalan. ................................................................. (2.4). µ=. Dimana : µ. = Kekentalan fluida ( Pa. s ). F. = Gaya ( N ). A. = Luas lempengan bergerak ( m2 ). v. = Kecepatan alir fluida (m/s). y. = Ketinggian fluida ( m ). 15. Universitas Sumatera Utara.

Viskositas dibedakan atas 2 macam yaitu : a) Viskositas kinematik, adalah perbandingan antara viskositas mutlak dengan rapat jenis.  .  .......................................................................................... (2.5) . Dimana :. . 2 = Viskositas kinematik ( m /s ). µ. = Viskositas dinematik ( kg/m.s ). ρ. = Massa jenis ( kg/m3 ). b) Viskositas dinematik atau viskositas mutlak, mempunyai nilai sama dengan hukum viskositas Newon.. µ=. ..................................................... ⁄. (2.6). 2 = Tegangan geser pada fluida (kg/ m ). Dimana : ⁄. = Gradient kecepatan (m/s ). 2.2.2.5 Tekanan (preassure) Tekanan didefenisikan sebagai gaya persatuan luas, dengan gaya F dianggap bekerja secara tegak lurus dengan luas permukaan A. P= Dimana :. ............................................................... (2.7) P = Tekanan ( N/m2 ) F = Gaya ( N ) A = Luas penampang ( m2 ). Tekanan terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Apabila suatu titik dalam (benda) berada pada kedalaman htertentu di bawah permukaan cairan seperti ditunjukkan pada gambar 2.2, maka berat benda membuat cairan tersebut mengeluarkan. 16. Universitas Sumatera Utara.

tekanan. Tekanan yang dipengaruhi oleh kedalaman zat cair ini disebut dengan tekanan hidrosatis.. Gambar 2.3 Tekanan pada kedalaman h dalam cairan Gaya yang bekerja pada penampang tersebut adalah F = mg = ρAhg Maka : P=. =. = ρhg ......................................................... (2.8). Penjelasan tekanan diatas bnyak diaplikasikan dalam sistem tangki atap penampungan air bersih. Aliran fluida dalam suatu pipa dapat diukur menggunakan teknik pembacaan tekanan pada pipa tersebut, dimana untuk mendapatkan perbedaan tekanan pada suatu pipa tersebut dibuat dengan cara mengatur luas penampang pipa pada kedua ujungnya berbeda. Metoda pengukuran aliran fluida pada suatu pipa ini dapat dilakukan berdasarkan “Hukum Bernoulli”, dimana Hukum Bernoulli menyatakan hubungan tekanan fluida yang mengalir pada suatu pipa adalah sebagai berikut [10]: P1+ Dimana :. + ρ g h1 = P2+. + ρ g h2 .............................. (2.9). P = tekanan fluida v = kecepatan fulida g = gravitasi bumi. 17. Universitas Sumatera Utara.

h = tinggi fluida (elevasi). Gambar 2.4 Prinsip Hukum Kontiunitas Dari gambar diatas dapat diperoleh persamaan tekanan fluida jika h1 dan h2 dibuat sama tingginya maka : P1+. = P2+. ....................................................... (2.10). Atau (. -. ) = P2 + P1 ....................................................... (2.11). Persamaan diatas hanya berlaku pada aliran yang memeenuhi prinsip kountuinitas. Prinsip dasarnya adalah membentuk perubahan kecepatan dari aliran fluida sehingga diperoleh perubahan tekanan yang dapat diamati. Pengubahan kecepatan aliran fluida dapat dilakukan dengan mengubah diameter pipa, hubungan ini diperoleh dari hukum kontiunitas aliran fluida. 2.2.3 Jenis dan Karakteristik Aliran Fluida Dalam Pipa Aliran fluida dalam pipa dapat bersifat laminar, transisi, dan turbulen. Parameter yang digunakan untuk mengetahui jenis aliran tersebut adalah bilangan Reynolds (Re) [11]. Dari hasil analisa dimensional diperoleh persamaan :. 18. Universitas Sumatera Utara.

Re . VD ......................................................................... (2.12) v. Dimana : V. = kecepatan aliran. D. = diameter (m). v. = viskositas aliran. 1. Aliran laminar Aliran yang bergerak dengan teratur dalam lapisan-lapisan, dan meluncur secara lancer dengan kecepatan yang sama. Dalam aliran laminar ini, viskositas berfungsi untuk merendam kecenderungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Untuk mencari koefisien dari aliran laminar:. f=. .................................................................................. (2.13). 2. Aliran turbulen Aliran dimana penggerak dari partikel-partikel fluida yang sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang benar. Dalam keadaan aliran turbulen, maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugiankerugian aliran. Untuk mencari nilai f dari aliran turbulen dapat dicari dengan melihat diagram Moody. 3. Aliran transisi Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.Konsep dasar bilangan Reynolds, merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen. Bilangan Reynolds adalah bilangan yang tidak berdimensi. Titik kritis aliran inkompresibel di dalam saluran adalah Re=2100. Jika suatu aliran. 19. Universitas Sumatera Utara.

memiliki Re<2100 maka disebut aliran laminar, dan jika Re>4000 disebut aliran turbulen [10].. Gambar 2.5 Proses berkembangnya aliran diatas plat. Untuk lebih memperjelas aliaran dalam suatu pipa dapat dilihat pada gambar 2.3 yaitu tentang eksperimen untuk mengilustrasikan jenis aliran.. Gambar 2.6 . (a) Percobaan untuk mengetahui jenis aliran, (b) Jenis-jenis aliran dilihat pada guratan warna. Karakteristik lain yang mempengaruhi pengukuran laju aliran adalah temperatur dan tekanan fluida tersebut, khususnya bila fuida tersebut adalah. 20. Universitas Sumatera Utara.

fluida gas. Hal ini dikarenakan masa jenis ( ρ ) sangat dipengaruhi oleh kedua besaran temperatur dan tekanan. Jenis aliran dalam pipa tergantung pada dua faktor yaitu : a) Kapasitas aliran ( Q ) Kapasitas aliran didefenisikan sebagai suatu kecepatan aliran fluida yang memberikan banyaknya volume fluida dalam pipa. Q = A x v ( m3/s ) ...................................................................... (2.14) b) Kecepatan aliran ( v ) didefenisikan sebagai besarnya kapasitas aliran yang mengalir persatuan luas. v=. ( m/s ) .............................................................................. (2.15). 2.2.4 Karakteristik Aliran Air Panas Dalam Pipa Sifat-sifat atau karakteristik aliran air panas dalam pipa sama halnya dengan sifat-sifat aliran air dingin pada pipa. Adapun sifatnya alirannya adalah bersifat laminar, transisi, dan turbulen. Parameter yang digunakan untuk mengetahui jenis alirannya adalah bilangan Reynolds. Bilangan Reynolds adalah bilangan yang tidak berdemensi. Pada persamaan 2.12, dimana mencari bilang Reynolds dipengaruhi oleh kecepatan aliran, diameter pipa, viskositas kinematik. Viskositas kinematik dipengaruhi oleh temperatur air. Pada tabel viskositas kinematik yang ada dilampiran, jika semakin tinggi temperatur air maka viskositas kinematik semakin rendah. Semakin rendah viskositas kinematik maka bilangan Reynolds semakin besar. Sehingga sifat alirannya akan mengarah ke aliran turbulen. Sifat ini juga akan mempengaruhi nilai head loss yang diakibatkan karakteristik aliran panas. Selain dari bilangan Reynolds semakin besar nilai koefisien gesekannya juga berubah yang akan mempengaruhi nilai head loss. Pada diagram moody ,dititik tertentu, temperatur semakin tinggi maka nilai koefisien gesekan dan head loss semakin konstan.. 2.2.5 Kerugian Tekanan ( Head Losses ) Adanya kekentalan fluida akan mengakibatkan tegangan geser pada waktu fluida bergerak. Tegangan geser ini akan merubah sebagian besar energi. 21. Universitas Sumatera Utara.

aliran menjadi energi bentuk lain seperti panas, suara, dan sebagainya. Hal ini menyebabkan terjadinya kehilangan energi ( head loss ). Head loss terbagi menjadi dua macam, yaitu head loss mayor dan head loss minor. Head loss sendiri (Ht) merupakan penjumlahan dari head loss mayor dan head loss minor, seperti dituliskan dalam rumus sebagai berikut [11]:. HL = Hf+ Hm ........................................................................... (2.16) Dimana : HL. = head loss total. Hf. = head loss mayor. Hm. = head loss minor. 2.2.5.1 Head losses mayor ( Hf ) Kerugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran penampang tetap atau konstan. Kerugian mayor ini terjadi pada sebagian besar penampang aliran, oleh karena itu disebut “mayor”. Ada beberapa persamaan yang digunakan untuk menghitung mayor losses, apabila kecepatan aliran rata – rata V, mengalir pada pipa dengan panjang L dan diameter D. Salah satu persamaan yang dapat digunakan adalah persamaan Darcy-Weisbach yaitu [3]: .......................................................................... (2.17) Dimana : = head loss mayor ( m ) f. = faktor gesekan (diketahui melalui diagram Moody). L. = panjang pipa ( m ). D. = diameter pipa ( m ) = kecepatan aliran ( m/s ). Persamaan lain yang sering digunakan untuk mengukur mayor losses adalah persamaan Hazen-Williams, yaitu [19]:. 22. Universitas Sumatera Utara.

.................................................................. (2.18) Dimana : hf. = kerugian gesekan dalam pipa (m). Q. = laju aliran pipa. C. = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams. d. = Diameter pipa (m). L. = Panjang Pipa (m). Berdasarkan kegiatan yang dilakukan sebelumnya, koefisien head losess ini secara experimental ditampilkan dalam tabel 2.2.. Tabel 2.2 Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams Hazen-Williams. Material. koefisien ( C ). Aluminum Asbestos Cement Asphalt Lining Brass Cast-Iron - new unlined (CIP) Cast-Iron 10 years old Cast-Iron 20 years old Cast-Iron 30 years old Cement lining Concrete Concrete lined, steel forms Concrete lined, wooden forms Concrete, old Steel new unlined Steel, welded and seamless Copper Ductile Iron Pipe (DIP) Ductile Iron, cement lined Fiber Fiber Glass Pipe – FRP Galvanized iron Glass. 23. 130 – 150 140 130 – 140 130 – 140 130 107 – 113 89 – 100 75 – 90 130 – 140 100 – 140 140 120 100 – 110 140 – 150 100 130 – 140 140 120 140 150 120 130. Universitas Sumatera Utara.

Lead 130 – 140 Plastic 130 – 150 Polyethylene, PE, PEH 140 Polyvinyl chloride, PVC, CPVC 150 Sumber : http://www.engineeringtoolbox.com/hazen-williamscoefficients-d_798.html. 2.2.5.2 Head losses minor (Hm) Head loss minor dapat terjadi karena adanya sambungan pipa (fitting) seperti katup (valve), belokan (elbow), saringan (strainer), percabangan (tee), losses pada bagian entrance, losses pada bagian exit, pembesaran pipa (expansion), pengecilan pipa (contraction), dan sebagainya, dibawah ini contoh gambar sambungan pipa: a) Elbow Elbow atau belokan merupakan suatu piranti yang sering digunakan pada suatu sistem perpipaan.. Gambar 2.7 Flanged elbow. Gambar 2.8 Aliran dalam Elbow. 24. Universitas Sumatera Utara.

Sesuai standar yang ada di pasaran,elbow tersedia dalam ukuran sudut 45o dan 90o dengan flanged serta ulir sesuai dengan kebutuhan yang akan digunakan.. b) Percabangan (tee) Penggunaan Tee dilakukan untuk mengalirkan aliran fluida menuju dua arah yang berbeda dalam satu siklus tertentu yang dipasang secara parallel.. Gambar 2.9 Tee. c) Katup Katup atau valve berfungsi untuk mengatur suatu aliran fluida dengan cara meutup, membuka atau menghambat sebagian dari jalannya aliran.. Gambar 2.10 Katup. d) Pembesaran (Expansion) Pembesaran dalam suatu perpipaan dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu pembesaran mendadak atau terjadi secara tiba-tiba yang. 25. Universitas Sumatera Utara.

seringkali disebut dengan sudden expansion dan pembesaran secara bertahap atau gradual expansion.. ` Gambar 2.11 Gradual expansion. Gambar 2.12 Sudden expansion Untuk pembesaran mendadak (sudden expansion) kecepatan aliran fluidanya dimana kecepatan alirannya kita ambil pada kecepatan aliran pipa bagian kecil. Adapun rumus koefisien kerugiannya dapat dilihat pada rumus berikut [3]. ......................................................................(2.19) Keterangan : K = Koefisien kerugian sudden expansion d = Diameter pipa kecil (inch) D = Diameter pipa besar (inch). e) Pengecilan (Contraction) Sama halnya dengan ekspansion, contraction juga dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu sudden contraction (pengecilan secara tibatiba), dan gradual contraction (pengecilan secara bertahap).. 26. Universitas Sumatera Utara.

Gambar 2.13 Gradual contraction. Gambar 2.14 Sudden contraction. Sama halnya dengan sudden expansion, kecepatan aliran fluidanya dimbil pada diameter pipa penampangnya lebih kecil. Untuk sudden contraction koefisien kerugiannya dapat kita lihat pada tabel di bawah ini. Tabel 2.3 Koefisien kerugian sudden contraction (d/D)2 K. 0. 0,1. 0,2. 0,3. 0,4. 0,5. 0,6. 0,7. 0,8. 0,9. 1,0. 0,50 0,48. 0,45. 0,41. 0,36. 0,29. 0,21. 0,13. 0,07. 0,01. 0. Sumber : Cengel, Yunus dan John Cimbala. 2014.. Nilai koefisien kerugiannya dapat dihitung dengan rumus berikut [3]: .................................................................................(2.20) Keterangan : K = Koefisien kerugian sudden contraction d = Diameter pipa kecil (inchi) D = Diameter pipa besar (inchi) f) Enterance and Exit. 27. Universitas Sumatera Utara.

Entrance seringkali timbul pada saat perpindahan dari pipa menuju suatu reservoir. Berdasarkan jenisnya, entrance dapat dibedakan menjadi 3 macam seperti gambar 2.15. Menurut [11] kerugian minor aliran masuk maupun kerugian minor aliran keluar dinyatakan dalam panjang ekivalen (. ) dengan rumus : .......................................................................... (2.21) =. ............................................................................. (2.22). Adapun macam – macam enterance dan exit adalah sebagai berikut :. Reentrant. 28. Universitas Sumatera Utara.

Tepi-tajam. Sedikit – dibulatkan. Dibulatkan dengan baik Gambar 2.15 Macam – macam enterance Dari ketiga entrance tersebut, dihasilkan nilai koefisein minor yang berbeda-beda, seperti terlihat dalam tabel berikut ini:. Tabel 2.4 Nilai K entrance Jenis Entrance. Nilai K. Reentrant. 0,8. Tepi-tajam. 0,5. Sedikit-dibulatkan. 0,2. Dibulatkan dengan baik. 0,04. 29. Universitas Sumatera Utara.

Sumber : Bruce R. Munson, Donald F. Young dan Theodore H. Okiishi, “Mekanika Fluida”, Jilid 2, edisi 4, PT. Erlangga, Jakarta,2003.hal.51. Exit merupakan kebalikan dari entrance. Exit timbul karena adanya perpindahan dari reservoir menuju ke suatu pipa, sama halnya denganentrance, exit dibedakan menjadi 4 macam, diantaranya seperti gambar 2.16.. reentrant. tepi – tajam. sedikit – dibulatkan. 30. Universitas Sumatera Utara.

dibulatkan dengan baik Gambar 2.16 Macam-macam exit. Nilai koefisien minor dari ketiga exit adalah sama besar yaitu sebesar 1,0.. Tabel 2.5 Nilai K exit Jenis Exit. Nilai K. Reentrant. 1,0. tepi – tajam. 1,0. sedikit dibulatkan. 1,0. dibulatkan dengan baik. 1,0. Sumber : Bruce R. Munson, Donald F. Young dan Theodore H. Okiishi, “Mekanika Fluida”, Jilid 2, edisi 4, PT. Erlangga, Jakarta,2003.hal.53 Kerugian minor diakibatkan oleh perubahan dimensi dan bentuk pipa, seperti komponen yang sudah dijelaskan diatas. Karena akibat perubahan bentuk dan dimensi pipa selain mengalami kerugian gesekan, fluida akan menumbuk permukaan dan berubah dimensinya yang menyebabkan kerugian energi pada aliran. Head losses minor dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:. Hm. ............................................................................. (2.23). 31. Universitas Sumatera Utara.

Dimana : Hm = head loses minor K. = koefisien kerugian (dari koefisien komponen pipa yang digunakan). V. = kecepatan aliran fluida (m/s). Nilai koefisien kerugian aliran pada katup, sambungan elbow dan sambungan tee adalah seperti tabel berikut :. Tabel 2.6 nilai K pada elbow, valve dan tee Nominal diameter, in. ⁄. Screwed 1 2. 4. Valves (fully open) : Globe 14 8.2 6.9 5.7 Gate 0.30 0.24 0.16 0.11 Swing check 5.1 2.9 2.1 2.0 Angle 9.0 4.7 2.0 1.0 Elbows : 45o regular 0.39 0.32 0.30 0.29 45o long radius 90o regular 2.0 1.5 0.95 0.64 o 90 long radius 1.0 0.72 0.41 0.23 180o regular 2.0 1.5 0.95 0.64 o 180 long radius Tees : Line flow 0.90 0.90 0.90 0.90 Branch flow 2.4 1.8 1.4 1.1 Sumber : Jack B. Evett, Chengliu. Fundamentals of. ⁄. 1. Flanged 2 4. 20. 13 0.80 2.0 4.5. 8.5 0.35 2.0 2.0. 6.0 0.16 2.0 2.0. 5.8 0.07 2.0 2.0. 5.5 0.03 2.0 2.0. 0.21 0.50 0.40 0.41 0.40. 0.20 0.39 0.30 0.35 0.30. 0.19 0.30 0.19 0.30 0.21. 0.16 0.26 0.15 0.25 0.15. 0.14 0.21 0.10 0.20 0.10. 0.24 0.19 0.14 0.10 1.0 0.80 0.64 0.58 Fluids Mechanics. Mcgraw. 0.07 0.41. 0.43 0.81 0.43. Hill. New York. 1987, hal. 156. Faktor gesekan Moody λ (atau f) digunakan dalam persamaan Darcy Weisbach. Koefisien ini dapat diperkirakan dengan diagram berikut ini:. 32. 8. Universitas Sumatera Utara.

Gambar 2.17 Faktor gesekan untuk pipa (diagram moody). K adalah koefisien kerugian minor, harga K bergantung pada jenis komponen sistem perpipaan seperti katup, sambungan, belokan, sisi masuk, sisi keluar, dan sebagainya.. 2.3 Konstruksi Hubungan Pipa Dalam penerapannya konstruksi hubungan pipa terbagi atas 2 macam, yaitu pipa yang dihubungkan secara seri dan pipa yang dihubungkan secara pararel. 2.3.1 Pipa yang Dihubungkan Seri. Gambar 2.18 Pipa yang dihubungkan seri. 33. Universitas Sumatera Utara.

Bila dua pipa atau lebih yang ukuran atau kekasarannya berlainan dihubungkan sedemikian rupa sehingga fluida mengalir melalui sebuah pipa dan kemudian melalui pipa yang lain, dikatakan bahwa pipa-pipa itu dihubungkan seri. Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka pipa akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa, menurut [11] dirumuskan sebagai: =. =. = hl =. = =. +. = +. ............................................................. (2.24). Gambar 2.19 Pipa yang dihubungkan seri. Persoalan aliran yang menyangkut pipa seri sering dapat diselesaikan dengan. mudah. dengan. menggunakan. pipa. ekuivalen,. yaitu. dengan. menggantikan pipa seri dengan diameter yang berbeda-beda dengan satu pipa ekuivalen tunggal. Dalam hal ini, pipa tunggal tersebut memiliki kerugian head yang sama dengan system yang digantikannya untuk laju aliran yang spesifik. Kelebihan dari sistem sambungan ini adalah : - Dalam pengerjaannya lebih mudah dibanding dengan sistem sambungan pararel. - Biaya pengerjaannya lebih sedikit, karena pipa yang digunakan tidak sebanyak sambungan pararel. - Head losses yang diakibatkan oleh komponen pipa lebih sedikit, karena sedikit memiliki sambungan.. 34. Universitas Sumatera Utara.

- Kapasitas air pada tiap pipanya sama. Kelemahan sambungan ini adalah : - Berdasarkan gambar 2.19, Apabila terjadi kerusakan pada pipa 2 maka secara otomatis pipa 3 tidak berfungsi. - Tidak dapat menjangkau tempat yang rumit.. .. 2.3.2 Pipa yang Dihubungkan Paralel. Gambar 2.20 Pipa yang dihubungkan pararel. Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara paralel, total laju aliran sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada sebuah cabang sama dengan pada yang lain, menurut [11] dirumuskan sebagai: =. +. = hl =. + +. =. + =. ......................................................... (2.25). Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa persentase aliran yang melalui setiap cabang adalah sama tanpa memperhitungkan kerugian head pada cabang tersebut. Rugi head pada setiap cabang boleh dianggap sepenuhnya terjadi akibat gesekan atau akibat katup dan perlengkapan pipa, diekspresikan menurut panjang pipa atau koefisien losses kali head kecepatan dalam pipa. Menurut [11] dirumuskan sebagai:. ......................(2.26) Adapun kelebihan dari sistem sambungan pararel ini adalah :. 35. Universitas Sumatera Utara.

- Dapat menjangkau tempat yang rumit. - Berdasarkan gambar 2.20 apabila terjadi kerusakan pada pipa no. 1 tidak akan menghilangkan fungsi pipa 2 dan 3. Kelemahan sambungan pipa ini adalah : - Dalam pengerjaanya lebih sulit dibanding dengan pipa seri. - Dari segi biaya lebih mahal dibanding dengan seri karena membutuhkan banyak pipa dan sambungan. - Head losses yang diakibatkan oleh komponen pipa lebih besar karena lebih membutuhkan banyak sambungan. - Kapasitas air pada tiap pipanya berbeda.. 2.4 Pompa Dalam perencanaan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ketempat lain dengan head tertentu ditentukan syarat utama, antara lain : a. Kapasitas Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa persatuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung kepada kebetuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncakan. b. Head Pompa Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk yaitu : - Head Potensial Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air. - Head kecepatan Head kecepatan atau head kinetik, yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan persamaan V2/2g . - Head Tekanan. 36. Universitas Sumatera Utara.

Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan dengan P/γ . Head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (Head mayor dan Head minor). c. Sifat zat cair Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar. Kerapatan fluida digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida. Nilai kerapatan dapat bervariasi cukup besar di antara fluida yang berbeda, namun untuk zat zat cair dan variasi tekanan, tempratur umumnya hanya memberikan pengaruh kecil terhadap nilai ρ. d. Unit penggerak pompa Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor bakar, motor listrik dan turbin uap.. Gambar 2.21 Pompa DC. Bila pipa dipasangkan dengan pompa maka akan ada penambahan energi sebesar Hp. Head pompa itu sendiri merupakan energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang. 37. Universitas Sumatera Utara.

memiliki head rendah ke tempat dengan head yang tinggi. Untuk menyelesaikan persoalan di atas menurut [11] digunakan persamaan Bernoulli, yaitu: ................................. (2.27). 2.4.1 Sistem Tenaga Pompa Potensi tenaga surya sebagai pembangkit listrik saat ini terus dikembangkan. Berbagai teknologi terbarupun bermunculan sebagai wujud dari aplikasi tenaga surya, termasuk diantaranya adalah untuk pompa air. Tenaga surya untuk pompa air pada dasarnya sama seperti halnya tenaga surya yang di aplikasikan untuk berbagai perangkat lainnya. Pompa air tenaga surya ini terdiri dari panel surya yang menghasilkan arus listrik DC saat kontak dengan sinar matahari dan pompa air DC untuk memompa air. Panel surya pada pompa air tenaga surya memiliki peran yang sangat penting, karena perangkat inilah yang nantinya akan menangkap sinar matahari dan kemudian mengkonversikan menjadi energy listrik. Pompa air tenaga surya saat ini juga telah hadir dalam bergam pilihan jenis , tipe, kapasitas, diantaranya pompa air tenaga surya menggunakan baterai dan tanpa menggunakan baterai. Pompa air bertenaga surya ini memiliki sifat independen yang bekerja menggunakan sumber listrik yang dihasilkan oleh panel surya dengan pengoperasian yang ekonomis dimana pompa bertenaga angin tidak memberikan kinerja yang memadai. Pompa air ini sangat direkomendasikan untuk penggunaan di daerah yang mengalami krisis listrik. Pompa pompa air yang digerakkan dengan tenaga surya ini merupakan progressive cavity pump yaitu pompa berupa rotor tunggal berbentuk helix yang berputar unik pada rongga stator karet.Pompa ini tidak memerlukan putaran tinggi sehingga air sudah dapat mengalir meskipun pada saat intensitas matahari berkurang. Selain itu komsumsi daya listrik pompa tenaga surya efisien. Pompa air ini juga flexsibel, ekonomis, tidak menggunakan baterai untuk bekerja pada siang hari, dan bekerja secara otomatis [25].. 38. Universitas Sumatera Utara.

Gambar 2.22 Skema pompa air tenaga surya. 2.4.2 Daya Pompa Daya pompa terbagi atas daya input dan daya output. Daya input pompa dapat didefinisikan sebagai hasil kali antara tegangan dan arus ke motor pompa, menurut [22] maka persamaannya sebagai berikut : Pin = V x I .......................................................................................(2.28) Dimana : Pin = daya input pompa (watt) V. = tegangan (volt). I. = arus (ampere). Sedangkan daya output pompa yaitu energi yang secara efektif diterima air dari pompa persatuan waktu. Daya output pompa biasa juga disebut sebagai daya hidrolik fluida. Menurut [22] maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut : Pout =. ............................................................................. (2.29). Dimana : Pout. = Daya pompa (Watt). Q. = Kapasitas pompa (m3/s). Hp. = Head pompa (m). 39. Universitas Sumatera Utara.

= Berat jenis air (N/m3) Adapun persamaan diatas dapat diturunkan seperti rumus berikut [22]:. Pout =. ................................................................(2.30). Dimana: Pout = Daya output pompa (Watt) Q. = Kapasitas pompa (m3/s) = Massa jenis air (kg/m3). g. = Percepatan gravitasi (m/s2). H. = Head (m). 2.4.3 Efisiensi Pompa Dari definisi efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya output pompa dengan daya input pompa, maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut [22]:. ηp =. .....................................................................(2.31). Dimana :. ηp = Efisiensi pompa Pout = Daya output pompa Pin = Daya input pompa. Dan efisiensi sistem dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut [22]:. ηsistem =. 100 % ............................................................(2.32). Dimana :. ηsistem = Efisiensi sistem Pout. = Daya output pompa. Pin SS = Daya input sistem. 40. Universitas Sumatera Utara.