PENGARUH VARIASI LAJU ALIRAN MASSA UDARA TERHADAP KINERJA POMPA UDARA TEKAN SKRIPSI. Diajukan sebagai salah satu persyaratan

(1)

i

PENGARUH VARIASI LAJU ALIRAN MASSA UDARA

TERHADAP KINERJA POMPA UDARA TEKAN

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu persyaratan

Mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh :

ALOYSIUS GAGAT DWI WISMANTO

NIM : 165214123

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

THE EFFECT OF AIR MASS FLOW RATE TO AIRLIFT

PUMP PERFORMANCE

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fullfilment of the Requirement To

Obtain the Engineering Degree

In Mechanical Engineering

Arranged by :

ALOYSIUS GAGAT DWI WISMANTO

Student Number :165214123

DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

UNIVERSITY OF SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(3)

vii ABSTRAK

Pompa udara tekan (airlift pump) menggunakan sistem injeksi udara untuk memindahkan air dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Pompa udara tekan sering digunakan pada pertambangan, perikanan dan pertanian. Pompa udara tekan memiliki keterbatasan informasi hubungan laju aliran massa udara yang memberikan laju aliran massa air optimal. Sehingga untuk merancang perlu diketahui hubungan laju aliran massa air dan laju aliran massa udara.

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental. Katup udara diatur dengan laju aliran massa udara ṁ1 = 3,78 × 10-5 kg/s, ṁ2 = 4,63 × 10-5 kg/s, ṁ3=

5,34 ×10-5 kg/s, ṁ4 = 5,97 × 10-5 kg/s, ṁ5 = 6,54 × 10-5 kg/s. Diameter pipa

penghantar yang digunakan ¾, 1, 1 ¼ inci. Udara bertekanan berasal dari kompresor dengan tekanan 60 Psi. Tinggi pipa terendam 0,5 meter untuk semua pipa. Rasio perendaman (immersion ratio) 1:3 dan 1:2.

Laju aliran massa air optimal 9,73 × 10-2 kg/s didapatkan pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5 kg/s. Penambahan laju airan massa udara mengakibatkan laju aliran massa air mengalami kenaikan sampai titik maksimum dan setelahnya tidak mengalami kenaikan. Efisiensi optimal pompa udara tekan 15,983% diperoleh pada laju aliran massa udara 3,78 × 10-5 _{kg/s. Penambahan laju aliran}

massa udara mengakibatkan efisiensi semakin menurun.

Kata kunci : pompa udara tekan, laju aliran massa udara, laju aliran massa air , kompresor, efisiensi.

(4)

viii ABSTRAC

Airlift pump uses an air injection system to move water from low pressure to high. Airlift pump are often used in mining, fisheries and agriculture. Airlift pump have limitted information air mass flow which provides an optimal water mass flow rate. So to design it is necessary to know the relationship air mass flow rate and water mass flow rate.

This research uses experimental method. The air valve is set with the air mass flow rate ṁ1 = 3.78 × 5 kg / s, ṁ2 = 4.63 × 5 kg / s, ṁ3 = 5.34 × 10-5 kg / s, ṁ4 = 10-5 , 97 × 10-10-5 kg / s, ṁ10-5 = 6.10-54 × 10-10-5 kg / s. Pipe diameter is used ¾ , 1, 1 ¼ inch. Compressed air comes from a compressor with a pressure of 60 psi. Submerged pipe height 0.5 meters for all pipes. Immersion ratio 1: 3 and 1: 2.

The optimal water mass flow rate is 9,73 × 10-2 kg/s obtained at an air mass flow rate 5,34 × 10-5 kg/s. The addition of air mass flow rate causes the mass flow rate of air to increase to maximum point and after that it does not increase. The optimal efficiency airlift pump of 15,983% is obtained at an air mass flow rate of 3,78 × 10-5 _{kg/s. Increasing the air mass flow rate results in decreased}

efficiency.

Keywords : airlift pump, air mass flow rate, water mass flow rate, compressor, efficiency.

(5)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas karunia dan berkat yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Pengaruh Laju Aliran Massa Udara Terhadap Kinerja Pompa Udara Tekan”. Penyusunan skripsi ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat bagi mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan penelitian ini penulis telah melakukan serangkaian penelitian di laboratorium. Pada akhirnya, penyusunan naskah skripsi dapat terselesaikan berkat Tuhan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains Dan Teknologi. 2. Budi Setyahandana, M.T., selaku ketua Program Studi Teknik Mesin.

3. Achileus Hermawan Asyanto, M.Eng., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan.

4. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing yang berkenan membimbing dengan penuh kesabaran, meluangkan waktu, masukan dan dukungan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi. 5. Yohanes Walija dan Yuliana Ponirah selaku orang tua yang telah mendukung

penulis dalam bentuk material, perhatian dan doa.

6. Stelamaris Becti Susanti, Devan dan Davin yang selalu memberikan perhatian dan memberikan semangat kepada penulis.

7. Rekan kelompok tugas akhir Yohannes, David dan Yoseph yang telah membantu dan memberi dukungan kepada penulis.

8. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan tugas akhir.

(6)

x DAFTAR ISI

PENGARUH VARIASI LAJU ALIRAN MASSA UDARA TERHADAP

KINERJA POMPA UDARA TEKAN ... i

THE EFFECT OF AIR MASS FLOW RATE TO AIRLIFT PUMP PERFORMANCE ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN... iii

PENGARUH LAJU ALIRAN MASSA UDARA TERHADAP KINERJA POMPA UDARA TEKAN ... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRAC ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiii

BAB 1 ... 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Identifikasi Masalah ... 2 1.3 Rumusan Masalah ... 2 1.4 Batasan Masalah ... 2 1.5 Tujuan Penelitian ... 3 1.6 Manfaat Penelitian ... 3 BAB II ... 4 TINJAUAN PUSTAKA ... 4 1.1 Penelitian Sebelumnya ... 4 1.2 Pompa ... 7

1.3 Laju aliran massa ... 8

1.4 Orifice meter ... 9

(7)

xi

METODOLOGI PENELITIAN ... 12

3.1 Objek Penelitian ... 12

3.2 Metode Pengumpulan data ... 12

3.3 Alat dan Bahan Pembuatan Instalasi Pompa Udara tekan... 12

3.3.1 Alat ... 12

3.3.2 Bahan... 15

3.4 Variasi Penelitian ... 15

3.5 Tata Cara Penelitian ... 16

3.5.1 Pembuatan Instalasi Pompa Udara Tekan ... 16

3.5.2 Alur Pelaksanaan Penelitian ... 16

3.5.3 Cara Pengambilan Data ... 18

BAB IV ... 19 4.1 Hasil Penelitian ... 19 4.2 Perhitungan ... 22 4.2.1 Perhitungan ... 22 4.2.2 Tabel Perhitungan ... 25 4.3 Pembahasan ... 27

4.3.1 Efek hubungan ṁ udara dan ṁ air (Rasio 1 : 2) ... 27

4.3.2 Efek hubungan ṁ udara dan ṁ air (Rasio 1 : 3) ... 31

4.3.3 Efisiensi pompa udara tekan pada variasi ṁ udara (rasio 1 : 2) ... 35

4.3.4 Efisiensi pompa udara tekan pada variasi ṁ udara (rasio 1 : 3) ... 38

BAB V ... 41

5.1 Kesimpulan ... 41

5.2 Saran ... 41

(8)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Hubungan ṁ air dan ṁ udara (Kumar, 2003) ... 4

Gambar 2.2 Performa model pompa udara tekan (Stenning, 1968) ... 5

Gambar 2.3 Pola aliran pompa udara tekan (Hall-Taylor, 1970) ... 6

Gambar 2.4 Pompa udara tekan ... 7

Gambar 2.5 Orifice meter (Cengel A, Cimbala M, 2004) ... 9

Gambar 2.6 Concentric orifice ... 10

Gambar 3.1 Kompresor Artix DA 10-24 ... 13

Gambar 3.5 Diagram alur penelitian ... 17

Gambar 4.1 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (Ø pipa 1,25 inci, rasio 1:2 ) ... 27

Gambar 4.2 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (Ø pipa 1 inci, rasio 1:2 ) ... 28

Gambar 4.3 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (Ø pipa 3/4 inci, rasio 1:2 ) ... 29

Gambar 4.4 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara... 30

Gambar 4.5 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (pipa 1 ¼ inci, rasio 1:3) ... 31

Gambar 4.6 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (pipa 1 inci, rasio 1:3) ... 32

Gambar 4.7 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (pipa 3/4 inci, rasio 1:3 ) ... 33

Gambar 4.8 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara... 34

Gambar 4.9 Grafik hubungan efisiensi dan ṁ udara (pipa 1,25 inci, 1 : 2) ... 35

Gambar 4.10 Grafik hubungan efisiensi dan ṁ udara (pipa 1 inci, 1 : 2) ... 36

Gambar 4.11 Grafik hubunga efisiensi dan ṁ udara (pipa 0,75 inci, 1 : 2) ... 36

Gambar 4.12 Grafik hubungan efisiensi dan ṁ udara... 37

(9)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil penelitian variasi ΔP = 1cm. ... 19

Tabel 4.2 Data hasil penelitian variasi ΔP = 1,5cm. ... 20

Tabel 4.3 Data hasil penelitian variasi ΔP = 2 cm. ... 20

Tabel 4.4 Data hasil penelitian variasi ΔP = 2,5 cm. ... 21

Tabel 4.5 Data hasil penelitian variasi ΔP = 3 cm. ... 21

Tabel 4.6 Perhitungan ΔP ... 22

Tabel 4.7 Perhitungan Debit udara (Qudara) ... 23

Tabel 4.8 Perhitungan pada ΔP = 1 cm H2O ... 25

Tabel 4.9 Perhitungan pada ΔP = 1,5 cm H2O ... 25

Tabel 4.11 Perhitungan pada ΔP = 2,5 cm H2O ... 25

Tabel 4.13 Presentase peningkatan ṁ air Ø Pipa 1 ¼ inci ... 26

Tabel 4.14 Presentase peningkatan ṁ air Ø Pipa 1 inci ... 26

(10)

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Pompa memiliki fungsi berbeda dalam implementasi kehidupan sehari-hari. Pompa terdiri dari : pompa positif displacement dan pompa dinamis. Pompa positif displacement terdiri dari pompa reciprocating (pemompaan menggunakan piston dengan arah elemen penggerak translasi) memiliki kelemahan sering terjadi kebocoran, pompa rotary (pemompaan menggunakan gear atau baling dengan arah elemen penggerak berputar) memiliki kelemahan pada kecepatan putar yang harus rendah dan stabil. Pompa dinamis terdiri dari pompa sentrifugal (pompa ini mengubah energi kinetik menjadi potensial/ tekanan) memiliki kelemahan apabila kosongnya cairan meyebabkan masuknya udara sehingga menimbulkan kavitasi. Pompa desain khusus salah satunya pompa udara tekan (bekerja dengan menginjeksian udara) memiliki keunggulan tidak ada gerak mekanis.

Pompa dengan metode kerja injeksi udara ini banyak digunakan dalam pertambangan, pertanian dan perikanan. Digunakan dalam pertambangan karena pompa udara tekan memiliki keunggulan tidak dimungkinkannya penyumbatan sehingga mampu membawa campuran air dan endapan berupa bubur. Bukhari S (2017) dalam dunia pertanian pergerakan air dan penambahan udara menurunkan stratifikasi partikel berbahaya, meningkatkan kelarutan nutrisi, dan mengurangi akumulasi bahan organik di level bawah tangki. Dalam dunia perikanan airlift pump digunakan untuk mendapatkan ketersediaan oksigen yang cukup dan juga berguna untuk melakukan pengurasan kolam dari lumpur yang berupa bubur. Selain itu airlift pump memiliki keunggulan antara lain : tidak ada gerakan mekanis, sistem instalasi pompa yang sederhana, perawatan yang diperlukan mudah, pengoperasian yang mudah biaya perawatan akan murah.

Terlepas dari sederhananya pompa udara tekan memiliki permasalahan informasi yang belum lengkap mengenai laju aliran massa udara optimal untuk berbagai diameter pipa. Untuk memperbaiki kelemahan tersebut, maka perlu

(11)

2

dilakukan penelitian dan kapasitas laju aliran massa udara. Parameter penting yang perlu diperhatikan dalam mendesain pompa udara tekan, adalah: (1) Laju aliran massa udara untuk menghasilkan laju aliran massa air maksimal. (2) Rasio pipa terendam dengan pipa tidak terendam. (3) Diameter pipa penghantar.

1.2 Identifikasi Masalah

Dari latar belakang didapatkan beberapa permasalahan yang akan menjadi bahan penelitian :

1. Untuk perancangan pompa perlu informasi hubungan laju aliran massa udara dengan diameter pipa dan head tertentu untuk menghasilkan output debit air maksimal.

1.3 Rumusan Masalah

Dari pengidentifikasi masalah dapat dirumuskan permasalahan penelitian ini sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh laju aliran massa udara terhadap output laju aliran air?

2. Bagaimana pengaruh laju aliran massa udara terhadap efisiensi pompa udara tekan?

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah pada adalah sebagai berikut : 1. Fluida yang digunakan adalah air.

2. Diameter pipa yang digunakan 1 ¼ inci, 1 inci dan ¾ inci. 3. Kedalaman pipa terendam 0,5 meter.

4. rasio pipa terendam 1:2 dan 1:3

5. Laju aliran massa udara sebesar ṁ1 = 3,78 × 10-5 kg/s, ṁ2 = 4,63 × 10-5 kg/s,

ṁ3= 5,34 × 10-5 kg/s, ṁ4 = 5,97 × 10-5 kg/s, ṁ5 = 6,54 × 10-5 kg/s.

(12)

3 1.5 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui pengaruh laju aliran massa udara terhadap laju aliran massa air. 2. Mengetahui laju aliran massa udara optimal untuk menghasilkan laju aliran

massa air maksimal.

3. Mengetahui efisiensi terbaik dari pengujiaan pompa udara tekan. 1.6 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian adalah sebagai berikut :

1. Data penelitian dapat menjadi referensi bagi pembaca untuk menentukan laju aliran massa udara yang menghasilkan laju aliran air optimal.

(13)

4 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 1.1 Penelitian Sebelumnya

Mahksud (2008) menggunakan diameter pipa 50 mm (2 inci) dengan perbandingan pencelupan 2,3 m : 0,5 m. Laju aliran air mencapai nilai maksimum dengan nilai Ma = 0,75 kg/s pada laju aliran massa udara

Mu = 2,33 × 10-3 kg/s. Semakin besar laju aliran massa udara (Mu) maka

semakin besar pula laju aliran massa air (Ma) yang dihasilkan dengan

hubungan relatif linear sampai pada titik maksimum dan setelahnya tidak mengalami peningkatan. Efisiensi pompa yang dihasilkan ηp = 0,29 - 0.37.

Efisiensi mengalami penurunan signifikan pada laju aliran massa udara yang semakin besar.

Kumar (2003) memvariasikan penggunaan pipa penghantar meruncing dengan diameter awal 32 mm hingga 60 mm. Laju aliran massa air menunjukan hubungan linear sampai pada titik maksimum dan menurun dengan semakin besarnya laju aliran massa udara seperti ditunjukan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Hubungan ṁ air dan ṁ udara (Kumar, 2003)

Stenning (1968) menggunakan variasi pipa berdiameter 1 inci dengan panjang pipa 168 inci dengan laju aliran udara meningkat secara bertahap. Pengujian dilakukan dengan empat nilai rasio terendam 0,707 ,

(14)

5

0,629, 0,532 dan 0,442. Setiap nilai rasio terendam, terdapat laju aliran udara yang menghasilkan laju aliran air maksimum. Penambahan laju aliran massa udara meyebabkan semakin besar pula laju aliran massa air yang dihasilkan dengan hubungan relatif linear, namun akan menurun setelah laju aliran massa udara maksimum. Hal ini disebabkan oleh laju aliran udara yang semakin besar menyebabkan air dalam ruang pencampuran air dan udara akan terpecah secara cepat oleh udara sehingga air yang terbawa ke reservoir semakin sedikit.

Gambar 2.2 Performa model pompa udara tekan (Stenning, 1968) Berg (1992) menyatakan bahwa “Efisiensi maksimal didapatkan pada laju aliran massa udara rendah dari yang dibutuhkan untuk mencapai laju aliran air maksimum”. Efisiensi pompa udara tekan yang didapat umumnya rendah.

Oueslati (2017) melakukan penelitian pompa udara tekan yang menunjukan bahwa penambahan laju aliran massa udara menyebabkan penurunan efisiensi pada berbagai nilai rasio terendam.

(15)

6

Hall-Taylor (1970) menunjukan empat pola dasar aliran pada pipa penghantar pompa udara tekan sebagai berikut :

Gambar 2.3 Pola aliran pompa udara tekan (Hall-Taylor, 1970) a. Bubble flow adalah pola aliran dua fase udara dan air dengan

ukuran gelembung hampir seragam yang didistribusikan dalam bentuk gelembung diskrit secara kontinyu.

b. Slug flow sebagian besar udara dalam bentuk gelembung peluru besar yang hampir sama dengan diameter pipa. Gelembung bergerak secara seragam keatas dan disebut sebagai “gelembung Taylor”. Gelembung Taylor dipisahkan oleh fluida slug kontinu yang menjembatani pipa dan berisi gelembung gas kecil.

c. Mixing flow mirip dengan aliran siput namun jauh lebih kacau dan berbusa dan tidak teratur. Gelembung Taylor menyempit dan bentuknya terdistorsi. Kontinuitas cairan pada gelembung Taylor berturut-turut hancur berulangkali oleh konsentrasi gas lokal yang tinggi.

d. Annular flow dicirikan dengan kotinuitas fase gas disepanjang pipa pusat. Aliran ini didominasi oleh laju aliran udara yang berlebih sehingga lebih banyak udara yang dikeluarkan.

(16)

7 1.2 Pompa

Pompa adalah motor penggerak dalam satu rangkaian transportasi aliran fluida. Pompa memiliki fungsi utama memindahkan dan mengalirkan fluida dari tempat bertekanan rendah ke tekanan tinggi. Pompa secara umum digerakan oleh energi mekanis seperti pompa putar, torak, tekanan dinamis (rotodynamic). Pompa tekanan udara (airlift pump) menggunakan sistem injeksi udara.

Gambar 2.4 Pompa udara tekan

Pompa udara tekan (airlift pump) adalah pompa dengan metode injeksi udara. Airlift pump merupakan pompa sederhana secara mekanis tanpa bagian yang bergerak. Pompa udara tekan digerakan udara bertekanan dari kompresor yang disuntik ke selubung. Pipa penghantar terendam sebagian ke bejana atau sumur. Selubung terendam mendapat suntikan udara sehingga air dan udara tercampur menghasilkan aliran turbulen. Udara bertekanan memiliki molekul yang bergerak terus menerus secara sembarang. Akibat dari gerakan tersebut menyebabkan kerapatan campuran udara dan air lebih kecil dari air murni. Dengan demikian campuran air dan udara mulai naik melalui pipa penghantar menuju reservoir secara terus menerus selama suplai udara terjaga.

(17)

8

Efisiensi pompa udara tekan ditentukan oleh kerja yang diperlukan untuk memindah cairan kebagian atas pipa dan dibagi dengan kerja ekspansi isotermal udara. Efisiensi ini dikembangkan oleh Nicklin (1963), persamaan efisiensi ini kemudian ditulis secara matematis :

𝜂 = 𝜌𝑔𝑄𝑎𝑖𝑟 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎ln(_{𝑃𝑎𝑡𝑚}𝑃𝑖𝑛 )

(2.1)

Dengan : 𝜂 = efisiensi pompa udara tekan 𝜌 = massa jenis air (kg/m3₎

g = percepatan gravitasi (m2/s) Qair = debit air (m3/s)

Qudara = debit udara (m3/s)

Patm = tekanan atmosfer (Pa)

Pin = tekanan input (Pa)

1.3 Laju aliran massa

Laju aliran massa adalah massa fluida yang mengalir per satuan waktu. Laju aliran massa juga mempunyai satuan internasional (SI) kilogram per detik (kg/s) dan simbol (ṁ). Laju aliran massa dihitung untuk mengetahui massa suatu aliran yang mengalir tiap detiknya yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran, jenis aliran dan besar kecilnya penampang yang dialiri fluida. Untuk menghitung laju aliran massa dapat digunakan rumus :

(18)

9 1.4 Orifice meter

Gambar 2.5 Orifice meter (Cengel A, Cimbala M, 2004)

Orifice meter adalah alat ukur yang berada dalam instalasi pipa untuk mengukur laju aliran. Pengukuran laju aliran didapat dari beda tekanan yang disebabkan pressure drop. Orifice meter terdiri dari : pipa penghubung (flange pipe), plat lubang (orifice plate), pressure tap dan manometer u.

Untuk pengujian ini digunakan orifice plate jenis concentric orifice. Concentric orifice adalah orifice dengan profil lubang yang memiliki takik (bevel) dengan kemiringan 45º pada tepi bagian downstream.

(19)

10

Gambar 2.6 Concentric orifice (White, M Frank, 2014)

Untuk pengujian ini digunakan orifice plate jenis concentric orifice. Concentric orifice adalah orifice dengan profil lubang yang memiliki takik (bevel) dengan kemiringan 45º pada tepi bagian downstream. Metode ini mengurangi jarak tempuh aliran akan menyebabkan perbedaan tekanan melintang. Terjadi penurunan tekanan setelah aliran melalui orifice namun akan mencoba kembali ke tekanan semula tetapi terjadi sedikit tekanan hilang permanen (permanent pressure loss) sehingga beda tekanan antara upstream dan downstream tidak besar. Posisi lubang penghalang konsentris dengan penampang pipa. Perbandingan antara diameter orifice (Dor) dan

diameter dalam pipa (Dp) dilambangkan dengan 𝛽. Nilai 𝛽 orifice jenis ini

memiliki ketentuan antara 0,2-0,7 akurasinya akan berkurang apabila nilainya diluar batas.

Orifice adalah alat ukur laju aliran dengan prinsip beda tekanan yang dihasilkan oleh orifice plate. Pada awalnya aliran udara melewati pipa kemudian aliran udara tersebur membentur orifice sehingga terjadi perbedaan tekanan antara aliran sebelum melewati orifice yang kita sebut dengan upstream dan setelah melewati orifice yang kita sebut downstream. Beda tekanan ini menyebabkan fluida air dalam manometer u terdorong sehingga menghasilkan beda ketinggian fluida (Δh). Dari (Δh) dapat dihitung debit udara dengan menggunakan rumus

(20)

11 1. Menghitung beda tekanan (ΔP)

ΔP didapatkan dengan menggunakan rumus tekanan hidrostatis, yaitu :

∆𝑃 = 𝜌 × 𝑔 × 𝛥ℎ (2.3) Dengan : ΔP = beda tekanan (pascal)

𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = massa jenis udara (kg/m3)

Δh = beda ketinggian (cmH2O)

2. Menghitung debit udara (Qudara)

Qudara didapatkan dengan menggunakan rumus laju alir udara primer.

Rumus secara matematis ditulis : 𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝐶𝑑 × 𝐴2 ×

1

√1−𝛽4 × √ 2∆𝑃

𝜌 (2.4)

Dengan : Qudara = debit udara (m3/s)

A2 = luas lubang penampang orifice (m2)

𝛽 = rasio diameter orifice Cd = koefesien orifice ΔP = beda tekanan (Pa)

𝐴₂ =1

4𝜋𝑑2

2 _(2.5)

𝛽 =𝑑𝑜𝑟

𝑑𝑝 (2.6)

Dengan : dor = diameter orifice (m)

dp = diameter pipa dalam (m)

(Sumber : Mc Cabe. 1993:221)

3. Menghitung laju aliran massa udara (ṁudara)

(21)

12 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek penelitian adalah airlift pump dengan fokus kerja uji performa airlift pump dengan variasi debit aliran massa udara. Ukuran bejana sebagai penampung air yang akan dipindahkan adalah diameter 0,5 m dan tinggi 0,9m bisa menampung volume air 0,7 m3_{. Ditunjukkan pada gambar 2.1}

rangkaian alat yang digunakan. Katup udara diatur menggunakan stop kran yang terhubung dengan orificemeter sebagai alat untuk mengatur kondisi laju aliran udara. Variasi orificemeter diatur sebesar ΔPorifice = 1 cmH2O, 1.5

cmH2O, 2 cmH2O, 2.5 cmH2O, 3 cmH2O. Setelahnya akan diketahui besar

laju aliran massa udara dengan menggunakan persamaan 2.3 dan 2.4 sebesar ṁ1 = 3,78 × 10-5 kg/s, ṁ2 = 4,63 × 10-5 kg/s, ṁ3= 5,34 × 10-5 kg/s,

ṁ4 = 5,97 × 10-5 kg/s, ṁ5 = 6,54 × 10-5 kg/s.

3.2 Metode Pengumpulan data

Metode pengumpulan data didapat dengan cara pengamatan data lapangan pompa udara tekan yaitu pada laju aliran massa udara (sebagai input) dan laju aliran massa air sebagai (output).

3.3 Alat dan Bahan Pembuatan Instalasi Pompa Udara tekan

Dalam proses pembuatan instalasi airlift pump diperlukan alat dan bahan serta beberapa alat pendukung lainnya, yaitu :

3.3.1 Alat

Alat yang diperlukan dalam pembuatan alat airlift pump adalah: a. Gerinda

Digunakan untuk memotong bahan besi penyangga kerangka, dan selang airlift pump.

(22)

13 b. Kunci Pas

Digunakan untuk melakukan pengencangan pada baut kerangka penyanga airlift pump dan instalasi injector.

c. Meteran

Berguna dalam pengukuran dimensi dari desain kerangka penyangga dan panjang pipa penghantar.

d. Kompresor

Berfungsi sebagai penghasil udara tekan untuk mengangkat air bersama udara menuju bak penampungan. Kompresor menggunakan kompresor listrik direct Artix DA10-24 dengan spesifikasi :

 Daya listrik : 750 Watt  Horse power : 1 HP  Kapasitas tangki : 24 liter

 Kapasitas aliran udara : 205 liter/menit  Putaran mesin : 2850 rpm

 Kapasitas tekanan : 8 bar

(23)

14 e. Orificemeter

Berfungsi untuk menentukan laju aliran massa udara, dengan spesifikasi :

 Diameter plat orifice (d) : 0,12 m  Diameter pipa orifice (D) : 0,22 m  Perbandingan diameter (β) : 0,5454

Gambar 3.2 Orificemeter

f. Gelas ukur

Berfungsi untuk mengukur output debit air yang didapat salam waktu tertentu.

g. Bor

Bor digunakan untuk membuat lubang masuk injector. h. Timer

(24)

15 3.3.2 Bahan

Bahan yang diperlukan dalam penyusunan alat airlift pump adalah :

a. Besi rangka penyangga

Besi penyangga berfungsi menjadi kerangka awal dari alat airlift pump ini, dan tempat dudukan dari bak penampung air (reservoir).

b. Penampung air (reservoir)

Digunakan untuk menampung air yang dipompa oleh airlift pump dan juga sebagai wadah air yang berada dibawah.

c. Pipa Penghantar

Berfungsi sebagai media jalan dari air dan udara yang terangkat keatas. Pipa penghantar yang digunakan mempunyai diameter 1 ¼ inci, 1 inci, ¾ inci.

d. Pipa selubung

Berfungsi sebagai tempat pencampuran antara air dan udara. e. Bak penampung air

Bak penampung air yang akan dipindahkan mampu menampung volume air 0,07 m3

f. Nepel angin

Berfungsi untuk media penghubung kompresor dengan selang udara dan injector udara ke pipa selubung

g. Mur dan baut

Berfungsi untuk mengencangkan rangka agar paten. 3.4 Variasi Penelitian

Penelitian dilakukan dengan memvariasikan :

1. Variasi Rasio terendam 1:2 (0,5m :1m) dan 1:3 (0,5m:1,5m). 2. Variasi Diameter pipa penghantar 1 ¼ inci, 1inci, 0.75 inci.

3. Variasi Orrificemeter ΔPorifice = 1 cmH2O, 1.5 cmH2O, 2 cmH2O,

(25)

16 3.5 Tata Cara Penelitian

3.5.1 Pembuatan Instalasi Pompa Udara Tekan

Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan instalasi pompa udara tekan yaitu:

a. Dibuat sketsa dan ukuran instalasi pompa udara tekan.

b. Kerangka penyangga selang dibuat dengan menggunakan besi siku. c. Bagian atas tong air dipotong sebagai tempat meletakkan kerangka

penyangga.

d. Kerangka penyangga pada bagian atas tong air dipasang lalu dikencangkan dengan menggunakan kabel ties.

e. Disiapkan selang air sepanjang 2 meter dan pipa pvc sepanjang 30 centimeter.

f. Selang air disambung dengan pipa pvc lalu direkatkan dengan lem araldite.

g. Pipa pvc dilubangi dengan menggunakan bor pada ketinggian 23 cm.

h. Nepel dipasangkan pada lubang di pvc dan direkatkan dengan lem. i. Selang kompresor disambungkan dengan orificemeter dan

dikencangkan dengan menggunakan klem.

j. Selang keluar orifice disambungkan dengan napple pada pipa pvc dan dikencangkan dengan menggunakan klem.

k. Selang dipasang pada besi siku dan dikencangkan dengan menggunakan kabel ties.

l. Bak penampung air dilubangi dan disambungkan dengan ujung selang air bagian atas.

3.5.2 Alur Pelaksanaan Penelitian

Diagram alir pada gambar 3.5 merupakan alur penelitian yang dilakukan :

(26)

17

Gambar 3.5 Diagram alur penelitian Perancangan pompa udara tekan

Persiapan alat dan bahan

Pembuatan pompa udara tekan

Pengolahan, analisis data, pembahasan, kesimpulan, dan saran

Pemilihan Variasi Pengambilan data Uji coba Melanjutka n variasi? Tidak Baik Ya Mulai Selesai

(27)

18 3.5.3 Cara Pengambilan Data

Langkah-langkah yang dilakukan untuk mengambil data pada saat penelitian dilakukan yaitu :

1. Orificemeter dipasang.

2. Tong air diisi dengan air dan bak air penampung dipasang pada bagian atas.

3. Alat ukur seperti, stopwatch, penggaris, dan gelas ukur disiapkan.

4. Selang dan kompresor disiapkan. 5. Variasi diameter selang diatur.

6. Kompresor dinyalakan dan diatur pada tekanan 60 psi. 7. Perbandingan tinggi air pada orificemeter diukur.

8. Air yang keluar dari bak penampung atas ditampung di gelas ukur dan diikuti dengan stopwatch sampai waktu tertentu. 9. Dilakukan pengukuran air dalam gelas ukur.

10. Pengujian dilakukan sampai beberapa kali dan diambil data yang terbaik.

11. Data-data variable yang diambil meiputi : a. Volume air

b. Waktu

(28)

19 BAB IV

HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Dalam penelitian pompa udara tekan dengan variasi laju aliran massa udara didapadtkan hasil data volume air. Hasil pengambilan data ditampilkan pada tabel 4.1 sampai dengan 4.5.

Tabel 4.1 Data hasil penelitian variasi ΔP = 1cm.

Pipa 1,25 inci Pipa 1 inci Pipa 0,75 inci Pipa 1,25 inci Pipa 1 inci Pipa 0,75 inci

volume

(Liter)

volume

(Liter)

volume

(Liter)

volume

(Liter)

volume

(Liter)

volume

(Liter)

1

20 1,080

0,900

0,480

1,400

1,560

0,920

2

20 1,000

1,020

0,560

1,500

1,270

0,960

3

20 1,140

0,940

0,540

1,460

1,360

0,900

4

20 1,000

0,960

0,600

1,570

1,400

0,940

5

20 1,120

1,000

0,560

1,400

1,410

0,920

6

20 0,980

0,920

0,520

1,420

1,380

0,900

7

20 0,900

0,960

0,560

1,460

1,520

0,880

8

20 0,880

1,000

0,540

1,440

1,420

0,900

9

20 0,800

0,900

0,620

1,420

0,910

10

20 0,900

0,920

0,620

1,580

1,450

0,880

11

20 1,050

1,020

0,600

1,500

1,540

0,860

12

20 1,150

0,940

0,640

1,400

1,580

0,930

No

Waktu

(s)

Rasio 1 : 3

Rasio 1 : 2

(29)

20

Tabel 4.2 Data hasil penelitian variasi ΔP = 1,5cm.

Tabel 4.3 Data hasil penelitian variasi ΔP = 2 cm.

Pipa 1,25 inci Pipa 1 inci Pipa 0,75 inci Pipa 1,25 inci Pipa 1 inci Pipa 0,75 inci volume (Liter) volume (Liter) volume (Liter) volume (Liter) volume (Liter) volume (Liter) 1 20 1,000 1,120 0,600 1,700 1,560 0,900 2 20 1,000 0,960 0,600 1,640 1,500 0,920 3 20 1,240 1,000 0,580 1,720 1,600 0,920 4 20 1,210 0,980 0,640 1,640 1,480 1,000 5 20 1,400 1,030 0,660 1,750 1,420 0,960 6 20 1,160 0,940 0,580 1,720 1,500 0,940 7 20 1,140 1,040 0,580 1,640 1,420 0,940 8 20 1,320 0,960 0,600 1,720 1,560 0,940 9 20 1,440 0,940 0,600 1,780 1,560 0,960 10 20 1,220 1,040 0,640 1,820 1,490 0,940 11 20 1,230 0,960 0,600 1,780 1,440 0,960 12 20 1,340 1,080 0,590 1,700 1,600 0,950 No Waktu (s) Rasio 1 : 3 Rasio 1 : 2

(30)

21

Tabel 4.4 Data hasil penelitian variasi ΔP = 2,5 cm.

Tabel 4.5 Data hasil penelitian variasi ΔP = 3 cm.

(31)

22 4.2 Perhitungan

4.2.1 Perhitungan

a. Perbedaan Tekanan (ΔP)

ΔP didapatkan dengan menggunakan rumus tekanan hidrostatis, yaitu : ∆𝑃1 = 𝜌 × 𝑔 × ℎ = 1,2𝑘𝑔 𝑚3𝑥 9,806 𝑚 𝑠2𝑥 0,01𝑚 = 0,117696 𝑃𝑎 Tabel 4.6 Perhitungan ΔP

b. Debit udara (Qudara)

𝐴₂ =1 4𝜋𝑑2 2 =1 4𝜋(0,012) 2 = 1,13 𝑥 10−4 m2 𝛽 =𝑑𝑜𝑟 𝑑_𝑝 =0,012 0,022 = 0,54545 𝑃𝑎 𝑄 = 𝐶𝑑 × 𝐴2 × 1 √1 − 𝛽4 × √ 2∆𝑃 𝜌 = 0,6 (1,13 𝑥10−4_{) ×} 1 √1−(0,54545)4 × √2(0,117696) 1,2 = 3,15 × 10−5_m3_/s No h (m) ΔP (Pa) 1 0,010 0,118 2 0,015 0,177 3 0,020 0,235 4 0,025 0,294 5 0,030 0,353

(32)

23

Tabel 4.7 Perhitungan Debit udara (Qudara)

No ΔP (Pa) Q udara (m³/s) x 10-5 1 0,117696 3,148 2 0,176544 3,855 3 0,235392 4,452 4 0,294240 4,977 5 0,353088 5,453

c. Debit air (Qair)

Hasil data awal yang didapat adalah debit air dalam liter/20detik sehingga perlu dikonversi menjadi m3/s. Contoh perhitunganya adalah :

Diketahui :

Pada keadaan ΔP = 1cmH2O , pipa : 1 ¼ inci, rasio 1 : 3

didapat data debit = 1,00 L/20s 𝑄_𝑎𝑖𝑟 = 1,0

20×1000

= 5 × 10−5 𝑚3

𝑠

Hasil perhitungan Qair selengkapnya ditampilkan pada tabel

4.8 sampai dengan 4.12

d. Laju aliran massa udara (ṁudara)

ṁ𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑥 Qudara

= 1,2 (3,15 𝑥 10−5₎

= 3,78 𝑥 10−5 𝑘𝑔

𝑠

Hasil perhitungan laju aliran massa udara (ṁudara)

(33)

24 e. Laju aliran massa air (ṁair)

ṁ𝑎𝑖𝑟 = 𝜌𝑎𝑖𝑟 𝑥 Qair

= 1000 (5 𝑥 10−5₎

= 5 𝑥 10−2 𝑘𝑔

𝑠

Hasil perhitungan laju aliran massa air (ṁ air) ditampilkan

pada tabel 4.8 sampai dengan 4.12. f. Efisiensi pompa udara tekan

Efisiensi pompa udara tekan dapat dihitung dari rasio perendaman didalam air terhadap energi yang tersedia disebabkan oleh ekspansi isothermal udara dari tekanan injector sampai ke tekanan atmosfer. 𝜂 = 𝜌𝑔𝑄𝑎𝑖𝑟 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎ln(_{𝑃𝑎𝑡𝑚}𝑃𝑖𝑛 ) = 1000 × 9,806 × (5𝑥10−5) 101325 × 413685 ×ln(413685 101325) = 10,929 %

Hasil perhitungan efisiensi pompa udara tekan (𝜂) ditampilkan pada tabel 4.8 sampai dengan 4.12.

g. Perhitungan presentase kenaikan laju aliran massa air Presentase = (ṁ𝑎𝑖𝑟2−ṁ𝑎𝑖𝑟1 ṁ_𝑎𝑖𝑟₁ ) × 100% Presentase = (8,588 × 10 −2𝐾𝑔 𝑠 − 7,313 × 10−2 𝑘𝑔 𝑠 7,313 × 10−2𝑘𝑔 𝑠 ) × 100% Presentase = 17,43%

Hasil perhitungan presentase kenaikan laju aliran massa air akan ditampilkan pada tabel 4.13 sampai dengan 4.15.

(34)

25 4.2.2 Tabel Perhitungan

Tabel 4.8 Perhitungan pada ΔP = 1 cm H2O

Rasio Pipa Debit air Debit Udara ṁ air ṁ udara Efisiensi inci (m³/s) x 10-5 (m³/s) x 10-5 (Kg/s) x 10-2 (Kg/s) x 10-5 (%) 1:2 1,25 7,31 3,15 7,31 3,78 15,983 1,00 7,21 7,21 15,765 0,75 4,54 4,54 9,927 1:3 1,25 5,00 5,00 10,929 1,00 4,78 4,78 10,455 0,75 2,85 2,85 6,229

Tabel 4.9 Perhitungan pada ΔP = 1,5 cm H2O

Rasio Pipa Debit air Debit Udara ṁ air ṁ udara Efisiensi inch (m³/s) x 10-5 (m³/s) x 10-5 (Kg/s) x 10-2 (Kg/s) x 10-5 (%) 1:2 1,25 8,59 3,86 8,59 4,63 15,326 1,00 7,55 7,55 13,482 0,75 4,72 4,72 8,425 1:3 1,25 6,13 6,13 10,931 1,00 5,02 5,02 8,961 0,75 3,03 3,03 5,406

Rasio Pipa Debit air Debit Udara ṁ air ṁ udara Efisien

si inci (m³/s) x 10-5 (m³/s) x 10-5 (Kg/s) x 10-2 (Kg/s) x 10-5 (%) 1:2 1,25 9,73 4,45 9,73 5,34 15,037 1,00 7,62 7,62 11,779 0,75 4,78 4,78 7,387 1:3 1,25 6,67 6,67 10,304 1,00 5,04 5,04 7,792 0,75 3,05 3,05 4,714

Tabel 4.11 Perhitungan pada ΔP = 2,5 cm H2O

Rasio pipa Debit air Debit Udara ṁ air ṁ udara Efisiensi inci (m³/s) x 10-5 ((m³/s) x 10-5 (Kg/s) x 10-2 (Kg/s) x 10-5 (%) 1:2 1,25 9,60 4,98 9,60 5,97 13,277 1,00 7,50 7,50 10,362 0,75 4,68 4,68 6,469 1:3 1,25 6,35 6,35 8,784 1,00 4,60 4,60 6,353 0,75 3,03 3,03 4,182

(35)

26

Rasio Pipa _{Debit air} _{Debit Udara} _{ṁ air} _{ṁ udara} _Efisiensi inch (m³/s) x 10-5 (m³/s) x 10-5 (Kg/s) x 10-2 (Kg/s) x 10-5 (%) 1:2 1,25 9,57 5,45 9,57 6,54 12,073 1,00 7,47 7,47 9,423 0,75 4,65 4,65 5,863 1:3 1,25 6,31 6,31 7,961 1,00 4,46 4,46 5,631 0,75 2,89 2,89 3,644

Tabel 4.13 Presentase peningkatan ṁ air Ø Pipa 1 ¼ inci No ṁ udara Peningkatan ṁ air

(rasio 1:2) Peningkatan ṁ air (rasio 1:3) (×10-5 kg/s) (%) (%) 1. 3,78 - 4,63 17,44 22,50 2. 4,63 – 5,34 13,29 8,85 3. 5,34 – 5,97 -1,28 -4,69 4. 5,97 - 6,54 -0,39 -0,72

Tabel 4.14 Presentase peningkatan ṁ air Ø Pipa 1 inci No ṁ udara Peningkatan ṁ air

(rasio 1:2) Peningkatan ṁ air (rasio 1:3) (×10-5 kg/s) (%) (%) 1. 3,78 - 4,63 4,73 4,76 2. 4,63 – 5,34 0,89 0,41 3. 5,34 – 5,97 -1,64 -8,84 4. 5,97 - 6,54 -0,38 -2,89

Tabel 4.15 Presentase peningkatan ṁ air Ø Pipa 3/4 inci No ṁ udara Peningkatan ṁ air

(rasio 1:2) Peningkatan ṁ air (rasio 1:3) (×10-5 _kg/s) _(%) _(%) 1. 3,78 - 4,63 3,94 6,28 2. 4,63 – 5,34 1,65 0,69 3. 5,34 – 5,97 -2,50 -0,82 4. 5,97 - 6,54 -0,70 -4,52

(36)

27 4.3 Pembahasan

4.3.1 Efek hubungan ṁ udara dan ṁ air (Rasio 1 : 2)

Gambar 4.1 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (Ø pipa 1,25 inci, rasio 1:2 )

Dari gambar 4.1 laju aliran massa air optimal 9,729 × 10-2 kg/s didapatkan pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5 kg/s. Laju aliran massa air meningkat 17,43% pada ṁ udara dari (3,78 - 4,63) ×10-5 kg/s dan 13,28% pada ṁ udara dari (4,63 – 5,34) ×10-5 kg/s. Namun setelah itu tidak mengalami kenaikan, terlihat pada ṁ udara (5,34 – 5,97) ×10-5 kg/s presentasi kenaikan -1,28% dan -0,38 % pada ṁ udara (5,97 - 6,54) ×10-5

(37)

28

Gambar 4.2 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (Ø pipa 1 inci, rasio 1:2 )

Dari gambar 4.2 laju aliran massa air optimal 7,621 × 10-2 kg/s didapatkan pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5 kg/s. Laju aliran massa air tidak mengalami peningkatan signifikan ditunjukan oleh presentase 4,73% pada ṁ udara dari (3,78 - 4,63) ×10-5 kg/s dan 0,89% pada ṁ udara dari (4,63 – 5,34) ×10-5 kg/s yang tidak melebihi 5%. Pada ṁ udara (5,34 – 5,97) ×10-5 kg/s presentasi kenaikan -1,64% dan -0,39% pada ṁ udara (5,97 - 6,54) ×10-5 kg/s yang menunjukan laju aliran massa air tidak mengalami kenaikan.

(38)

29

Gambar 4.3 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (Ø pipa 3/4 inci, rasio 1:2 )

Dari gambar 4.3 laju aliran massa air optimal 4,799 × 10-2 kg/s didapatkan pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5 kg/s. Laju aliran massa air tidak mengalami peningkatan signifikan ditunjukan oleh presentase 3.94% pada ṁ udara dari (3,78 - 4,63) ×10-5 _{kg/s dan 1,65% pada ṁ udara}

dari (4,63 – 5,34) ×10-5 _{kg/s yang tidak melebihi 5%. Pada ṁ udara (5,34 –}

5,97) ×10-5 _{kg/s presentasi kenaikan -2,50% dan -0,70% pada ṁ udara (5,97}

- 6,54) ×10-5 kg/s yang menunjukan laju aliran massa air tidak mengalami kenaikan.

(39)

30

Gambar 4.4 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara

Dari gambar 4.4 dapat dilihat bahwa penambahan laju aliran massa udara menyebabkan laju aliran massa air meningkat sampai pada titik maksimum dan seterusnya tidak mengalami kenaikan. Pada diameter pipa 1 ¼ inci peningkatan laju aliran massa air signifikan, ditunjukan presentase peningkatan laju aliran massa air lebih dari 5%. Sementara pipa 1 inci dan ¾ inci mengalami peningkatan laju aliran massa air yang tidak signifikan ditunjukan presentase peningkatan laju aliran massa air kurang dari 5%. Laju aliran massa air optimal setiap pipa didapat pada laju aliran massa udara 5,342 × 10-5 kg/s. Laju aliran massa udara optimal pada rasio 1:2 sebesar 9,729 × 10-2 kg/s didapat pada pipa 1 ¼ inci.

Hasil penelitian ini menunjukan pola seperti yang disajikan Stenning (1968) dan Kumar (2003) yaitu penambahan laju aliran massa udara mengakibatkan laju aliran massa air meningkat dan mencapai titik maksimal namun setelahnya tidak mengalami kenaikan. Laju aliran massa air yang tidak meningkat setelah titik maksimal dipengaruhi oleh pasokan laju aliran udara yang semakin besar. Laju aliran udara yang besar pada ruang pencampuran

(40)

31

air dan udara, menyebabkan udara memecahkan air secara cepat sehingga laju aliran campuran sangat kaya udara dibanding air, sehingga laju aliran massa udara setelah titik maksimal tidak lagi mengalami kenaikan.

4.3.2 Efek hubungan ṁ udara dan ṁ air (Rasio 1 : 3)

Gambar 4.5 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (Ø pipa 1 ¼ inci, rasio 1:3)

Dari gambar 4.1 laju aliran massa air optimal 6.677 × 10-2 kg/s didapatkan pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5 kg/s. Laju aliran massa air meningkat 22,5% pada ṁ udara dari (3,78 - 4,63) ×10-5 kg/s dan 8,84% pada ṁ udara dari (4,63 – 5,34) ×10-5 kg/s. Namun setelah itu tidak mengalami kenaikan, terlihat pada ṁ udara (5,34 – 5,97) ×10-5 kg/s presentasi kenaikan -4,69% dan -0,72% pada ṁ udara (5,97 - 6,54) ×10-5

(41)

32

Gambar 4.6 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (pipa 1 inci, rasio

1:3)

Dari gambar 4.6 laju aliran massa air optimal 5,042 × 10-2 kg/s didapatkan pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5 kg/s. Laju aliran massa air tidak mengalami peningkatan signifikan ditunjukan oleh presentase 4,76% pada ṁ udara dari (3,78 - 4,63) ×10-5 kg/s dan 0,41% pada ṁ udara dari (4,63 – 5,34) ×10-5 kg/s yang tidak melebihi 5%. Pada ṁ udara (5,34 – 5,97) ×10-5 kg/s presentasi kenaikan -8,86% dan -2,89% pada ṁ udara (5,97 - 6,54) ×10-5 kg/s yang menunjukan laju aliran massa air tidak mengalami kenaikan.

(42)

33

Gambar 4.7 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara (pipa 3/4 inci, rasio 1:3 )

Dari gambar 4.7 laju aliran massa air optimal 5,042 × 10-2 kg/s didapatkan pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5 kg/s. Laju aliran massa air tidak mengalami peningkatan signifikan ditunjukan oleh presentase 6,28% pada ṁ udara dari (3,78 - 4,63) ×10-5 kg/s dan 0,69% pada ṁ udara dari (4,63 – 5,34) ×10-5 kg/s yang tidak melebihi 5%. Pada ṁ udara (5,34 – 5,97) ×10-5 kg/s presentasi kenaikan -0,81% dan -4,52% pada ṁ udara (5,97 - 6,54) ×10-5 _{kg/s yang menunjukan laju aliran massa air tidak mengalami}

(43)

34

Gambar 4.8 Grafik hubungan ṁ air dan ṁ udara

Laju aliran massa air pada rasio 1:3 juga mengalami kenaikan laju aliran massa udara sampai pada titik maksimum dan seterusnya tidak mengalami kenaikan pada setiap penambahan laju aliran massa udara. pada diameter pipa 1 ¼ inci mengalami kenaikan yang signifikan ditunjukan presentase peningkatan laju aliran massa air lebih dari 5%. Untuk diameter pipa 1 inci dan ¾ inci tidak mengalami kenaikan secara signifikan ditunjukan oleh presentase kurang dari 5%. Laju aliran massa air maksimal pada setiap pipa didapat pada laju aliran massa udara 5,34 × 10-5_{kg/s.Laju aliran massa}

air maksimal didapat sebesar 6,662 × 10-2 kg/s pada pipa 1 ¼ inci.

Hasil penelitian ini juga memiliki pola seperti yang disajikan Mahksud (2008) yang menyatakan semakin besar laju aliran massa udara (ṁu) maka semakin besar pula laju aliran massa air (ṁa) yang dihasilkan

dengan hubungan linear sampai titik maksimum, namun setelahnya laju aliran massa air tidak lagi mengalami peningkatan.

Hasil penelitian ini juga memiliki pola seperti yang disajikan Stenning (1968) yang menyatakan penambahan laju aliran massa udara pada rasio

(44)

35

perendaman yang semakin besar akan meningkatkan laju aliran massa air. Rasio perendaman 1:2 memiliki aliran massa air maksimal 9,729 × 10-2 kg/s lebih besar daripada rasio perendaman 1:3 yaitu 6,667 × 10-2 kg/s. Hal ini disebabkan karena semakin besar head statis maka daya angkat terhadap air semakin kecil , ini ditunjukan oleh hasil laju aliran massa air rasio 1:2 lebih besar daripada rasio 1:3.

4.3.3 Efisiensi pompa udara tekan pada variasi ṁ udara (rasio 1 : 2)

Gambar 4.9 Grafik hubungan efisiensi dan ṁ udara (pipa 1,25 inci, 1 : 2)

(45)

36

Gambar 4.10 Grafik hubungan efisiensi dan ṁ udara (pipa 1 inci, 1 : 2)

Gambar 4.11 Grafik hubunga efisiensi dan ṁ udara (pipa 0,75 inci, 1 : 2)

(46)

37

Gambar 4.12 Grafik hubungan efisiensi dan ṁ udara

Dari gambar 4.12 efisiensi pompa udara tekan menurun setiap pembesaran laju aliran massa udara. Penurunan efisiensi terjadi pada semua pipa penghantar. Efisiensi maksimal didapatkan pada laju aliran massa udara terendah 3,78 × 10-5 kg/s pada setiap pipa pembanding. Efisiensi maksimal 15,983% didapatkan pada pipa penghantar 1 ¼ inci.

Hasil penelitian ini memiliki pola yang sama dengan Berg (1992) yang menyatakan “Efisiensi maksimal didapatkan pada laju aliran massa udara rendah”. Efisiesi didapatkan dari perbandingan laju aliran massa air dengan laju aliran massa air. Penambahan laju aliran massa udara yang semakin besar mengakibatkan jumlah aliran udara terlalu banyak dan tidak diikuti dengan jumlah laju aliran air pada pompa udara tekan. Sehingga Penambahan laju aliran massa udara menyebabkan efisiensi menurun.

(47)

38

4.3.4 Efisiensi pompa udara tekan pada variasi ṁ udara (rasio 1 : 3)

(48)

39

Gambar 4.16 Grafik efisiensi terhadap ṁ udara (pipa 1,25 inci, 1 : 3) Dari gambar 4.16 efisiensi pompa udara tekan juga mengalami penurunan seperti rasio 1:2 namun nilai efisiensinya lebih rendah. Efisiensi maksimal didapatkan pada laju aliran massa udara 3,78 × 10-5 kg/s sebesar 10,929 % didapatkan pada pipa 1 ¼ inci..

(49)

40

Hasil penelitian ini memiliki pola yang sama dengan Oueslati (2017) yang menyatakan bahwa penambahan laju aliran massa udara menyebabkan penurunan efisiensi pada berbagai nilai rasio terendam. Penambahan laju aliran massa udara yang semakin besar mengakibatkan jumlah aliran udara terlalu banyak dan tidak diikuti dengan jumlah laju aliran air. Semakin besar laju aliran massa udara maka efisiensi pompa udara tekan semakin kecil. Selain itu menurut Mahksud (2008) efisiensi pompa udara tekan dipengaruhi oleh beberapa kondisi, yaitu : perubahan tekanan, perubahan kecepatan dan besar gesekan antar fluida dengan dinding pipa.

(50)

41 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

a. Penambahan laju aliran massa udara menyebabkan laju aliran massa air mengalami kenaikan sampai titik maksimum dan seterusnya tidak mengalami kenaikan lagi.

b. Laju aliran massa air optimal yaitu 9,729 × 10-2_{kg/s dicapai pada}

laju aliran massa udara 5,342 × 10-5_kg/s.

c. Efisiensi optimal 15,983 % didapatkan pada pipa 1 ¼ inci, rasio 1:2 dan laju aliran massa udara 3,78 × 10-5_{kg/s. Efisiensi maksimal}

didapatkan pada laju aliran massa udara rendah. Semakin besar laju aliran massa udara maka efisiensi semakin menurun.

5.2 Saran

Saran yang dapat disampaikan penulis pada penelitian ini adalah : a. Untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan penambahan jumlah

variasi laju aliran massa udara.

b. Sambungan selang kompresor udara dengan injektor harus diperhatikan agar tidak terjadi kebocoran.

c. Penggunaan kompresor bisa diganti menggunakan aerator atau sumber udara yang lain.

(51)

42

Daftar Pustaka

Abdul Makhsud .2008.“DESAIN DAN PENGUJIAN POMPA UDARA TEKAN (AIR-LIFT PUMP)” Indonesia : UMI.

D. J. Nicklin “The Airlift pump: theory and optimization”, Trans. Inst. Chem. Eng., Vol. 41, pp. 29-39, 1963

Stenning, A.H., Martin, C.B., 1968. Analytical and experimental studies of air lift pump performance. J. Eng. Power—Trans ASME 90, 106–11

Berg, R Rainer. 1992. “AN ANALYTICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THREE PHASE FLOW IN AIRLIFT PUMPS USED FOR DIAMONDIFEROUS MARINE GRAVEL RECLAMATION” [Thesis]. South

Kumar, E.A., Kumar, K. R. V., & Ramayya, A. V. 2003. “AUGMENTATION OF AIRLIFT PUMP PERFORMANCE WITH TAPERED UPRISER PIPE AN EXPERIMENTAL STUDY” : Journal of the Institution of Engineers, Vol. 84. India.

Hewitt, 6. F., and N. S. Hall-Taylor, Annuhr.1970. Two-Phase Flow, Pergamon Press.

Bukhari,SS, Ahmed,WH. 2017. Optimizing Airlift Pumps for Aquaculture Aplications. Toronto, Canada: University of Guelph.

Oueslati,A, Maaoui,ME. 2017.Modeling of the Performances of Open Air Lift Pump Used for Seawater Pumping.Tunis, Tunisia: High Technological studies Zaghouan.

McCabe, W., Smith, J.C., and Harriot, P., 1993, “Unit Operation of Chemical Engineeringz”, McGraw Hill Book, Co., United States of America.

Cengel, A.Y., Cimbala, M.j, 2004, “Fluid Mechanics Fundamental and Aplications”, McGraw Hill Book, Co.,New York.

White, M., 2011, “Fluid Mechanics” McGraw Hill Book, Co., United States of America.