Pompa Pipa dengan Variasi Diameter Pipa Lengan

(1)

Disusun oleh:

Pius Wiwit Prastyono NIM : 045214044

Pompa Pipa dengan Variasi Diameter Pipa Lengan

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi

(2)

By

Pius Wiwit Prastyono Student Number : 045214044

Pipe Pump with Arm Pipe Diameter Variations

Mechanical Engineering Study Program

Mechanical Engineering Departement

Science and Technology Faculty

Sanata Dharma University

(3)

TUGAS AKHIR

Pompa Pipa dengan Variasi Diameter Pipa Lengan

Disusun oleh:

Nama : Pius Wiwit Prastyono

(4)

(5)

Pernyataan

Bahwa di dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh pihak lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan di dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, November 2007

(6)

INTISARI

Penelitian ini bertujuan mendapatkan karakteristik pompa pipa dengan variasi diameter pipa lengan sehingga didapatkan hasil yang maksimal dalam memompa air.

Pompa pipa terbuat dari pipa alumunium yang mudah didapatkan. Pompa pipa menggunakan 2 lengan pipa, lengan pipa divariasikan dengan diameter 7 mm, 11mm dan 17 mm. Setiap pengujian menggunakan variasi ketinggian air 60 cm, 75 cm dan 90 cm dan 3 variasi putaran.

(7)

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam Tugas akhir ini dengan judul “ Pompa Pipa dengan Variasi Diameter Pipa Lengan “.

Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama daribagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ir. Greg. Heliarko, S.J, S.S, B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Budi Sugiharto S.T, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.

3. Bapak Ir. YB. Lukiyanto, M.T., selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Wibowo Kusbandono S.T, M.T., selaku Dosen Pembimbing

Akademik.

5. Segenap dosen dan staff serta laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan berbagai pengetahuan dan membantu selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.

(9)

7. Adikku Ria, Ridwan, Dedi, Tirta dan Krisna atas dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

8. Tita selalu memberikan semangat selama studi dan mendampingi dalam hidup.

9. Semua rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2004.

10. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesainya Tugas Akhir ini yang belum tersebut.

Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang membangun.

Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.

Yogyakarta, November 2007

(10)

Daftar Isi

Halaman Judul... i

Title Page... ii

Lembar Pengesahan... iii

Daftar Panitia Penguji... iv

Pernyataan... v

Intisari... vi

Kata Pengantar... vii

Daftar Isi... ix

Daftar Tabel... xii

Daftar Gambar... xvi

BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1. Latar belakang...1

1.2. Perumusan masalah...2

(11)

1.4. Tujuan penelitian... 2

1.5. Manfaat... 2

1.6. Diskripsi alat... 3

BAB II DASAR TEORI 5 2.1. Tinjauan pustaka... 5

2.2. Landasan teori... 5

2.2.1. Hukum kekekalan massa...5

2.2.2. Momentum angular... 6

2.2.3. Persamaan yang digunakan... 7

BAB III METODE PENELITIAN 11 3.1. Sarana penelitian... 10

3.2. Peralatan penelitian... 10

3.3. Parameter yang divariasikan... 12

3.4. Parameter yang diukur... 13

(12)

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 14

4.1. Data penelitian... 14

4.2. Hasil perhitungan... 20

4.2.1. Data penelitian 1... 20

4.2.2. Data penelitian 2... 24

4.3. Grafik dan hasil perhitungan...27

4.4. Pembahasan...29

BAB V PENUTUP 30 5.1. Kesimpulan... 30

5.2. Saran... 30

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data dari diameter pipa lengan 7 mm

pada head 60 cm dan putaran 1... 14 Tabel 4.2 Data dari diameter pipa lengan 7 mm

(14)

Tabel 4.12 Data dari diameter pipa lengan 11 mm

pada head 90 cm dan putaran 3... 20 Tabel 4.19 Hasil perhitungan diameter pipa lengan

7 mm pada head 60 cm dan putaran 1...20 Tabel 4.20 Hasil perhitungan diameter pipa lengan

7 mm pada head 60 cm dan putaran 3...21 Tabel 4.22 Hasil perhitungan diameter lengan pipa

(15)

11 mm pada head 60 cm dan putaran 3... 25 Tabel 4.31 Hasil perhitungan diameter pipa lengan

11 mm pada head 75 cm dan putaran 3... 26 Tabel 4.34 Hasil perhitungan diameter pipa lengan

(16)

Tabel 4.35 Hasil perhitungan diameter pipa lengan

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Konstruksi pompa pipa... 3

Gambar 1.2 Pompa pipa... 3

Gambar 1.3 Bosh... 4

Gambar 2.1 Gaya yang bekerja pada pompa pipa... 6

Gambar 2.2 Gaya yang bekerja pada benda yang diputar... 6

Gambar 2.3 Rangkaian menghitung torsi... 8

Gambar 3.1 Skema peralatan penelitian... 11

Gambar 4.1 Grafik hubungan Efisiansi dengan Debit... 27

Gambar 4.2 Grafik hubungan Efisiensi dengan Putaran...28

Gambar 4.3 Grafik hubungan Efisiensi dengan Daya... 28

Gambar 4.4 Grafik hubungan Debit dengan Putaran... 33

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kebutuhan masyarakat Indonesia akan air sangat besar, bahkan air merupakan kebutuhan yang sangat vital atau pokok bagi masyarakat kita. Air selama ini digunakan untuk mandi, memasak, pengairan sawah, serta masih banyak lainnya. Ketersediaan air di negara kita merupakan salah satu keunggulan komparatif dan keunggulan kompetitif yang dimiliki bangsa kita yang belum digali dan dioptimalkan. Tapi semua itu akan menjadi sia-sia jika apa yang kita punya tidak kita olah dengan sebaik-baiknya. Selama ini kita selalu mempunyai ketergantungan terhadap bangsa lain padahal potensi yang dimiliki bangsa ini sangatlah mampu untuk memenuhi kebutuhan sehari- hari. Negara kita sebenarnya sangatlah kaya, karena tidak hanya air yang tersedia dengan melimpah, tapi sarana untuk mengolah atau mengelola pun sudah tersedia.

Adapun alat yang digunakan untuk mencukupi kebutuhan sehari- hari. Pompa pipa merupakan alat yang digunakan untuk mencukupi kebutuhan tersebut. Misalkan untuk keperluan pompa sumur yang dalam dan pompa lubang bor, pompa air untuk irigasi, pompa sumur air, pompa pembuangan air, pompa menara air, pompa air hujan.

(19)

2

1.2. Perumusan Masalah

Bagaimana perbandingan debit (Q) dengan Efisiensi (?) yang dihasilkan oleh variasi dari pompa pipa. Variasi pompa pipa yang diteliti adalah diameter pipa lengan. Sehingga didapatkan variasi yang paling tepat dan Efisiensi yang paling baik dari pompa pipa tersebut.

1.3. Batasan masalah

Dalam tugas akhir ini membatasi masalah tentang penelitian pompa pipa dengan variasi diameter pipa lengan yang menggunakan 2 keluaran untuk mengetahui efisiensi dari pompa pipa.

1.4. Tujuan penelitian

Mengetahui unjuk kerja dari variasi pompa pipa yang paling tepat, sehingga didapatkan hasil yang maksimal dalam memompa air.

1.5.Manfaat

Hasil yang didapat dari penelitian ini adalah agar dapat memperluas pengetahuan tentang pompa pipa, sehingga dapat diaplikasikan dimasyarakat.

1.6.Deskripsi Alat

(20)

3

Gambar 1.2 Pompa pipa 9

10a 11

12

13

10b 10c 1

2 4

5

6

7 8

(21)

4

Keterangan: 1. Motor DC

2. Bantalan poros motor DC 3. Lengan pengukur torsi 4. Tali penarik timbangan pegas 5. Katrol

6. Timbangan gantung

7. Bak penampung air sementara 8. Kerangka

9. Poros penghubung motor DC dengan pompa 10. a. Lengan pipa dengan diameter 7 mm

b. Lengan pipa dengan diameter 11 mm c. Lengan pipa dengan diameter 17 mm 11. Bosh

12. Pipa bawah dengan diameter 21 mm 13. Klep

(22)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Penelitian yang dilakukan untuk membandingkan dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Yandi. Pompa pipa yang diteliti Yandi hanya mampu memompa air pada head maksimal 47 cm dan debit terbesar 4,5 liter/menit. Pene litian yang dilakukan sekarang mampu mengungguli unjuk kerja pompa pipa dari penelitian sebelumnya. Pompa pipa yang sekarang diteili dapat memompa air dengan head maksimal 90 cm dan debit terbesar 19,62 liter/menit.

2.2 Landasan Teori

Gaya sentrifugal adalah gaya yang arahnya keluar dari pusat putaran. Gaya inilah yang menyebabkan air dalam pipa dapat bergerak keluar. Gaya sentrifugal ini disebabkan oleh putaran pada pipa lengan.

2.2.1 Hukum Kekekalan Massa

Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa “Di alam ini jumlah total massa adalah kekal “ (Halliday.,Resnick, Fisika Jilid 1, 1985, hal 112). Disusun dalam persamaan:

(23)

6

Untuk sistem yang tidak mengalami perubahan massa:

out air in

air m

m =

Gambar 2.1 Gaya yang bekerja pada pompa pipa

Jadi untuk sistem ini

C air B air A

air m m

m = +

2.2.2.Momentum Angular

Gambar 2.2 Gaya yang bekerja pada benda yang diputar

Sebuah partikel P pada Gambar 2.2, memiliki massa m melakukan gerak lingkar terhadap pusat o. Pada saat partikel mempunyai momentum mv, hasil kali momentum tersebut dengan jari-jari lingkaran r (yaitu jarak antara P dan o) disebut momentum angular. Jika momentum angular diberi lambang L, maka:

L = v . m . r

C

A B

o

r

ω

(24)

7

Momentum angular L tergantung pada momen kelembaman I dan kecepatan sudut ω, karena

v = ω . r, maka: L = ω . m . r2

Momentum angular L benda yang berputar dari penjelasan diatas adalah hasil kali dari momen kelembaman dengan kecepatan angularnya. Ditunjukkan pada Persamaan 2.2 (Halliday.,Resnick, Fisika Jilid 1, 1985, hal 385).

L = I . ω...( 2.2 )

2.2.3 Persamaan yang digunakan

Persamaan-persamaan yang digunakan untuk pengolahan dan perhitungan data. Ditunjukkan pada Persamaan 2.3 sampai dengan 2.7, sebagai berikut:

1. Debit aliran air ( Q )

Debit ditentukan dengan Persamaan 2.3 ( Giles R. V.,Mekanika Fluida dan Hidraulika, 1986, hal 79)

t V

Q= ……….( 2-3 )

Dengan :

Q = debit air ( m3/s ) V = volume air ( m3 )

(25)

8

2. Torsi ( T )

Perhitungan torsi yang terjadi ditunjukkan dengan Gambar 2.3 dengan menggunakan Persamaan 2.4 (Halliday.,Resnick, Fisika Jilid 1, 1985, hal 390)

T = F x r...( 2.4 ) Dengan :

T = torsi ( N.m )

F = gaya yang bekerja ( N ) r = jarak lengan ke poros ( m )

r

Gambar 2.3 Rangkaian menghitung torsi Motor DC

Motor DC Gambar dari pena mpang atas Gambar dari penampang samping

Tali

(26)

9

3. Daya yang diberikan poros ( Pin )

Daya yang diberikan poros ditentukan dari Persamaan 2.5 (Dietzel F.,

Turbin, Pompa & Kompresor, 1993, hal 260)

Pin = ? x T ... ( 2.5 )

Dengan :

Pin = daya yang diberikan poros ( watt )

? = kecepatan putaran ( rpm ) T = torsi ( N.m )

4. Daya pemompaan ( Pout )

Daya pemompaan ditentukan dari Persamaan 2.6 (Dietzel F., Turbin, Pompa & Kompresor, 1993, hal 242)

Pout = ? x g x H x Q……… ( 2.6 )

Dengan :

Pout = daya pemompaan ( watt )

? = massa jenis air (kg/m3) g = gaya grafitasi bumi (m/s2)

(27)

10

5. Efisiensi pompa ( ? )

Efisiensi pompa ditentukan dari Persamaan 2.7

? = x100%

P P

in out

... ( 2.7 )

? = efisiensi pompa ( % ) Pout = daya pemompaan ( watt )

(28)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Sarana Penelitian

Sarana dan materi penelitian adalah pompa pipa dengan dua keluaran yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

3.2 Peralatan Penelitian

Peralatan penelitian yang digunakan, ditunjukan pada Gambar 3.1. Sebagai berikut:

1. Timbangan gantung

Timbangan gantung berfungsi mengukur gaya pada saat pompa pipa beroperasi.

Gambar 3.1 Skema peralatan penelitian

1

2

3

(29)

12

2. Ember

Ember digunakan menampung air yang akan dipompa. Ember diasumsikan sebagai sumber air.

3. Tachometer

Tachometer dengan jenis digital light berfungsi sebagai pengukur putaran poros motor DC. Prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantulan cahaya (misal alumunium foil) yang dipasang pada poros.

4. Stopwatch

Stopwatch berfungsi sebagai pencatat waktu pada saat pompa pipa beroperasi. 5. Adaptor

Adaptor berfungsi mengubah aliran lisrik AC menjadi DC. Alat ini diperlukan karena motor yang digunakan ialah motor DC. Adaptor yang digunakan bertegangan 24 volt.

6. Gelas ukur

Gelas ukur yang dipakai berkapasitas maksimal 2 liter. untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa pipa dalam waktu tertentu.

3.3 Parameter yang divariasikan

a. Diameter lengan pipa dengan variasi 7 mm, 11mm dan 17 mm.

b. Ketinggian air yang diukur dari permukaan air hingga lengan pipa dengan ketinggian air 60 cm, 75 cm dan 90 cm.

(30)

13

3.4 Parameter yang diukur

a. Data yang diukur pada waktu percobaan, antara lain: putaran, gaya dan debit. b. Data yang dihitung, antara lain: debit, torsi, daya yang diberikan poros, daya

pemompaan dan efisiensi.

3.5 Jalannya Penelitian

a. Rangkai alat dengna menghubungkan adaptor dengan motor DC. b. Pasang pompa pipa denga poros motor.

c. Letakan ember dibawah pompa pipa dan kemudian diisi air.

d. Lakukan proses pemancingan pompa, dengan cara memasukan air ke pipa sampai penuh.

e. Nyalakan adaptor sehingga motor berputar.

f. Ukur rpm dengan tachometer pada saat pompa pipa mulai beroperasi. g. Ukur air yang keluar dalam waktu 10 detik denga n stopwatch.

(31)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Percobaan dengan menggunakan jari-jari lengan 70 cm dan kemiringan lengan dibentuk pada sudut 45o. Variasi head 60 cm, 75 cm dan 90 cm. Variasi diameter pipa lengan 7 mm, 11mm, dan 17 mm dengan menggunakan tiga kali variasi putaran. Gaya gravitasi 10 m/s2, massa jenis 1000 kg/m3 dan waktu dalam pengambilan air yang keluar dari pompa pipa adalah 10 detik.

a. Diameter pipa lengan 7mm. 1. Data pada posisi head 60 cm.

o Putaran 1

Tabel 4.1 Data dari diameter pipa lengan 7 mm pada head 60 cm dan putaran 1 No Head

(32)

15

o Putaran 3

(33)

16

o Putaran 3

(34)

17

o Putaran 3

b. Diameter pipa lengan 11 mm. 1. Data pada posisi head 60 cm.

o Putaran 1

(35)

18

o Putaran 3

Tabel 4.12 Data dari diameter pipa lenga n 11 mm pada head 60 cm dan putaran 3 No Head

Tabel 4.14 Data dari diameter pipa lengan 11 mm pada head 75 cm dan putaran 2

(36)

19

o Putaran 3

(37)

20

o Putaran 3

c. Pada percobaan yang menggunakan diameter pipa lengan 17 mm tidak dapat memompa air jadi tidak ada data yang didapatkan.

4.2 Hasil Perhitungan

Hasil perhitungan ditunjukkan dalam bentuk tabel, sebagai berikut: 4.2.1 Penelitian 1

a. Data penelitian dengan head 60 cm dan diameter pipa lengan 7 mm. o Putaran 160 rpm.

(38)

21

o Putaran 180 rpm.

Tabel 4.20 Hasil perhitungan diameter pipa lengan 7 mm pada head 60 cm dan putaran 2

b. Data penelitian dengan head 75 cm dan diameter pipa lengan 7 mm. o Putaran 160 rpm.

(39)

22

(40)

23

c. Data penelitian dengan head 90 cm dan diameter pipa lengan 7 mm. o Putaran 160 rpm.

(41)

24 a. Data penelitian dengan head 60 cm dan diameter pipa lengan 11 mm.

o Putaran 160 rpm.

(42)

25

b. Data penelitian dengan head 75 cm dan diameter pipa lengan 11 mm.

o Putaran 150 rpm.

(43)

26

c. Data penelitian dengan head 90 cm dan diameter pipa lengan 11 mm. o Putaran 165 rpm dan gaya 2,7 N.

(44)

27

4.3 Grafik dari hasil perhitungan.

Grafik Efisiensi vs Debit

10 15 20 25 30

0.00009 0.00019 0.00029 0.00039

Debit (m3/s)

(45)

28

Grafik Efisiensi vs Putaran

10 15 20 25 30

140 158 176 194 212

Putaran (Rpm)

Gambar 4.2 Grafik hubungan Efisiensi dengan Putaran

Grafik Efisiensi vs Daya

10

Gambar 4.3 Grafik hubungan Efisiensi dengan Daya

Grafik Debit vs Putaran

0.00009 0.00019 0.00029 0.00039

145 165 185 205

Putaran (Rpm)

(46)

29

Grafik Debit vs Daya

0.00005 0.0002 0.00035

0.7 1.2 1.7 2.2 2.7

Daya (Watt)

Debit (m3/s)

D7mm,H60cm

D7mm,H75cm

D7mm,H90cm

D11mm,H60cm

D11mm,H75cm

D11mm,H90cm

Gambar 4.5 Grafik hubungan Debit dengan Daya

4.4 Pembahasan

Grafik hasil perhitungan ditampilkan dari gambar 4.1 sampai dengan 4.5.

a. Dari grafik efisiensi versus debit pada Gambar 4.1, menunjukkan bahwa besarnya debit berbanding terbalik dengan efisiensi pada pipa lengan yang berdiameter 7 mm sedangkan pipa lengan berdiameter 11 mm menunjukkan bahwa debit dengan efisiensi tidak berbanding terbalik.

Artinya semakin besar diameter pipa lengan yang digunakan, semakin rendah putarannya sehingga momen angular juga mengecil.

(47)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian mengenai unjuk kerja pompa pipa dengan dua keluaran dengan variasi diameter pipa lengan 7 mm, 11mm, dan 17 mm dapat disimpulkan:

1. Kenaikan debit, daya, dan putaran berbanding terbalik dengan efisiensi. Penurunan efisiensi disebabkan salah satunya oleh gaya gesek dalam pipa.

2. Kenaikan putaran berbanding lurus dengan debit dan daya.

3. Debit terbesar 3,27 x 10-4 m3/detik dengan kondisi diameter pipa lengan 11 mm dan head 75 cm.

4. Efisiensi terbesar 28,41 % dengan kondisi diameter pipa lengan 7 mm dan head 75 cm.

5.2 Saran

Untuk pengembangan penelitian ini bagi berbagai pihak ada beberapa unsur yang harus diperhatikan, antara lain:

1. Sebaiknya putaran diperbesar jika ingin mendapatkan debit yang besar pula.

(48)

31

(49)

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, F., Turbin, Pompa & Kompresor, cetakan ke-4, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993.

Halliday dan Resnick, Fisika jilid 1, cetakan 2, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985. Giles, R.V., Mekanika Fluida dan Hidraulika, edisi ke-2, Penerbit Erlangga,

Jakarta Pusat, 1986.