UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN UKURAN DIAMETER PIPA RISER 1/2 INCHI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LITER / MENIT TUGAS AKHIR

(1)

UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP

DENGAN UKURAN DIAMETER PIPA RISER 1/2 INCHI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LITER / MENIT

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Serjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh :

OKTO ROSARIO NISEN LOASANA NIM : 175214095

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2021

(2)

THE PERFORMANCE OF AIRLIFT PUMP WITH 1/2 INCHI DIAMETER OF RISER PIPE

USING 60 LITER / MINUTE AERATOR

FINAL PROJECT

Presented As Partial Fullfillment of the Requirement To Obtain the Engineering Degree In Mechanical Engineering

Arranged by :

OKTO ROSARIO NISEN LOASANA STUDENT NUMBER : 175214095

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2021

(3)

LEMBAR PERSETUJUAN Mengesahkan skripsi dengan judul :

Unjuk kerja Airlift pump Dengan Ukuran Diameter Pipa Riser 1/2 inchi Menggunakan Aerator 60 Liter per Menit

Yang dipersiapkan dan disusun oleh :

OKTO ROSARIO NISEN LOASANA NIM : 175214095

Menyetujui, Dosen Pembimbing,

Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T.

(4)

Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Ukuran Diameter Pipa Riser 1/2 Inchi Menggunakan Aerator 60 Liter per Menit

Telah dipertahankan dihadapan tim penguji Pada tanggal 7 Juli 2021

dan dinyatakan telah lulus memenuhi syarat Susunan tim penguji

Nama lengkap Tanda Tangan

Ketua : Budi Sugiharto M.T. ……….

Sekretaris : Doddy Purwadianto M.T. ……….

Anggota : Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. ……….

Tugas akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Serjana Teknik

Yogyakarta, 7 Juli 2021 Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan,

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.SC., Ph.D.

(5)

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul :

Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Ukuran Diameter Pipa Riser 1/2 inchi Menggunaka Aerator 60 Liter per Menit

Dibuat untuk memperoleh gelar Serjana Teknik Pada Program Strata 1, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan tiruan dari tugas akhir maupun penelitian yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma atau di perguruan tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah. Apabila suatu hari nanti ditemukan indikasi plagiarisme dalam tugas akhir ini, maka saya bersedia menerima sanksi berdasarkan undang – undang yang berlaku.

Yogyakarta,……….

Penulis

Okto Rosario Nisen Loasana 175214095

(6)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma :

Nama : Okto Rosario Nisen Loasana Nomor Mahasiswa : 175214095

Dengan Pengembangan ilmu pengetahuan, maka saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Ukuran Diameter Pipa Riser 1/2 inchi Menggunakan Aerator 60 liter per menit

Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Yogyakarta, 7 Juli 2021 Penulis

Okto Rosario Nisen Loasana 175214095

(7)

ABSTRAK

Airlift pump memiliki permasalahan yaitu efisiensi yang rendah dari pada pompa lainnya. Namun, airlift pump memiliki banyak keuntungan seperti biaya yang rendah, konstruksi yang sederhana dan dapat digunakan dalam banyak aplikasi. Rasio terendam dan ukuran diameter nosel injeksi merupakan faktor yang mempengaruhi debit air yang dihasilkan dan efisiensi pemompaan. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh rasio terendam dan ukuran diameter nosel injeksi terhadap debit air yang dihasilkan dan efisiensi.

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan menggunakan pipa terendam 1 meter, dan dengan ketinggian pipa tidak terendam 83% , 71% , 62% , 55% , 50%

, 45% , 42% , 38% 36% , 30% . Penelitian ini menggunakan pipa riser dengan ukuran diameter 0,5 inchi dan menggunakan pipa T sebagai nosel injeksi. Ukuran pipa T yang digunakan adalah 4 x 2 inchi, 2 x 2 inchi, 2 x 1 inchi, 2 x 1/2 inchi. Sumber udara yang digunakan adalah aerator 60 liter per menit dengan tekanan 0,02 Mpa. Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini adalah (1) Rasio terendam. (2) Ukuran diameter nosel.

Dari penelitian ini debit air yang dihasilkan terbesar terletak pada rasio terendam 83%

yaitu 11,25 lpm dan 8,34 lpm. Nilai efisiensi optimum terjadi pada rasio terendam 55% dengan diameter nosel 1/4 inchi yaitu 5,461. Selain itu, ukuran diameter nosel injeksi yang selalu menghasilkan pola aliran slug terdapat pada nosel injeksi berukuran 1/2 inchi dan 1/4 inchi.

Dari penelitian ini dapat diketahui bahwa semakin besar rasio terendam dan ukuran diameter nosel injeksi maka akan meningkatkan debit air yang dihasilkan dan nilai efisiensi. Pola aliran slug merupakan pola aliran terbaik yang menghasilkan debit air yang dihasilkan dan nilai efisiensi yang tinggi. Semakin besar ukuran diameter nosel injeksi, maka akan memperbesar juga gelembung yang terbentuk.

Kata kunci : Airlift pump, debit, diameter nosel injeksi, efisiensi, pola aliran, dan rasio terendam

(8)

ABSTRACT

The airlift pump has a problem, namely low efficiency than other pumps. However, the airlift pump has many advantages such as low cost, simple construction and can be used in many applications. The submerged ratio and the diameter of the injection nozzle are the factors that affect the resulting water discharge and pumping efficiency. The purpose of this study was to determine the effect of the submerged ratio and the diameter of the injection nozzle on the resulting water discharge and efficiency.

This study used an experimental method using a submerged pipe of 1 meter, and the height of the pipe was not submerged 83% , 71% , 62% , 55% , 50% , 45% , 42% , 38% 36%

, 30%. This study uses a riser pipe with a diameter of 1/2 inches and uses a T pipe as the injection nozzle. The size of the T pipe used is 4 x 2 inches, 2 x 2 inches, 2 x 1 inches, 2 x 1/2 inches. The air source used is an aerator of 60 liters per minute with a pressure of 0.02 Mpa.

The variables varied in this study were (1) the submerged ratio. (2) The size of the nozzle diameter.

From this research, the largest water discharge produced lies in the submerged ratio of 83%, namely 11.25 lpm and 8.34 lpm. The optimum efficiency value occurs at a submerged ratio of 55% with a nozzle diameter of 1/4 inches, namely 5.461. In addition, the diameter of the injection nozzle which always produces a slug flow pattern is found on the injection nozzles of 1/2 inches and 1/4 inches . From this research it can be seen that the greater the submerged ratio and the diameter of the injection nozzle, the higher the resulting water discharge and the efficiency value. The slug flow pattern is the best flow pattern that results in the resulting water discharge and high efficiency values. The bigger the diameter of the injection nozzle, the bigger the bubbles that are formed.

Key words: Airlift pump, discharge, efficiency, injection nozzle diameter, flow pattern, and submerged ratio

(9)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya yang berlimpah, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan naskah skripsi dengan baik dan tepat pada waktunya.

Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu persyaratan wajib mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin.

Dalam penyusunan naskah skripsi ini, penulis mendapatkan doa, bantuan, nasehat, dan bimbingan dari berbagai pihak sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan rasa terimakasih sebesar-besarnya kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi yang telah memberikan bimbingan, ilmu, dan masukan sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini dengan baik dan cepat.

4. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik selama masa perkuliahan.

5. Donatus Seran dan Ibu Florentina Bouk sebagai orang tua penulis yang selalu memberikan doa, semangat, dorongan, dan motivasi hidup.

6. Saudari / I Kandung (Noven Loasana, Putri Loasana dan Echa Loasana) dan Keluarga Besar Mariana Kiik (Mama Besar), sepupu kandung (Tito Bere, wanda Bere, Indah Bere, Agung Bere dan Suci Bere) penulis yang selalu memberikan doa, semangat, dorongan, dan motivasi hidup.

7. Seluruh teman dekat yang selalu setia memberikan semangat dan telah berjuang bersama, teman grup Manci dan kedua teman Binsar dan Elzra yang membantu membuat alat dan naskah skripsi.

8. Teman sahabat sekaligus pendamping yang selalu menemani, memberi dukungan serta motivasi Victoria Winni Meiti Riada.

(10)

9. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang telah memberikan pengalaman dan ilmu pengetahuan yang berharga selama masa perkuliahan.

10. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang telah memberikan pengalaman dan ilmu pengetahuan yang berharga selama masa perkuliahan.

11. Teman-teman Kelompok Tugas Akhir Airlift Pump, yang telah berjuang bersama.

12. Seluruh teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu, yang berjuang bersama dalam menempuh pendidikan guna memperoleh gelar Sarjana Teknik program Strata 1.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran sangat yang membangun dari pembaca sanagat diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini dikemudian hari. Akhirnya besar harapan penulis agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, ………

Okto Rosario Nisen Loasana

(11)

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN ... ii

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... iv

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... v

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... v

ABSTRACT ... vii

DAFTAR ISI... x

BAB I ... 1

PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Identifikasi Masalah ... 1

1.3 Rumusan Masalah ... 1

1.4 Tujuan ... 2

1.5 Manfaat ... 2

1.6 Batasan Masalah ... 2

BAB II ... 3

TINJAUAN PUSTAKA ... 3

2.1. Penelitian Sebelumnya ... 3

2.2. Landasan Teori ... 4

2.2.1. Pompa... 4

2.2.2. Airlift pump ... 4

2.2.3. Pola Aliran Dua Fase ... 5

2.2.4. Ukuran Diameter Nosel ... 6

2.2.5. Rasio Terendam ... 7

2.2.6. Efisiensi Airlift pump ... 8

BAB III ... 9

METODE PENELITIAN ... 9

3.1. Objek Penelitian ... 9

3.2. Variasi Penelitian ... 11

3.3. Metode Penelitian ... 12

3.4. Alur Penelitian ... 12

3.5. Alat dan Bahan ... 13

3.5.1 Alat yang digunakan ... 13

3.5.2 Alat ukur yang digunakan ... 13

(12)

3.5.3 Bahan yang digunakan ... 13

3.6 Proses Pembuatan Alat ... 15

3.7. Cara Pengambilan Data ... 15

3.8. Cara Analisis Data ... 16

3.9. Cara Melakukan Pembahasan ... 16

3.10. Cara Pembuatan Kesimpulan dan Saran ... 17

BAB IV ... 18

HASIL PEMBAHASAN ... 18

4.1 Data penelitian ... 18

4.2 Hasil Perhitungan ... 28

4.3 Pembahasan ... 32

4.3.1 Hubungan Rasio Terendam Terhadap Debit Air yang Dihasilkan ... 32

4.3.2 Hubungan Diameter Nosel Injeksi Terhadap Debit Air yang Dihasilkan .33 4.3.3 Hubungan Rasio Terendam Terhadap Efisiensi airlift pump ... 34

4.3.4 Hubungan Diameter Nosel Injeksi Terhadap Efisiensi airlift pump ... 35

4.3.5 Hubungan Ukuran Diameter Nosel Injeksi Terhadap Pola Aliran yang terbentuk ... 36

BAB V ... 37

KESIMPULAN DAN SARAN ... 37

5.1 Kesimpulan ... 37

5.2 Saran ... 37

DAFTAR PUSTAKA ... 38

LAMPIRAN... 40

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip Kerja Airlift Pump. ... 4

Gambar 2.2 Jenis Pola aliran… ... 5

Gambar 4.1 Bentuk Pola Aliran Pada Rasio Terendam 83%. ... 23

Gambar 4.11 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air yang Dihasilkan… ... 32

Gambar 4.12 Pengaruh Diameter Nosel Injeksi Terhadap Debit Air yang Dihasilkan… .... 33

Gambar 4.13 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi… ... 34

Gambar 4.14 Pengaruh Ukuran Diameter Nosel Injeksi Terhadap Efisiensi… ... 35

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Penelitian pada rasio terendam 83% ... 18

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Debit Air yang Dihasilkan pada Rasio Terendam 83% ... 30

(15)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Dewasa ini masalah yang dihadapi oleh perusahaan-perusahaan minyak ialah Sumur- sumur minyak yang laju produksinya sudah rendah atau bahkan sudah tidak mampu mengalirkan minyak ke permukaan dapat ditingkatkan / dihidupkan kembali dengan menggunakan pompa atau gas.

Air lift pump merupakan sarana yang digunakan untuk mengangkat cairan atau campuran cairan dan partikel padat secara artifisial melalui pipa vertikal yang sebagian terendam dalam cairan oleh udara terkompresi yang dimasukkan ke dalam pipa di dekat ujung bawah.

Air lift pump terdiri dari pipa vertikal yang terbagi menjadi dua bagian yaitu pipa hisap dan pipa vertical. Pipa hisap terletak di antara titik injeksi udara dan bagian bawah pipa vertikal, sedangkan pipa riser terletak di antara titik injeksi udara dan bagian atas pipa vertikal.

Keuntungan utama dari pompa pengangkat udara adalah dapat digunakan untuk memompa cairan yang bersifat korosif terhadap logam, bahan peledak, radioaktif, dan mengandung zat beracun dalam industri kimia. Di ladang minyak, pompa pengangkat gas digunakan untuk mengumpulkan minyak dari sumur yang lemah atau dari sumur yang berbentuk tidak teratur.

1.2 Identifikasi Masalah

Identifikasi dari penulisan ini adalah sebagai berikut

Dalam penelitian ini akan diuji seberapa besar pengaruh rasio terendam dan diameter nosel injeksi terhadap debit air dan efesiensi air lift pump.

1.3 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut 1. Bagaimana pengaruh rasio terendam terhadap debit pump ?

2. Bagaimana pengaruh rasio terendam terhadap efesiensi air lift pump ? 3. Bagaimana pengaruh ukuran diameter nosel injeksi terhadap debit ?

4. Bagaimana pengaruh ukuran diameter nosel injeksi terhadap efisiensi airlift pump ?

(16)

1.4 Tujuan

Tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut

1. Mengetahui pengaruh rasio terendam terhadap debit airlift pump 2. Mengetahui pengaruh rasio terendam terhadap efisiensi airlift pump

3. Mengetahui pengaruh ukuran diameter nosel injeksi terhadap debit airlift pump 4. Mengetahui pengaruh ukuran diameter nosel injeksi terhadap efisiensi airlift pump

1.5 Manfaat

Manfaat dari penulisan ini adalah

1. Sebagai penambah wawasan dan rujukan dalam ilmu pengetahuan berdasarkan pada teori-teori yang ada.

2. Menjadi refrensi penulisan bagi segenap pembaca yang berasal dari banyak kalangan, misalnya masyarakat, mahasiswa, pelajar, atau bahkan dosen atau guru.

3. Sebagai sumber dan bahan masukan bagi penulis lain untuk menggali dan melakukan eksperimen tentang sistem pendidikan dalam proses pembelajaran di Indonesia.

1.6 Batasan Masalah

1. Diameter pipa riser 0,5

2. Laju aliran udara adalah 60 liter / meter 3. Fluida yang diangkat adalah air

4. Variasi rasio terendam adalah 83% , 71% , 62% , 55% , 50% , 45% , 42% , 38%

36% , 30% .

5. Variasi diameter nosel yang digunakan 1/2 inci dan 1/4 inci.

(17)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Sebelumnya

(Khalil et al., 1999) melakukan penelitian mengenai Air Lift Pump dan menemukan laju aliran air dan efisiensi pompa menurun dengan menurunnya rasio terendam.

Selain itu juga, efisiensi sangat dipengaruhi oleh laju aliran udara dan metode injeksi.

Mereka juga menemukan hasil percobaan yang mempelajari efek metode injeksi pada performa Air Lift Pump. Hasilnya menunjukan bahwa ukuran gelembung awal dan distribusi gelembung di pipa riser mempunyai pengaruh yang besar pada performa pompa, dimana campuran homogen yang baik terbentuk pada riser mengurangi slip dan konsekuensinya menambah efisiensi Air Lift Pump.

(Fan et al., 2013) dari hasil penelitiannya menyimpulkan bahwa kapasitas pompa dan efisiensi merupakan fungsi dari parameter geometri pada pipa riser, laju aliran massa udara dan metode injeksi udara. Ketika menggunakan laju aliran yang tinggi harus juga menambahkan diameter pipa untuk memungkinkan air mengalir lebih baik karena bagian dari pipa di blok oleh udara.

(Abou Taleb & Al-jarrah, 2017) menambah ukuran gelembung air menggunakan ukuran lubang yang lebih besar pada air jacket sehingga mengurangi laju aliran udara yang dibutuhkan sehingga pola aliran menjadi bubbly-slug. Namun, laju aliran maksimum terjadi ketika aliran berubah dari aliran bubbly-slug ke slug churn flow.

(Wang et al., 2018) pada penelitian ini aliran slug menjadi aliran terbaik untuk memompa air karena pada umumnya air pada cairan slug naik dan hanya lapisan tipis air jatuh. Untuk aliran churn, umumnya fase gas dalam bentuk inti gas menempati pusat pipa yang mana menurunkan wilayah antar muka. Air yang bisa keluar menurun karena lemahnya gaya Tarik. Ketika beroperasi di laju aliran anular, hanya lapisan air yang tipis naik di sepanjang pipa. Lapisan air jenis ini, menjadi lebih tipis dengan bertambahnya laju aliran udara.

(18)

2.2. Landasan Teori 2.2.1. Pompa

Pompa merupakan suatu mesin yang berfungsi untuk mengalirkan zat cair dan campuran partikel padat dari tekanan yang lebih rendah ke tekanan yang lebih tinggi dengan menggunakan pemanfaatan udara sebagai sumber pendorong air ke tempat lainnya.

Penggunaan pompa biasanya berdasarkan pada sifat dan karakteristik zat cair yang akan dipompa. Kerja pompa atas dasar mengkonversikan energi mekanik menjadi energi kinetic.

Energi mekanik yang diberikan pompa digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan, atau ketinggian. Prinsip kerja pompa yang paling umum terdiri dari ketinggian pipa yang tidak terendam dan pipa yang terendam dalam cairan dan udara yang disuntikan kedalam pipa (G.J Parker , 1980).

2.2.2. Airlift pump

Airlift pump merupakan suatu mesin yang berfungsi untuk memindahkan, dan mengalirkan zat cair dari tekanan yang rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Airlift pump beroperasi karena perbedaan - perbedaan campuran udara dengan air dibagian dalam pipa.

Injeksi udara ke dalam menyebabkan berat jenis campuran cairan dalam pipa menjadi mengecil.

Gambar 2.1 Prinsip kerja Airlift pump (Makhsud, 2008)

Prinsip kerja airlift pump adalah dengan memanfaatkan udara yang diperoleh dari kompresor (Husain, 1975). Udara dengan tekanan dan kecepatan tertentu mengalir melalui pipa udara,

(19)

dan bergerak mendorong air yang berada dalam bak penampung air. Bak penampung air ini dilengkapi dengan katup kaki yang bekerja atau terbuka pada saat tekanan di dalam tabung rendah (vakum) dan tertutup pada tekanan tertentu (Reinemann dkk ., 1990).

Ketika disuntikkan sejumlah udara dari kompresor, maka air yang berada pada bak penampung air terdorong melalui pipa riser dan mengalir bersamaan dengan gelembung- gelembung udara hingga keluar pada penampung (reservoir).

Keuntungan dari airlift pump adalah pompa yang dapat diandalkan dengan menggunakan prinsip yang sangat sederhana. Airlift pump hanya memerlukan udara yang diinjeksikan dengan tekanan yang lebih tinggi daripada cairan yang akan dipompa. Cairan yang akan dipompa tidak bersentuhan dengan elemen mekanis apapun. Jadi airlift pump bisa digunakan dalam sumur air berpasir.

Kekurangan dari airlift pump adalah dalam kasus tertentu biaya yang dikeluarkan bisa sangat mahal. Sistem pemompaan ini hanya cocok jika digunakan untuk ketinggian yang relatif rendah. Selain itu airlift pump memiliki daya hisap yang terbatas. Karena prinsip kerja yang memerlukan udara sebagai pengangkat air, pada kasus tertentu hal ini dapat menimbulkan permasalahan baru.

2.2.3. Pola Aliran Dua Fase

Pola aliran dua fase (gas dan cair) pada saluran vertikal terdiri dari empat jenis yaitu bubbly flow, slug flow, churn flow dan annular flow (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012).

Gambar 2.2 Jenis Pola Aliran Menurut (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012)

Dalam kebanyakan literatur dua fase (gas dan liquid) umumnya dibagi empat pola aliran yaitu bubbly, slug, churn dan annular. Pada penelitian (Hanafizadeh & Ghorbani,

(20)

2012) mereka mendefinisikan pola – pola aliran sebagai berikut :

a. Aliran bubbly : udara didistribusikan seperti diskrit gelembung pada air yang kontinyu.

b. Aliran Slug : pada slug flow diameter dari gelembung udara diperkirakan sama seperti pipa upriser dan memiliki catatan variasi. Ketika slug pindah keatas lapisan cairan yang terbagi pada slug udara dari pipa menurun perlahan. Air yang terperangkap diantara dua slug besar terpaksa pindah keatas bersama dengan slug.

c. Aliran Churn : slug yang besar terpecah dan churn flow terbentuk. Bentuk alami Churn flow berosilasi karena ketidakseragamn aliran udara.

d. Aliran Annular : Pada aliran annular udara menempati inti pipa dan lapisan air terbentuk pada dinding pipa, yang mana tertarik keatas oleh udara karena gesekan antarmuka.

Permukaan lapisan air menjadi bergelombang karena interaksi fase. Pada tinggi pemompaan yang tinggi, gelombang ini pecah menjadi droplet kecil pada fase udara.

Kasus ini dikenal sebagai pola aliran annular ringan yang sesuai dengan studi literatur.

Pada observasi yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa aliran bubbly tidak bisa digunakan pada proses pemompaan. Alasan utama untuk postulat ini adalah bahwa gaya penggerak tidak cukup untuk menaikkan air melawan arah gravitasi sehingga aliran bubbly bisa digunakan hanya dengan rasio terendam yang tinggi pada Airlift Pump. Kebalikannya, pada pola aliran lain utamanya slug dan churn gelembung air yang besar bekerja seperti piston pneumatic dan mendorong air slug yang terperangkap diantara mereka di sepanjang pipa.

Gelembung udara tidak hanya mendorong air yang ada di depannya tapi juga menarik air yang ada dibelakangnya karena hisapan yang dibuat oleh perpindahan cepat gelembung. Pada pola aliran annular, inersia dari udara berkecepatan tinggi memaksa air untuk berpindah keatas berkaitan langsung dengan gaya geser antarmuka air-udara. Kecepatan udara yang lebih tinggi membuat gaya gesek cukup besar, konsekuensinya Airlift Pump bekerja dengan efisiensi yang rendah pada aliran annular. Ini bisa terlihat dari tiga aliran utama yaitu slug, churn dan annular yang mendorong air dari pada memindahkannya. Oleh karena itu, pola – pola aliran tersebut lebih aplikatif dari pada pola aliran bubbly, terutama pada rasio terendam yang rendah.

2.2.4. Ukuran Diameter Nosel

Diameter nosel injeksi adalah diameter yang terletak pada titik injeksi pompa. Pada penelitian (G. K. Awari et al., 2004) diketahui bahwa secara keseluruhan menambah diameter nosel akan

(21)

meningkatkan aliran dan efisiensi. Namun untuk menentukan ukuran nosel yang paling optimum dapat dipilih tergantung ukuran diameter pipa riser. Diameter optimum nosel bisa didapat dari polinomial fungsi yang dikembangkan (G. K. Awari et al., 2004) :

𝐷 = 8.53𝑑2 − 14.42𝑑 + 21.03 (2.1)

Dimana : 𝐷 = Diameter nosel (mm)

𝑑 = Diameter pipa riser (inchi)

Persamaan aljabar yang diusulkan disini adalah persamaan umum untuk menemukan diameter optimum nosel untuk dimensi pipa riser berapapun yang bisa diaplikasikan pada semua rasio terendam.

2.2.5. Rasio Terendam

Rasio Terendam Rasio terendam merupakan perbandingan ketinggian antara pipa bagian yang terendam dengan ketinggian pipa riser keseluruhan dari titik injeksi udara.

Untuk perhitungan rasio terendam dapat menggunakan persamaan :

𝛼 =

^𝐿^𝑠

𝐿_𝑇

(2.2)

Keterangan :

𝛼 = Rasio terendam

𝐿_𝑆= Ketinggian pipa yang terendam (m) 𝐿𝑇 = Ketinggian pipa riser keseluruhan (m) 𝐿𝐿 = Ketinggian pipa pengangkatan (m) Dimana :

𝐿𝑇 = 𝐿𝑆 + 𝐿𝐿 (2.3)

(22)

2.2.6. Efisiensi Airlift pump

Menggunakan persamaan dari penelitian Nicklin (1962). Untuk perhitungan efisiensi airlift pump yaitu :

𝑄𝑤 × 𝐿𝐿 × 𝜌×𝑔 (𝑃𝑖𝑛) 𝑄𝐺× 𝑃𝑎 × ln ₍_𝑃𝑎)

× 100% (2.4)

keterangan :

𝑄𝑤 = Debit aliran air yang dihasilkan (𝑚³/s)

𝐿𝐿 = Tinggi pengangkatan (m) 𝜌 = Massa jenis (kg/𝑚³ ) 𝑄𝐺 = Debit aliran udara yang diinjeksikan (lpm)

𝑃𝑎 = Tekanan atmosfer (Pa)

𝑃𝑖𝑛 = Tekanan udara absolut yang diinjeksikan aerator (Pa) 𝑃𝑔 = Tekanan udara yang terukur pada aerator (Pa)

Dimana :

𝑃

_{𝑖𝑛 =}

𝑃

_𝑔 ₊

𝑃

_𝑎 (2.5)

𝜂 =

(23)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Objek Penelitian

Pada penelitian ini, objek yang diteliti ialah airlift pump. Alat yang digunakan memiliki ukuran tinggi 300 cm.

Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan rasio terendam dan ukuran diameter nosel yang diijeksikan.

Komponen – komponen yang digunakan : 1. Aerator

Aerator digunakan sebagai penyedia udara yang berfungsi untuk mendorong air naik ke bak peanmpung air. Pada penelitian ini menggunakan aerator dengan merek Amara tipe ACO-003 yang memiliki spesifikasi :

Daya : 32 Watt

Tekanan udara : 0.02 𝑀𝑃𝑎

Pengeluaran udara : 60 Liter/menit.

Gambar 3.1 Aerator 2. Bak suplay air

Bak suplay air digunakan sebagai sebagai bak penyedia air yang akan diangkat.

Bak suplay air selalu diisikan air agar tinggi air selalu konstan dengan tinggi 1 meter terhadap tinggi injeksi. Ukuran bak suplay menggunakan pipa dengan ukuran diameter 4 inchi.

(24)

Gambar 3.2 Bak Suplay Air 3. Pipa pemisah air dan udara

Pipa ini digunakan sebagai pemisah antara air dengan udara. Pipa ini bertujuan agar udara dapat otomatis keluar.

Gambar 3.3 Pipa Pemisah air dan udara 4. Nosel T

Digunakan sebagai variasi ukuran diameter nosel injeksi

Gambar 3.4 Nosel T 5. Pipa Bening

Pipa bening ini terbuat dari bahan akrilik dengan ukuran diameter 0,5 inchi dan dengan Panjang 50 cm. Pipa bening digunakan untuk melihat bentuk pola aliran selama airlift pump bekerja.

(25)

Gambar 3.5 Pipa Bening 6. Pipa variasi Ketinggian

Pipa ini digunakan untuk pengujian variasi ketinggian.

Gambar 3.6 Pipa Variasi Ketinggian 7. Bak Pengukuran Air

Bak pengukuran air digunakan utuk menampung air yang keluar.

Ukuran volume air yang digunakan 10 liter.

8. Selang Air

Selang air digunakan untuk pengisian air pada bak penampung. Pada penelitian ini aliran yang dimasukan kedalam bak penampung adalah minimal 20 liter.

3.2. Variasi Penelitian

Terdapat dua jenis parameter yang akan divariasikan pada penelitian airlift pump ini, antara lain :

1. Variasi rasio terendam 83% , 71% , 62% , 55% , 50% , 45% , 42% , 38%

36% , 30% .

2. Variasi diameter nosel injeksi 1/2 inchi dan 1/4 inchi.

(26)

3.3. Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan secara Eksperimen di Laboratorium Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3.4. Alur Penelitian

Alur dari Penelitian airlift pump yang dilakukan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.7 Alur Penelitian

(27)

3.5. Alat dan Bahan 3.5.1 Alat yang digunakan

Alat yang digunakan dalam perancangan penelitian airlift pump adalah sebagai berikut:

a. Gerinda Tangan

Gerinda tangan digunakan untuk memotong bahan berupa pipa paralon kerangka airlift pump

b. Amplas

Amplas berfungsi untuk membuat permukaan pipa lebih halus dari bekas pemotongan.

c. Tang

Tang digunakan untuk tuas dalam memasang atau mencabut pipa paralon.

d. Gunting

Gunting digunakan untuk memotong tali dan pembuka lem e. Spidol

Spidol digunakan untuk memberikan tanda sebelum bahan dipotong.

3.5.2 Alat ukur yang digunakan

Alat ukur yang digunakan dalam perancangan airlift pump adalah sebagai berikut : a. Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume air yang dihasilkan oleh airlift pump. Gelas ukur yang digunakan memiliki ukuran 2 liter.

b. Meteran

Meteran digunakan untuk pengukuran panjang pipa yang akan dipotong dalam proses pembutatan airlift pump.

c. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu saat melakukan pengambilan data debit air yang dihasilkan selama penelitian.

3.5.3 Bahan yang digunakan

Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Pipa Paralon

Pipa paralon digunakan untuk membuat kerangka airlift pump. Ukuran pipa paralon yang digunakan adalah 4 inchi, 2 inchi, 1 inchi, dan 1/2 inchi.

(28)

b. Pipa Akrilik

Pipa bening yang terbuat dari bahan akrilik digunakan untuk melihat pola aliran yang terbentuk selama airlift pump bekerja. Ukuran pipa bening yang digunakan adalah 1/2 inchi.

c. Pipa Socket

Pipa socket digunakan untuk penyambungan pipa lurus dengan ukuran diameter pipa yang sama. Ukuran pipa socket yang digunakan adalah 1/2 inchi.

d. Pipa Elbow

Pipa elbow sering disebut sebagai sambungan “L” digunakan untuk membelokan aliran air. Ukuran pipa elbow yang digunakan adalah 4 inchi dan 1/2 inchi.

e. Pipa Reducer Socket

Pipa reducer socket digunakan untuk penyambungan pipa lurus dengan ukuran diameter pipa yang berbeda. Ukuran pipa reducer socket yang digunakan adalah 4 x 1 inchi, 4 x 2 inchi, 2 x 1/2 inchi, 1 x 1/2 inchi.

f. Pipa Tee Stuck

Pipa tee stuck digunakan untuk membuat saluran nosel injeksi yang bervariasi.

Ukuran pipa tee stuck yang digunakan adalah 4 x 2 inchi, 2 x 1/2 inchi.

g. Pipa SDD dan SDL (Shocket Drat Dalam dan Shocket Drat Luar)

Pipa SDD dan SDL merupakan sambungan pipa lurus yang memiliki ulir. Pipa SDD dan SDL digunakan untuk penyambungan pipa agar mudah dilepas dan dipasang ketika mengganti variasi. Ukuran pipa SDD dan SDL yang digunakan adalah 1/2 inchi.

h. Selang

Selang digunakan untuk mengalirkan udara ke nosel. Selain itu selang digunakan juga dalam mengalirkan air menuju bak penampung.

i. Lem Pipa

Lem yang digunakan khusus pipa berfungsi untuk menyatukan dan merekatkan pipa, selain itu lem juga berfungsi sebagai pencegah kebocoran pipa.

j. Seal Tape Pipa

Seal tape atau isolasi pipa digunakan untuk mencegah kebocoran pada sambungan pipa yang memiliki ulir.

(29)

3.6 Proses Pembuatan Alat

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan airlift pump adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan sketsa airlift pump.

2. Mengukur pipa dan memotong pipa. Pipa dengan ukuran diameter 4 inchi dipotong dengan panjang 2 meter 2 buah kemudian pipa dengan ukuran diameter 2 inchi, 1 inchi, dan 1/2 inchi masing-masing 50 cm.

3. Menyambungkan pipa ukuran 4 inchi dengan pipa elbow untuk dibuat kerangka airlift pump.

4. Membuat pipa variasi nosel menggunakan pipa tee stuck dengan ukuran 1/2 inchi kemudian diberikan SDD.

5. Memasang SDL dan pipa socket pada pipa bening berukuran 50 cm.

6. Kerangka airlift pump yang sudah jadi kemudian diletakan secara vertikal.

7. Membuat bak pemisah air dan udara menggunakan pipa 4 inchi, pipa T dengan ukuran 4 x 2 inchi dan pipa reducer socket dengan ukuran 4 x 1 inchi

8. Bak pemisah air diberikan selang air dengan ukuran 1 inchi dengan panjang 1,5 meter dan dikencangkan menggunakan klem cincin besi.

9. Selang udara dipasangkan pada aerator dengan dibalut seal tape agar mencegah kebocoran.

10. Memasang komponen pipa variasi, pipa bening, dan pipa bak pemisah pada kerangka airlift pump.

11. Bak penampung air diberi tanda 10 liter menggunakan gelas ukur.

3.7. Cara Pengambilan Data

Pengambilan data pada penelitian airlift pump ini didasarkan pada apa yang ditampilkan pada alat ukur yang digunakan pada penelitian ini. Langkah-langkah yang dilakukan dalam memperoleh data penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Memasang komponen variasi, seperti pipa bening, dan pipa bak pemisah pada kerangka airlift pump. Gunakan seal tape pada sambungan berulir agar mencegah kebocoran.

2. Selang udara dipasangkan dari aerator ke pipa nosel injeksi.

(30)

3. Bak suplay air diisi air hingga penuh dan dijaga konstan ketinggianya dengan mengisikan air terus menerus sampai proses pengambilan data selesai.

4. Menaruh bak penampung air bagian bawah, dan menyiapkan stopwatch.

5. Aerator dinyalakan dan menunggu air keluar dari selang bak penampung atas.

6. Setelah airlift pump bekerja dengan baik tanpa adanya kebocoran, maka dapat dilakukan pengambilan data.

7. Selang dari bak atas dimasukan ke bak penampung air bawah bersamaan dengan menyalakan stopwatch.

8. Mengisi air sampai dengan volume 10 liter.

9. Jika volume air sudah mencapai 10 liter stopwatch dimatikan.

10. Merekam pola aliran yang terbentuk pada pipa bening.

11. Aerator dan keran dimatikan.

12. Mencatat data yang diperoleh.

13. Lakukan pengambilan data berulang dengan pergantian variasi ukuran diameter nosel injeksi dan variasi rasio terendam.

3.8. Cara Analisis Data

Data-data hasil penelitian diperoleh dari nilai-nilai yang ditampilkan oleh alat ukur dan kemudian diolah untuk bisa dimasukan ke dalam gambar grafik dan pembahasan dengan langkah-langkah perhitungan sebagai berikut :

1. Menghitung rasio terendam.

2. Menghitung debit air yang dihasilkan.

3. Menghitung tekanan total udara yang diinjeksikan.

4. Menghitung nilai efisiensi.

3.9. Cara Melakukan Pembahasan

Setelah melakukan pengolahan data, selanjutnya akan dilakukan proses pembahasan.

Pembahasan ini dilakukan dengan perhitungan data-data kemudian membuat gambar grafik.

Selain itu, pembahasan juga berdasarkan hasil penelitian yang telah didapatkan dari penelitian- penelitian sebelumnya.

(31)

3.10. Cara Pembuatan Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan merupakan intisari dari hasil penelitian yang sudah dilakukan dan kesimpulan harus menjawab tujuan dari penelitian yang sudah dilakukan.

Saran dibuat dengan tujuan agar hasil yang akan dilakukan pada penelitian-penelitian masa mendatang menghasilkan airlift pump yang lebih baik lagi.

(32)

BAB IV

HASIL PEMBAHASAN

4.1 Data penelitian

Pada penelitian ini, dipaparkan hasil pengambilan data yang dilakukan selama 3 hari menggunakan aaerator diluar ruangan.

Table 4.1 Data penelitian pada rasio terendam 83%

No

Volume Terukur (Liter)

Waktu Terukur (Menit) Diameter Nosel Injeksi

½ “ ¼”

1 10 1,24 1,01

2 10 1,21 1,00

3 10 1,24 1,03

4 10 1,19 1,02

5 10 1,21 0,57

6 10 1,22 1,00

7 10 1,21 0,59

8 10 1,21 0,59

9 10 1,21 1,00

10 10 1,19 1,00

Rata-rata 10 1,21 0,88

(33)

Tabel 4.2 Data penelitian pada rasio terendam 71%

No Volume Terukur (Liter)

½ “ ¼”

1 10 1,35 1,04

2 10 1,38 1,03

3 10 1,38 1,02

4 10 1,36 1,01

5 10 1,37 1,03

6 10 1,37 1,01

7 10 1,38 1,01

8 10 1,38 1,01

9 10 1,38 1,02

10 10 1,38 1,02

Rata-rata 10 1,37 1,02

½ “ ¼”

1 10 1,48 1,11

2 10 1,48 1,09

3 10 1,47 1,13

4 10 1,47 1,12

5 10 1,44 1,11

6 10 1,46 1,12

7 10 1,47 1,13

8 10 1,45 1,12

9 10 1,44 1,12

10 10 1,43 1,13

Rata-rata 10 1,46 1,12

(34)

½ “ ¼”

1 10 1,56 1,34

2 10 1,52 1,37

3 10 1,53 1,37

4 10 1,53 1,38

5 10 1,54 1,30

6 10 1,55 1,27

7 10 1,55 1,29

8 10 1,54 1,27

9 10 1,55 1,27

10 10 1,52 1,26

Rata-rata 10 1,54 1,31

No

½ “ ¼”

1 10 2,16 2,43

2 10 2,12 2,58

3 10 2,17 2,59

4 10 2,12 3,09

5 10 2,15 3,06

6 10 2,18 3,12

7 10 2,15 2,50

8 10 2,10 3,10

9 10 2,14 2,57

10 10 2,20 3,04

Rata-rata 10 2,15 2,81

(35)

½ “ ¼”

1 10 2,46 4,25

2 10 2,43 4,38

3 10 2,43 4,38

4 10 2,46 4,31

5 10 2,50 4,30

6 10 2,51 4,27

7 10 2,46 4,27

8 10 2,52 4,29

9 10 2,52 4,27

10 10 2,49 4,28

Rata-rata 10 2,48 4,30

½ “ ¼”

1 10 2,59 4,22

2 10 2,59 4,31

3 10 2,52 4,37

4 10 2,53 4,35

5 10 2,55 4,37

6 10 2,54 4,36

7 10 2,53 4,47

8 10 2,51 4,49

9 10 2,50 4,51

10 10 2,48 4,52

Rata-rata 10 2,53 4,40

(36)

No

½ “ ¼”

1 10 3,04 4,30

2 10 3,08 4,35

3 10 3,07 4,43

4 10 3,05 4,36

5 10 3,00 4,41

6 10 3,04 4,38

7 10 3,04 4,41

8 10 3,03 4,36

9 10 3,04 4,38

10 10 3,05 4,37

Rata-rata 10 3,04 4,38

½ “ ¼”

1 10 3,59 7,16

2 10 4,01 7,20

3 10 3,56 7,24

4 10 4,01 7,32

5 10 3,59 7,23

6 10 3,59 7,28

7 10 4,00 7,36

8 10 3,58 7,45

9 10 4,00 7,48

10 10 4,02 7,33

Rata-rata 10 3,80 7,31

(37)

½ “ ¼”

1 10 3,48 7,18

2 10 3,51 7,32

3 10 3,52 7,49

4 10 3,54 7,44

5 10 3,49 7,52

6 10 3,54 7,49

7 10 3,57 7,52

8 10 3,54 7,57

9 10 3,52 8,05

10 10 3,54 8,05

Rata-rata 10 3,53 7,56

Selain itu juga dilakukan juga pengambilan data gambar pola aliran yang terbentuk.

Nosel ½ “ Nosel ¼ “

Gambar 4.1 Bentuk Pola Aliran Pada Rasio Terendam 83%

(38)

Nosel ½ “ Nosel ¼ “ 4.2 Bentuk Pola Aliran Pada Rasio Terendam 71%

Nosel ½ “ Nosel ¼ “ 4.3 Bentuk Pola Aliran Pada Rasio Terendam 62%

(39)

(40)

(41)

Nosel ½ “ Nosel ¼ “ Gambar 4.9 Bentuk Pola Aliran Rasio Terendam 36%

(42)

4.2 Hasil Perhitungan

Berdasarkan data-data hasil penelitian, kemudian dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (1) sampai dengan persamaan (10) yang telah dibahas pada bab 2.

Hasil perhitungan dijabarkan sebagai berikut : a. Rasio Terendam

Perhitungan persentase rasio terendam dapat diketahui dengan perbandingan ketinggian antara pipa bagian yang terendam dengan ketinggian pipa riser keseluruhan dari titik injeksi udara. Perhitungan rasio terendam untuk rasio terendam 1 : 1,20 yaitu

α =^𝐿𝑠 x 100%

𝐿𝑇

= ¹

1,20 x 100%

= 83 %

(43)

b. Debit Air yang dihasilkan

Perhitungan debit air yang dihasilkan merupakan banyaknya aliran air yang dihasilkan dalam satu satuan waktu. Perhitungan debit air yang dihasilkan pada rasio terendam 55 % pada diameter nosel injeksi 1/2 inchi yaitu :

Qw

=

^𝑣

𝑡

=

^{10 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟}

1,539 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

=

6,498 liter per menit c. Percepatan Gravitasi

Percepatan gravitasi yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan percepatan gravitasi bumi yaitu :

g = 9,81 𝑚/𝑠² .

d. Debit Aliran Udara yang Diinjeksikan

Debit aliran udara yang digunakan pada aerator dalam penilitian ini adalah 60 liter/menit. Debit ini dapat diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk aerator.

Kemudian debit udara ini dikonversikan ke dalam satuan 𝑚³ /s agar bisa dimasukan dalam perhitungan nilai efisiensi . 60 lpm = 0,001 𝑚³ /s

e. Tekanan Atmosfer

Tekanan atmosfer yang digunakan dalam penelitian ini yaitu : 𝑃𝑎 = 101325 Pascal

f. Tekanan yang diinjeksikan

Tekanan yang diinjeksikan dapat diketahui dari penjumlahan antara tekanan atmosfer dengan tekanan terukur yang dihasilkan oleh aerator. Tekanan terukur dapat diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk aerator. Besar dari tekanan injeksi yaitu :

(44)

𝑃𝑖𝑛 = 𝑃𝑔 + 𝑃𝑎𝑡𝑚

= (0,02 𝑀𝑃

×

^{60000 𝑃}^𝑎)+ 101325 𝑃

𝑎 1 𝑀𝑃𝑎 𝑎

= 121325 𝑃𝑎

g. Efisiensi Airlift pump

Perhitungan Efisiensi airlift pump pada rasio terendam 55% pada diameter nosel injeksi 1/2 inchi adalah sebagai berikut :

Ƞ = ^𝑄^𝑤^×𝐿^𝐿^{× 𝑝 ×𝑔}

× 100

%

𝑄𝐺 ×𝑝𝑎 ×𝐼𝑛 ( ^𝑃𝑖𝑛) 𝑝𝑎

0,000108 𝑚³/s × 0,80 m × 1000 Kg / 𝑚³× 9,81

= _𝑚3 ₁₂₁₃₂₅_𝑃𝑎

× 100

0,001

=

^{4,644 %}

s × 101325 𝑃_𝑎× 𝑙𝓃(

101325 𝑃𝑎)

Perhitungan dilakukan dengan cara dan persamaan yang sama untuk disetiap variasi. Setelah selesai dalam melakukan perhitungan untuk setiap variasi maka data-data disajikan dalam tabel 4.11 hingga tabel 4.20.

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Debit Air yang Dihasilkan Pada Rasio Terendam 83%

NO Volume Terukur (L)

Diameter Nosel (inchi)

Waktu Terukur (Menit)

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 1,213 8,244 1,477

2 10 0,25 0,881 11,351 2,032

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 1,373 7,283 2,601

2 10 0,25 1,020 9,804 3,513

(45)

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 1,459 6,854 3,676

2 10 0,25 1,118 8,944 4,805

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 1,539 6,498 4,644

2 10 0,25 1,312 7,622 5,460

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 2,149 4,653 4,165

2 10 0,25 2,808 3,561 3,187

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 2,478 4,035 4,334

2 10 0,25 4,300 2,326 2,502

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 2,534 3,946 4,951

2 10 0,25 4,397 2,274 2,852

(46)

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 3,044 3,285 4,708

2 10 0,25 4,375 2,286 3,276

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 3,795 2,635 4,247

2 10 0,25 7,305 1,369 2,207

Debit Air (lpm)

Efisiensi (%)

1 10 0,5 3,525 2,837 5,082

2 10 0,25 7,563 1,322 2,368

4.3 Pembahasan

4.3.1 Hubungan Rasio Terendam Terhadap Debit Air yang Dihasilkan

Gambar 4.11 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air yang Dihasilkan

12 10 8 6 4 2 0

90% 83% 71% 62% 55% 50% 45% 42% 38% 36% 30%

Rasio Terendam %

d nosel 0,25 inchi d nosel 0,5 inchi

Debit Air (Liter/Menit)

(47)

Gambar 4.11 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap debit air yang dihasilkan.

Dari gambar grafik dapat diketahui bahwa untuk semua ukuran nosel injeksi debit air terbesar yang dihasilkan terjadi pada rasio terendam 83% yaitu 11,35 lpm dan 8,24 lpm. Selain itu debit air terkecil terjadi pada rasio terendam 30% yaitu 1,32 lpm dan rasio terendam 36% yaitu 2,63 lpm.

Disini dilihat bahwa variasi ketinggian pipa sangatlah berpengaruh pada debit air yang dihasilkan yang dimana semakin tinggi variasi pipa, udara yang mendorong air melalui pipa riser semakin melemah sehingga menyebabkan debit air yang keluar ke bak penampung makin kecil.

4.3.2 Hubungan Diameter Nosel Injeksi Terhadap Debit Air yang Dihasilkan

Gambar 4.12 Pengaruh Diameter Nosel Injeksi Terhadap Debit Air yang Dihasilkan Gambar 4.12 merupakan grafik pengaruh ukuran diameter nosel injeksi terhadap debit air yang dihasilkan. Dapat diketahui debit air terbesar pada rasio terendam 83%, 71%, 62% dan 55% yang dihasilkan oleh nosel injeksi berukuran 0,25 inchi yaitu 11,351 lpm, 9,804 lpm, 8,944 lpm dan 7,622. sedangkan pada rasio terendam 36% dan 30% dihasilkan oleh nosel berukuran 0,25 inchi yaitu 1,322 lpm dan 1,369 lpm. Hal ini disebabkan karena dengan memperbesar ukuran diameter nosel akan memperbesar gelembung yang terbentuk pada pola

12

10

Rasio Terendam 83%

Rasio Terendam 71%

8

Rasio Terendam 62 6

4

Rasio Terendam 55%

Rasio Terendam 50%

Rasio Terendam 45%

Rasio Terendam 42%

Rasio Terendam 38%

2 Rasio Terendam 36%

Rasio Terendam 30%

0

0,25 0,5

Nosel Injeksi (inchi)

Debit Air (Liter/Menit)

(48)

aliran. Namun perlu diketahui juga bahwa diameter nosel dengan ukuran yang sama dengan pipa riser tidak seluruhnya akan meningkatkan debit air yang dihasilkan, hal ini terjadi pada diameter nosel 0,5 inchi pada rasio terendam 36% dan 30%. Ini terjadi karena jika ukuran diameter nosel injeksi sama dengan ukuran diameter pipa riser maka akan terjadi penurunan efektivitas (Qiang et al., 2018). Efektivitas yang dimaksud adalah debit air yang dihasilkan.

Pemilihan ukuran diameter nosel paling optimum yaitu berukuran kurang dari ukuran diameter pipa riser. Oleh karena itu, dianjurkan untuk menggunakan ukuran diameter nosel yang besar namun tidak lebih besar dari ukuran diameter pipa riser.

4.3.3 Hubungan Rasio Terendam Terhadap Efisiensi airlift pump

Gambar 4.13 menampilkan grafik hubungan rasio terendam terhadap efisiensi airlift pump.

Gambar 4.13 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi

Gambar 4.13 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap efisiensi. Dari gambar grafik diatas dapat diketahui bahwa nilai optimum pada penelitian ini terdapat pada rasio terendam 55% pada keseluruhan ukuran diameter nosel injeksi. Nilai efisiensi tertinggi terdapat pada rasio terendam 55% dan 30% yaitu 5,461 dan 5,082.

Pada rasio terendam 50% dan 45% terjadi penurunan nilai efisiensi, yaitu 4,165 dan 2,502.

Kemudian pada rasio terendam 36% terjadi penurunan nilai efisiensi, yaitu 4,247 dan 2,207.

6 5 4

3 d Nosel 0,5 inchi

2 d Nosel 0,25 inchi

1

0

83% 71% 62% 55% 50% 45% 42% 38% 36% 30%

Rasio Terendam (%)

Efisiensi (%)

(49)

4.3.4 Hubungan Diameter Nosel Injeksi Terhadap Efisiensi airlift pump

Gambar 4.14 menampilkan grafik hubungan diameter nosel injeksi terhadap Efisiensi airlift pump.

Gambar 4.14 Pengaruh Ukuran Diameter Nosel Injeksi Terhadap Efisiensi

Pada gambar grafik 4.14 dapat diketahui bahwa efisiensi besar terdapat pada ukuran diameter nosel besar. Nilai efisiensi optimum terjadi pada rasio terendam 50% dengan diameter nosel 0,25 inchi yaitu 5,461. Namun perlu diketahui juga bahwa diameter nosel terendah terjadi pada rasio terendam 83% dengan diameter nosel 0,5 inchi yaitu 1,477.

Hal ini terjadi karena pengaruh tekanan udara yang terjadi pada pipa riser sehingga menyebabkan nilai efisiensinya ada yang tertinggi maupun terendah.

6

4 3 2

Rasio Terendam 71%

Rasio Terendam 62%

Rasio Terendam 55%

Rasio Terendam 50%

Rasio Terendam 45%

Rasio Terendam 42%

1 Rasio terendam 38%

Rasio Terendam 36%

0,5 0,25

Nosel Injeksi (inchi)

Efisiensi (%)

(50)

4.3.5 Hubungan Ukuran Diameter Nosel Injeksi Terhadap Pola Aliran yang terbentuk Pola aliran yang terbentuk ditampilkan pada table 4.11.

Tabel 4.11 Pola Aliran

NO Rasio

Terendam

Analisa Pola Aliran

1 83% ½ Slug

2 83% ¼ Churn

3 71% ½ Churn

4 71% ¼ Churn

5 62% ½ Churn

6 62% ¼ Churn

7 55% ½ Slug

8 55% ¼ Churn

9 50% ½ Slug

10 50% ¼ Slug

11 45% ½ Slug

12 45% ¼ Slug

13 42% ½ Slug

14 42% ¼ Slug

15 38% ½ Slug

16 38% ¼ Slug

17 36% ½ Slug

18 36% ¼ Slug

19 30% ½ Slug

20 30% ¼ Slug

Dari hasil Penelitian ini dapat diketahui bahwa semakin tinggi ukuran variasi ketinggian maka akan berpengaruh pada pembentukan pola aliran slug. Pola aliran slug akan meningkatkan nilai efisiensi tetapi debit air yang dihasilkan semakin kecil.

(51)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil Penelitian airlift pump yang sudah dilakukan, dengan aerator 60 lpm dengan ukuran diameter pipa riser 0,5 inchi, dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Diketahui bahwa untuk semua ukuran nosel injeksi debit air terbesar yang dihasilkan terjadi pada rasio terendam 83% yaitu 11,35 lpm dan 8,24 lpm. Selain itu debit air terkecil terjadi pada rasio terendam 30% yaitu 1,32 lpm dan rasio terendam 36% yaitu 2,63 lpm. Disini dilihat bahwa variasi ketinggian pipa sangatlah berpengaruh pada debit air yang dihasilkan yang dimana semakin tinggi variasi pipa, udara yang mendorong air melalui pipa riser semakin melemah sehingga menyebabkan debit air yang keluar ke bak penampung makin kecil.

2. Nilai optimum pada penelitian ini terdapat pada rasio terendam 55% pada keseluruhan ukuran diameter nosel injeksi. Nilai efisiensi tertinggi terdapat pada rasio terendam 55% dan 30% yaitu 5,461 dan 5,082. Pada rasio terendam 50% dan 45% terjadi penurunan nilai efisiensi, yaitu 4,165 dan 2,502. Kemudian pada rasio terendam 36%

terjadi penurunan nilai efisiensi, yaitu 4,247 dan 2,207.

3. Pengaruh ukuran diameter nosel injeksi terhadap debit air. Debit air terbesar pada rasio terendam 83%, 71%, 62% dan 55% yang dihasilkan oleh nosel injeksi

berukuran 0,25 inchi yaitu 11,351 lpm, 9,804 lpm, 8,944 lpm dan 7,622. sedangkan pada rasio terendam 36% dan 30% dihasilkan oleh nosel berukuran 0,25 inchi yaitu 1,322 lpm dan 1,369 lpm. Hal ini disebabkan karena dengan memperbesar ukuran diameter nosel akan memperbesar gelembung yang terbentuk pada pola aliran.

4. Nilai efisiensi optimum terjadi pada rasio terendam 50% dengan diameter nosel 0,25 inchi yaitu 5,461. Namun perlu diketahui juga bahwa diameter nosel terendah terjadi pada rasio terendam 83% dengan diameter nosel 0,5 inchi yaitu 1,477.

Hal ini terjadi karena pengaruh tekanan udara yang terjadi pada pipa riser sehingga menyebabkan nilai efisiensinya ada yang tertinggi maupun terendah.

(52)

DAFTAR PUSTAKA

Abou Taleb, F., & Al-jarrah, J. (2017). Experimental Study of an Air lift pump. Engineering Technology and Applied Science Research, 7(3), 1676–1680.

Awari, G. K., Ardhapurkar, P. M., Wakde, D. G., & Bhuyar, L. B. (2004). Performance analysis of air-lift pump design. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C:

Journal of Mechanical Engineering Science, 218(10), 1155–1161.

https://doi.org/10.1243/0954406042369099

Awari, Gajanan K., Bhuyar, L. B., & Wakde, D. G. (2007). A generalized gas-liquid two-phase flow analysis for efficient operation of airlift pump. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 29(3), 307–312. https://doi.org/10.1590/S1678- 58782007000300011

Fan, W., Chen, J., Pan, Y., Huang, H., Arthur Chen, C. T., & Chen, Y. (2013). Experimental study on the performance of an air-lift pump for artificial upwelling. Ocean Engineering, 59, 47–57. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2012.11.014

Hanafizadeh, P., & Ghorbani, B. (2012). Review study on airlift pumping systems. Multiphase Science and Technology, 24(4), 323–362. https://doi.org/10.1615/MultScienTechn.v24.i4.30

Kassab, S. Z., Kandil, H. A., Warda, H. A., & Ahmed, W. H. (2009). Air-lift pumps characteristics under two-phase flow conditions. International Journal of Heat and Fluid Flow, 30(1), 88–98. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.09.002

Khalil, M. F., Elshorbagy, K. A., Kassab, S. Z., & Fahmy, R. I. (1999). Effect of air injection method on the performance of an air lift pump. International Journal of Heat and Fluid Flow, 20(6), 598–604. https://doi.org/10.1016/S0142-727X(99)00051-X

Qiang, Y., Fan, W., Xiao, C., Pan, Y., & Chen, Y. (2018). Effects of operating parameters and injection method on the performance of an artificial upwelling by using airlift pump. Applied Ocean Research, 78(May), 212–222. https://doi.org/10.1016/j.apor.2018.06.006

Reinemann, D. J. (1987). A Theorethical and experimental study of airlift pumping and aeration with reference to aquacultural applications. August, 111.

(53)

Wang, Z., Kang, Y., Wang, X., Li, D., & Hu, D. (2018). Investigating the flow characteristics of air-lift pumps operating in gas–liquid two-phase flow. Chinese Journal of Chemical Engineering, 26(2), 219–227. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.09.011

(54)

LAMPIRAN Alat airlift pump yang digunakan