PENELITIAN KERUGIAN HEAD PADA INSTALASI POMPA DIRANGKAI SECARA PARALEL UNTUK FLUIDA AIR DAN AIR DETERJEN

(1)

POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2 September 2013

Penelitian Kerugian Head pada … 93

PENELITIAN KERUGIAN HEAD PADA INSTALASI POMPA DIRANGKAI SECARA PARALEL UNTUK

FLUIDA AIR DAN AIR DETERJEN

1)

Heri Kustanto , 2) Wiyono

1) 2)

Teknik Elektro Akademi Teknologi Warga Surakarta

ABSTRACT

Problems of operation of pump equipments which must be paid

attention to especially is going together head and qapacity yielded. If fluid use have the viscosity which different each other, hence will influince the loss head so that do not always apllicable to pumping.

Problems that happened is how to maximize the pump fuction minimization of loss arising out aplicable to characteristic pump especiallly at centrifugal pump. Reseach of stream loss of parallel pump instalation aim to analyse the influince water viscosity and the detergent water to loss of arising out stream. Mostly in industry world which is most using liquid fluid a lot of using pump this type, because of easy treatment and do not need specialty in running it, but important to remember pump used for the fluid of having lowest viscosity.

Result of research show the viscosity water of this irrigate the detergent. 1.16910-6 m2/s. Loss of head fluid irrigate at spillway rotation opened the full of; closed ¼; closed ½; closed ¾ each are 0.226 m; 0.128 m; 0.085 m

and 0.013 m. While at fluid irrigate the detergent of loss head of at spillway rotation opened the full of; closed ¼; closed ½; closed ¾ each are 0.167 m; 0.1002 m; 0.054 m and 0.005 m. Pursuant to analysis of at fluid irrigate and irrigate the detergent, loss of head become of by the spillway rotation closed ¾ that is 0.031 m and 0.038 m, because its stream speed minimize that is 0.41 m/s. While at rotation opened full of level of loss head are 0.226 m and represent the compared to biggest loss head of other spillway rotation. This matter result the fluent fluid flow becoming is not fluent.

Key Word : head losses, viscosity , pump, flow at pipe

1. PENDAHULUAN

Di dunia industri pompa sangat diperlukan untuk proses produksi.Pompa banyak digunakan

untuk memompa air dan terkadang digunakan untuk fluida cair yang lain, air deterjen memiliki viscositas kenematik dan kerapatan yang lebih tinggi

(2)

dibandingkan air, sehingga dari perbedaan ini dialirkan sebuah analisis perhitungan kerugian – kerugian yang terjadi pada suatu instalasi untuk membandingkan pengaruh viscositasnya.

Didalam penelitian ini,dapat diketahui koefisen rugi – rugi pada alat – alat instalasi yang dipakai dan ditelisti,sehingga dapat diketahui koefisien rugi – rugi pada alat – alat instalasi yang

dipakai dan diteliti,sehingga dapat dijadikan suatu pertimbangan

alternative dalam

pemakaiannya.Instalasi pompa seri ini berfungsi untuk menaikan fluida air dan air deterjen dari bak

air penampung ke

pompa.Selanjutnya dilakukan pengamatan pada flowmeter untuk melihat besarnya debit air dan air deterjen.

Penelitian kerugian aliran pada instalasi pompa untuk fluida air dan deterjen ini penulis susun bertujuan :

a. Menganalisa pengaruh

viscositas air dan air deterjen terhadap kerugian – kerugian aliran yang timbul.

b. Menganalisa kerugian – kerugian tersebut untuk menemukan perbedaan yang terjadi pada instalasi pompa jika dipasang secara paralel dengan membedakan fluida air dan air deterjen.

II. BAHAN DAN METODE A. BAHAN DAN PERALATAN Dalam penelitian ini bahan dan peralatan yang digunakan antara lain :

a. Air deterjen b. Air

c. Timbangan

d. Katup pengatur debit air e. Gelas pengukur tinggi air f. Pompa

g. Bak penampung air

h. Stopwatch

i. Manometer B. KAJIAN PUSTAKA

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan

fluida cair dari suatu tempat ketempat lain dengan cara memberikan perbedaan tekanan.

Pompa digunakan untuk

memindahkan fluida (cairan) dari tempat yang lebih rendah ke tempat lebih tinggi atau sebaliknya. Fungsi pompa adalah untuk memindahkan cairan ini diperlukan tekanan (head) yaitu untuk mengatasi gesekan-gesekan dan perbedaan tinggi atau perbedaan tekanan(Edi Suhariyono, 2008).

Kerugian head yang disebabkan aliran biasanya terdiri dari kerugian gesek dan kerugian dalam belokan – belokan,reduser,katup – katup serta perangkat – perangkat instalasi lain (W Agung,2002) 1. Sifat – sifat fluida

(3)

a. Kerapatan

Besarnya kerapatan adalah

V M

=

ρ

………

……….(1)

Dimana ρ = Kerapatan massa (kg/m3) M = Massa zat cair (kg) V = Volume m3

Hubungan antara kerapatan dan berat jenis adalah :

g

.

ρ

γ

= ………...………

………(2)

Dimana γ = Berat jenis (kg/m2s2) ρ = Kerapatan massa (kg/m3) g = Percepatan grafitasi (m/s2)

Hubungan antara kerapatan dengan volume jenis (v) adalah :

ρ

1 = v ……… ……….. (3) b. Kekentalan

Dalam beberapa masalah mengenai gerak zat cair kekentalan

absolute atau kekentalan dinamik dihubungkan dengan rapat massa dalam bentuk :

ρ

µ

=

v ………

……….. (4)

Dimana v = Kekentalan kinetic (m2/s) µ = Kekentalan dinamik (Ns/m2) ρ = Kerapatan massa (kg/m3) 2. Aliran Fluida dalam Pipa

Akan tetapi di dalam proses pengaliran di dalam pipa terdapat kerugian pada tekanan pompa tersebut yang sering disebut head losses. Jenis aliran pada pipa tersebut merupakan jenis turbulen, karena nilai bilangan Reynold (Cepi Iskandar 2006).

Terdapat beberapa aliran fluida dalam pipa yaitu aliran mantap dan aliran pada pipa lurus.Pada aliran pipa lurus diklasifikasikan menjadi aliran laminar,aliran transisi dan aliran turbulen.Untuk menentukan apakah suatu aliran itu laminar atau turbulen. Dapat dipakai

(4)

v D V.

Re= ………

………… (5 )

Dimana Re = bilangan reynold

V = Kecepatan rata – rata aliran dalam pipa (m/s) D = Diameter dalam pipa (m)

v = Kekentalan kinetik (m2/s)

Jika angka Re < 2.300 ,aliran bersifat laminar. Jika angka Re > 4000 ,aliran bersifat turbulen. Jika angka Re = 2300 – 4000 terdapat daerah transisi dimana aliran dapat bersifat laminar ataupun turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran.

3. Head Losses

Tinggi tekan adalah ketinggian pada kolom fluida naik untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida pada kondisi sama.

Kerugian tekan adalah salah satu kerugian yang tidak dapat dihindari pada suatu aliran fluida yang berupa berkurangnya tekanan pada suatu aliran, sehingga menyebabkan kecepatan aliran mengecil. Salah satu kerugian yang sering terjadi

dan tidak dapat diabaikan pada aliran air yang menggunakan pipa adalah kerugian tekan akibat gesekan dan perubahan penampang atau pada belokan pipa yang menggangu aliran normal. Hal ini menyebabkan aliran air

semakin lemah dan

mengecil.(Bagus shella Affan,2010)

Kerugian head adalah head untuk mengatasi

kerugian – kerugian yang terjadi.Adapun Kerugian yang terjadi adalah :

a). Kerugian head gesek dalam pipa

g

D

V

L

hf

.

2 .

.

2

λ

=

……… ………(6)

Dimana : hf = Kerugian head gesek (m) λ = Kerugian head gesek (m) L = Panjang piupa (m)

V = Kecepatan rat – rata didalam pipa (m/s) D = Diameter dalam pipa (m)

(5)

g = Percepatan grafitasi (m/s2) b). Kerugian head dielbow.

g

V

k

hm

2

=

……….………… ……… (7 )

Dimana hm = kerugian head dalam elbow (m)

k = koefisien losses elbow.

C. METODE

Dalam penelitian

ini,terdapat beberapa tahapan

yang dimulai dengan

pembuatan instalasi pompa

paralel, pengujian

viscositas,fluida air dan air

detergen sampai dengan perhitungankerugian

head.Berikut ini adalah pembuatan instalasi pompa paralel seperti ditunjukan pada gambar 1.

Gambar 1 Instalasi Pompa Rangkaian Paralel Keterangan gambar :

1. Katub pengatur debit aliran 2. Manometer

3. Skaklar 4. Peluap

5. Gelas pengukur tinggi air diatas puncak peluap 6. Bak penampung air

1 2 4 3 5 6 7 8 9

(6)

7. Pompa 1 8. Pompa 2 9. Flow meter

Adapun langkah – langkah penelitian kerugian head pada

pompa yang dirangkai paralel ditunjukan pada gambar 2

IV. Hasil Dan Pembahasan A. Hasil

1. Perhitungan Viscositas air dan air deterjen

Pada tabel sifat – sifat air pada tekanan atmosfer diketahui pada suhu 20°C rapat massa air ( ρair ) sebesar 998,2 kg/m3 dan vicositas kinematik

( V ) sebesar 0,804 x 10-6 m2/s,sedangkan pada suhu 30°C rapat masa air (ρair) sebesar 995, 7 kg/m3 dan

viscositas kinetik ( V ) sebesar 0,804 x 10-6 m2/s maka untuk mencari rapat massa dan viscositas kinetik air pada suhu 27°C digunakan interpolasi :

Rapat massa air (ρ air) = (995,7 998,2) 998,2

20 30 20 27 + − − − FLUIDA KERJA

AIR AIR DETERJEN

PEMBAHASAN

KESIMPULAN PERHITUNGAN VISCOSITAS

PENGUKURAN BEDA TINGGI TEKAN

INSTALASI POMPA RANGKAIAN PARALEL

PENGUKURAN DEBIT ALIRAN PENGUKURAN KERUGIAN -KERUGIAN PENGOLAHAN DATA TIDAK YA

(7)

= 996,5 kg /m3 Dan dengan cara yang sama

viscositas kinetik air sebesar 0,8649 x 10 -6 m2/s.Pada

viscositas diterjen dari hasil percobaan didapat :

Massa picno kosong = 15,6402 gram. Massa picno + massa air = 40,7067 gram

Massa air = 40,7067 – 15,6402 = 25,06 gram.

Volume picno = 3 3 3

10 .

025 ,

0

5 ,

996

10 .

06 ,

25 m

massa

− −

=

ρ

Waktu air (t air) = 10,49 detik.

Massa picno + air deterjen = 41,3448 gram

Massa air = deterjen = 41,3448 – 15,6402 = 25,7046 gram.

Rapat massa deterjen (ρ deterjen) =

3 3 3

10 .

025 ,

0

5 ,

996

10 .

06 ,

25 m

massa

− −

=

ρ

Waktu air deterjen (t air deterjen) = 13,74 detik.

Vikositas kinetik (V deterjen ) =

air air air erjen erjen X t XV X t

ρ

_det det = 5 , 996 49 , 10 10 . 8649 , 0 1 , 1028 74 , 13 6 X X X − = 1,169.10-6 m2/detik 2. Perbandingan hubungan

koefisien losses dengan kecepatan aliran fluida.

Berikut ini terdapat beberapa grafik dari tabel pengujian yang menunjukan hubungan

koefisien losses,head loss

dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow dan kerugian

head dengan kecepatan aliran fluida.

Kerugian Minor

Tabel 1 Perbandingan hubungan koefisen losses dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow untuk fluida air dan air deterjen

POMPA PARALEL PUTARAN

KATUP

Head Losses (∆Hm) Debit (Q) m

3_/s _{Kecepatan (V) m/s} _{Koefisien Losses} _{Bilangan Reynolds}

air Air deterjen air Air Deterjen Air Air Deterjen Air Air Deterjen Air Air Deterjen

(8)

Penelitian Kerugian Head pada … 100

Terbuka penuh 0 0 10,06 x 10-4 9.03 x 10-4 1,98 1,8 0 0 58,13 x 103 52,5 x 103 Ditutup ¼ 0,1637 0,4264 7,61 x 10-4 _{6.5 x 10}-4 _1,5 _1,28 _1,42 _5.11 _{37,84 x 10}3 _{27,82 x 10}3 Ditutup ½ 0,3068 0,864 6,04 x 10-4 4.57 x 10-4 1,19 0.9 4,25 16.56 30,02 x 103 19.61x 103 Ditutup 3/4 0,9513 0,942 2,09 x 10-4 1.22 x 10-4 0,42 0.23 111,03 350 10,35 x 103 4.99 x 103

Gambar 3. Perbandingan hubungan koefisien losses dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow untuk fluida air dan air deterjen pada susunan pompa paralel

Gambar 4. Perbandingan hubungan head losses dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow untuk fluida air dan air deterjen pada susunan pompa paralel Kerugian Mayor

Tabel 2 Hasil perbandingan perhitungan kerugian head antara fluida air dan air deterjen

POMPA PARALEL PUTARAN

KATUP

Head Losses (∆Hm) Debit (Q) m

3_/s _{Kecepatan (V) m/s} _{Koefisien Losses} _{Bilangan Reynolds}

air Air deterjen air Air Deterjen Air Air Deterjen Air Air Deterjen Air Air Deterjen Terbuka penuh 0.226 0.167 10.06 x 10-4 9.03 x 10-4 1.98 1.79 0.023 0.0208 58.1 x 10-3 52.6x 10-3

(9)

Gambar 5. Perbandingan hubungan kerugian head dengan kecepatan aliran fluida antara fluida air dan air deterjen pada pompa susunan paralel

B. PEMBAHASAN

Berdasarkan perhitungan dan pengolahan data menunjukan viscositas air diterjen sebesar 1,1689.10-6m2/detik Kerugian head fluida air pada putaran katup terbuka penuh; ditutup1/4 ; ditutup1/2 dan ditutup ¾ masing masing adalah 0,226 m; 0,128 m; 0,085 m dan 0,013 m Sedangkan pada fluida air diterjen kerugian head pada putaran katup terbuka penuh; tutup1/4; tutup1/2 dan tutup ¾ masing masing adalah 0,167 m; 0,1002 m; 0,054 m dan 0,005 m. Berdasarkan analisis pada fuida air dan air deterjen, kerugian head terendah terjadi pada putaran katup ditutup ¾ yaitu 0,031 m dan 0,038 m karena

kecepatan alirannya kecil yaitu 0,41 m/s sedangkan pada putaran terbuka penuh besarnya kerugian head adalah 0,226 m dan merupakan kerugian head terbesar dibandingkan putaran katup yang lain. Hal ini mengakibatkan aliran fluida pada pompa menjadi tidak lancar.

IV KESIMPULAN

Dari perhitungan dan percobaan diatas dapat digunakan untuk menganalisis atau memperjelas perbandingan koefisien losses dengan kecepatan aliran fluida antara fluida air dengan fluida air deterjen dimana gambar diatas menunjukkan

Ditutup ¼ 0.128 0.1002 7.62 x 10-4 _{6.5 x 10}-4 _1.5 _1.28 _0.023 _0.024 _{37.8 x 10}-3 _{27.8 x 10}-3 Ditutup ½ 0.085 0.054 6.04 x 10-4 4.57 x 10-4 1.19 0.9 0.024 0.027 30 x 10-3 19.5 x 10-3 Ditutup 3/4 0.013 0.005 2.09 x 10-4 1.2 x 10-4 0.41 0.23 0.0313 0.038 10.3 x 10-3 4.99 x 10-3

(10)

bahwa koefisien losses fluida air deterjen lebih tinggi dari pada fluida air disebabkan karena kecepatan aliran fluida air deterjen lebih kecil dikarenakan

viscositasnya. Kerugian head fluida air lebih besar dibanding dengan kerugian head yang terjadi pada fluida air deterjen, hal ini disebabkan karena kecepatan aliran fluida air deterjen dan secara teoritis kecepatan aliran fluida berbanding lurus dengan kerugian head, maka semakin besar kecepatan aliran fluida semakin besar pula head kerugian gesek yang terjadi. Sedangkan untuk fluida air deterjen kecepatan aliran fluida kecil karena adanya faktor viscositas yang dimiliki.

V. DAFTAR PUSTAKA

Bagus Shella A,2010,Kaji

eksperimental Rugi Tekan (head Losses)dan Faktor Gesekan yang terjadi

Pada Pipa Lurus dan Belokan,UNDIP,Semarang. Cepi Iskandar,2006,Analisa

Kerugian Gesekan Pada Pipa Penyalur,Pompa Sentrifugal Jenis Demster dan Perwatan Pompa. Edi Suhariyono,2008,Analisa

Head Losses dan

Koefisien Gesek Pada Pipa,Kalimantan

Scientic,kalimantan. Olson M Reuben,1993,Dasar –

dasar Mekanika Fluida Teknik,Gramedia,Jakarta. Sularso,Tahara Huruo,1987,Pompa dan Kompresor,Pradya Paramitha,Jakarta. White M Frank,1994,Mekanika Fluida,Erlangga,Jakarta. W Agung Nugroho ,2002,Makalah Kerugian head,UMS,Surakarta. Wylie Bemjamin E,1999,Mekanika Fluida,Erlangga,Jakarta.