4 2. Definisi Pompa
Mesin fluida merupakan mesin yang berfungsi untuk merubah energi mekanik menjadi energy potensial dan sebaliknya, merubah energi mekanik dalam bentuk fluida, dimana fluida yang dimaksud adalah air, uap, dan gas. Atau dengan kata lain mesin fluida adalah mesin – mesin yang kerjanya berdasarkan transfer energy dari aliran fluida dengan elemen padat dari mesin tersebut. Elemen padat tersebut bisa berupa : Torak, Rotor, Impeller, dan Sudu. Mesin – mesin tersebut sering disebut juga “Flow Machines”.
Berdasarkan pengertian diatas maka secara umum mesin – mesin fluida dapat digolongkan dalam dua golongan yaitu :
1. Golongan mesin – mesin kerja , yaitu berfungsi untuk merubah energi mekanis menjadi energy fluida, contohnya : pompa, blower, compressor, dan lain – lain.
2. Golongan mesin – mesin tenaga yang berfungsi untuk merubah energi fluida menjadi energi mekanis seperti : turbin air, turbin uap, kincir angin, dan lain – lain.
Sedangkan pompa adalah mesin fluida yang digunakan untuk mengalirkan fluida inkompresible ( tidak mampu mampa ) dari suatu tempat ketempat yang lain, dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ke tekanan yang lebih tinggi.
Adapun juga pompa bisa mebuat perbedaan tekanan diantaranya bagian yang akan masuk (suction) dengan bagian keluarnya (dischange). Pompa juga bisa merubah tenaga mekanis dari sumber tenaga yang digerakan menjadi sebuah kecepatan, maka dari itu tenaga ini dapat disimpulkan bisa mengalirkan cairan juga untuk melawan hambatan aliran fluida. Dari keseluruhan juga tergantung dari sifat dan jenis dari fluida tersebut.
Bila dari segi tinjauan tekanan yang dapat menimbulkan suatu energi fluida maka pompa dapat diklarifikasikan 2 jenis yaitu :
1. Pompa tekanan statis 2. Pompa tekanan dinamis
Untuk lebih jelasnya mengenai klasifikasi pompa dapat dilihat pada bagan berikut ini.
5 Gambar 2.Klasifikasi Pompa
2.1 Tinjauan Mekanika Fluida 2.1.1. Sifat Dasar Fluida
Sifat dasar fluida bisa dilihat dari kerapatan, berat jenis, tekanan dan kekentalan. Membutuhkan cairan yang dapat mengalirkannya, untuk mengetahuinya secara dasar cairan dan gas bisa disebut dengan fluida.
2.1.2. Kerapatan (Density)
Kerapatan dapat dinyatakan dengan(adalah huruf Yunani yang dibaca“rho”), didefenisikan sebagai massa per satuan volume
𝜌 = 𝑚/𝑣 Dimana: 𝜌= kerapatan (𝑘𝑔/𝑚3 ) m = massa (kg) V = volume (𝑚3)
Untuk mengetahui kerapatan bisa dilihat dari benda yang tersusun dari benda murni, yang mempunyai sifat dan karakteristik distiap bhan murni tersebut. Contoh sederhana besi murni sama-sama memiliki massa namun dapat divariasikan dalam berbagai ukuran, tetapi akan sama kerapatannya.
Satuan SI untuk kerapatan adalah 𝑘𝑔/𝑚3
. Kadang kerapatan diberikan dalam 𝑔/𝑐𝑚3
. Dengan catatan bahwa jika 𝑘𝑔/𝑚3
= 1000 𝑔/(100𝑐𝑚)3
6 yang diberikan dalam 𝑔/𝑐𝑚3
harus dikalikan dengan 1000 untuk memberikan hasil dalam 𝑘𝑔/𝑚3. Dengan demikian kerapatan air adalah 1,00 𝑔/𝑐𝑚3
, akan sama dengan 1000 𝑘𝑔/𝑚3
.
2.1.3. Berat Jenis Spesifik (Specific Gravity)
Untuk mengetahui berat jenis spesifik bisa dilihat dari perbandingan antara kerapatan bahan terhadap kerapatan air. Berat jenis spesifik merupakan tak berdimensi dan tak bersatuan murninya. Berat jenis (specific gravity disingkat SG) juga disebut dengan besaran murni tanpa dimensi maupun satuan, dinyatakan pada persamaan sebagai berikut :
Untuk fluida cair :
SGc =
Untuk fluida gas:
SGg =
Dimana :
ρc= Massa jenis cairan (g/cm3 ) ρw= Massa jenis air (g/cm3
) ρg= Massa jenis gas (g/cm3
) ρa= Massa jenis udara (g/cm3
)
2.1.4. Tekanan (pressure)
Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dengan gaya F dianggap bekerja secara tegak lurus terhadap luas permukaan A, maka :
P = 𝐹/𝐴 Dimana : p = tekanan (𝑁/𝑚2 ) F = gaya (N) A = luas permukaan (𝑚2 )
7 Satuan SI untuk tekanan adalah N/m2. Satuan ini mempunyai nama resmi
pascal (Pa). Karena satuan Pa sangat kecil, satuan tekanan sering dinyatakan dalam
MPa atau Bar. Dimana 1 MPa = 106 Pa, dan 1 Bar = 105 Pa.
Pengertian termodinamika dapat diketahui dalam harga absolutenya. Ketergantungan tekanan absolute terjadi akibat pengukuran sistem, bisa dijelaskan sebagai berikut :
1. Bila tekanan pengukuran sistem diatas tekanan atmosfer, maka : tekanan absolut = tekanan pengukuran + tekanan atmosfer
P𝑎𝑏𝑠 = P𝑔𝑎𝑢𝑔𝑒 + P𝑎𝑡𝑚
2. Bila tekanan pengukuran dibawah tekanan atmosfer, maka : tekanan absolut = tekanan atmosfer – tekanan pengukuran
P𝑎𝑏𝑠 = P𝑎𝑡𝑚 –P𝑔𝑎𝑢𝑔𝑒
Gambar 2.1. Pengukuran Tekanan 2.1.5. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida
Penentuan kecepatan pada suatu penampang dapat diukur dariperpindahan partikel, dengan jarak yang akan ditentukan dan akan dihitung oleh waktu pada jarak tertentu. Hali ini adalah fase yang sangat penting untuk diketahui.
Cara mengukur besar kecepatan aliran fluida diukur dari nol pada dinding pipa sampai jarak maksimum pada dinding pipa tengah. Hal ini sudah bisa untuk mengetahui kekeliruan aliran fluida yang tidak serius, maka kecepatan sebenarnya terdapat pada penampang aliran. Bentuk kecepatan aliran fluida akan menunjukan aliran yang sesungguhnya walaupun jika terjadi tidak akan ada keterangan yang disebut.
8 Gambar 2.2. Profil kecepatan pada saluran tertutup
Gambar 2.3. Profil kecepatan pada saluran terbuka
Besar suatu kecepatan dapat mempengaruhi besar fluida yang akan mengalir ke dalam suatu pipa. Jumlah dari aliran fluida tersebut mungkin akan dinyatalan sebagai sebuah volume, berat atau massa fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran volume (m3/s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa (kg/s).
Kapasitas aliran (Q) untuk fluida yang incompressible, yaitu :
Q = A . v
Dimana :
Q = laju aliran fluida (m3/s) A = luas penampang aliran (m2)
v = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)
Laju aliran berat fluida (𝑊 ) dirumuskan sebagai : 𝑊 = A .v .γ
9 Dimana :
W= laju aliran massa fluida (kg/s) A = luas penampang aliran (m2)
v = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s) ρ = massa jenis fluida (kg/m3
)
2.1.6.Gerak Fluida dan Laju Aliran
Memiliki fungsi sangat penting kedua jenis aliran tersebut, pada fluida bisa disebut lurus atau lamiran dan aliran turbulen. Aliran laminar dapat didefinisikan dengan aliran fluida yang bergerak pada lapisan-lapisan atau lamina-lamina dengan satu lapisan yang meluncur secara lancar, sedangkan aliran turbulen dapat didefinisikan sebagai aliran yang digunakan dari pertikel-partikel fluida sangat tidak memacu. Hal semacam ini disebabkan pencampuran partikel antara lapisan yang dapat mengakibatkan bertukar momentum bagian fluida ke bagian fluida lainnya dengan skala yang besar.
Laju aliran massa didefinisikan sebagai massa m dari fluida yang melewati titik tertentu persatuan waktuΔt; laju aliran massa =Δm/Δt. Padagambar 2.4 volume fluida yang melewati titik 1 (yaitu, melalui luas A1) dalam waktu Δt adalah A1Δl1, di mana Δl1 adalah jarak yang dilalui fluida dalam waktu Δt. Karena kecepatan fluida yang melewati titik 1 adalah v1 = Δl1/Δ t, laju aliranmassaΔm/Δt melalui luas
A1adalah : = ρ1A1v1
Gambar 2.4. Aliran fluida melalui pipa yang diameternya berubah-ubah Dimana Δv1 = A1∆l1 merupakan volume dengan massaΔm1dan ρ1adalahmassa jenis fluida. Dengan cara yang sama, pada titik 2 (melalui luas A2), laju alir adalah ρ2A2v2. Karena tidak ada aliran fluida yang masuk atau keluar dari sisi-sisi, laju aliran melalui A1 dan A2 harus sama.
10 𝑚 𝑡 𝑚 𝑡 Maka : ρ1A1v1 = ρ2A2v2
Persamaan ini disebut persamaan kontinuitas. Jika fluida tersebut tidak dapat ditekan (ρ tidak berubah terhadap tekanan), yang merupakan pendekatan yang baik untuk zat cair dalam sebagian besar kondisi (dan kadang-kadang juga untuk gas), maka ρ1=ρ2, dan persamaan kontinuitas menjadi :
A1v1 = A2v2 (ρ = konstan) 2.1.7.Energi dan Head
Suatu kemampuan untuk menghasilkan pergerakan usaha. Energi tidak dapat tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Usaha sendiri akan menghasilkan pekerjaan atau bisa disebut dengan kerja, kerja merupakan gaya dari pemanfaatan suatu jarak yang akan dihitung logis ataupun matematis dengan cara mengkalikan gaya dan jarak yang akan dikerjakan. Satuan dari energi dan jarak N.m (joule). Fluida yang bergerak pasti memiliki energi untuk kerja, yang harus dipertimbangkan saat menguji aliran fluida dengan melihat energi potensial, energi kinetik dan energi tekanan.
Energi potensial (Ep),dirumuskan sebagai : 𝐸𝑃 = 𝑊.𝑧 Dimana :
EP = energi potensial (J) W = berat fluida (N) z = beda ketinggian (m)
Dalam energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh kecepatan yang dimiliki. Energi kinetik, dirumuskan sebagai :
𝐸𝐾 =1/2 mv2 Dimana :
EK = energi kinetik (J) m = massa fluida (kg)
11 Energi dan tekanan dapat disebut juga dengan suatu energi aliran adalah total kerja yang belum di tentukan untuk menggerakan elemen fluida menyilang saat jarak tertunda dan berlawanan dengan fluida. Besarnya energi dan tekanan (EF), dirumuskan :
EF = p . A . L Dimana :
EF = energi tekanan (J)
p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m2) A = luas penampang aliran (m2)
L = panjang pipa (m)
Besarnya energi tekanan, dapat juga dirumuskan sebagai berikut : 𝐸𝐹 = 𝑝𝑊/𝛾
Dimana :
EF = energi tekanan (J)
p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m2) W = berat fluida (N)
γ = berat jenis fluida (N/𝑚3)
Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas, dirumuskan sebagai :
𝐸 = 𝑊.𝑧 + +
Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H) dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan denganW ( berat fluida), dirumuskan sebagai :
𝐻= 𝑧 + Dimana : H = Head (m) z = Head ketinggian (m) = Head kecepatan (m)
12 = Head tekanan (m)
2.1.8.Kerugian Head (Head Losses)
Kerugian terjadi karena pergesekan aliran didalam pipa disebabkan juga belokan-belokan, reduser, percabangan dan lain sebagainya.
2.1.8.1.Kerugian Head Mayor
Pengaruh dari kerugian aliran fluida yang melalui pipa. Hal ini disebabkan karena perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida menghasilkan gesekan yang berbeda-beda.
Perbedaan rumus antara aliran yang laminar dan yang turbulen patokannya apakah suatu aliran itu disebut aliran laminar atau tobulen dapat dipakai pada bilangan Reynolds.
Aliran Laminar
Cara menghitung aliran laminar, koofisien kerugian kegesakan pada pipa (f) dapat dihitung dengan rumus :
f =
Aliran Turbulen
Cara menghitung kerugian gesekan dalam pipa pada aliran turbulen terdapat di rumus empiris. Di bawah ini diberikan juga cara perhitungan dengan rumus dan Hazen-Williams dan Darcy – Weisbach.
Rumus Hazen-Williams
Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen–Williams, yaitu:
hf =
Dimana :
13 Q = laju aliran dalam pipa (m/s)
L = panjang pipa (m)
C = koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams d = diameter dalam pipa (m)
Untuk nilai C dapat dilihat pada tabel berikut :
Gambar 2.1. Tabel Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams Formula Darcy – Weisbach
Dengan cara Darcy, koefisien kerugian gesek (f) dihitung menurut rumus:
f = 0,020 +
Material C Factor C Factor
Low High
Asbestos-cement 140 140
Cast Iron 100 140
Cement-Mortar Lined Ductile Iron Pipe 140 140
Concrete 100 140 Copper 130 140 Steel 90 110 Galvanized iron 120 120 Polyethylene 140 140 Polyvinyl chloride (PVC) 130 130 Fibre-reinforced plastic (FRP) 150 150
14 Dimana D adalah diameter dalam pipa (m). Rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Jika pipa telah dipakai selama bertahun-tahun, hargga f akan menjadi 1,5 sampai 2,0 kali harga barunya.
Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut, yaitu :
hf = f
Dimana :
hf= kerugian head karena gesekan (m)
f = faktor gesekan (dapat dicari dengan diagram Moody) d = diameter dalam pipa (m)
L = panjang pipa (m)
v = kecepatan aliran rata-rata fluida dalam pipa (m/s)
g = percepatan gravitasi (m⁄s2) 2.1.8.2Kerugian Head Minor
Adapun kerugian karena belokan-belokan, percabangan dan katub. Kerugian ini bisa juga disebabkan bila ukuran saluran, bentuk penampang ataupun aliran berubah bisa disebut kerugian kecil. Untuk kerugian dapat dirumuskan sebagai berikut :
hm = Σ n.k.
Dimana :
n = jumlah kelengkapan pipa
k = koefisien kerugian (dari lampiran koefisien minor losses peralatan pipa) v = kecepatan aliran fluida dalam pipa.
Menurut persamaan diatas yaitu untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.
Namun dalam tugas akhir ini ini penulis tidak akan membahas pompa secara rinci melainkan penulis hanya akan membahas cara kerja dan perhitungan pompa perpindahan positif, yang secara prinsip sama dengan cara kerja dari pompa hydram bentuk spiral dengan sistem injeksi udara.
15 2.2Pompa Perpindahan Positif (Positive Displacement Pump)
Terjadinya perubahan volume ruangan pompa diakibatkan oleh gerakan elemen yang bolak-balik dan berputar, hal ini menyebabkan perpindahan zat cair. Pompa positif juga bisa disebut pompa fluida yang ditekan oleh elemen pompa tersebut dan akan menghasilkan intermitten untuk mengalirkan fluida. Tekanan yang dihasilkan karena perubahab volume zat cair yang keluar memiliki tekanan yang besar dari pada zat cair yang akan masuk.
Ciri-Ciri Umum Pompa Positif :
1. Head yang dihasilkan relatif tinggi dibanding dengan kapasitas.
2. Mampu beroperasi pada suction yang kering, sehingga tidak memerlukan proses priming.
3. Kapasitas atau aliran zat cair tidak kontinyu.
2.2.1.Prinsip Kerja Pompa Perpindahan Positif
Cara kerja dari pompa perpindahan positif dengan memberikan gaya tertentu. Seperti energi kinetik, saat volume fluida disisi inlet akan menuju titik outlet pompa. Prinsip kerja ini berbeda dengan pompa dinamik karena pompa dinamik secara teori debit aliran yang dihasilkan tetap sama walaupun Rpm berubah-ubah setiap saat. Akan tetapi teori tersebut tidak akan berpengaruh pada saat pompa mengalami kebocoran.
Pompa perpindahan positif tidak dapat beroperasi dengan sistem control
valve di saluran keluarannya. Hal ini dikarenakan pompa perpindahan positif tidak
mengenal sistem excess head seperti pada pompa sentrifugal. Jika pada saluran keluar pompa ada sebuah valve yang berada pada kondisi throttling, yang terjadi adalah tekanan keluaran pompa akan terus meningkat, hal ini dikarenakan prinsip kerja pompa perpindahan positif yang akan terus menghasilkan aliran fluida yang stabil jika putaran kerjanya tetap. Tekanan keluaran yang terus meningkat akibat
throttling tersebut sangat berbahaya terhadap komponen-komponen pompa, dan
tidak menutup kemungkinan akan terjadi pecah sehingga aliran fluida yang dihasilkan pompa kembali stabil di titik kerjanya.
Untuk mengantisipasi hal di atas, jika sekalipun tidak ada control valve di sisi keluaran pompa namun terjadi restriksi yang berlebihan sehingga berpotensi meningkatkan tekanan pompa, maka diwajibkanlah pompa perpindahan positif untuk menggunakan sistem pressure relief / safety valve yang dipasang di sisi keluaran pompa. Relief valve ini berfungsi untuk memastikan akan selalu terjadi aliran di pompa perpindahan positif pada saat ia beroperasi, sekalipun terjadi restriksi di sisi keluaran pompa yang dapat meningkatkan tekanan keluaran pompa.
Pompa perpindahan positif memiliki tipe yang lebih bervariasi daripada pompa dinamik. Secara general pompa positive displacement dibagi kedalam dua
16 kelompok besar, yakni pompa jenis rotari dan jenis reciprocating. Keduanya masih dibagi menjadi berbagai jenis pompa lagi.
2.3Pompa Perpindahan Positif Tipe Rotari
Mekanisme pompa positif tipe rotari ini dengan cara memvakumkan fluida untuk menghisap berpindah dari inlet berpindah ke outlet. Pompa rotari bekerja juga untuk mengeluarkan udara dalam pompa, maka akan mengurangi kebutuhan udara yang ada didalam pompa tersebut. Dapat juga mengeluarkan udara secara manual agar bisa lebih mengetahui kebutuhan yang dibutuhkan.
Cara kerjanya yaitu menghisap zat cair pada sisi hisap, zat cair masuk ke celah atau ruangan tekan diantara komponen pemompaan, kemudian ditekan sehingga celah semakin kecil selanjutnya zat cair dikeluarkan melalui sisi buang. Pompa rotari tidak mempunyai katup isap dan buang, penggunaannya banyak dipakai dengan zat cair yang mempunyai kekentalan tinggi. Tekanan kerja yang dihasilkan sedang atau lebih rendah dari pompa torak atau plunger. Laju alirannya stabil tidak berdenyut dengan kapasitas yang rendah.
2.3.1Pompa Hydram Bentuk Spiral
Pompa air hydram bentuk spiral merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memindahkan air dengan memanfaatkan putaran dari lilitan/coil selang sebagai bejana-bejana berhubungan yang berfungsi untuk mengangkat air. Pompa ini tidak menggunakan daya listrik, tetapi sepenuhnya menggunakan sistem mekanik. Oleh karena itu pompa ini dapat digunakan pada daerah-daerah terpencil yang belum memiliki pembangkit listrik.
17 Gambar 2.5. Pandangan Pompa Hydram Spiral
Pada sistem kerjanya pada pompa hydram bentuk spiral, air mengalir dari sumber air menuju pompa spiral melalui sebuah selang yang dilitkan ke drum yang sebelumnya tersambung dengan alat injeksi udara yang berguna untuk menurunkan tekanan udara didalam lilitan selang, kemudian aliran air dengan tekanan tinggi mengalir di dalam selang yang bertekanan rendah, saat terjadi putaran pada sudu-sudu kincir, yang secara bersamaan pula memutar lilitan selang. Kemudian udara di dalamnya menjadi vakum sehingga dapat memompa air sampai saluran pengeluaran yang kemudian dihubungkan dengan selang, guna mengalirkan air ke tempat jauh. 2.4.Persamaan Yang Di Gunakan Dalam Pompa Hydram Bentuk Spiral 2.4.1.Kapasitas Aliran Pompa
Untuk menghitung aliran fluida yang akan dibutuhkan dengan menggunakan waktu sebgai acuannya. Dengan demikian akan diketahui pasokan yang akan dibutuhkan oleh pompa tersebut sebelum direncanakan.
2.4.2.Head Pompa
Untuk mengetahui kebutuhan ketinggian kolom fluida atau maksimum, maka perlu kestabilan atau kenaikan dari bobot dari fluida dan harus dalam kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu :
Head Potensial
Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air.
18 Head Kecepatan
Head kecepatan atau head kinetik yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan denganpersamaan:
Hk =
Dimana :
Hk = Head Kecepatan (m)
v = kecepatan aliran fluida (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s2) Head Tekanan
Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan dengan.
Ht =
Dimana :
Ht = Head tekanan (m)
P = Tekanan fluida (N/m2) γ = Berat jenis spesifik
Head total dari pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (head mayor dan head minor).
2.4.3.Persamaan Bernoulli
Arti dari Bernoulli sendiri adalah hukum kekekalan energi yang tidak dapat menciptakan energi dan tidak dapat memusnahkannya tetapi bisa diubah bentuknya. Dapat juga diartikan sebagai aliran yang konstan sepanjang lintasan dan mengabaikan kerugian yang terjadi dilintasan fluida. Namun kenyataannya pada lintasan fluida terjadi kerugian gesekan didalam satuan, berlaku saat energi ditambahkan ke fluida.
Konsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang disebut dengan persamaan Bernoulli, yaitu :
19 𝑃 𝑣 𝑔 𝑧 𝑃 𝑣 𝑔 𝑧 Dimana :
p1dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2
v1 dan v2 = kecepatan pada titik 1 dan 2
z1 dan z2 = ketinggian titik 1 dan 2 diukur dari bidang referensi γ= berat jenis fluida
g = percepatan gravitasi = 9,81 m/s2
Untuk mencari head pompa dapat digunakan persamaan Bernoulli, yaitu :
𝑃 𝑣 𝑔 𝑧 𝐻𝑃 𝑃 𝑣 𝑔 𝑧 𝐻 Atau : 𝐻𝑃 𝑃 𝑃 𝑣 𝑣 𝑔 𝑧 𝑧 𝐻 Dimana :
: adalah perbedaan head tekanan
: adalah perbedaan head kecepatan
𝑧 𝑧 : adalah perbedaan head statis 𝐻 : adalah head losses total
HP : adalah head pompa total
Persamaan di atas digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan tipe aliran, biasanya untuk fluida inkompressibel tanpa adanya penambahan panas atau energi yang diambil dari fluida. Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin dan peralatan lainnya.
20 Gambar 2.6. Ilustrasi persamaan Bernoulli
2.4.4.Hubungan Antara Kecepatan Linier Dengan Kecepatan Sudut (Anguler) Saling berhubungan kecepatan linear (v) dengan kecepatan anguler (ω). Jika persamaan-persamaan laju linear dan laju anguler ditulis kembali, akan diperoleh persamaan baru seperti berikut.
Untuk Kecepatan linier dengan rumus :
v = atau v = 2πrf
Untuk Kecepatan sudut (Anguler) dengan rumus : ω = atau v = 2πf
sehingga hubungan antara laju linear (v) dan laju anguler (ω) dapat ditulis menjadi:
v = ω.r
dengan:
v = Kecepatan linear (m/s), ω= Kecepatan anguler (rad/s), dan r = jari-jari lintasan (m).
21 2.5.Pengukuran Kecepatan Aliran Sungai
2.5.1.Pengukuran Kecepatan Aliran Dengan Pelampung
Cara pengukuran dengan metode ini dengan cara mengapungkan yang bisa terapung agar kita bisa mengetahui laju aliran yang akan diukur pada satu aliran terbuka. Dapat dilakukan pada aliran yang selalu alirannya sama.
Pengukuran ini membutuhkan bantuan 3 orang, yang mana masing-masing memiliki peran penting pada setiap pekerjaannya. Masing-masing bertugas bisa sebagai pelepas pelampung dititik awal, pengamat pelampung dititik akhir ataupun sebagai penghitung waktu pelampung yang akan ditempuh.
Pengukuran dilakukan dengan cara menghanyutkan benda terapung dari suatu titik tertentu (start) kemudian dibiarkan mengalir mengikuti kecepatan aliran sampai batas titik tertentu (finish), sehingga diketahui waktu tempuh yang diperlukan benda terapung tersebut pada bentang jarak yang ditentukan tersebut. Alat-alat yang diperlukan dalam pengukuran debit air dengan Metoda Apung:
1. Benda yang bisa mengapung seperti sterofom, karet sandal dll.
2. Stop watch atau alat ukur waktu yang lain (arloji/hand phone) yang dilengkapi dengan stop watch
3. Untuk mengukur lintasan seperti meteran.
Langkah-langkah pelaksanaan pengukuran dengan metoda ini adalah:
1. Pilih lintasan yang lurus tidak ada halangan seperti kumpulan sampah dan tidak ada pusaran.
2. Tentukan panjang lintasan sungai (P), pilih titik awal yang memungkinkan atau startnya pilih juga titik akhirnya untuk finis.
3. Pastikan kembali lintasan yang lurus sudah bersih tanpa ada halangan atau rintangan apapun.
4. Bagilah panjang saluran/lintasan menjadi beberapa bagian (misal 5 bagian/titik), ukur lebar sungai (L) pada titik-titik tersebut; dan ukur juga kedalamannya (H) pada bagian tepi kanan, tepi kiri dan tengah aliran. Kemudian hitung masing-masing rata-ratanya. (catat dalam formulir pengukuran)
5. Hitung luas penampang (A) rata-rata seperti dalam formulir pengukuran. 6. Gunakan benda yang sudah disiapkan yang bisa terapung seperti sterofom. 7. Sterofom bisa diletakkan pada titik awal atau start, biarkan sterofom
mengikuti aliran lintasan sampai titik akhir di finis. Jangan lupa untuk mengukur laju aliran dari titik awal sampai titik akhir dengan menggunakan stop watch.
8. Ulangi sebanyak 5 kali untuk pengukurannya. 9. Hitung dan catat rata-rata waktunya.
22 10. Hitung kecepatannya (V) menggunakan variabel luas penampang rata-rata (A) dan waktu rata-rata (T) sesuai rumus. Kemudian kalikan kecepatan aliran tersebut dengan angka tetapan 0,75 ( keadaan dasar sungai kasar). 11. Hitung Debit air (Q) yang mengalirnya sesuai rumus
Blanko pencatatan hasil pengukuran debit air dengan Metoda Apung Tanggal Pengukuran :
Nama Sumber Air : Lokasi Sumber air (Koordinat/Blok/Zona) : Resort/Seksi Wilayah/Bidang PTN Wilayah : 1. Perhitungan Luas Penampang
Tabel 2. Penghitungan Luas Penampang (A) Titik Lebar (L) (Meter) Kedalaman (H) (Meter) H1 H2 H3 H rata-rata Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Jumlah Jumlah Rata-rata Rata-rata
Luas penampang (A) merupakan hasil perkalian antara Lebar rata-rata (L) saluran/aliran dengan Kedalaman rata-rata (H) saluran/aliran air.
A = L rata-rata x H rata-rata dimana :
A = Luas Penampang (m2) L rata-rata = Lebar rata-rata (meter) H rata-rata = Kedalaman rata-rata (meter)
23 2. Penghitungan Kecepatan (v)
Panjang saluran/lintasan pengukuran (P) = --- meter (Panjang lintasan harus tetap)
Tabel 3. Perhitungan Kecepatan
Pengulangan Waktu Pengukuran (T) (detik)
Pengukuran 1 Pengukuran 2 Pengukuran 3 Pengukuran 4 Pengukuran 5 Jumlah Rata-rata
Kecepatan (v) adalah hasil pembagian antara panjang saluran/aliran (P) dibagi dengan waktu rata-rata (T rata-rata).
P V = ---
T rata-rata
dimana :
V = Kecepatan (meter/detik) P = Panjang saluran (meter)
T rata-rata = Waktu rata-rata (detik) 3. Penghitungan debit air
Debit air(Q) merupakan hasil perkalian antara luas penampang (A) saluran/aliran dengan kecepatan (v) aliran air.
Q = A.V dimana:
Q = Debit aliran (m3/detik) A = Luas penampang saluran (m2) V = Kecepatan aliran air (m/detik)
24 Cara ini juga dapat mengantisipasi tinggi rendahnya permukaan air tersebut. Cara ini juga terpengaruh oleh penghalang kotoran dan sangat mudah untuk dilakukan.
Gambar 2.7. Macam-macam pelampung untuk mengukur kecepatan aliran Untuk pemilihan tempat wajib sungai yang mempunyai lintasan lurus yang panjang dan mempunyai perubahan lebar sungai yang sama. Seperti terlihat dalam gambar, tiang-tiang untuk observasi dipancangkan pada 2 buah titik dengan jarak dari 50 sampai 100 m. Waktu mengalirnya pelampung diukur dengan “stopwatch.” Setelah kecepatan aliran dihitung, maka diadakan perhitungan debit yakni kecepatan kali luas penampang melintangnya.
25 Gambar 2.8. Sketsa Alur Sungai Untuk Pengukuran Kecepatan Aliran dan Debit Metode Pelampung
Biasanya digunakan 3 buah pelampung yang dialirkan pada satu garis pengukuran aliran dan diambil kecepatan rata-rata. Mengingat arah mengalirnya pelampung itu dapat dirubah oleh pusaran-pusaran air dan lain-lain, maka harga yang didapat dari pelampung yang arahnya sangat berbeda harus ditiadakan.
