UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER BERDIAMETER 1,5 INCI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LPM
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh:
SAMUEL SETYA PRAYOGA NIM : 175214016
HALAMAN JUDUL
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2021
THE PERFORMANCE OF AIR LIFT PUMP WITH 1,5 INCH DIAMETER OF RISER PIPE AND 60 LPM OF AERATOR
FINAL PROJECT
Presented As Partial Fullfilment of the Requierement To Obtain the Engineering Degree
In Mechanical Engineering
Arranged by:
SAMUEL SETYA PRAYOGA Student Number: 175214016
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2021
v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:
Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Pipa Riser Berdiameter 1,5 Inci Menggunakan Aertor 60 Lpm
dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan merupakan 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.
Yogyakarta, 23 Juli 2021 Penulis,
Samuel Setya Prayoga 175214016
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Samuel Setya Prayoga
Nomor Mahasiswa : 175214016
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul:
Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Pipa Riser Berdiameter 1,5 Inci Menggunakan Aertor 60 Lpm
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, 23 Juli 2021 Penulis
Samuel Setya Prayoga 175214016
vii ABSTRAK
Penduduk desa di dataran tinggi kesulitan mendapatkan pasokan air bersih saat musim kemarau. Pada umumnya penduduk menggunakan pompa air diesel untuk menyupali air dari mata air. Semakin sering pompa air diesel akan rusak, karena adanya endapan pasir dan lumut di mata air. Salah satu cara menanggulanginya ialah dengan menggunakan pompa pengangkut udara atau airlift pump. Airlift pump dapat dijadikan solusi karena tidak adanya komponen mekanis yang bergerak dan perawatanya yang tidak sulit. Namun efisiensi dan debit yang dihasilkan lebih rendah dibandingkan jenis pompa lainya, sehingga dapat dilakukan modifikasi pada rasio terendam dan letak nosel injeksi.
Pada penelitian ini mengguanakan variabel yang divariasikan adalah ketinggian pipa riser 12cm, 24cm, 36cm, 48cm dan 60cm dan penempatan nosel pada pipa 1,5 inci dan reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Penelitian ini menggunakan pipa terendam 100 cm dan sumber udara berasal dari aerator dengan kapasitas 60 liter/menit dan memiliki tekanan 0,020 Mpa.
Hasil dari penelitian ini dapat diketahui bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan. Debit terbesar dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci sebesar 35,77 liter/menit dan 36,04 liter/menit pada rasio terendam 89,28%.
Memperbesar rasio terendam akan meningkatkan nilai efisiensi hingga mencapai nilai optimum. Nilai efisiensi terbesar dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar 4,785% dan 4,045% yang pada rasio terendam 80,64%. Debit air yang dihasilkan dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci pada rasio rendah. Pada rasio tertinggi 89,28% debit air yang dihasilkan lebih besar menggunakan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Pola aliran yang terbentuk pada nosel injeksi pada pipa 1,5 inci memliki variasi pola aliran churn dan slug-churn. Pola aliran yang terbentuk pada nosel injeksi dengan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci memiliki bentuk slug-churn.
Kata kunci : aerator, airlift pump, debit air, efisiensi, pola aliran, rasio terendam.
viii ABSTRACT
Villagers in the highlands have difficulty getting clean water supplies during the dry season. In general, residents use diesel water pumps to supply water from springs. The more often the diesel water pump will be damaged, due to the presence of sand deposits and moss in the springs. One way to overcome this is by using an airlift pump. Airlift pump can be used as a solution due to the absence of mechanical components that move and maintenance that is not difficult. However, the efficiency and discharge produced are lower than other types of pumps, so modifications can be made to the submerged ratio and location of injection nozzles.
In this study, variable use was the height of riser pipe 12cm, 24cm, 36cm, 48cm, and 60cm and the placement of nozzles on pipes 1.5 inches and reducer socket 2 inches x 1.5 inches. The study used a 100 cm submerged pipe and the air source came from an aerator with a capacity of 60 liters /min and has a pressure of 0.020 Mpa.
The results of this study can be known that enlarging the submerged ratio will enlarge the resulting water discharge. The largest discharge with injection nozzles in 1.5-inch pipes and 2-inch x 1.5-inch reducer socket pipes at 35.77 liters/minute and 36.04 liters/minute at a submerged ratio of 89.28%. Enlarging the submerged ratio increases the efficiency value to the optimum value. The largest efficiency value with injection nozzles in 1.5-inch pipes and 2-inch x 1.5- inch pipes was 4.785% and 4.045% at a submerged ratio of 80.64%. The resulting water discharge with the location of the injection nozzle on the pipe is 1.5 inches larger than using the nozzle on the reducer socket pipe 2 inches x 1.5 inches at a low ratio. At the highest ratio of 89.28%, the resulting water discharge is greater using a 2-inch x 1.5-inch reducer socket pipe. The flow pattern formed in the injection nozzle in the 1.5-inch pipe has variations in the flow patterns of churns and slug churns. The flow pattern formed in the injection nozzle with a 2-inch x 1.5-inch reducer socket pipe has a slug-churn shape.
Keywords: aerator, airlift pump, water discharge, efficiency, flow pattern, submerged ratio.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Mahe Esa, atas berkat, dan kasih yang telah Ia berikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian, dan penulisan naskah Skripsi yang berjudul “Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Pipa Riser Berdiameter 1,5 Inci Menggunakan Aertor 60 Lpm”
Penulisan Skripsi ini dilakukan sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa Program Studi Teknik Mesin di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta untuk mendapat gelar Sarjana Teknik. Penyusunan Skripsi ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, baik material maupun spiritual. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas SanataDharma.
2. Budi Setyahandana, S.T., M.T.,selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas SanataDharma.
3. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan, dan dukungan kepada penulis.
4. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah banyak meluangkan waktu dan tenaga untuk membantu, memberikan bimbingan, dukungan, dan masukan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini.
5. Sukarjo dan Wuryanti sebagai orang tua penulis yang telah mendukung penulis dengan memberikan perhatian, semangat, dan doa.
6. Bety Cahyaning Lestari sebagai saudara penulis yang dengan penuh perhatian memberikan perhatian, semangat, dan dukungan kepada penulis.
7. Soemiyati yang telah yang telah mendukung penulis dengan memberikan semangat dan doa.
8. Teman – teman seperjuangan laju jogja – solo yang telah menemani penulis selama masa perkuliahan.
9. Teman – teman Pompa dan Kompresor 2020 yang pernah berdinamika dengan saya.
10. Seluruh teman dekat yang selalu menemani dan berjuang sama, Gigih, Wakhid, Nasrun, Tedy, Kecil, Danu, Dadang, Jepri, Wems, Tepo, Didik, Andre, Cahyo, Yan, Kenichy, Timus, Nino, dan Gaga.
11. Segenap teman-teman angkatan 2017 dan keluarga besar Teknik Mesin yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.
12. Segenap dosen, dan laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah membagikan pengalaman, dan ilmu yang berharga selama perkuliahan.
13. Staff karyawan Sekertariat Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi yang telah membantu memudahkan proses administrasi, dan kesuksesan penulis. Serta semua pihak dengan tidak mengurangi rasa terima kasih yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan penyusunan skripsi ini.
Semoga naskah ini dapat menambah informasi pembaca dan membawa kemajuan di bidang teknologi.
Yogyakarta, 23 Juli 2021 Penulis
Samuel Setya Prayoga 175214016
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
1.1. Identifikasi Masalah ... 2
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 2
1.4. Batasan Masalah ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
1.6. BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
Penelitian Terdahulu ... 4
2.1. Landasan Teori ... 6
2.2. 2.2.1.Pompa ... 6
2.2.2.Pompa Pengangkat Udara (Airlift Pump) ... 6
2.2.4.Rasio terendam... 8
2.2.5.Efisiensi... 9
2.2.6.Gaya Apung ... 9
2.2.7.Prinsip Bernoulli ... 10
BAB III METODE PENELITIAN... 11
3.1.Objek Penelitian ... 11
3.2.Variasi Penelitian ... 14
3.3.Tempat Penelitian ... 14
3.4.Alur Penelitian ... 15
3.5.Alat dan Bahan ... 16
3.5.1.Alat yang digunakan ... 16
3.5.2.Alat ukur yang digunakan ... 16
3.5.3.Bahan yang digunakan ... 17
3.6.Proses Pembuatan Alat ... 18
3.7.Cara Pengambilan Data ... 20
3.8.Cara Memperoleh Data ... 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 23
4.1.Data Penelitian ... 23
4.2.Hasil Perhitungan ... 27
4.3.Pembahasan ... 32
4.3.1.Hubungan rasio terendam terhadap debit dan efisiensi. ... 32
4.3.2.Perbandingan Penempatan Nosel Injektor Pada Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit dan efisiensi yang dihasilkan. ... 34
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 38
5.1.Kesimpulan ... 38
5.2.Saran ... 39
DAFTAR PUSTAKA ... 40
LAMPIRAN ... 42
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa 1,5 inci ... 23
Tabel 4.2. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci ... 24
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Air yang Dihasilkan ... 30
Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Efisiensi yang Dihasilkan ... 31
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema Sederhana Airlift Pump oleh (Stenning & Martin, 1968) ... 7
Gambar 2.2. Pola Aliran Pada Penelitian (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012) ... 7
Gambar 2.3. Skema Gaya Apung ... 10
Gambar 3.1. Skema Airlift Pump Pada Penelitian ... 11
Gambar 3.2. Nosel Injeksi Pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci ... 12
Gambar 3.3. Nosel Injeksi Pada Pipa 1,5 inci ... 12
Gambar 3.4. Pipa Bening ... 13
Gambar 3.5. Pipa Variasi Ketinggian ... 13
Gambar 3.6. Aerator ... 14
Gambar 3.7. Alur Penelitian... 15
Gambar 4.1. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 89,28% ... 24
Gambar 4.2. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 80,64% ... 25
Gambar 4.3. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 73,52% ... 25
Gambar 4.4. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 67,56% ... 26
Gambar 4.5. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 62,5% ... 26
Gambar 4.6. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air ... 32
Gambar 4.7. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi ... 33
Gambar 4.8. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Terhadap Debit Air ... 34
Gambar 4.9. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Terhadap Efisiensi ... 36
1
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang 1.1.
Dalam kehidupan manusia pompa sangat berguna dalam berbagai bidang. Pompa sangat penting perananya dalam kehidupan manusia untuk mempermudah semua kegiatan manusia yang berkaitan dengan perpindahan fluida cair. Pompa adalah mesin untuk menggerakan fluida dari tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekenan tinggi. Pompa memiliki berbagai macam jenis dan variasi tergantung dari kapasitasnya, tinggi isap, jenis zat cair yang diangkat, penggeraknya, tempat instalasi dan kondisi lainnya (Sularso & Tahara, 2000).
Salah satunya pada bidang kehidupan rumah tangga, pompa digunakan untuk penyediaan air bersih. Pada bidang rumah tangga, biasanya digunakan untuk memompa air bersih dari sumur rumah tangga untuk kebutuhan air sehari hari. Akan tetapi penduduk desa yang berada di dataran tinggi kesulitan mendapatkan pasokan air bersih saat musim kemarau. Penduduk dataran tinggi pada umumnya menggunakan pompa air diesel untuk menyuplai air dari mata air ke pemukiman penduduk. Penggunaan pompa air diesel untuk waktu yang lama dan sering akan mengakibatkan kerusakan dan biaya perawatan yang tidak sedikit, karena umumnya kandungan mata air tercampur dengan tanah dan lumut. Salah satu cara menanggulanginya ialah dengan menggunakan pompa pengangkut udara atau airlift pump karena dapat menaikan cairan atau campuran dan bahan padat. Pada pembuatan pompa ini digunakan untuk mengangkat air, kemudian sekarang berkembang dan digunakan untuk mengangkat cairan korosif, radioaktif dan minyak tanah.
Pompa ini juga sering dipakai pada proses pemompaan yang sulit seperti eksplorasi bawah air atau menaikkan partikel yang kasar pada pengerukan muara sungai dan pelabuhan dan penambangan mineral dari dasar samudra (Khalil et al., 1999). Cairan dinaikkan melalui pipa vertikal yang terendam
sebagian dalam cairan, melalui udara tekan yang dimaksukkan kedalam pipa.
Permasalahan yang sering dialami pada pompa ini adalah debit dan efisienya yang rendah diantara pompa yang lain.
Identifikasi Masalah 1.2.
Identifikasi masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut :
1. Pengaruh variasi rasio terendam terhadap debit air yang dihasilakan dan efisiensi airlift pump.
2. Pengaruh perbandingan letak nosel pada pipa 1,5 inci dengan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit air yang dihasilkan dan efisiensi airlift pump.
Rumusan Masalah 1.3.
Dari penelitian ini, didapatkan rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh variasi rasio terendam terhadap debit air dan efisiensi yang dihasilkan ?
2. Bagaimana pengaruh perbandingan letak nosel pada pipa 1,5 inci dengan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit air dan efisiensi yang dihasilkan ?
Tujuan Penelitian 1.4.
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui debit air dan efisiensi dari airlift pump terhadap variasi rasio terendam.
2. Mengetahui perbandingan debit air dan efisiensi yang dihasilkan dari perbedaan letak nosel pada pipa 1,5 inci dan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci.
3. Mengetahui bentuk pola aliran setiap variasi rasio terendam.
Batasan Masalah 1.5.
Agar topik penelitian tidak meluas, dalam penelitian ini penulis membuat batasan-batasan yaitu:
1. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui debit air dan efisiensi dari tiap variasi rasio terendam dan penempatan nosel pada pipa reducer socket dan pipa vertikal.
2. Pipa yang digunakan berdiameter 1,5 inci
3. Penempatan nosel injeksi udara pada pipa reducer socket 2 inci ke 1,5 inci dan pipa vertikal 1,5 inci.
4. Lima variasi ketinggian pipa yaitu 1:12 cm, 1:24 cm, 1:36 cm, 1:48 cm dan 1:60 cm.
5. Tekanan aerator yang digunakan 60 liter/menit.
6. Ketinggian pipa terendam 100 cm.
7. Fluida yang akan diuji adalah air.
Manfaat Penelitian 1.6.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini yaitu:
1. Dapat digunakan untuk tambahan referensi pengembangan air lift pump pada masyarakat.
2. Dapat digunakan untuk tambahan referensi pada data kepustakaan di bidang pompa.
3. Memberikan tambahan data untuk penelitian tentang air lift pump yang selanjutnya di masa depan.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Penelitian Terdahulu 2.1.
(Kassab et al., 2009) dalam penelitan ini dapat diketahui bahwa kapasitas dan efisiensi dipengaruhi oleh laju aliran massa udara, rasio terendam dan panjang pipa riser dari titik injeksi ke titik air keluar. Jika rasio terendam ditambahkan maka efisiensi dari airlift pump juga akan bertambah sampai titik optimum. Variasi panjang pipa riser mempengaruhi kinerja airlift pump untuk rasio terendam yang sama. Pola aliran terbaik dalam penelitian airlift pump ini adalah pola aliran slug dan slug churn.
(Khalil et al., 1999) Dalam penelitian ini efisiensi dipengaruhi oleh laju aliran udara. Bertambahnya laju aliran udara akan menyebabkan bertambahnya laju aliran air sampai kondisi maksimum. Efisiensi pompa akan menurun jika rasio terendam juga menurun. Selain itu efek metode injeksi pada performa airlift pump berpengaruh pada pembentukan gelembung awal dan distribusi gelembung di pipa upriser yang mempunyai pengaruh besar pada performa air lift pump, dimana campuran homogen yang baik yang terbentuk pada pipa riser mengurangi slip dan nantinya akan menambah efisiensi air lift pump.
(Hanafizadeh, 2011) dalam penelitianya diketahui bahwa empat jenis aliran utama yaitu aliran bubbly, aliran slug, aliran churn, dan aliran annular.
Pada sistem airlift pump ini pola aliran terbaik adalah aliran slug.
(Hanafizadeh & Ghorbani, 2012) pada penelitiannya diketahui bahwa kerja airlift pump menggunakan gaya apung dari gelembung dan perbedaan tekanan antara titik injeksi dan titik keluarnya fluida. Udara diinjeksikan pada bagian bawah pipa terendam. Gelembung udara didalam cairan tertahan kemudian densitas campuran udara dan air didalam pipa menjadi lebih kecil daripada fluida disekitarnya. Maka dari itu gaya apung bekerja dan menyebabkan pompa juga bekerja.
(Hanafizadeh dkk., 2013) Hanafizadeh dkk. (2013) menunjukkan bahwa untuk tekanan udara yang diinjeksikan konstan dan rasio perendaman konstan, penurunan densitas dua fase menyebabkan penurunan head pompa.
Jelas dari studi mereka bahwa head akan berkurang dengan meningkatkan rasio perendaman.
(Gajanan K. Awari et al., 2007) pada penelitiannya diketahui bahwa efisiensi pompa bertambah dengan bertambahnya rasio terendam. Efisiensi maksimum diamati terjadi selama pola aliran slug.
(G. K. Awari et al., 2004) menemukan bahwa parameter geometri yang paling signifikan adalah diameter dari pipa riser yang memiliki efek yang besar pada efisiensi pompa.
(Reinemann et al., 1990) Pada penelitianya diketahui bahwa gelembung gas yang tertahan di air ketika udara diinjeksikan membuat densitas rata-rata campuran udara dan air menjadi lebih rendah daripada sekitarnya. Sehingga gaya apung menyebabkan campuran air dan udara terangkat. Pengangkatan bisa terjadi apabila gaya apung lebih besar dari gaya gravitasi yang dialami campuran udara dan air.
(Wang et al., 2018) pada penelitiannya dikatehui bahwa aliran slug menjadi aliran terbaik untuk memompa air karena hanya lapisan tipis air yang jatuh. Pada aliran churn, fase gas dalam bentuk inti gas menempati bagian tengah pipa yang tidak mengalami gesekan dengan dinding. Air yang bisa keluar menurun karena lemahnya gaya Tarik. Pada aliran annular, hanya lapisan tipis yang naik di sepanjang pipa.lapisan air jenis ini menjadi lebih tipis dengan bertambahnya laju aliran udara. Oleh karena itu dapat diprediksi bahwa laju aliran air akan menurun dengan tajam ketika terus menambah laju aliran udara pada aliran annular.
Landasan Teori 2.2.
2.2.1. Pompa
Pompa adalah sebuah alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ketempat lainya. Di dunia industri pompa digunakan sebagai sebuah peralatan untuk proses produksi. Pompa digunakan untuk mengalirkan air ataupun pelumas pada mesin–mesin industri. Prinsip kerja pompa adalah memberikan perbedaan tekanan antara bagian hisap dan bagian tekan melalui sumber energi luar. Sumber energy luar yang dapat digunakan pada pompa contohnya adalah motor listrik ataupun motor diesel. Jadi fluida dapat mengalir dari suatu tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi.
2.2.2. Pompa Pengangkat Udara (Airlift Pump)
Airlift pump adalah alat sederhana yang digunakan untuk mengangkat cairan dan campuran zat cair maupun partikel padat dengan menggunakan udara bertekanan dan pada dasarnya sistem operasi pompa ini menggunakan hukum Archimedes. Pompa ini juga memiliki banyak keunggulan, meskipun tingkat efisiensinya yang rendah dari pompa mekanis lainya.
Prinsip kerja airlift pump adalah dengan memanfaatkan udara yang diperoleh dari aerator. Udara dengan tekanan dan kecepatan tertentu mengalir melalui pipa udara, kemudian akan bergerak mendorong air yang berada dalam bak penampungan air. Ketika udara diinjeksikan dari aerator, maka air yang berada dalam bak penampungan air akan terdorong naik ke atas melalui pipa riser, kemudian akan mengalir bersama dengan gelembung-gelembung udara hingga keluar pada bak penampungan.
2.2.3. Pola aliran
Udara yang diinjeksikan ke pipa beraliran air akan membentuk pola aliran dua fase (gas dan cair). Terdapat empat jenis pola aliran dua fase (gas dan cair) pada saluran vertikal yaitu Bubbly flow, slug flow, churn flow dan annular flow (P. Hanafizadeh & Ghorbani, 2012).
Bubbly Slug churn annular
Gambar 2.1. Skema Sederhana Airlift Pump oleh (Stenning & Martin, 1968)
Gambar 2.2. Pola Aliran Pada Penelitian (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012)
Pengertian dari setiap pola aliran yang terbentuk sebagai berikut : a. Aliran bubbly adalah gelembung udara yang memiliki bentuk
bulat kecil dengan ukuran seragam dan menyebar secara merata dalam pipa.
b. Aliran slug adalah gelembung udara yang memiliki bentuk peluru dengan ukuran sama dengan diameter pipa riser dan memiliki panjang yang bervariasi.
c. Aliran churn adalah gelembung udara yang rusak dan akan membentuk aliran churn. Aliran ini bersifat sementara yang terpecah karena ketidak seragaman aliran udara.
d. Aliran annular adalah gelembung udara yang terbentuk pada dinding pipa. Pada rasio terendam tinggi gelombang ini bisa pecah menjadi tetesan kecil di udara yang mengalir pada bagian tengah pipa.
2.2.4. Rasio terendam
Rasio terendam merupakan perbandingan ketinggian antara pipa bagian yang terendam dengan ketinggian pipa riser dari titik injeksi udara ke titik keluarnya fluida. Rasio terendam memiliki pengaruh besar terhadap debit dan efisiensi pompa. Untuk perhitungan rasio terendam dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :
(1)
Dimana :
= Rasio terendam.
= Panjang pipa dari titik injeksi ke titik keluar (m).
= Tinggi rasio terendam / tinggi bagian pipa yang terendam (m).
= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m).
2.2.5. Efisiensi
Efisiensi airlift pump dapat dihitung dari rasio perendaman terhadap energi yang tersedia yang disebabkan oleh ekspansi isotermal udara dari tekanan injektor sampai ke tekanan atmosfer (Nicklin, 1963). Untuk perhitungan efisiensi airlift pump dapat menggunakan persamaan :
2.2.6. Gaya Apung
Gaya apung adalah gaya ke atas yang diberikan oleh fluida yang melawan berat benda yang sebagian atau seluruhnya tenggelam. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. Perbedaan tekanan akan mengakibatkan gaya ke atas pada benda. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan terdapat perbedaan tekanan antara fluida bagian atas benda dan fluida bagian bawah benda. Besar gaya apung pada suatu benda, sangat dipengaruhi oleh volume benda yang tercelup ke dalam air. Semakin besar gaya apung, maka akan besar juga volume benda yang tercelup, hal ini seperti yang dijelaskan oleh prinsip Archimedes. Skema gaya apung dapat dilihat pada Gambar 2.3.
(2)
Dimana :
= Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).
= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m).
= Debit aliran udara yang diinjeksikan (lpm).
= Tekanan Atmosfer (Pa).
= Tekanan udara total yang diinjeksikan oleh aerator (Pa).
Ρ = Masa jenis air ( )
Jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis cairan, maka gaya tersebut akan mampu menyebabkan benda mengapung. Hal ini dapat terjadi hanya dalam kerangka acuan non-inersia yang memiliki medan gravitasi atau mengalami percepatan. Pusat daya apung suatu benda adalah pusat massa dari volume fluida yang dipindahkan.
2.2.7. Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini merupakan penyederhanaan dari persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik didalam suatu aliran tertutup sama dengan besarnya jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama.
Gambar 2.3. Skema Gaya Apung (Cengel, 2006)
BAB III
METODE PENELITIAN
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Objek Penelitian
Pada penelitian ini, objek yang diteliti adalah airlift pump yang dibuat dan dirancang oleh mahasiswa dengan aerator 60 liter/menit dan pipa berdiameter 1,5 inci. Alat yang digunakan ini memiliki ukuran tinggi 130 cm. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan rasio terendam dan variasi penemapatan nosel terhadap debit air yang dihasilkan dan efisiensi airlift pump.
Keterangan skema airlift pump : 1. Bak penampung air
2. Nosel injeksi pada reducer socket 2 inci x 1,5 inci
3. Nosel injeksi pada pipa 1,5 inci 4. Pipa bening
5. Pipa variasi ketinggian 6. Selang aerator
7. Aerator
Gambar 3.1. Skema Airlift Pump Pada Penelitian
Berikut adalah komponen – komponen dari desain airlift pump diatas : 1. Bak penampung air.
Bak Penampung digunakan untuk tempat air sebelum tersuplai pada pipa upriser yang diangkat dengan udara dari aerator. Bak penampung selalu dipenuhi air agar tinggi air selalu konstan dengan tinggi 1 meter dari titik injeksi udara. Bak penampung berdiameter 4 inci.
2. Nosel injeksi pada reducer socket 2 inci x 1,5 inci
Nosel digunakan untuk mengalirkan udara dari aerator ke pipa.
Nosel injeksi ini terletak pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci.
3. Nosel injeksi pada pipa 1,5 inci
Nosel digunakan untuk mengalirkan udara dari aerator ke pipa.
Nosel injeksi ini terletak pada pipa pipa 1,5 inci.
Nosel injeksi
Nosel injeksi Gambar 3.2. Nosel Injeksi Pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
Gambar 3.3. Nosel Injeksi Pada Pipa 1,5 inci
4. Pipa bening
Pipa bening ini terbuat dari bahan akrilik dengan ukuran diameter 1,5 inci dan dengan panjang 50 cm. Pipa bening digunakan untuk melihat bentuk pola aliran selama airlift pump bekerja.
5. Pipa dengan variasi ketinggian
Pipa ini digunakan untuk mengetahui perbedaan debit dan efisiensi dengan variasi rasio terendam. Pipa yang digunakan adalah pipa PVC. Pipa ini memiliki ketinggian 12cm, 24cm, 36cm, 48cm dan 60cm.
Gambar 3.4. Pipa Bening
Gambar 3.5. Pipa Variasi Ketinggian
6. Selang aerator
Selang aerator digunakan mengalirkan udara yang dihasilkan aerator ke pipa.
7. Aerator
Aerator digunakan sebagai penyedia udara yang berfungsi untuk mendorong air naik ke pipa upriser. Pada penelitian ini menggunakan aerator dengan spesifikasi :
Daya : 32 Watt.
Tekanan udara : 0.020 Mpa.
Pengeluaran udara : 60 liter/menit.
3.2. Variasi Penelitian
Terdapat dua jenis parameter yang akan divariasikan pada penelitian airlift pump ini, antara lain :
1. Variasi rasio terendam yaitu 1:12 cm, 1:24 cm, 1:36 cm, 1:48 cm dan 1:60 cm.
2. Variasi penempatan nosel injeksi udara pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci dan pipa 1,5 inci.
3.3. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium, Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta di Jl. Paingan, Kel.
Maguwoharjo, Kec. Depok. Kab. Sleman, D.I. Yogyakarta.
Gambar 3.6. Aerator
3.4. Alur Penelitian
Alur dari penelitian airlift pump yang dilakukan adalah sebagai berikut :
.
Mulai
Perancangan skema airlift pump
Persiapan alat dan bahan
Pembuatan airlift pump
Uji coba
Pemilihan variasi
Pengembilan data
Melanjutkan variasi
Pengolahan, analisa data, pembahasan, kesimpulan dan saran
Selesai
Tidak
Ya
Gambar 3.7. Alur Penelitian
3.5. Alat dan Bahan
3.5.1. Alat yang digunakan
Alat yang digunakan dalam 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. Bor
Bor digunakan untuk membuat lubang berdiameter tempat nosel.
d. Spidol
Spidol digunakan untuk memberikan tanda pada bahan yang akan dipotong, dilubang, dll.
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 debit air yang dihasilkan oleh airlift pump.
b. Meteran
Meteran digunakan untuk mengukur bahan berupa pipa peralon dalam proses pembuatan 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 bak penampungan air dan variasi rasio terendam. Ukuran pipa paralon yang digunakan adalah 4 inci dan 1,5 inci.
b. Pipa Bening
Pipa bening yang terbuat dari bahan akrilik digunakan untuk melihat gelembung pola aliran selama airlift pump bekerja. Ukuran pipa bening yang digunakan adalah 1,5 inci.
c. Pipa Shock
Pipa shock digunakan untuk penyambungan pipa lurus dengan ukuran diameter pipa yang sama. Ukuran pipa socket yang digunakan adalah 1,5 inci.
d. Pipa Elbow
Pipa elbow merupakan jenis komponen pada sistem pipa dengan bentuk yang membungkuk pada sudutnya. Pipa elbow sering disebut sebagai sambungan “L” dan digunakan untuk membelokan aliran air.
Ukuran pipa elbow yang digunakan adalah 4 inci dan 1,5 inci.
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 2 inci x 1,5 inci.
f. Pipa Tee Stuck
Pipa tee stuck digunakan untuk membuat saluran keluarnya hasil air dan udara sisa. Ukuran pipa tee stuck yang digunakan adalah 1,5 inci.
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 2 inci dan reducer socket 2 inci x 1,5 inci.
h. Nosel
Nosel digunakan sebagai perantara selang udara dan pipa untuk mengalirkan udara. Nosel yang digunakan memiliki ukuran 3/8 inci dan 3/4 inci.
i. Selang udara.
Selang udara digunakan untuk mengalirkan udara dari aerator ke nosel injeksi.
j. Selang air
Selang air digunakan untuk mengalirkan air menuju bak penampung.
k. Klem selang
Klem selang digunakan untuk pengikat antar sambungan agar tidak mudah terlepas
l. Lem Pipa
Lem yang digunakan khusus pipa berfungsi untuk menyatukan dan merekatkan pipa, selain itu lem juga berfungsi sebagai pencegah kebocoran pipa.
m. Seal Tape Pipa
Seal tape atau isolasi pipa digunakan untuk mencegah kebocoran pada sambungan pipa yang memiliki ulir.
n. Lem plastic steel
Lem ini berguna untuk menyambungkan nosel injeksi dengan pipa.
3.6. Proses Pembuatan Alat
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan airlift pump adalah sebagai berikut :
1. Merancang dan memeriksa sketsa airlift pump
2. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan airlift pump.
3. Merangkai alat penelitian airlift pump sesuai dengan sketsa.
4. Mengukur dan memotong pipa paralon berukuran 4 inci dengan panjang 110 cm dan 130 cm sebagai bak penampungan.
5. Pemasangan sambungan pipa Knee L berukuran 4 inci dengan lem pipa pada tiap sudut siku dari pipa paralon berukuran 4 inci dapat dilihat pada Gambar 4.
6. Pemasangan reducer socket ukuran 4 inci x 2 inci dengan lem pipa.
7. Lubangi pipa SDD (Socket Drat Dalam) ukuran 2 inci dengan diameter nosel. sebagai tempat nosel injektor udara dari aerator, kemudian pasang SDD dan SDL (Socket Drat Dalam dan Socket Drat Luar) pada reducer socket ukuran 4 inci x 2 inci menggunakan lem pipa.
8. Pemasangan nosel pada lubang pipa SDD (Socket Drat Dalam) menggunakan lem plastic steel.
9. Lubangi reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci pada ukuran 1,5 inci dengan diameter 5 ml sebagai tempat nosel injektor udara dari aerator. Hal tersebut menjadi variasi penempatan nosel pada penelitian ini.
10. Pemasangan nosel pada lubang pipa reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 menggunakan lem plastic steel.
11. Pemasangan reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci pada SDL (Socket Drat Luar) dengan lem pipa.
12. Pemasangan pipa akrilik ukuran 1,5 inci dengan panjang 50 cm pada reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci.
13. Pemasangan pipa paralon ukuran 1,5 inci menggunakan shock pada pipa akrilik ukuran 1,5 inci. Sehingga tinggi dari nosel pada SDD (Socket Drat Dalam) sampai ujung pipa paralon adalah 100 cm. Hal tersebut sebagai acuan untuk variasi rasio terendam.
14. Lubangi pipa bak penampung air pada ketinggian 100 cm dihitung sejajar dari nosel pada SDD ukuran 2 inci. Hal ini sebagai acuan nilai konstan rasio terendam.
15. Lubangi pipa bak penampung air pada ketinggian 100 cm dihitung sejajar dari nosel pada reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci pada ukuran 1,5 inci. Hal ini sebagai acuan nilai konstan rasio terendam variasi penempatan nosel.
16. Membuat variasi rasio terendam menggunakan pipa paralon ukuran 1,5 inci dengan panjang 12 cm, 24 cm, 36 cm, 48 cm, 60 cm. Pada bagian ujung pipa variasi rasio terendam disambung dengan pipa tee stuck dan dihubungkan dengan pipa knee L kebawah untuk mempermudah penampungan hasil debit air.
17. Pengecekan kebocoran terhadap alat yang sudah dibuat.
18. Setelah selesai dapat dilakukan pengambilan data yang direncanakan.
3.7. Cara Pengambilan Data
Metode pengambilan data pada penelitian airlift pump ini adalah sebagai berikut:
1. Pasang komponen airlift pump seperti pada sketsa.
2. Pasang selang udara dengan klem dari aerator ke nosel injeksi pada SDD (Socket Drat Dalam) ukuran 2 inchi.
3. Pasang variasi rasio terendam dari yang paling rendah ke paling tinggi, yaitu 1:12 cm, 1:24 cm, 1:36 cm, 1:48 cm dan 1:60 cm.
4. Bak penampungan air diisi sampai air keluar dari lubang rasio terendam 100 cm dan diatur supaya tetap konstan selama pengambilan data.
5. Hidupkan aerator.
6. Tunggu sampai air keluar secara stabil dari pipa variasi terendam.
7. Setelah airlift pump bekerja dengan baik tanpa adanya kebocoran, maka dapat dilakukan pengambilan data.
8. Siapkan ember dan stopwatch untuk pengukuran debit air.
9. Tampung air yang keluar dari pipa variasi rasio terendam dengan ember bersamaan menyalakan stopwatch.
10. Tunggu selama 60 detik lalu ukur debit air pada ember menggunakan gelas ukur.
11. Catat hasil pengukuran.
12. Setiap variasi pipa rasio terendam dilakukan pengukuran sebanyak 10 kali untuk dirata-rata.
13. Merekam pola aliran yang terbentuk setiap pipa variasi rasio terendam pada pipa akrilik.
14. Lakukan pengulangan langkah tiga sampai sebelas pada setiap pipa variasi rasio terendam. Hal tersebut juga dilakukan pada variasi penempatan nosel injektor dengan memindah selang udara pada nosel injektor reducer socket ukuran 1,5 inci dan menutup lubang pada bak penampung air ketinggian 100 cm dihitung sejajar dari nosel injektor pada SDD (Socket Drat Dalam).
15. Matikan keran dan aerator.
3.8. Cara Memperoleh Data
Data-data penelitian yang telah diperoleh dari nilai-nilai yang ditampilkan oleh alat ukur kemudian diolah dengan menggunakan rumus- rumus :
1. Rasio Terendam
(3)
Dimana :
= Rasio terendam.
= Panjang pipa dari titik injeksi ke titik keluar (m).
= Tinggi rasio terendam / tinggi bagian pipa yang terendam (m).
= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m).
2. Efisiensi Air Lift Pump
3. Debit air
(4)
Dimana :
= Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).
= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m).
= Debit aliran udara yang diinjeksikan (lpm).
= Tekanan Atmosfer (Pa).
= Tekanan udara total yang diinjeksikan oleh aerator (Pa).
Ρ = Masa jenis air ( )
(5)
Dimana :
Q = Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).
= Volume air (𝑚3) = Waktu (s)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Penelitian
Pada penelitian ini berisi mengenai hasil penelitian ditampilkan pada Tabel 4.1 dan 4.2. Pada penelitian ini dimulai dari variasi rasio terendam paling rendah yaitu 89,28% dan diakhiri pada rasio terendam yang paling tinggi yaitu 62,5%. Pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali setiap satu variasi rasio terendam, kemudian dari kesepuluh data tersebut diambil rata – ratanya. Debit terukur merupakan jumlah debit air yang diperoleh saat pengambilan data. Waktu terukur merupakan jumlah lamanya waktu pengambilan data setiap variasi rasio terendam.
Tabel 4.1. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa 1,5 inci
Data ke- Waktu (menit)
Variasi Nosel Pada Pipa 1,5"
Rasio Terendam (%)
89,28 80,64 73,52 67,56 62,5
Volume Terukur (liter/menit)
1 1 35,2 21,0 11,0 3,70 0,52
2 1 34,5 22,5 11,0 3,70 0,40
3 1 39,5 22,6 10,9 3,70 0,38
4 1 36,5 22,5 10,7 3,70 0,42
5 1 34,5 22,1 10,9 3,80 0,39
6 1 35,0 21,8 10,8 3,90 0,40
7 1 36,0 22,0 11,0 4,00 0,54
8 1 36,5 22,5 11,0 3,70 0,50
9 1 35,0 23,0 11,0 3,80 0,58
10 1 35,0 22,7 11,0 3,70 0,50
Rata-Rata 35,8 22,3 10,9 3,77 0,46
Tabel 4.2. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
Data ke- Waktu (menit)
Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Rasio Terendam (%)
89,28 80,64 73,52 67,56 62,5
Volume Terukur (liter/menit)
1 1 34,6 18,05 8,70 2,25 0,25
2 1 37,0 18,5 9,10 2,20 0,20
3 1 37,7 19,2 9,00 2,05 0,15
4 1 36,2 19,2 9,10 2,10 0,20
5 1 35,0 18,3 9,45 2,10 0,10
6 1 35,0 19,3 8,90 2,20 0,15
7 1 37,0 18,8 8,90 2,15 0,25
8 1 36,2 19,2 9,00 2,15 0,15
9 1 36,0 19,0 8,70 2,20 0,15
10 1 35,7 18,7 9,15 2,10 0,20
Rata-Rata 36,0 18,8 9,00 2,15 0,18
Selanjutnya, adalah gambar pola aliran pada setiap variasi rasio terendam.
1. Pola aliran pada rasio terendam 89,28%
Pipa 1,5 inci Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
Churn
Slug
Churn
Aliran Churn
Aliran Slug-Churn
Gambar 4.1. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 89,28%
2. Pola aliran pada rasio terendam 80,64%
Pipa 1,5 inci Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
3. Pola aliran pada rasio terendam 73,52%
Pipa 1,5 inci Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Churn
Aliran Churn
Churn Slug
Aliran Slug-Churn
Churn
Aliran Churn
Churn Slug
Aliran Slug-Churn Gambar 4.2. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 80,64%
Gambar 4.3. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 73,52%
4. Pola aliran pada rasio terendam 67,56%
Pipa 1,5 inci Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
5. Pola aliran pada rasio terendam 62,5%
Pipa 1,5 inci Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Slug
Churn
Aliran Slug- Churn
Slug
Churn
Aliran Slug-Churn
Slug
Churn
Aliran Slug- Churn
Slug
Churn
Aliran Slug-Churn Gambar 4.4. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 67,56%
Gambar 4.5. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 62,5%
4.2. Hasil Perhitungan
Berdasarkan data pada penelitian, selanjutnya dapat dilakukan perhitungan menggunakan persamaan (1) sampai persamaan (4). Persamaan pehitungan dapat dilakukan sebagai berikut :
a. Presentase Rasio terendam
Presentase rasio terendam dapat diketahui dengan membandingkan tinggi bagian pipa yang terendam dengan ketinggian pipa variasi rasio terendam keseluruhan dari nosel injeksi udara. Perhitungan rasio terendam 1 m : 1,6 m adalah sebagai berikut :
b. Debit air yang dihasilkan
Debit air yang dihitung berdasarkan jumlah volume air dibagi waktu. Contoh perhitungaan debit air yang dihasilkan pada rasio 62,5%
dengan variasi penempatan nosel pada pipa 1,5 inci adalah sebagai berikut :
Untuk mempermudah pembacaan pada grafik pengaruh letak nosel injeksi terhadap debit air yang dihasilkan satuan debit air ini menggunakan satuan lps (liter per detik). Kemudian satuan dari debit
(6)
= 0,01 liter/s
(7)
air dikonversi menjadi yang akan digunakan untuk menghitung efisiensi. Debit air setelah dikonversikan yaitu 0,000007716667 . c. Tinggi Pengangkatan ( )
Tinggi pengangkatan merupakan selisih dari panjang total ( dikurangi dengan tinggi bagian pipa yang terendam dalam air ( . Contoh perhitungan pada rasio terendam 62,5% adalah sebagai berikut :
(8)
d. Percepatan gravitasi
Pada penelitian ini menggunakan percepatan gravitasi bumi sebesar 9,806 .
e. Massa jenis air
Pada penelitian ini menggunakan masa jenis air sebesar 1000 . f. Debit udara yang diinjeksikan
Pada penelitian kali ini debit udara aerator adalah 60 lpm. Debit ini bisa diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk aerator. Kemudian debit udara ini dikonversi satuannya ke dalam satuan m3/s supaya bisa dimasukkan ke dalam rumus efisiensi.
Maka setelah dikonversi didapat debit udara yang diinjeksikan sebesar 0,001 .
g. Tekanan atmosfer
Pada penelitian kali ini digunakan tekanan atmosfer sebesar 101325 Pascal.
h. Tekanan yang diinjeksikan (Pin)
Besar dari tekanan yang diinjeksikan bisa diketahui dari penjumlahan antara tekanan atmosfer dengan tekanan terukur atau tekanan gauge yang dihasilkan oleh aerator. Tekanan terukur dapat
diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk aerator. Besar dari tekanan injeksi dapat dihitung sebagai berikut :
𝑚
(
) 121325 Pa
(9)
i. Efisiensi
Perhitungan efisiensi airlift pump pada rasio 62,5% dengan variasi penempatan nosel pada pipa 1,5 inci adalah sebagai berikut :
(10)
𝑚 𝑚 𝑚 𝑚
𝑚 = 0,25%
Perhitungan dilakukan dengan cara dan persamaan yang sama untuk setiap variasi. Data hasil seluruh perhitungan disajikan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Air yang Dihasilkan
No.
Rasio Terendam
(%)
Letak Nosel
Waktu Terukur
(detik)
Volume Terukur Rata-rata
(liter)
Debit Air (𝑚 )
1 89,28 Pada Pipa 1,5" 60 35,77 0,60
2 89,28 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 60 36,04 0,60
3 80,64 Pada Pipa 1,5" 60 22,27 0,37
4 80,64 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 60 18,825 0,31
5 73,52 Pada Pipa 1,5" 60 10,925 0,18
6 73,52 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 60 9 0,15
7 67,56 Pada Pipa 1,5" 60 3,77 0,06
8 67,56 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 60 0,685 0,01
9 62,5 Pada Pipa 1,5" 60 0,463 0,1
10 62,5 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 60 0,18 0,003
Tabel 4. 4. Hasil Perhitungan Efisiensi yang Dihasilkan
No.
Rasio Terendam
(%)
Letak Nosel Debit Air (m3/s)
Tinggi Pengangkatan
(meter)
Efisiensi (%)
1 89,28 Pada Pipa 1,5" 0,000596 0,12 3,84
2 89,28 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 0,000600 0,12 3,87
3 80,64 Pada Pipa 1,5" 0,000371 0,24 4,79
4 80,64 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 0,000313 0,24 4,05
5 73,52 Pada Pipa 1,5" 0,000182 0,36 3,52
6 73,52 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 0,000150 0,36 2,90
7 67,56 Pada Pipa 1,5" 0,000062 0,48 1,62
8 67,56 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 0,000011 0,48 0,29
9 62,5 Pada Pipa 1,5" 0,000007 0,6 0,25
10 62,5 Pada Pipa Reducer
Socket 2" x 1,5" 0,000003 0,6 0,10
0 5 10 15 20 25 30 35 40
60 65 70 75 80 85 90
Debit (liter/memit)
Rasio Terendam %
Nosel Pipa 1,5" Nosel Pipa 2 x 1,5"
4.3. Pembahasan
4.3.1. Hubungan rasio terendam terhadap debit dan efisiensi.
Gambar 4.1 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap debit air yang dihasilkan. Berdasarkan gambar grafik tersebut, maka dapat dilihat nilai rasio terendam dikonversikan ke persen. Hal ini menunjukan bahwa semakin tinggi nilai persen rasio terendam maka akan tinggi nilai debit air yang dihasilkan. Pada variasi penempatan nosel injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai debit air terendah. Hal ini terjadi pada rasio terendam 62,5% sebesar 0,46 liter/menit dan nilai debit air tertinggi yang terjadi pada rasio terendam 89,28% sebesar 35,8 liter/menit. Sementara itu, variasi penempatan nosel injeksi pada reducer socket 2 inci x 1,5 inci mendapatkan nilai debit air terendah. Hal ini terjadi pada rasio terendam 62,5% sebesar 0,18 liter/menit dan nilai debit air tertinggi yang terjadi pada rasio terendam 89,28% sebesar 36,0 liter/menit.
Dengan memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh
Gambar 4.6. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air
0 1 2 3 4 5
60 65 70 75 80 85 90
Efisisensi (%)
Rasio Terendam %
Nosel Pipa 1,5" Nosel Pipa 2 x 1,5"
(Khalil dkk., 1999). Selain itu memperbesar rasio terendam akan memperkecil head statis. Sehingga, memperkecil head statis akan memperbesar debit yang dihasilkan.
Gambar 4.2 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap efisiensi. Berdasarkan gambar grafik tersebut, maka dapat dilihat nilai rasio terendam dikonversikan ke persen. Hal ini menunjukan bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar efisiensi hingga mencapai nilai optiumum. Pada grafik Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai efisiensi optimum terjadi pada nilai rasio terendam 80,64%. Pada variasi penempatan nosel injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai efisiensi sebesar 4,79%
dan pada variasi penempatan nosel injeksi pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci mendapatkan nilai 4,05%. Selanjutnya nilai efisiensi akan menurun dengan penambahan rasio terendam 89,28%. Pada variasi penempatan nosel injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai efisiensi sebesar 3,84% dan pada variasi penempatan nosel injeksi pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci mendapatkan nilai efisiensi sebesar 3,87%.
Gambar 4.7. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi
0,46
3,77
10,925
22,3
35,8
0,18 0,69
9,00
18,8
36,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
62,50% 67,56% 73,52% 80,64% 89,28%
Debit (liter/menit)
Rasio Terendam (%)
Pada Pipa 1,5 inci Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Dengan memperbesar rasio terendam akan memperbesar efisiensi pemompaan hingga mencapai nilai optimum. Selanjutnya nilai efisiensi akan menurun dengan penambahan rasio terendam lebih lanjut. Dapat disimpulkan bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar nilai efisiensi hingga mencapai nilai optimum. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Kassab dkk. (2009), Awari dkk. (2007) dan Khalil dkk. (1999).
4.3.2. Perbandingan Penempatan Nosel Injektor Pada Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit dan efisiensi yang dihasilkan.
Gambar 4.8. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Terhadap Debit Air
Pada Gambar 4.3 merupakan grafik perbandingan pipa 1,5 inci dan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit air yang dihasilkan.
Berdasarkan gambar grafik tesebut, dari rasio terendam 62,50% hingga rasio terendam 80,64% menunjukkan bahwa debit yang dihasilkan dari variasi pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan variasi pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena pada pipa 1,5 inci udara yang diinjeksikan tidak melalui pengecilan luas penampang, karena Pengecilan diameter pipa air akan menurunkan tekanan air seperti pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Akan tetapi, pada rasio terendam 89,28% debit air yang dihasilkan pada pipa 1,5 inci lebih kecil daripada debit air yang dihasilkan pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci akan menambah kecepatan aliran air, namun akan mengurangi tekanan air untuk naik.
Semakin besar rasio terendam maka semakin kecil static head yang terdapat pada pipa begitu juga sebaliknya. Pada rasio terendam terbesar 89,28% kecepatan air bertambah dengan kecilnya static head akan menambah debit air yang dihasilkan walaupun tekanan air akan berkurang.
Debit optimum pada rasio terendam 62,5%, 67,56%, 73,52% dan 80,64% yaitu sebesar 0,46 liter/menit, 3,77 liter/menit, 10,9 liter/menit dan 22,3 liter/menit pada pipa 1,5 inci. Debit optimum pada rasio terendam 89,28% yaitu sebesar 36,0 liter/menit pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci.
0,25
1,62
3,52
4,79
3,84
0,10
0,29
2,90
4,05 3,87
0 1 2 3 4 5
62,50% 67,56% 73,52% 80,64% 89,28%
Efisiensi (%)
Rasio Terendam (%)
Pada Pipa 1,5 inci Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci
Pada Gambar 4.4 merupakan grafik perbandingan pipa 1,5 inci dan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap efisiensi yang dihasilkan.
Berdasarkan gambar grafik tesebut, dari rasio terendam 62,50% hingga rasio terendam 80,64% menunjukkan bahwa efisiensi yang dihasilkan dari variasi pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan variasi pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena nilai efisiensi berbanding lurus dengan debit. Debit merupakan salah satu komponen yang digunakan untuk mengetahui nilai efisiensi. Penggunaan reducer socket 2 inci x 1,5 inci akan memperbesar efisiensi pada rasio tertinggi. Akan tetapi pada efisiensi pada rasio terendam rendah akan mengurangi debit yang dihasilkan. Hal ini mengakibatkan efisiensi pada rasio terendam rendah lebih besar menggunakan nosel pada pipa 1,5 inci. Pada rasio terendam 89,28%
Gambar 4.9. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci Terhadap Efisiensi
efisiensi yang dihasilkan pada pipa 1,5 inci lebih kecil daripada menggunakan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Efisiensi optimum pada rasio terendam 62,5%, 67,56%, 73,52% dan 80,64% yaitu sebesar 0,25%, 1,62% , 3,52% dan 4,79% pada pipa 1,5 inci. Debit optimum pada rasio terendam 89,28% yaitu sebesar 3,87% pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci.
38
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian unjuk kerja airlift pump dengan pipa riser berdiameter 1,5 inci menggunakan aerator 60 liter/menit, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan dari setiap variasi. Nilai debit tertinggi dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar 35,77 liter/menit dan 36,04 liter/menit yang terdapat pada rasio terendam 89,28%. Memperbesar rasio terendam akan meningkatkan nilai efisiensi hingga mencapai nilai optimum. Nilai Efisiensi tertinggi dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar 4,785% dan 4,045% yang terdapat pada rasio terendam 80,64%.
2. Pengecilan diameter pipa akan menambah kecepatan air, namun akan mengurangi tekanan air ke atas. Debit air yang dihasilkan dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci pada rasio rendah. Pada rasio tertinggi 89,28% debit air yang dihasilkan dengan letak nosel injeksi pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci lebih besar.
3. Pola aliran yang terbentuk pada rasio terendam 89,28%, 80,64% dan 73,52% dengan nosel injeksi pada pipa 1,5 inci memliki pola aliran churn. Sedangkan pada rasio terendam 67,56% dan 62,5% memiliki pola aliran slug-churn. Pola aliran yang terbentuk menggunakan nosel injeksi dengan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci menghasilkan bentuk slug- churn pada setiap rasio terendam.
5.2. Saran
Saran dari penulis untuk memperbaiki penelitian berikutnya, antara lain : 1. Pengujian selanjutnya dapat dilakukan penambahan variasi fluida yang
digunakan.
2. Pengujian selanjutnya dapat dilakukan penambahan variasi bentuk pipa riser.
DAFTAR PUSTAKA
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
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
Reinemann, D J. (1990). Q ’ L = A ( gD ) I / 2 ; Q ’ c = A ( gD ) l / 2 ; V ~= ( gD ) l / 2 ; Co ( Q [. + Q ’ c ) + V ~ rs ". 16(I), 113–122.
Reinemann, Douglas Joseph. (1987). A Theorethical and experimental study of airlift pumping and aeration with reference to aquacultural applications.
August, 111. 41
Stenning, A. H., & Martin, C. B. (1968). An analytical and experimental study of air-lift pump performance. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 90(2), 106–110. https://doi.org/10.1115/1.3609143
Sularso & Haruo Tahara. (2000). Pompa dan Kompresor. PT Pradnya Paramita : Jakarta.
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
Yunus A. Cengel. (2006). Fluid Mechanics Fundamentals And Applications. New York.
42
