TUGAS AKHIR No:699TAFT-USDTMSeptember2006 Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

(1)

POMPA PIPA

TUGAS AKHIR

No:699/TA/FT-USD/TM/September/2006 Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh : Nama : Yandy NIM : 035214050

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

(2)

PIPE PUMP

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By

Yandy

Student Number: 035214050

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

(3)

(4)

(5)

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, Maret 2007 Penulis

Yandy

(6)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan Tugas Akhir dengan judul “Pompa pipa“. Adapun Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

Penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Romo Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., Msc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan dan Ketua Progran Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma. 3. Bapak Ir. YB. Lukiyanto, M.T., selaku dosen pembimbing tugas akhir yang

telah memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing akademik. 5. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama

penulis kuliah di Universitas Sanata Dharma.

(7)

6. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin untuk menggunakan fasilitas yang dipergunakan dalam penelitian ini.

7. Kedua orang tua atas segala dukungan dan doanya.

8. Kedua kakakku yaitu Chindy dan Ferdy atas dukungannya untuk menyelesaikan Tugas akhir ini.

9. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberi bantuan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini : Suliongto, Purnomo, Yosafat dan semua mahasiswa Jurusan Teknik Mesin.

10.Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dan memberi masukan selama penyelesaian Tugas Akhir ini

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan serta jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Yogyakarta, maret 2007

Penulis

(8)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...i

LEMBAR PERSETUJUAN ...iii

LEMBAR PENGESAHAN ...iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ...v

KATA PENGANTAR ...vi

DAFTAR ISI...viii

DAFTAR GAMBAR ...x

DAFTAR TABEL...xi

INTISARI...xii

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang Masalah...1

1.2 Batasan masalah………...2

1.3 Tujuan Penelitian ...2

1.4 Asumsi……….2

BAB II DASAR TEORI ...3

2.1 Tinjauan Pustaka ...3

2.2 Landasan Teori……….3

2.2.1 Hukum kekekalan massa ...3

2.2.2 Hukun kekekalan momentum angular...4

2.2.2.1 Momentum angular...4

(9)

2.2.2.2 Hukum kekekalan momentum ...6

BAB III METODE PENELITIAN...7

3.1 Sarana Penelitian...7

3.1.1 Peralatan Penelitian...7

3.2 Jalannya Penelitian...9

3.3 Persamaan yang Digunakan ...9

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...12

4.1 Data Penelitian ...12

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ...13

4.2.1 Perhitungan torsi dan daya untuk data pertama ...13

4.2.2 Perhitungan torsi dan daya untuk data kedua ...16

4.2.3 Perhitungan torsi dan daya untuk data ketiga ...19

4.2.4 Perhitungan torsi dan daya untuk data keempat ...23

4.2.5 Perhitungan torsi dan daya untuk data kelima ...26

4.3 Pembahasan...31

BAB V PENUTUP...32

5.1 Kesimpulan...32

5.2 Saran ...32

DAFTAR PUSTAKA ...33 LAMPIRAN

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gaya yang bekerja pada pompa pipa...5

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

Gambar 2.3 Bagan aliran fluida didalam pompa sentrifugal ...9

Gambar 2.4 Pompa aliran campur...9

Gambar 2.5 pompa aliran aksial...10

Gambar 3.1 Skema Peralatan Penelitian ...11

Gambar 4.1 Spesifikasi alat...16

Gambar 4.2 Gaya yang bekerja pada alat...17

Gambar 4.3 Grafik hubungan Head dengan Debit...34

Gambar 4.4 Grafik hubungan Debit dengan Torsi...34

Gambar 4.5 Grafik hubungan Debit dengan Daya...34

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tabel data hasil percobaaan ...16 Tabel 4.2 Tabel hasil perhitungan Torsi dan Daya ...33

(12)

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan menyelidiki unjuk kerja pompa pipa dengan variasi head.

Dalam penelitian ini tindakan yang dilakukan yaitu pembuatan pompa pipa dengan bahan aluminium dan menguji prestasi pompa pipa tersebut dengan 2 keluaran. Pengujian dilakukan dengan cara memutar poros pompa dengan daya masukan dari motor DC.

Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa semakin kecil head yaitu pada 0,35 m akan memberikan debit yang semakin besar yaitu 4,5 liter/menit. Didapatkan torsi terbesar 0,073 N.m pada debit 4,5 liter/menit dan didapatkan daya terbesar pada debit 4,5 liter/menit.

(13)

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Saat ini aerator banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Aerator adalah alat yang digunakan untuk aerasi. Dimana aerasi merupakan proses pengolahan dimana air dibuat mengalami kontak erat dengan udara, tujuannya adalah meningkatkan kandungan oksigen dalam air tersebut. Proses aerasi digunakan dalam berbagai bidang. Seperti pada proses pengolahan limbah, pengolahan air minun dan dalam bidang perikanan.

Sangat banyak jenis aerator yang ada dipasaran dengan berbagai macam bentuk dan harga yang bervariasi. Salah satunya adalah dengan memakai pompa dengan jenis pipa. Model aerator ini cocok digunakan pada bidang perikanan, khususnya perikanan yang memakai kolam yang luasnya lumayan besar (tidak cocok dipakai pada bidang perikanan yang memakai aquarium).

(14)

2

1.2Batasan masalah

Penulis akan membahas mekanik dari aerator, sedangkan proses masuknya oksigen ke air tidak dibahas.

1.3Tujuan Penelitian

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengamati pegaruh variasi head dalam unjuk kerja pompa pipa dengan dua keluaran.

Hasil penelitian ini diharapkan akan memberikan kontribusi dalam memperluas pengetahuan tentang pompa pipa. Sehingga dapat diaplikasikan dalam masyarakat luas.

1.4Asumsi

Penulis mengasumsikan gesekan di dalam pipa diabaikan (sebenarnya ada gesekan dalam pipa. Dan mengasumsikan sudut pipa kecil sama di kedua sisinya.

(15)

3

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Untuk kasus penelitian ini penulis belum menemukannya dalam artikel, jurnal, maupun pada buku-buku yang lengkap dan terperinci mengenai penggunaan pompa pipa. Hal ini menyebabkan kesulitan dalam melakukan perbandingan terhadap hasil penelitian.

2.2 Landasan Teori

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

2.2.1 Hukum Kekekalan Massa

Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa “ Di alam ini jumlah total massa adalah kekal.” Maka didapatkan persamaaan sebagai berikut:

cv out

in m m

m = +

=

in

m massa masuk (kg/s)

=

out

m massa keluar (kg/s)

=

cv

(16)

4

Untuk sistem yang tidak mengalami perubahan massa:

out

in m

m =

Gambar 2.1 Gaya yang bekerja pada pompa pipa Jadi untuk sistem ini

C B

A m m

m = +

2.2.2 Hukum Kekekalan Momentum Angular 2.2.2.1 Momentum Angular

(17)

5

v

r

o w

P

Gambar 2.2 gaya yang bekerja pada benda yang diputar

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

r m v L= . .

Momentum L bergantung kepada momen kelembaman I dan kecepatan sudut ω, karena

v = ω.r, maka:

2

. .mr L=ω

Sedangkan m.r2 adalah momen kelembaman I maka momentum angular

ω

.

(18)

6

2.2.2.2 Hukum kekekalan momentum

“Apabila tidak ada momen gaya yang bekerja pada suatu susunan partikel, maka

jumlah momentum angular susunan tersebut selalu konstan”

(19)

7

BAB III

METODE PENELTIAN

3.1 Sarana Penelitian

Sarana dan materi penelitian adalah pompa pipa dengan dua keluaran. Pompa ini dibuat dengan dua buah pipa yang berbeda ukuran.

3.1.1 Peralatan Penelitian

(20)

8

Peralatan penelitian ini dapat dikelompokan sebagai berikut: a. Adaptor

Alat ini berfungsi untuk mengubah aliran listrik AC menjadi DC. Alat ini diperlukan karena motor yang dipakai adalah motor DC. Adaptor yang digunakan memiliki tegangan 24 volt.

b. Tachometer

Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC. Tachometer yang digunakan merupakan tachometer berjenis digital light tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya ( contohnya aluminium foil) yang dipasang pada poros.

c. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pengoperasian pompa pipa ini. setelah waktu tertentu air yang keluar dihitung.

d. Gelas Ukur

Gelas ukur dipakai untuk mengukur banyaknya air yang keluar dari pompa pipa ini setelah jangka waktu tertentu. Gelas ukur yang dipakai maksimal dapat mengukur 1 liter.

e. Ember

(21)

9

3.2 Jalannya Penelitian

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

c. Letakan ember sehingga pompa pipa berada didalam ember kemudian isi ember. d. Lakukan proses pemancingan pompa, dengan cara memasukan air ke pipa kecil

sampai penuh.

e. Nyalakan adaptor sehingga motor berputar.

f. Ukur Rpm dengan tachometer, dan matikan adaptor setelah waktu yg ditentukan (misalnya 10 detik).

g. Ukur air yang ada di penampungan dengan gelas ukur. h. Ulangi percobaan dengan mengubah headnya.

3.3 Persamaan yang digunakan

Persamaan-persamaan yang digunakan pada saat pengolahan dan perhitungan data antara lain:

• Menghitung kecepatan aliran air (w)

A Q w

2

= ………...………(3.1)

Dengan:

=

w kecepatan fluida dalam saluran (m/s).

=

Q debit air (m³/s).

=

(22)

10

• Menghitung kecepatan keliling (u)

r

u=ω ………(3.2) Dengan:

=

u kecepatan keliling (m/s)

=

ω kecepatan putaran (rpm)

=

r jari-jari (m)

• Menghitung kecepatan keluar absolut

2

v= kecepatan keluar absolut (m/s).

=

w kecepatan fluida dalam saluran(m/s).

=

u kecepatan keliling (m/s)

• Menghitung sudut kecepatan keluar absolut

v

α = sudut kecepatan absolut (º).

=

w kecepatan fluida dalam saluran(m/s).

• Menghitung kecepatan tangensial

α

cos

v

(23)

11

t

v = kecepatan tangensial (m/s).

α = sudut kecepatan absolut (º).

• Menghitung torsi (T) ) (r₂v_t₂ r₁v_t₁ Q

T = l − ………(3.6) Dengan:

T = torsi (N.m).

=

Q debit air (m³/s).

l = massa jenis air (kg/m³).

=

r jari-jari (m).

t

v = kecepatan tangensial (m/s).

• Menghitung daya pompa (P_w)

T

P_w =ω ………...(3.7) Dengan:

w

P = Daya pemompaan (watt).

=

ω kecepatan putaran (rpm)

(24)

12

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian

Data yang diperoleh pada saat percobaan adalah sebagai berikut:

Gambar 4.1 Spesifiksi alat

Tabel 4.1 Tabel data hasil percobaan

No. Putaran (rpm) Head (m) Debit (m³/s)

1 245,6 0,47 0,0000690

2 245,4 0,44 0,0000700

3 246,0 0,41 0,0000700

4 245,0 0,38 0,0000725

(25)

13

4.2 Pengolahan dan Perhitungan data

a1 a2

Gambar 4.2 Gaya yang bekerja pada alat 4.2.1 Perhitungan torsi dan daya untuk data pertama

Dengan data-data sebagai berikut:

rpm

6 , 245

= ω

s m Q=6,9×10−5 3/

m mm

D=6 =0,006

m mm

R=195 =0,195

m H =0,47

a. Perhitungan kecepatan aliran air

Dengan menggunakan persamaan (3.1) maka diperoleh:

2 1

2 r Q w

(26)

14

b. Perhitungan kecepatan keliling

1

c. Perhitungan kecepatan keluar absolut

(27)

15

= 1,222 +52

=5,146 m/s

d. Perhitungan sudut kecepatan keluar absolut

e. Perhitungan kecepatan tangensial

Dengan menggunakan persamaan (3.5) diperoleh:

(28)

16

=4,999 m/s f. Perhitungan Torsi

Dengan menggunakan persamaan (3.6) maka diperoleh: )

g. Perhitungan daya pemompaan

T

4.2.2 Perhitungan torsi dan daya untuk data kedua Dengan data-data sebagai berikut:

(29)

17

2

1

(30)

18

1 1 1 v cosα

(31)

19 f. Perhitungan Torsi

T

4.2.3 Perhitungan torsi dan daya pemompaan untuk data ketiga Dengan data-data sebagai berikut:

(32)

20

2

(33)

21

2

(34)

22

1 1 1 v cosα

v_t =

= 1,256cos80,84O = 0,2 m/s

vt₂ =v₂cosα₂

=5,151cos13,929O =4,999 m/s f. Perhitungan Torsi

(r₂v_t₂ r₁v_t₁ Q

T = l −

=0,00007×1000(0,195×4,999−0,008×0,2) =0,0681 N.m

T P_w =ω

= 2π 60

0681 , 0 246

× ×

(35)

23

4.2.4 Perhitungan torsi dan daya pemompaan untuk data keempat Dengan data-data sebagai berikut:

rpm

2

(36)

24

2

(37)

25

1 f. Perhitungan Torsi

(38)

26

4.2.5 Perhitungan torsi dan daya pemompaan untuk data kelima Dengan data-data sebagai berikut:

rpm

(39)

27

1

2

(40)

28

1

f. Perhitungan Torsi

(r₂v_t₂ r₁v_t₁ Q

T = l −

(41)

29

=0,073 N.m

T P_w =ω

= 2π 60

073 , 0 2 , 246

× ×

=1,88watt

Tabel 4.2 Tabel hasil perhitungan Torsi dan Daya

No.

Putaran

(rpm) Head (m)

Debit (liter/menit)

Torsi (N.m)

Daya pemompaan (watt)

1 245,6 0,47 4,14 0,6710 1,725

2 246,4 0,44 4,20 0,0681 1,750

3 246,0 0,41 4,20 0,0681 1,753

4 245,0 0,38 4,35 0,0703 1,800

(42)

30

Grafik Head vs Debit

4.1

0.33 0.35 0.37 0.39 0.41 0.43 0.45 0.47 0.49

Head (m)

Gambar 4.3 Grafik hubungan Debit dengan Head

Grafik Debit vs Torsi

4.1

0.066 0.067 0.068 0.069 0.07 0.071 0.072 0.073 0.074

Torsi (N.m)

Gambar 4.4 Grafik hubungan Debit dengan Torsi

Grafik Debit vs Daya

4.1

(43)

31

4.3 Pembahasan

Dari hasil grafik dan grafik-grafik di atas dapat dilihat bahwa:

a. Dari grafik debit versus head menunjukkan bahwa besarnya debit berbanding terbalik dengan besarnya head. Hal ini berkaitan dengan rumus daya pompa yaitu:

H Q g P=l. . .

Jadi jika head semakin besar maka debit akan turun dan sebaliknya jika headnya kecil maka debit akan semakin besar.

b. Dari grafik debit versus torsi menunjukkan bahwa besarnya torsi sebanding dengan besarnya debit yang keluar. Hal ini berkaitan dengan rumus torsi yaitu:

) (r₂v_t₂ r₁v_t₁ Q

T = l −

Jadi jika debitnya semakin besar dan parameter lainnya tidak berubah maka Torsi akan menjadi semakin besar.

c. Dari grafik debit versus daya menunjukkan bahwa besarnya daya sebanding dengan besarnya debit yang keluar. Hal ini berkaitan dengan rumus daya pompa yaitu:

H Q g P=l. . .

(44)

32

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian mengenai unjuk kerja pompa pipa dengan dua keluaran dapat disimpulkan:

1. Kenaikan head berbanding terbalik dengan kenaikan debit dan kenaikan torsi. 2. Besarnya torsi sebanding dengan besarnya torsi dan besarnya daya.

3. Didapatkan torsi terbesar (0,073 N.m) pada saat debit 4,5 liter/menit. 4. Didapatkan daya terbesar (1,88 watt) pada saat debit 4,5 liter/menit 5.2 Saran

Beberapa saran untuk berbagai pihak yang ingin mengembangkan penelitian pada bidang sejenis dengan penelitian ini:

(45)

33

DAFTAR PUSTAKA

Halliday., Resnick, Fisika Jilid 1, cetakan ke-9 , PT. Gelora Aksara Pratama, Jakarta, 1994.

M.White, Frank, Fluid Mechanics, Kosaido Printing CO., LTD., Tokyo, 1979. Sularso.; Tahara Haruo, Pompa & Kompresor, cetakan ke-8, PT. Pradnya Paramita,

Jakarta, 2004.

(46)