BAB I UJI KERUGIAN GESEK ALIRAN FLUIDA DALAM SISTEM PERPIPAAN

(1)

1

BAB I

UJI KERUGIAN GESEK ALIRAN FLUIDA

DALAM SISTEM PERPIPAAN

1.1 Tujuan

Untuk mengetahui besarnya kerugian gesekan dari pada aliran fluida dalam suatu aliran perpipaan (instalasi pipa) ; akibat tekanan gesek yang timbul pada pipa karena adanya viskositas fluida dan kekasaran permukaan dari bahan pipa.

1.2 Landasan Teori

1.2.1 Laju aliran Volumetrik

Laju aliran sebagai fungsi penurunan tekanan (pressure drop), pada aliran yang sudah berkembang penuh (Fully developed flow), dan gredasi tekanan ∂p / ∂x konstan, adalah :

1.2.2 Kecepatan rata-rata

1.2.3 Angka Reynold unutk aliran di dalam pipa

1.2.4 Faktor Gesek

Faktor gesek untuk aliran laminer

) 1 . 2 .( ... ... ... ... 128 L 8 P R Q : maka L p P x p dimana ; 8 R -Q 4 4 1 2 4 L P D L p x p

µµµµ

ππππ

µµµµ

ππππ

µµµµ

ππππ

∆∆∆∆ ==== ∆∆∆∆ ==== ∆∆∆∆ ==== −−−− ====     ∂∂∂∂ ∂∂∂∂     ∂∂∂∂ ∂∂∂∂ ==== (2.2b) . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . .. . .. . . . 32 atau (2.2a) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 2 L P D V D Q A Q V µµµµ ππππ ∆∆∆∆ ==== ==== ==== r r (2.3) . . . . . . . . . . . . . . . . . Re Re

ν

µ

ρ

VD atau D V r r = = .(2.4a) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Re 64 miner ==== lam f

(2)

2 Dari rumus di atas tampak bahwa pada aliran laminer, faktor gesek tidak tergantung pada kekasaran pipa.

Faktor gesek untuk aliran turbulen

Faktor gesek dapat juga di definisikan sebagai fungsi angka reynold dan kekasaran relatif bahan pipa.

Diagram untuk mencari harga faktor gesek dari Re dan e/D adalah sebagai berikut :

Gambar 2.1 : diagram faktor gesek pada pipa .(2.4b) . . . . . . . . . . . . . . . Re 3164 , 0 25 , 0 ==== turbulen f ) (Re, D e Q f =

(3)

3 1.3 Alat Uji dan Kelengkapan

Alat uji dan kelengkapan yang digunakan dalam melakukan percobaan adalah sebagai berikut :

Sistem perpipaan (instalasi pipa gesek)

Instalasi pipa gesek terbuat dari pipa tembaga yang terdiri dari 4 pipa lurus dengan diameter yang berbeda-beda dan dengan jarak ukur tekanan tertentu. Sistem perpipaan ini dilengkapi dengan sambungan-sambungan pipa (fittings) dan katup-katup (valves). (lihat gambar instalasi pipa gesek)

Gambar 2.2 : Alat uji (instalasi) pipa gesek Keterangan Gambar :

1. Pompa sentrifugal 2. Rotameter

3. Tempat alat ukur pressure gauge 4. Tabung transparan

5. Venturi meter

6. Alat ukur Manometer Hg 7. Reservoir

8. Globe Valve 9. Gate Valve

(4)

4 Pompa

Pompa yang digunakan didalam mendukung pelaksanaan percobaan di sini adalah 1 (satu) unit pompa sentrifugal, dengan kapasitaas maksimum 6 m3/jam.

Motor listrik

Motor listrik digunakan untuk menggerakkan pompa. Rate motor listrik adalah sebagai berikut :

- Daya : 1,5 KW

- Kecepatan (putaran) : 2900 rpm

- Voltage : 220V / 380V

Rotameter

Rotameter berfungsi untuk menjukkan kapasitas atau debit air yang dibutuhkan pada saat pengujian.

Manometer

Manometer berfungsi untuk mengukur perbedaan tekanan air yang terjadi pada vanturi. Jenis manometer yang dipakai di sini adalah manometer air raksa.

Pressure Gauge (pengukur tekanan)

Pengunaan pressure gauge di sini adalah untuk mengukur tekanan yang terjadi pada masing-masing pipayang diuji.

Termometer

Fungsi termometer disini adalah untuk mengukur suhu air pada saat melakukan percobaan. Dengan diketahuinya suhu air, maka density (massa jenis) dan viskositas air dapat diketahui. Jenis termometer yang dipakai disini adalah jenis termometer air raksa biasa.

1.4 Prosedur atau Langkah-Langkah Pengujian Langkah ke-1 :

Resevoir air diisi air sampai pada batas ketinggian permukaan air tertentu sesuai dengan yang diinginkan. Sebelum pompa dihidupkan, semua globe valve dalam keadaan terbuka kecuali gate valve pada pipa discharge dari pompa dalam keadaan tertutup. Hal ini bertujuan untuk mencegah atau menghindari terjadinya penekanan tiba-tiba dari laju aliran pada saat pompa mulai dihidupkan, sehingga dapat merusak instalasi.

Langkah ke-2 :

Hidupkan pompa (sakelar pada posisi “on”), kemudian secara perlahan-lahan gate valve dibuka hingga laju aliran stabil. Laju aliran dapat diamati pada pipa kaca,disini

(5)

5 akan dapat terlihat apakah masih terdapat / terjadi gelembung-gelembung udara pada alirannya.

Jika sudah tidak terjadi gelembung-gelembung udara, maka globe valve pada pipa by pass ditutup, sedangkan globe valve pada pipa-pipa yang lain dalam keadaan terbuka sebelum dilakukan pengamatan pada pengukuran di tiap-tiap tempat yang telah ditetapkan.

Langkah ke-3 :

Setelah aliran air bebas gelambung udara,laju aliran yang dipompakan diatur dengan memutar gate valve sesuai dengan jumlah atau kapasitas laju aliran yang telah ditentukan. (dilihat pada rotameter).

Langkah ke-4 :

Amati hasil pengukuran pada pressure gauge ditiap-tiap tempat yang telah ditetapkan, untuk mengetauhi perbedaan tekanan ( pressure drop ) pada pipa yang diukur.

Misalkan : kita melakukan pengamatan pada pipa pertama, maka kita harus menutup aliran yang menuju pada pipa kedua, ketiga dan keempat. Gate valve dibuka secara bertahap sambil mengamati rota meter dan pressure gauge dengan jarak tap yang sudah ditetapkan.

Langkah ke -5 :

Buka gate valve secara bertahap hingga batas maksimal. Berapa laju aliran maksimum yang hanya diperlukan untuk pipa lurus sepanjang jarak tap yang sudah ditetapkan, serta berapa tekanan maksimum yang terjadi di sepanjang pipa lurus tersebut.

Langkah ke – 6 :

Lakukan percobaan yang sama pada kedua, pipa ketiga dan pipa keempat. 1.5 Data Hasil Pengujian

Data hasil pengamatan pada pipa lurus tembaga, temperatur air ( T air = 27 oC ).

NO PUTARAN DEBIT, Q PIPA 1 PIPA 2 PIPA 3

KATUB (m3/jam) P1 (psi) P2 (psi) P2 (psi) P2 (psi) P1 (psi) P2 (psi)

1 0.5 1.08 0.25 0 0.35 0.05 0.5 0.5

2 1 1.74 0.5 0.3 1.7 1.3 1.8 1.5

3 2 1.92 2.5 2.2 3.7 2.5 4 2.7

Keterangan : ∆P = Penurunan tekanan (Presure drop) D = Diameter dalam pipa

(6)

6 Asumsi:

1. Aliran steady

1. Aliran incompressible 2. Fully developed flow

Catatan konversi satuan: 1psi = 703,1 kg/m2 1.6 Perhitungan Data

Temperatur air pada saat percobaan = 27O C. Dari tabel sifat fisik dari air, satuan SI didapat :

Temperatur (T) Density (ρ) Viskositas kinematik (ʋ) 250C 997,1 Kg/m3 0,897 x 10-6 m2/s

300C 995,7 Kg/m3 0,804 x 10-6 m2/s Dengan cara interpolasi, didapat :

ρ

= 996,54 Kg/m3

ʋ

= 0,8598 x 10-6 m2/s

Buka katup: ½ putaran (Q= 1,08 m3 /min) Pipa 1 →→→→ D = 27 mm = 0,027 m

∆P = P1 – P2 = 175,6 kg/m2 − 0 kg/m2 = 175,6 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

V = =

_π_{( ,} , _)²

=

_,,

=

1878 m/jam = 0,52 m/s

Angka Reynold (Re)

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶},$ ,

=

1,6 x 10⁴ Re = 1,6 x 10⁴

> 2300

→ Aliran Turbulen Faktor Gesek (ƒƒƒƒ)

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

_{( ,2 & ⁴)}, 2 5,67

=

, 2_,

=

0,028

Harga Kekasaran Pipa Gesek (e)

9_;_: = 0,000001 →

e

= 0,000001·D

(7)

7 Kerugian Gesek Pada Pipa (Hl)

=> ? + !>6 + @A = =6 ? + !66 + @A + Hl =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

175,6 %%2,$

=

0,17 mka Pipa 2 →→→→ D = 21 mm = 0,021 m ∆P = P1 – P2 = 246 kg/m2 − 21 kg/m2 = 225 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

V = =

_π_{( ,} , _)²

=

_,,

=

3086 m/jam = 0,86 m/s

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶}, 2 ,

=

2,1 x 104

Re = 2,1 x 104> 2300 → Aliran Turbulen Faktor Gesek (ƒƒƒƒ)

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

_{( , & ⁴ )}, 2 5,67

=

, 2

=

0,026

9_;_:_{= 0,000001}_→

_e

_{= 0,000001·D}

= 0,000001 · (0,021

) =

2,1 x 10⁻8 mka Kerugian Gesek Pada Pipa (Hl)

=> ? + !>6₊_@A ₌=6 ? + !66₊_@A _{+ Hl} =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

225 %%2,$

=

0,23 mka

(8)

8 Pipa 3 →→→→ D = 17 mm = 0,017 m

∆P = P1 – P2 = 351,5 kg/m2 − 70,3 kg/m2 = 281,2 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

V = =

_π_{( ,} , _)²

=

_,, _%

=

4800 m/jam = 1,3 m/s

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶}, ,

=

2,6 x 104

Re = 2,6 x 104 > 2300 → Aliran Turbulen Faktor Gesek (ƒƒƒƒ)

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

_{( ,2 & ⁴ )}, 2 5,67

=

, 2_,

=

0,025

9 :

; = 0,000001 →

e

= 0,000001·D

= 0,000001 · (0,017

) =

=> ? + !>6₊_@A ₌=6 ? + !66₊_@A _{+ Hl} =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

281,2 %%2,$

=

0,28 mka

Buka katup: 1 putaran (Q= 1,74 m3/min) Pipa 1 →→→→ D = 27 mm = 0,27 m

∆P = P1 – P2 = 351,5 kg/m2 − 211 kg/m2 = 140,5 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

(9)

9 Angka Reynold (Re)

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶}, ,

=

2,6 x 104

Re = 2,6 x 104

> 2300

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

₍_{2,6 x 10⁴}, 2₎5,67

=

, 2_,

=

0,025

9 :

; = 0,000001 →

e

= 0,000001·D

= 0,000001 · (0,027) = 2,7 x 10⁻8 mka Kerugian Gesek Pada Pipa (Hl)

=> ? + !>6 + @A = =6 ? + !66 + @A + Hl =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

140,5 %%2,$

=

0,14 mka Pipa 2 →→→→ D = 21 mm = 0,021 m ∆P = P1 – P2 = 1195,2 kg/m2 − 914 kg/m2 = 281,2 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

V = =

_π_{( ,} , _)²

=

_,2,%2

=

4971 m/jam = 1,4 m/s

Re = ! ·#_ʋ = _{, $% & ⁻⁶}, , = 3,4 x 104

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

_{( , & ⁴ )}, 2 5,67

=

, 2_,$

=

0,023

(10)

10

= 0,000001 · (0,021

) =

=> ? + !>6 + @A = =6 ? + !66 + @A + Hl =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

281,2 %%2,$

=

0,28 mka Pipa 3 →→→→ D = 17 mm = 0,17 m ∆P = P1 – P2 = 1265,5 kg/m2 − 1054,5 kg/m2 = 211 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

V = =

_π_{( ,} , _)²

=

_,2,%2_%

=

7733 m/jam = 2,1 m/s

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶}, ,

=

4,2 x 104

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

_{( , & ⁴)}, 2 5,67

=

, 2_,

=

0,022

9_;_: = 0,000001 →

e

= 0,000001·D

= 0,000001 · (0,17

) =

1,7 x 10⁻⁷ mka Kerugian Gesek Pada Pipa (Hl)

=> ? + !>6 + @A = =6 ? + !66 + @A + Hl =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

210,9 %%2,$

=

0,21 mka

(11)

11 Buka katup: 2 putaran (Q= 1,92 m3/min)

Pipa 1 →→→→ D = 27 mm = 0,027 m

∆P = P1 – P2 = 1757,7 kg/m2 − 1546,7 kg/m2 = 211 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

V = =

_π_{( , )²} ,%

=

_,,2

=

3339 m/jam = 0,9 m/s

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶},% ,

=

2,9 x 104

Re = 2,9 x 104

> 2300

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

_{( ,% & ⁴)}, 2 5,67

=

, 2_,

=

0,024

9_;_:_{= 0,000001}_→

_e

_{= 0,000001·D}

= 0,000001 · (0,027) = 2,7 x 10

⁻

8

mka

Kerugian Gesek Pada Pipa (Hl)

=> ? + !>6₊_@A ₌=6 ? + !66₊_@A _{+ Hl} =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

211 %%2,$

=

0,21 mka Pipa 2 →→→→ D = 21 mm = 0,021 m ∆P = P1 – P2 = 2601,3 kg/m2 − 1757,7 kg/m2 = 843,6 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

(12)

12 Angka Reynold (Re)

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶},$ ,

=

3,7 x 104

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

345,67

=

_{( , & ⁴)}, 2 5,67

=

, 2_,

=

0,023

9 :

; = 0,000001 →

e

= 0,000001·D

= 0,000001 · (0,021

) =

=> ? + !>6 + @A = =6 ? + !66 + @A + Hl =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

843,6 %%2,$

=

0,85 mka Pipa 3 →→→→ D = 17 mm = 0,017 m ∆P = P1 – P2 = 2812,3 kg/m2 − 1898,3 kg/m2 = 914 kg/m2 Kecepatan Rata-rata Aliran ( V )

V = =

_π_{( , )²} ,%

=

_,,2 _%

=

8533 m/min = 2,4 m/s

Re

=

! ·#_ʋ

=

_{, $% & ⁻⁶}, ,

=

4,7 x 104

ƒ

_+,-.,/01

=

, 2

(13)

13 Harga Kekasaran Pipa Gesek (e)

9 :

; = 0,000001 →

e

= 0,000001·D

= 0,000001 · (0,017

) =

=> ? + !>6 + @A = =6 ? + !66 + @A + Hl =_{>B C6} ?

=

Hl Hl = ∆= ?

=

914 %%2,$

=

0,92 mka

Table hasil pengujian data uji pipa gesek lurus tembaga: • Pipa 1 (D = 27 mm ; L = 126 cm)

PUTARAN DEBIT, Q ∆P V

Re f HI

KATUB (m3/jam) (kg/m2) (m/s) (mka)

0.5 1.08 175.6 0.52 1.6 x 10^4 0.028 0.17 1 1.74 225 0.86 2.1 x 10^4 0.026 0.23 2 1.92 281.2 1.3 2.4 x 10^4 0.025 0.28 • Pipa 2 (D = 21 mm ; L = 123 cm) PUTARAN DEBIT, Q ∆P V Re f HI

0.5 1.08 175.6 0.84 2.6 x 10^4 0.025 0.17 1 1.74 225 1.4 3.4 x 10^4 0.023 0.23 2 1.92 281.2 2.1 4.2 x 10^4 0.022 0.28 • Pipa 3 (D = 17 mm ; L = 140 cm) PUTARAN DEBIT, Q ∆P V Re f HI

0.5 1.08 175.6 0.9 2.9 x 10^4 0.024 0.17

1 1.74 225 1.5 3.7 x 10^4 0.023 0.23

(14)

14 1.7 Kesimpulan

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Dengan meningkatnya Debit aliran (Q) maka akan meningkatkan Angka Reynold. 2. Angka Reynold tertinggi ditunjukkan pada pipa3, buka katup 2 putaran dengan nilai 2.8

x 105

3. Dengan meningkatnya Debit aliran (Q) menyebabkan faktor geseknya semakin turun. Semakin besar diameter sebuah pipa, maka nilai faktor geseknya semakin rendah. 4. Semakin tingginya Angka Reynold menyebabkan nilai faktor geseknya semakin turun. 5. Peningkatan Debit aliran berbanding lurus dengan tinggi nyaangka Reynold, namun

berbanding terbalik dengan nilai faktor gesek

(15)

15

BAB II

UJI POMPA CENTRIFUGAL

2.1 Tujuan

Tujuan uji pompa sentrifugal adalah untuk mengetahui besarnya laju aliran volume (debit) aliran fluida yang didhasilkan oleh pompa, dengan metode pengukuran yang menggunakan V-notch weir dan rectangular weir. Dengan diketahuinya debit pompa (Q), maka dapat pula diketahui variabel-variabel lain dari pompa tersebut, yaitu head pompa (H), daya hidrolik (WHP), daya pompa (N), effisiensi pompa (η) dan NPSH pompa.

Disamping itu, dapat pula diperoleh karakteristik kerja dari pompa, seperti misalnya : H = f (Q)

WHP = f (Q) N = f (Q) η = f (Q) 2.2 Landasan Teori

2.2.1 Aliran Internal (Dalam Saluran Tertutup/Pipa)

D

Gambar 2.1 aliran pada kawasan masuk pipa Kecepatan rata-rata aliran:

Ini tentunya harus sama dengan U0 Jadi V = U0 = konstan.

Panjang “entrance length” (L) aliran laminer adalah fungsi dari angka reynold :

Untuk aliran laminer di dalam pipa, berarti Re < 2300. maka “entrance lenght” (L) akan kita dapatkan :

υυυυ

µµµµ

D V atau Re Re dimana , 06 , 0 r r r D V p D V D L ==== ====

_∫∫∫∫

∫∫∫∫

==== luasudA A V 1

(16)

L = 0,06 Re.D L = 0,06 (2300).D

L = 138.D . . . .. .... .. .. .. .. . . .(2.1)

Untuk aliran turbulen, karena tumbuhnya lapisan batas lebih cepat, maka “entrance lenght” akan menjadi lebih pendek, yaitu kira

2.2.2 Aliran Eksternal (Aliran Dalam Saluran Terbuka) Pengukuran kapasitas aliran pada saluran terbuka :

2.2.2.a Rectanguler Weir

Gambar 2.2.a. aliran melalui rectanguler weir Disini berlaku persamaan bernouli :

Di dapat V = √ 2gy……….( 2.2 )

Dimana :

p = tekanan (P1 = P2 = P atm) (

v = kecepatan cairan (V1 = 0) (

ρ

=

berat jenis cairan (kg/m3)

L = 138.D . . . .. .... .. .. .. .. . . .(2.1)

urbulen, karena tumbuhnya lapisan batas lebih cepat, maka “entrance lenght” akan menjadi lebih pendek, yaitu kira-kira 25s/d 40 kali diameter pipa.

Aliran Eksternal (Aliran Dalam Saluran Terbuka) Pengukuran kapasitas aliran pada saluran terbuka :

Gambar 2.2.a. aliran melalui rectanguler weir Disini berlaku persamaan bernouli :

2gy……….( 2.2 )

= P atm) ( kg/cm2) = 0) (m/s)

)

16 urbulen, karena tumbuhnya lapisan batas lebih cepat, maka “entrance lenght”

(17)

17 g = gravitasi9,8 (m/sec2)

y = selisih jarak elevasi reservoir (m) Kapasitas discarge menjadi :

Dimana, Qt = kapasitas discarge teoritis L = Lebar saluran (weir) g = grafitasi = 9,8 (m/sec2)

Eksperimen menunjukkan bahwa eksponen H adalah benar, tetapi koefisiennya terlalu besar. Kontraksi dan kerugian-kerugian lainnya mengurangi kapasitas teoritis tersebut, sehingga kapasitas nyata : Q = 62% Qt . . . (2.4)

Jadi Q = 3,33 LH3/2 → satuan english . . . .. . . .(2.5a) Q = 1,84 LH3/2 → satuan SI . . . .(2.5b) 2.2.2.b V- Notch weir

Gambar 2.2.b celah dari V- notch weir

Dengan menggunakan metode yang sama seperti pada rectanguler weir, didapat : ) 3 . 2 .( ... ... ... ... 2 3 / 2 2 2 / 3 0 5 0 4 H gL Qt y gL VLdy VdA Qt H H = = = =

∫

.(2.6) . . . . . . . . . . . . . . . . . V Qt : teoritis discharge kapasitas 2.2) persamaan (dari 2 0 A dy X V dA g V H

∫

= = = γ L dy H - y y x H 1/2L θ/2 θ/2

(18)

18 Dengan menggunakan segitiga sebangun, kita dapat hubungkan X dan Y sebagai berikut :

Eksponen pada persamaan di atas benar, tetapi koefisiennya harus dikurangi kira-kira 42%, karena kontraksinya telah kita abaikan kapasitas nyata :

Q = 58% Qt . . . .. (2.9) Secara pendekatan untuk 900 V- notch weir, didapat :

Q = 2,50 H2,5 Satuan English . . . . (2.10.a) Q = 1,38 H2,5 Satuan SI . . . . (2.10.b) 2.2.3 Head Pompa

Head pompa dihitung dengan rumus :

Keterangan :

Hp = Head pompa (mka) Hs = Tinggi isap setatis (m) Hd = Tinggi tekanan statis (m)

Pdr = Tekanan discharge reservoir( kg/m2) Psr = Tekanan suction reservoir( kg/m2)

Vdr = Kecepatan aliran fluida pada discharge reservoir (m/s) Vsr = Kecepatan aliran fluida pada suction reservoir(m/s) J = Berat jenis air (kg/m3)

g = Percepatan gravitasi bumi9,8 (m/sec2)

1 1 2 2 2 d h s h Hd Hs g Vsr Vdr psr Pdr HP= − + − + + +∑∆ +∑∆

γ

0 5/2 5/2 H 0 5 , 0 90 notch -V sudut besar Q dimana , H x 2 / tan 2g 8/15 Qt : sehingga (2.8) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2 tan 2H L didapat notch, -V dari .... sudut bentuk dalam L/H merubah dengan .(2.7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . H x L 2g 4/15 Qt dy ) ( H L 2g Qt : dapatkan kita V, pada ikan disubtitus H ) -L(H X : maka = = = = = − = = = −

∫

Q Q H H H L H X

θ

γ

(19)

19 ∑∆hs = Head loss pada pipa suction (mka)

∑∆hd = Head loss pada pipa discharge (mka)

2.2.3.1 Angka reynold aliran fluida di dalam pipa isap a. Pada pipa isap :

b. Pada pipa tekan ;

2.2.3.2 Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa a. Pada pipa isap :

b. pada pipa tekan :

2.2.3.3 Kecepatan pada reservoir a. Pada suction reservoir

Vsr = Kecepatan turunan permukaan fluida didalam reservoir karena luas permukaan fluida pada reservoir jauh lebih besar daripada luas penampang pipa isap, maka kecepatan turunnya permukaan fluida didalam reservoir sangat kecil, sehingga Vsr ≈0 b. Pada discharge reservoir

Vdr = kecepatan fluida keluar dari ujung pipa discharge karena diameter ujung pipa discharge sama dengan diameter pipa discharge, maka Vdr = Vd

2.2.3.4 Tekanan pada reservoir a. Pada suction reservoir

Psr = Tekan pada suction reservoir, adalah sebesar tekanan atmosfir, Psr = Patm (karena reservoir terbuka ke udara)

υ VaxDa = Re υυυυ VdxDd ==== Re 2 4 Ds Q Va ππππ ==== 2 4 Dd Q Vd ππππ ====

(20)

20 b. Pada discharge reservoir

Pdr = tekanan pada discharge reservoir.

• Bila pipa discharge masuk (tenggelam) ke permukaan fluida dalam reservoir, dimana reservoir terbuka ke udara, maka Pdr = tekanan dipermukaan fluida pada reservoir = Patm.

• Bila pipa discharge diatas permukaan fluida dalam reservoir dan masih mempunyai tekanan yang lebih besar dari Patm, maka Pdr hrus diukur atau dihitung dengan persamaan :

Pdr = (Pd + Patm) – Hd – (Vd2 / 2g) - ∆h1 2.2.3.5 Tekanan pada pipa

a. Pada pipa isap

Ps = tekanan yang diukur dengan pressure gauge pada inlet pompa (lubang masuk pompa)

b. Pada pipa tekan

Pd = tekana yang diukur dangan pressure gauge pada outlet tekanan pompa (lubang keluaran pompa)

2.2.3.6 Tinggi tekanan setatis (static head) a. Pada pipa isap

Hs = Tinggi statis pada pipa isap.

= Jarak vertikal dari permukaan air pada reservoir, sampai ke poros pompa. b. Pada pipa tekan

hd = Tinggi statis pada pipa tekan

Hd = Jarak vertikal dari poros pompa sampai ke lubang pengeluaran fluida (discharge reservoir)

Hd’ = Hd – Zz1 = Hd – 10cm.

2.2.3.7 Kerugian gesek pada instalasi pompa (∑∆h1) ∑∆h1 = ∑∆h1s + ∑∆h1d

a. Pada pipa isap

∑∆h1s = h1s1 + h1s2

dimana :

h1s1 = kerugian gesek karena panjang pipa isap (mayor losses)

h1s2 = kerugian gesek karena sambungan (elbow and tee) dan valve (gate valve) serta

“entrance” (minor losses) b. Pada pipa tekan

(21)

21 ∑∆h1d = h1d1 + h1d2

Dimana :

h1d1 = kerugian gesek karena pnjang pipa tekan (mayor losses)

h1d2 = kerugian gesek karena sambungan (elbow dan tee) dan valve (gate valve)

2.2.4 Daya Hidroulik Pompa (WHP)

Daya hidroulik adalah daya yang dimiliki oleh fluida atau daya yang dilakukan oleh pompa untuk memindahkan zat cair dari suatu tempat ketempat lain pada ketinggian (H) tertentu.

Dimana : WHP = Water horse power = daya hidroulik pompa (hp) Q = Laju volume (debit) aliran dari pompa (m3/jam) H = Head pompa (mka)

γ = Berat jenis cairan (kg/ m3) 2.2.5 Daya Motor (Nmtr)

(Nmtr) = EI Cos θ

Dimana : E = Tegangan (voltage) listrik (volt) I = Kuat arus (ampere)

Cos = Faktor konfersi dari daya listrik ke daya mekanik motor 2.2.6 Daya Mekanik (Nmek)

(Nmek) = ηmek x Nmtr

Dimana : ηmek = Effeisiensi mekanik karena adanya kerugian mekanik pada poros motor

akibat gesekan poros dengan bantalan, packing dan sebagainya. Nmtr = 0,97 (untuk pompa centrifugal)

2.2.7 Effisiensi pompa

Effisiensi pompa adalah perbandingan antara daya yang dimiliki fluida terhadap daya mekanik.

2.2.8 NPSH (Net Positive Suction Head)

Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, harus dipenuhi persyaratan : (hp) 75 QH WHP=γ % 100 x N WHP mek p = η

(22)

22 NPSH (Head isap positive netto) yang diperlukan > NPSH pada sisi isap pompa (ekuivalen dengan tekanan isap pada sisi isap pompa), dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut.

Dalam hal pompa yang menghisap zat cair dari tempat terbuka (dengan atmosfir pada pemukaan zat cair), maka besarnya :

Keterangan :

hsv = NPSH yang diperlukan (mka) Pa = Tekanan atmosfir (mka) Pv = Tekanan uap jenuh (mka)

γ = Berat zat cair persatuan volume (kgf/m2)

hs = Head isap statis (m), hs (+) jika pompa terletak diatas permukaan zat cair yang diisapkan dan (-) jika di bawah.

hls = Kerugian di dalam pipa isap(mka) 2.3 Alat Uji Kelengkapan

2.3.1 Mesin uji pompa sentrifugal Mesin uji sentrifugal terdiri dari :

• Bak (reservoir) atas dan bawah

• Pompa dan instalasi pipanya (pipa gate valve dan elbow 900) • Saluran pengukur debit : v-notch weir dan rectanguler weir

Sedangkan pompa yang dipakai adalah 1 unit pompa sentrifugal, merk DAB dengan spesifikasi sebagai berikut :

Model = Aqua 175 A-pompa susun dangkal (non otomatis) Kapasitas maksimum = 100 lt/min

Total head = 22,5 m

Putaran = 2850 rpm

Diameter discharge = 1 inch Diameter suction = 1 inch

Voltage = 220 Volt

Daya motor = 175 Watt

s h Hs Pv Pa NPSH ==== −−−− −−−− −−−−∑∑∑∑∆∆∆∆ 1

γγγγ

m 333 , 10 =

γ

Pa

(23)

23 Gambar : Instalasi Alat Uji Pompa Centrifugal

Keterangan: Zd = 27,8 cm Zs = 9 cm ZZ1 = 10 cm

Hs ( Tinggi isap statis ) = hs – Zs Hd ( Tinggi tekanan statis ) = hd – Zd hs dan hd : diperoleh dari pengujian

hs : Tinggi permukaan air pada sisi isap hd : Tinggi permukaan air pada sisi tekan 2.3.2 Alat ukur yang dipakai

Alat ukur yang dipakai untuk pengujian ini adalah : a. Mistar ukur

Terpasang pada bak, dipergunakan untuk mengukur ketinggian air bak (reservoir)

b. Head tachometer

dipakai untuk mengukur putaran poros elektro motor penggerak pompa, dipergunakan pada saat poros berputar.

c. Voltmeter

untuk mengukur perubahan voltage (tegengan) listrik saat pompa dioperasikan.

(24)

24 d. Amperemeter

untuk mengukur perubahan arus listrik pada saat pompa dioperasikan e. Regulator voltage listrik

untuk menaikan dan menurunkan tegangan listrik (pengujian dilakukan dangan tegangan listrik yang berbeda – beda)

2.4 Langkah-Langkah Pengujian 2.4.1 Persiapan sebelum pengujian

a. mempersiapkan peralatan yang akan dipergunakan, terutama instalasi pengisian pompa

b. membersihkan peralatan pengujian c. mengisi bak air secukupnya

d. memeriksa ada tidaknya kebocoran pada sambungan instalasi

e. memeriksa alat pengatur regulator voltage listrik, volt meter, ampere meter, dan tachometer.

f. Switch harus pada off dan gate valve pada pipa discharge harus tertutup rapat. g. Switch di”on”kan

h. Gate valve dibuka sedikit demi sedikit hingga gelembung-gelembung udara habis.

i. Pengujian dapat dimulai. 2.4.2 Saat pengujian

a. Putaran poros pompa dicoba pada 3 macam putaran, yaitu 2700, 2800, dan 2850 rpm. b. Untuk putaran tiap-tiap tertentu tersebut,gate valve dibuka sedikit demi sedikit, sehinga

ketinggian air di dalam bak (resevoir) atas dan bawah dapat ditunjukkan oleh indikator ketinggian permukaan air (lihat pada sekala mistar ukur) :

Kecepatan putaran poros di atas, masing-masing dengan bukaan katup (gate valve) : 0; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; dan 5 putaran katup.

Kemudian dilihat :

- Besarnya voltage listrik dalam volt. - Besarnya arus listrik dalam amper.

- Tinggi permukaan air pada sisi tekan (hd) dalam cm. - Tinggi permukaan air pada sisi hisap (hs) dalam cm. - Head setatis suction (Hs) dalam cm, dimana Hs = hs − zs - Tekanan discharge (Pd) dalam kg/cm2.

(25)

-25 2.4.3 Selesai pengujian

Setelah pengujian selesai, mesin dimatikan dengan urutan sebagai berikut : 1. gate valve ditutup.

2. switch di”off” kan.

3. fluida dibuang (bila perlu). 4. alat alat dikembalikan.

2.5Data Hasil Pengujian

Pengujian pengukuran kapasitas aliran dengan V-notch weir

Hd = hd + zd ; Hs = hs + zs dimana zd = 27,8 cm ; zs = 9 cm dan Dpipa = 2,54 cm.

Rpm Bukaan Katup Voltage (V) Ampere (A) hd (cm) hs (cm) Pd (kg/cm 2) L pipa (cm) Hweir (cm) Lweir (cm) 2450 1putaran 220 1 29.5 12.5 1.8 140 3.5 6.5 3putaran 220 1 29.5 10 4 140 5.5 10.5 5putaran 220 1 29.5 9.5 6.3 140 6.5 11 2.6 Perhitungan Data a. kapasitas Alir (Q) Q = 1,84 LH3/2

Buka katup 1putaran : Q = 1,84 LH3/2 = 1,84 (3,5) (6,5)3/2 = 106,7 cm3/s = 1,07 x 10-4 m3/s Buka katup 3putaran : Q = 1,84 LH3/2 = 1,84 (5,5) (10,5)3/2 = 344,5 cm3/s = 3,44 x 10-4 m3/s Buka katup 7putaran : Q = 1,84 LH3/2 = 1,84 (6,5) (11)3/2 = 436,3 cm3/s = 4,36 x 10-4 m3/s

b. Head Pompa JK_{L +}N_{2@ + O + PKQ − J}K_{L +}N_{2@ + O Q = PS} PK = TN − N_2@ + (O − O ) + U_:S_{2@ + V}N N₂_{2@ X} PK = J_{2@ + (A}N Y− AZ) + U_:S_{2@ + (3. 9\]^_ 90}N `)N₂_{2@ Q} Asumsi: V1= 0

(26)

26 Buka Katup 1putaran:

PK = J_{2@ + (A}N Y− AZ) + U_:S_{2@ + V}N N₂_{2@ Q}

= J_{2. 9,8 + (0,278 − 0,09) + 0,036 (}0,2 _{0,0254 a}140 _{2. 9,8) + (3 a 0,35)}0,2 _{2. 9,8Q}0,2 = (0,002 + 0,188 + 4 + 0,002)

bc = d, efg hij

Buka Katup 3putaran:

PK = J_{2@ + (A}N Y− AZ) + U_:S_{2@ + V}N N₂_{2@ Q}

= J_{2. 9,8 + (0,278 − 0,09) + 0,026 (}0,7 _{0,0254 a}140 _{2. 9,8) + (3 a 0,35)}0,7 _{2. 9,8Q}0,7 = (0,025 + 0,188 + 3.5 + 0,025)

bc = k, lkm hij

Buka Katup 5putaran:

PK = J_{2@ + (A}N Y− AZ) + U_:S_{2@ + V}N N₂_{2@ Q}

= J_{2. 9,8 + (0,278 − 0,09) + 0,025 (}0,8 _{0,0254 a}140 _{2. 9,8) + (3 a 0,35)}0,8 _{2. 9,8Q}0,8 = (0,03 + 0,188 + 3.4 + 0,03)

bc = k, ndl hij

c. Daya Hidrolik Pompa WHP = ρ g Q H

(HP)

Dimana : Q = Kapasitas aliran dari pompa (m3/s)

H = Head pompa (mka)

γ = Berat jenis cairan (kg/m3)

⇒ ⇒ ⇒

⇒ Buka katup 1putaran (Q = 1,07 x 10-4 m3/s ; H = 4,192 mka) WHP = 1000 x 9,8 x (1,07 x 10⁻⁴) x 4,192

=

16433 W = 22 HP

⇒ ⇒ ⇒

⇒ Buka katup 3putaran (Q = 3,44 x 10-4 m3/s ; H = 3,738 mka) WHP = 1000 x 9,8 x (3,44 x 10⁻⁴) x 3,738

=

45424 W = 60 HP

⇒ ⇒ ⇒

⇒ Buka katup 5putaran (Q = 4,36 x 10-4 m3/s ; H = 3,647 mka) WHP = 1000 x 9,8 x (4,36 x 10⁻⁴) x 3,647=56673 W

=

76 HP

(27)

27 g. Daya motor ( N mtr )

N mtr = E . I . cos θ dimana: E = Tegangan listrik (V) : I = Kuat arus (A) N mtr = E . I . cos θ= 220x 1x 0,9 = 198 HP

h. Daya mekanik

N mek = η mek . N mtr ⇒η mek = 0,97

⇒ Buka katup 1,3,& 5 (putaran) N mek = 0,97. 198 = 192 HP i. Effisiensi pompa ηp = opq rs4t 100 % ⇒ Bukaan katup 1 ηp = % 100 % = 11,1% ⇒ Bukaan katup 3 ηp = 2 % 100 % = 30,3 % ⇒ Bukaan katup 5 ηp = 2 % 100 % = 38,4 %

Tabel data hasil perhitungan uji pompa sentrifugal Rpm Bukaan katub (putaran) Kapasitas Alir ( Q ) (m3/ s) Daya Mekanik ( N mek ) ( HP ) Daya Motor ( N mtr ) ( HP ) Efisiensi Pompa ( ηp ) ( % ) Head Pompa ( Hp ) ( mka ) Daya Hidrolik Pompa ( WHP ) ( HP ) 2450 1 1,07 x 10-4 192 198 11,1 4,192 22 3 3,44 x 10-4 192 198 30,3 3,738 60 5 4,36 x 10-4 106,7 198 38,4 3,647 76

(28)

28 2.7 Grafik Hasil Perhitungan

3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 H e a d P o m p a ( H ) m k a

Debit Aliran (Q) m3_/jam

Grafik Hubungan Antara Debit Aliran dengan Head Pompa

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 D a y a H id ro u li k P o m p a ( W H P ) H p

(29)

29 0 50 100 150 200 250 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 D a y a M o to r (N m tr ) H p

Grafik Hubungan Antara Debit Aliran Dengan Daya Motor Pada 2450 Rpm

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 E fi s ie n s i P o m p a ( ηηηηp ) %

(30)

30 2.8 Kesimpulan

Dari hasil pengujian di atas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

Perbandingan hasil grafik hubungan antara Head Pompa dan Kapasitas Aliran dari hasil praktikum dengan grafik data spesifikasi pompa, maka ditemukan kesamaan karakteristik pompa yaitu semakin besar Head Pompa maka Debit Aliran semakin kecil.

Perbandingan hasil grafik hubungan antara daya hidrolik pompa dengan debit aliran, dapat disimpulkan besar daya hidrolik pompa berbanding lurus dengan besar debit aliran.

(31)

31

DAFTAR PUSTAKA

Fox, Robert W. nd Mc. Donald, Alan T.,Introduction to fluid mechanics, 3th edition,Jhon Willy & Son, Inc., New York - USA, 1985

Hilmy Achmad, dkk., Buku Panduan Praktikum Mekanika Fluida, Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin – Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya, 1996.