PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANA TA DHARMA YOGYAKARTA
2021
WAKHIDFATKUROHMAN NIM:
175214124Disusun oleh:
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin TUGASAKHIR
UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENG
AN PIPA RISER DIAMETER 5/8
INCi MENGGUNAKAN AERATOR 45 LITER/MENIT
STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING FACULTY
OF SCIENCE AND TECHNOLOGYUNIVERSITY
OF SANA TA DHARMAYOGYAKARTA
2021 Arranged by:
WAKHIDFATKUROHMAN Student Number:
175214124Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Engineering Degree
In
Mechanical Engineering FINAL
PROJECTTHE PERFORMANCE OF AIRLIFT PUMP WITH 5/8 INCH DIAMETER OF RISER PIPE USING 45 LITER I MINUTE OF AERATOR
UNJUK KERJA AIR LIFT PUMP DENGAN PIPA RISER DIAMETER 5/8 INCHI MENGGUNAKAN AERATOR 45 LITER/MENIT
Ke tu a
Sekretaris
Anggota
Telah dipertahankan di hadapan tiin pengu ji
pada tanggal 27 Agustus 2021
dan dinyatakan telah lulus memenuhi syarat
Susunan tim penguji
Nama-1.: k.ap
Dr. Yohanes Baptista Lukiyc,into
UI
Yosef Agun? Cahyanta S.IL. M.
~Ill!
Tanda Tangan
Tugas akhir ini telah diterima sebagai salah satu pers}taratan untuk rnemperoleh gelar Sarjana Teknik
ogyakarta, . .
' Ok-6<>.~ -<. o-e
1Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
lV
v
W akhid Fatkurohman 175214124
Yogyakarta, 27 Agustus 2021 Penulis,
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 dicanturnkan dalam Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:
UNJUK KERJA AIR LIFT PUMP DENG AN PIP A RISER DIAMETER 5/8 INCi MENGGUNAKAN AERATOR 45 LITER/MENIT
LEMBAR PERNY A TAAN KEASLIAN TU GAS AKHIR
VI
Wakhid Fatkurohman 175214124
Yogyakarta, 27 Agustus 2021 Penulis
&
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.
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilrniah dengan judul:
UNJUK KERJAAIR LIFT PUMP DENGAN PIPA RISER DIAMETER 5/8 INCi MENGGUNAKAN AERATOR 45 LITER/MENIT
175214124 Nomor Mahasiswa
Wakhid Fatkurohman Nama
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
vu
Kata Kunci: Airlift pump, debit, efisiensi, pipa reducer, rasio terendam, pola aliran.
Airlift pump memiliki efisiensi yang rendah namun mempunyai keuntungan biaya awal dan prawatan rendah, kebutuhan ruang sedikit, mudah di pasang, desain, kontruksi sederhana, dan serbaguna dalam pengaplikasianya melebihi pompa mekanis biasa. Rasio terendam dan bentuk pipa terendam merupakan dua faktur yang mempengaruhi efisiensi. Dengan melakukan modifikasi rasio terendam dan peletakan nosel di bentuk pipa yang berbeda diharapkan dapat meningkatkan efisiensi airlift pump.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan pipa terendam 100 cm dengan variasi ketinggian pipa riser 66 cm, 132 cm, 198 cm, 264 cm, dan 330 cm. Sumber udara yang diinjeksikan menggunakan aerator dengan kapasitas 45 liter/menit dengan tekanan 0,015 Mpa. Pipa riser menggunakan pipa bening dengan diameter 5/8 inci. Selain rasio terendam, letak penampatan nosel juga divariasikan yaitu pada pipa 5/8 inci dan pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci.
Berdasarkan penelitian diperoleh hasil debit terbesar dan efisiensi terletak pada rasio terendam 60,24% dengan letak nosel di pipa 5/8 inci. Debit tertinggi dihasilkan pada rasio terendam 60,24% sebesar 5,34 liter/menit. Nilai efisiensi tertinggi dihasilkan pada rasio terendam 60,24% sebesar 5,49%. Hasil dari penelitian menunjukkan bentuk pola aliran dari peletakan nosel di pipa 5/8 inci memiliki pola aliran slug-chrun, sedangkan di pipa reducer socket 2 inci
x
5/8 inci memiliki pola aliran slug. Penelitian ini menunjukkan bahwa semakin besar rasio terendam maka debit air yang dihasilkan dan efisiensi akan semakin besar. Namun setelah mencapai nilai efisiensi optimum memperbesar rasio terendam akan menurunkan efisiensi.IN TIS ARI
Vlll
Keywords:
Airlift pump, discharge, efficiency, pipe reducer, submerged ratio, flow pattern.
The study used an experimental method with a 100 cm submerged pipe with variations in the height of the riser pipe of 66 cm,
132 cm, 198 cm,264 cm, and 330 cm. The air source is injected
using an aeratorwith a capacity of 45 liters/minute with a
pressure of 0.015Mpa. Riser pipes use clear pipes with a diameter of 5/8 inch.
Inaddition to the submerged ratio, the location of the
nozzle is also varied,namely
in the 5/8 inch pipe and the 2-inch x 5/8-inch reducer socket pipe.Based on the research obtained the largest discharge results and efficiency lies at a submerged ratio of 60.24% with the
location of the nozzle in thepipe 5/8 inch.
The highest discharge was generated at a submerged ratio of 60.24%of 5.34
liters/minute.The
highestefficiency
valueis generated at a
submergedratio of 60.24% of 5.49%.
Results from the study showed the shape of the flow patternof the nozzle
layingin the 5/8-inch pipe
had a slug-churn flowpattern, while in the pipe reducer socket 2 inches x 5/8 inches had a slug flow pattern. This study shows that the greater the submerged ratio, the greater the water discharge and efficiency will be greater. But after achieving the
optimumefficiency value enlarging the
submerged ratio willdecrease efficiency.
Airlift
pumps have low efficiency but have the advantages of low initial and pre-service costs, little space needs, easy to install, design, simple construction, and versatile in their application
beyondordinary mechanical pumps.
The ratio ofsubmerged and the
shape of the submerged pipeare two
invoices thataffect efficiency. By modifying the submerged ratio and laying nozzles
in different pipeforms it is expected to improve the efficiency of the airlift pump.
ABSTRACT
lX
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat, dan kasih yang telah Ia berikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian, dan penulisan naskah Skripsi yang berjudul "UNJUK KERJA AIR LIFT PUMP DENGAN PIP A RISER DIAMETER
5/8 INCi MENGGUNAKAN AERATOR 45
LITER/MENIT"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 terirna 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. Bapak Mundakir dan Ibu Lanjar yang telah mendukung penulis dengan memberikan perhatian, semangat, dan doa.
6. Saudara Samuel, Stickrnen, Timuz, Gaga Didik, Nino dan Dadang dengan setia berjuang bersama dalam skripsi semester ini.
7. Tim Paido yang selalu mewarnai dan berjuang bersama selama perkuliahan.
8. Kepek Squad yang selalu menghibur dan memberikan semangat.
KATA PENGANTAR
x
Wakhid Fatkurohman Yogyakarta, 27 Agustus 2021 9. Segenap teman-teman angkatan 2017 dan keluarga besar Teknik Mesin yang
tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.
10. Segenap dosen, dan laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dhanna Yogyakarta, yang telah membagikan pengalaman, dan ilmu yang berharga selama perkuliahan.
11. 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 karni sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Akhir kata penulis memohon maaf jika masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini, 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
XI
2.1. Penelitian Relevan 4
2.2. Landasan Teori 5
2.2.1. Pompa 5
2.2.2. Pompa Pengangkut Udara (Airlift Pump) 5
2.2.3. Pola Aliran 7
2.2.4. Rasio Terendam 8
2.2.5. Efisiensi Air Lift Pump 8
2.2.6. Gaya Apung 8
2.2.7. Efektifitas Air Lift Pump 9
2.2.8. Persamaan Bernouli 10
BAB ill METODE PENELITIAN 11
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Identifikasi Masalah 2
1.3. Rumusan Masalah 2
1.4. Tujuan Penelitian 2
1.5. Batasan Masalah 3
1.6. Manfaat Penelitian 3
BAB I PENDAHULUAN 1
DAFTAR TABEL xiv
DAFT AR ISi xi
ABSTRACT viii
KATA PENGANTAR ix
:IN'TISARI vii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TOGAS AKHIR v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI vi
LEMBAR PENGESAHAN iv
HALAMAN JUD UL 1
TITLE PA GE 2
LEMBAR PERSE TUJU AN iii
DAFTARISI
XU
DAFT AR PUST AKA 36
4.1. Data Penelitian 23
4.2. Hasil Perhitungan 27
4.3. Pembahasan 31
4.3.1. Hubungan rasio terendam terhadap debit dan efisiensi 31
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 35
5.1. Kesirnpulan 35
5.2. Saran 35
BAB IV HAS IL DAN PEMBAHASAN 23
3.1. Skema Spesifikasi Alat dan Simulasi Penelitian 11
3.2. Variasi Penelitian 15
3.3. Tempat Penelitian 15
3.4. Alur Penelitian 16
3.5. Alat dan Bahan 17
3.6. Proses Pembuatan Alat 19
3.7. Cara penagambilan data 20
3.8. Cara Memperolah Data 22
Xlll
Gambar 2. 1 Skema airlift pump 6
Gambar 2. 2 Pola Aliran dari penelitian 7
Gambar 2. 3 Skema Gaya Apung 9
Gambar 3. 1 Skema Air Lift pump Pada Penelitian 11 Gambar 3. 2 Nosel injeksi terletak pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci 12 Gambar 3. 3 Nosel injeksi terletak pada pipa 5/8 inci 13
Gambar 3. 4 Pipa bening diameter 5/8 inchi 13
Gambar 3. 5 Pipa variasi ketinggian 14
Gambar 3. 6 Selan g udara 14
Gambar 3. 7 Aerator yang digunakan dalam penelitian .15
Gambar 3. 8 Skema alur penelitian 16
Gambar 4. 1 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 60,24% 24 Gambar 4. 2 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 43, 10 % 25 Gambar 4. 3 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 33,56 % 25 Gambar 4. 4 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 27,47 % 26 Gambar 4. 5 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 23,26 % 26 Gambar 4. 6 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit .31 Gambar 4. 7 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi 32 Gambar 4. 8 Perbandingan Letak Nosel Terhadap Debit 33 Gambar 4. 9 Perbandingan Letak Nosel Terhadap Efisiensi 34
DAFTAR GAMBAR
XlV
Tabel 4. 1 Data penelitian Variasi Nosel Pada Pipa 5/8 inci 23 Tabel 4. 2 Data penelitian Variasi Nosel Pada Pipa Reducer 2 inci x 5/8 inci 24
Tabel 4. 3 Hasil Perhitungan Debit dan Efisiensi 30
DAFTAR TABEL
1
Dengan bermacam kegunaan airlift pump telah dilakukan penelitian oleh peneliti terdahulu untuk meningkatkan performa airlift pump. Studi teoritis dan eksperirnental pada penelitian menjelaskan performa airlift pump ditentukan berdasarkan rasio terendam, panjang pipa riser laju aliran udara, diameter pipa riser, ukuran nose) injeksi udara, bentuk pipa riser dan bentuk pipa rerendam (Gajanan K. Awari et al., 2007), (Qiang et al., 2018), dan (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012).
Karena hal tersebut dilakukan penelitian dengan modifikasi rasio terendam dan peletakan nose) di bentuk pipa yang berbeda diharapkan dapat meningkatkan efisiensi airlift pump.
1.1. Latar Belakang
Pengolahan kotoran sapi menjadi biogas di dalam digester akan menghasilkan hasil samping berupa campuran pupuk cair dan padat. Pupuk yang dihasilkan dapat digunakan membantu kebutuhan pupuk organik bagi petani (Budi Surono, 2013). Pemindahan hasil samping dari digester ke bak penampung limbah dilakukan menggunakan pompa listrik sentrifugal.Penggunaan pompa sentrifugal untuk memindahkan hasil samping berupa campuran pupuk cair dan padat pada dasar dugester ke bak penampung limbah biogas mengalarni kendala penyumbatan dan korosi. Salah satu solusi dari kendala tersebut mengganti penggunaan pompa setrifugal dengan airlift pump.
Pada airlift pump tidak menggunakan komponen mekanik sehingga dapat memompa berbagai macam cairan abrasif atau bubur, korosif, mudah meledak, beracun, asin, berpasir, cairan kental seperti industry minyak,dan penambangan di bawah laut (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012). Airlift pump memiliki efisiensi yang rendah namun mernpunyai keuntungan biaya awal dan prawatan rendah, kebutuhan ruang sedikit, mudah di pasang, desain dan kontruksi sederhana (Khalil et al.,
1999).
BABI
PENDAHULUAN
1.4. Tujuan Penelitian
Penelitian ini mempunyai tujuan, antara lain:
1. Mengetahui bentuk pola aliran pada setiap variasi pengujian.
2. Mengetahui pengaruh rasio terendam terhadap debit air dan efisiensi dari tiap variasi yang diuji.
3. Mengetahui perbandingan debit air dan efisiensi terhadap penempatan nosel pada pipa reducer soket 2 inci x 5/8 inci dengan pipa 5/8 inci.
1.3. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana bentuk pola aliran pada setiap variasi pengujian?
2. Bagaimana pengaruh rasio terendam terhadap debit air dan efisiensi yang di hasilkan air lift pump pada pipa 5/8 inci dan pipa reducer soket 2 inci x 5/8 inci?
3. Bagaimana pengaruh penempatan nosel udara terhadap perbandingan debit air dan efisiensi yang di hasilkan air lift pump pada pipa 5/8 inci dan pipa reducer soket 2 x 5/8 inci?
1.2. ldentifikasi Masalah
Identifikasi masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Pengaruh rasio terendam terhadap debit air yang dihasilkan dan efisiensi air lift pump.
2. Pengaruh penempatan nosel udara pada reducer pipa riser terhadap debit air yang dihasilkan dan efisiensi air lift pump pada pipa 5/8 inci dan pipa reducer soket 2 inci x 5/8 inci.
1.6. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Menambah kepustakaan di bidang air lift pump.
2. Memberikan data untuk pengembangan ilmu pengetahuan ten tang air lift pump.
3. Dapat dimanfatkan sebagai sumber informasi untuk mengembangkan kinerja air lift pump.
1.5. Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah dalam pengu jian air lift pump antara lain yaitu:
1. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui debit air dan efisiensi dari tiap variasi rasio terendam dan penempatan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci dan pipa 5/8 inci.
2. Diameter pipa riser 5/8 inchi.
3. Menggunakan aerator dengan spesifikasi debit 45 liter per menit dengan tekanan 0,015 Mpa.
4. Lima variasi static head dengan rasio terendam: 1 :66 cm, 1 : 132 cm, 1 : 198 cm, 1 :264 cm, dan 1 :330 cm.
5. Menggunakan lubang nosel dengan diameter 5 mm pada keluaran udara.
6. Kedalaman pipa terendam 100 cm.
7. Fluida yang diuji adalah air.
4 2.1. Penelitian Relevan
Hanafizadeh dan Ghrobani melak:ukan penelitian terhadap Gaya apung dari gelembung dan perbedaan tekanan antara titik injeksi dan titik keluaran fluida merupakan prinsip kerja airlift pump (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012). Udara diinjeksikan pada bagian bawah pipa terendam. Gelembung udara didalam cairan tertahan kemudian densitas campuran udara dan air dalam pipa menjadi lebih kecil daripada fluida di sekitarnya. Hal tersebut menimbulkan Gaya apung dan menyebabkan pompa bekerja.
G. K. Awari dkk melakukan penelitian dengan hasil bahwa dalam penelitiannya tekanan udara yang diinjeksikan dan rasio perendaman konstan.
Penurunan densitas dua fase menyebabkan penurunan head pompa. Pada studi mereka menunjukkan dengan meningkatkan rasio terendam akan mengurangi head pompa G. K. Awari et al., (2004).
Qiang dkk pada penelitiannya mendapatkan bahwa efisiensi airlift pump tergantung dari diameter pipa riser, kedalaman terendam, rasio terendam, dan desain nosel (Qiang et al., 2018). Tidak: ada nosel terbaik untuk semua rentang laju aliran, dan nosel yang direkomendasikan adalah yang berbentuk doble cincin atau nosel yang berbentuk star. Efektifitas pengangkatan bertambah dengan lubang dari nose) yang diperbesar, yang mana mengindikasikan ukuran gelembung yang relatif besar akan menambah efektivitas pengangkatan air. Namun jika ukuran lubang nosel terlalu besar terhadap pipa riser maka efektifitas pengangkatan pompa akan menurun karena tidak dioperasikan pada laju aliran bubbly-slug. Ukuran lubang nosel yang optimum terjadi pada nilai tertentu dan relatif terhadap ukuran diameter pipa riser.
Kassab dkk dalam penelitanya mendapatkan bahwa kapasitas dan efisiensi merupakan fungsi dari laju aliran massa udara, rasio terendam dan panjang pipa riser dari titik injeksi ke titik air keluar (Kassab et al., 2009). Jika rasio terendam ditambahkan maka efisiensi dari airlift pump juga ak:an bertambah. Pola aliran yang
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.2. Landasan Teori 2.2.1.Pompa
Pompa adalah mesin untuk menggerakan fluida. Pompa menggerakan fluida dari suatu tempat ke tempat lain. Penentuan jenis pompa berdasarkan karakteristik zat cairnya. Mengkonversi energi meknik menjadi energi kinetik merupakan kinerja dari pompa. Prinsip kerja pompa adalah memberikan perbedaan tekanan antara bagian hisap dan bagian tekan melalui sumber energi luar. Sumber energi 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 Pengangkut Udara (Airlift Pump)
Airlift pump merupakan alat yang digunakan untuk mengangkat cairan dan campuran zat cair atau partikel padat menggunakan udara bertekanan. Pompa ini pada dasarnya menggunakan prinsip hukum Archimedes. Ban yak keunggulan yang dimiliki pompa ini, meski tingkat efisiensinya lebih rendah dibanding pompa mekanis lainnya.
Prinsip kerja airlift pump adalah dengan memanfaatkan udara yang diperoleh dari aerator. Aerator menghasilkan aliran udara dengan kecepatan dan Gajanan K. A wari dkk pada penelitiannya mendapatkan efisiensi pompa akan bertambah dengan bertambahnya rasio terendam (Gajanan K. Awari et al., 2007). Pola aliran yang bekerja maksimal dalam penelitian airlift pump ini adalah pola aliran slug. Parameter geometri yang paling signifikan adalah ukuran diameter dari pipa riser yang memiliki efek yang besar juga terhadap performa airlift pump.
Ukuran pipa riser berdiameter besar akan menambah efisiensi terhadap debit air yang dihasilkan, dibandingkan dengan pipa yang berdiameter kecil. Menambah ukuran diameter nosel injeksi juga akan meningkatkan laju aliran dan efisiensi terhadap debit air yang dihasilkan. Ukuran nosel yang dipilih tergantung dari ukuran diameter riser.
bekerja maksimal dalam penelitian airlift pump ini adalah pola aliran slug dan slug churn.
Gambar 2. l Skema airlift pump (Stenning & Martin, 1968) Gambar 1. 1
AJR BlSSLES
AIR. .INJECTOR
Airlift pump memiliki kekurangan dalam beberapa hal seperti biyaya yang mahal dalam kasus tertentu. Pompa ini daya hisapnya sangat rendah, handa cocok digunakan untuk ketinggian yang relative rendah. Pada kasus kasus tertentu pompa ini akan menimbulkan masalah masalah baru.
tekanan tertentu. Udara dari aerator mengalir melalui selang dan pipa kemudian mendorong air yang berada di pipa terendam. Karena dorongan udara di pipa terendam air akan naik melalui pipa riser bersamaan dengan gelembung udara lalu air akan mengalir ke bak penampungan.
Air lift pump mempunyai kelebihan yaitu prinsip yang lebih sederhana dibanding pompa yang lain. Air lift pump hanya memerlukan udara yang diinjeksikan dengan tekanan yang lebih tinggi daripada cairan yang akan dipompa.
Cairan pada proses pemompaan juga tidak bersentuhan dengan elemen mekanis.
Karena hal tersebut air lift pump dapat digunakan pada cairan yang sifatnya korosif dan kental.
Gambar 2. 2 Pola Aliran dari penelitian (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012).
a. Aliran bubbly adalah aliran dengan gelembung berbentuk bulat kecil dengan ukuran seragam dan menyebar secara merata dalam pipa.
b. Aliran slug adalah aliran dengan gelembung berbentuk seperti peluru dengan diameter mendekati pipa riser dengan panjang bervariasi, diikuti dengan bubbly di bawah gelembung berbentuk peluru.
c. Aliran churn adalah aliran dengan gelembung berbentuk tidak beraturan, aliran ini bersifat sementara dan terpecah karena ketidakturan aliran udara.
d. Aliran annular adalah aliran dengan udara menempati inti pipa dan film air terbentuk di dinding pipa, yang ditarik ke atas oleh udara karena gesekan antarmuka. Bentuk permukaan lapisan air menjadi bergelombang. Pada laju aliran udara tinggi, gelombang ini bisa pecah menjadi tetesan kecil di udara.
Kasus ini diakui sebagai aliran cincin tipis.
annular chum
slug wbbly
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 vertik:al yaitu Bubbly flow, slug flow, churn flow dan annular flow.
2.2.6. Gaya Apung
Gaya apung merupakan gaya ke atas yang diberikan oleh fluida yang melawan berat benda yang direndam. Gaya apung ada disebabkan adanya perbedaan tekanan fluida, pada kedalaman yang berbeda. Ketika benda berada pada fluida, maka terjadi perbedaan tekanan antara fluida bagian atas benda dengan
Dengan: Qw
=
Debit aliran air yang dapat dihasilkan (dm3/min).LL
=
Tinggi lifting /tinggi pengangkatan (m).p
=
Massa jenis air (kglm3).g
=
Grafitasi (m/st).Qc
=
Debit aliran udara yang di inejksikan (dm3/rnin).Pa
=
Tekanan Atsmosfer (Pa).Pin
=
Tekanan udara total yang diinjeksikan oleh aerator (Pa)= Qwx LL xpxg 1000'- (2) q QcxPa x lnlPa) ~m X ~ 2.2.5. Efisiensi Air Lift Pump
Efisiensi airlift pump dapat dihitung dari hasil rasio perbandingan antara laju aliran air yang keluar terhadap laju aliran udara masuk. Untuk perhitungan efisiensi airlift pump dapat menggunakan persamaan:
Dengan:
a =
Rasio terendam.Ls
=
Panjang Tinggi pipa terendam (m).Lr
=
Panjang pipa dari titik injeksi sarnpai titik keluar (m).LL
=
Tinggi Lifting /tinggi pengangkatan (m).Ls Ls (1)
a---
Lr Ls +LL
Rasio terendam merupakan perbandingan antara pipa bagian yang terendam dengan ketinggian pipa bagian yang tidak terendam. Rasio terendam memiliki pengaruh besar terhadap efisiensi pompa. Untuk perhitungan rasio terendam dapat menggunakan persamaan:
2.2.4. Rasio Terendam
Dengan : Q
=
Debit aliran yang dapat dihasilkan (drnt/min).V
=
Volume air (m3).t
=
Waktu (s).(3) Gambar 2. 3 Skema Gaya Apung
Ketika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis cairan, maka gaya tersebut akan mempu mengapungkan benda. Hal ini hanya dapat terjadi dalam kerangka acuan non-inersia dengan medan gravitasi atau mengalami perecepatan selain gaya gravitasi yang menentukan arah ke bawah. Pusat gaya apung suatu benda merupakan pusat massa dari volume fluida yang dipindahkan.
2.2.7. Efektifitas Air Lift Pump
Efektifitas airlift pump merrupakan banyaknya aliran air yang dihasilkan dalam satu satuan waktu. Efektifitas airlift pump dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Q=~ t
'Ienggelam Melayang
fluida bagian bawah benda. Besar gaya apung suatu benda dipengaruhi oleh volume benda yang yercelum di dalam air. Semakin besar gaya apung, maka semakin besar juga volume benda yang tercelup, seperti yang dijelaskan oleh hukum Archimedes.
Dengan: p = Tekanan fluida (Pa) p = Massa jenis fluida (kg/m-) v =Kecepatan fluida (mis)
0 = Percepatan gravitasi (m/s2)
e,
h = Ketinggian (m)
(4)
p + - 1 pv2 + pgh = konstan
2
sama.
Persamaan Bernouli menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan kecepatan pada fluida mengakibatkan penurunan tekanan. Prinsip ini penyederhanaan dari persamaan Bernouli yang menyatakan bahwa energi pada suatu titik aliran tertutup sama dengan jumlah energi di titik lain pada aliran yang
2.2.8. Persamaan Bernouli
11
Gambar 3. 1 Skema Air Lift pump Pada Penelitian 4
suplai air
Im
a..
f
:::c::
l_
3.1. Skema Spesifikasi Alat dan Simulasi Penelitian
Penelitian ini menggunakan obyek airlift pump dengan debit 45 liter/menit dengan tekanan 0,015 Mpa. Fokus kerja yang dilakukan adalah unjuk kerja pompa pengangut udara dengan variasi head dan peletakan nosel udara pada bentuk pipa socket reducer dan lurus.
BAB ill
METODE PENELITIAN
3. Nosel injeksi pada pipa 5/8 inci.
Nosel digunakan untuk perantara masuknya udara dari selang keluaran dari aerator menuju ke pipa terendam. Nosel injeksi terletak pada pipa 5/8 inci.
Gambar 3. 2 Nosel injeksi terletak pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci.
I
Nosel injeksiI
Airlift pump yang dirancang memiliki komponen bagian antara lain:
1. Pipa pembuangan.
Pipa pembuangan atas digunakan untuk variasi penempatan nosel pipa 5/8 inci dan pipa pembuangan bawah untuk variasi penempatan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci.
2. Nosel injeksi pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci.
Nosel digunakan untuk perantara masuknya udara dari selang keluaran dari aerator menuju ke pipa terendam. Nosel injeksi terletak pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci.
Gambar 3. 4 Pipa bening diameter 5/8 inchi 5. Pipa dengan variasi ketinggian
Pipa ini digunakan untuk mengetahui perbedaan debit dan efisiensi dengan variasi rasio terendam. Pipa yang digunakan asalah pipa aquarium bening. Pipa memiliki ketinggian 66 cm, 132 cm, 198 cm, 264 cm, dan 330 cm.
4. Pipa bening
Pipa bening ini terbuat dari bahan akrilik dengan ukuran diameter 5/8 inchi.
Pipa bening digunakan untuk melihat bentuk pola aliran selama airlift pump bekerja.
Gambar 3. 3 Nosel injeksi terletak pada pipa 5/8 inci.
: 45 Liter/menit.
: 32 Watt.
: 0.015 Mpa.
Tekanan udara Pengeluaran udara 7. Aerator
Aerator digunakan sebagai penyedia udara yang berfungsi untuk mendorong air naik ke pipa upriser. Pada penelitian ini menggunakan aerator dengan spesifikasi:
Daya
Gambar 3. 6 Selang udara 6. Selang Aerator
Selang aerator digunakan untuk mengalirkan udara dari aerator ke nosel injeksi.
Gambar 3. 5 Pipa variasi ketinggian
3.3. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan secara eksperimen di Laboratorium, Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta di 11. Paingan, Kel. Maguoharjo, Kee. Depok, Kab. Sleman, D.I. Yogyakarta.
3.2. Variasi Penelitian
Pada penelitian ini terdapat beberapa parameter yang akan divariasikan, diantaranya sebagai berik:ut:
1. Variasi peletakan nosel udara pada pipa socket reducer dengan diameter 2 inci x 5/8 inci dan pipa 5/8 inci.
2. Variasi head static dengan rasio terendam: 1 :066 cm, 1: 132 cm, 1: 198 cm 1 :264 cm dan 1 :330 cm.
Gambar 3. 7 Aerator yang digunakan dalam penelitian 8. Bak Penampung
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 ketinggin 1 meter dari titik:
injeksi udara. Bak penampung berdiameter 4 inchi.
Tidak
Gambar 3. 8 Skema alur penelitian Selesai
Pengolahan Data, Analisa Data, Pembahasan, Kesimpulan dan Saran
Pengambilan Data Pemilihan Variasi
Tidak Pembuatan airlift pump
Persiapan Alat dan Bahan Perencanaan Skema airlift pump
Mulai 3.4. Alur Penelitian
Alur dari penelitian airlift pump yang dilaksanakan adalah sebagai berikut:
3.5.2. Alat ukur yang digunakan
Penelitian dilakukan dengan menggunakan alat ukur antara lain:
a. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengetahui volume air yang ada pada ember penampung
b. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk menghitung waktu mundur selama 60 detik untuk menghentikan pengaliran air pada ember penampung.
c. Penggaris
Penggaris digunakan untuk mengetahui ukuran slug pada saat pengambilan gambar.
3.5. Alat dan Bahan 3.5.1. Alat yang digunakan
Penelitian dilakukan dengan menggunakan alat ukur antara lain:
a. Amplas
Amplas digunakan untuk menghaluskan ujung pipa dari pemotongan menggunakan gerinda.
b. Bor
Bor digunakan untuk melubangi pipa agar dapat dipasang nosel.
c. Gerinda tangan
Gerinda tangan digunakan untuk memotong pipa agar sesuai dengan uk:uran yang diinginkan.
d. Spidol
Spidol digunakan untuk memberi tanda pada pipa yang akan dipotong atau dibor.
3.5.3. Bahan yang digunakan
Penelitian ini menggunakan bahan-bahan antara lain:
a. Pipa Bening
Pipa bening dari bahan akrilik digunakan untuk melihat pola aliran selama airlift pump bekerja. Pipa bening menggunakan ukuran 5/8inci.
b. Pipa Elbow
Pipa elbow merupakan jenis pipa dengan bentuk belokan pada sudutnya. Pipa elbow biasa di sebut dengan sambungan pipa "L" berfungsi untuk membelokkan aliran air. Pipa elbow menggunakan ukuran 4 inci dan 5/8 inci.
c. Pipa Paralon
Pipa paealon digunakan sebagai bak penampungan air, ukuran yang digunakan adalah 4 inci.
d. Pipa Reducer socket
Pipa Reducer socket berfungsi sebagai penyambung antara pipa lurus dengan diameter berbeda. Pipa Reducer socket menggunakan ukuran 2 inci x Y2 inci, 4 inci x 2 inci dan Y2 inci x 5/8 inci.
e. Pipa Shock
Pipa Shock berfungsi sebagai penyambung pipa lurus dengan diameter sama.
Pipa Shock menggunakan ukuran 5/8 inci.
f. Pipa Tee Stuck
Pipa Tee Stuck berfungsi sebagai pemisah antara debit air keluar dangan udara pengengkatan. Pipa tee stuck menggunakan ukuran 5/8 inci.
g. Pipa SDD dan SDL
Pipa SOD dan SDL berfungsi untuk menyambung pipa lurus dengan system ulir. Pipa SDD dan SDL menggunakan ukuran 2 inci
h. Klem Selang
Klem selang berfungsi sebagai pengikat selang udara agar tidak mudah Jepaas dan tidak terjadi kebocoran.
1. Lem Pipa
Lem pipa berfungsi sebagai perekat dan mencegah terjadinya kebocoran antara sambungan pipa.
3.6. Proses Pembuatan Alat
Langkah-langkah dalam pembuatan airlift pump adalah sebagai berikut.
1. Perancangan sketsa airlift pump.
2. Persiapan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan airlift pump.
3. Alat penelitian airlift pump dirangkai sesuai dengan sketsa
4. Memotong pipa PVC berdiameter 4 inci dengan panjang 110 cm dan 130 cm sebagai bak penampungan.
5. Pemasangan elbow berukuran 4 inci dengan lem pipa pada pipa paralon berdiameter 4 inci sesuai sketsa.
6. Pemasangan Reducer socket ukuran 2 inci x 1/2 inci, 4 inci x 2 inci dan 1/2 inci x 5/8 inci dengan lem pipa.
7. Membuat Jubang pada pipa SDD (Socket Drat dalam) ukuran 2 inci sesuai dengan diameter nozel. Sebagai tempat nosel, direkatkan nose) dengan plastic steel.
8. Melapisi ulir SDD dengan Seal Tape Pipa agar tidak terjadi kebocoran lalu pasangkan ke SDL (Socket Drat Luar).
J. Lem Plastic Steel
Lem plastic steel berfungsi sebagai perekat dan mencegah terjadinya kebocoran antara pipa dengan nosel.
k. Nosel
Nosel berfungsi sebagai perantara selang udara dengan pipa untuk mengalirkan udara. Nosel menggunakan ukuran 3/8 inci.
1. Selang Udara
Selang udara digunakan untuk menglirkan udara dari aerator menu juke nosel.
m. Selang Air
Selang air digunakan untuk mengalirkan air menu ju bak penampung.
n. Seal Tape Pipa
Seal tape pipa berfungsi sebagai pencegah kebocoran pada ulir pipa.
o. Dop Pipa
Dop pipa berfungsi untuk menutup salah satu pipa.
3.7. Cara penagambilan data
Metode pengambilan data pada penelitian airlift pump ini adalah sebagai berikut:
1. Komponen airlift pump dipasang sesuai dengan sketsa.
2. Selang udara pada aerator dan nosel dipasang, lalu dikencangkan klem.
3. Selang udara dipasang pada nosel yang berada di pipa 5/8 inci. Nosel yang berada di pipa reducer soket 2 inci x 5/8 dititup menggunakan selang yang sudah disumbat. Pipa pembuanagn bagian bawah ditutup menggunakan dop 9. Pemasangan SDL pada reducer socket diameter 4 inci x 2 inci dengan lem pipa.
10. Membuat lubang reducer socket diameter 2 inci x 5/8 inci sesuai dengan diameter nosel untukjalur udara dari aerator, rekatkan nosel dengan plastic steel agar tidak mudah lepas dan bocor.
11. Pemasangan reducer socket diameter 2 inci x 5/8 inci pada SDL denagan lem pipa.
12. Pemasangan pipa akrilik dengan diameter 5/8 inci pada pipa reducer socket diameter 2 inci x 5/8 inci. Panjang pipa akrilik menyesuaikan ketinggian dari pemasangan nosel hingga jarak antara nosel dengan ujung pipa akrilik setinggi
100 cm.
13. Pemasangan pipa aquarium dengan diameter 5/8 inci dengan menggunakan shock pada pipa akrilik. Panjang pipa aquarium sesuai dengan rasio terendam yang dibutuhkan.
14. Membuat lubang pipa bak penampung setinggi 100cm sejajar dengan pemasangan variasi nosel. Hal tersebut dijadikan sebagai acuan rasio terendam.
15. Membuat variasi rasio terendam menggunakan pipa terendam menggunakan pipa aquarium ukuran 5/8 inci dengan panjang 66 cm, 132 cm, 198 cm, 264 cm, 330 cm. Pada ujung variasi rasio terendam diberi pipa tee stuck dan di hubungkan dengan pipa knee L ke bawah. Hal tersebut bertujuan agar mempermudah penampungan debit air.
16. Pengecekan kebocoran terhadap alat yang sudah dibuat.
17. Pengambilan data dilakukan setelah pembuatan alat selesai.
seukuran pipa pembuangan. Hal tersebut dilakukan untuk variasi nosel pada pipa 5/8 inci.
4. Pemasangan selang udara pada nosel yang berada di pipa reducer soket 2 inci x 5/8 inci.Tutup nosel yang berada di pipa 5/8 menggunakan selang yang sudah disumbat. Hal tersebut dilakukan untuk variasi nosel pada pipa reducer soket 2 inci x 5/8 inci.
5. Pemasangan variasi rasio terendam dari paling rendah ke paling tinggi, yaitu 1:
66 cm, 1: 132 cm, 1: 198 cm, 1 :264 cm, 1 :330 cm.
6. Isi bak penampungan air sampai keluar dari lubang acuan rasio terendam 100 cm.
7. Aerator dihidupkan.
8. Atur debit pengisian ke bak penampung agar keluaran air dari lubang acuan rasio terendam konstan pada saat system beroprasi.
9. Tunggu hingga air keluar dari pipa variasi terendam stabil.
10. Setelah airlift pump bekerja dengan baik: tanpa ada kebocoran maka dapat dilakukan pengambilan data.
11. Siapkan stopwatch dan ember untuk mengukur debit air.
12. Tampung air yang keluar dari pipa variasi terendam dengan gelas ukur bersamaan dengan memulai perhitungan waktu dengan stopwatch.
13. Hentikan penampungan air pada gelas ukur saat waktu di stopwatch menunjukkan 60 detik.
14. Catat hasil pengukuran debit air.
15. Setiap variasi rasio terendam dilakukan pengukuran sebanyak sepuluh kali untuk dirata-rata.
16. Merekam pola aliran yang terbentuk setiap variasi rasio terendam dan variasi nose) pada pipa akrilik.
17. Lakukan pengulangan langkah tiga sampai sebelas pada setiap variasi.
18. Matikan aerator dan kran.
3.8. Cara Memp erolah Data
Data penelitian didapatkan dari nilai
yangditampilkan pada alat ukur
kemudian diolah menggunakan persamaan
(1), (2),dan (3).
23
Letak Nosel Pada Pipa 5/8 inci
Waktu Rasio Terendam (%)
Data ke-
(detik) 60,24 43,10 33,55 27,47 23,26
Debit Terukur (liter/menit)
1 60 5,50 2,70 1,72 1,16 0,52
2 60 5,46 2,65 1,70 1,18 0,54
3 60 5,20 2,65 1,70 1,16 0,52
4 60 5,18 2,60 1,72 1,16 0,50
5 60 5,44 2,63 1,72 1,15 0,48
6 60 5,25 2,65 1,74 1,12 0,48
7 60 5,50 2,60 1,76 1,16 0,50
8 60 5,25 2,60 1,72 1,10 0,52
9 60 5,36 2,65 1,70 1,20 0,50
10 60 5,30 2,70 1,79 1,60 0,50
Rata-Rata 5,34 2,64 1,73 1,20 0,51
Tabel 4. 1 Data penelitian letak Nosel Pada Pipa 5/8 inci
Pada penelitian ini data eksperimental ditampilkan pada Tabel 4.1 dan 4.2.
Pada setiap variasi data penelitian dilakukan pengambilan data sebanyak sepuluh kali. Hasil yang akurat diambil berdasarkan rata-rata dari sepuluh data tersebut.
Pengambilan data penelitian dimulai dari rasio terendam tertinggi ke terendah yaitu 60,24% dan diahiri dengan rasio terendam 23,26%. Lamanya waktu yang diperlukan dalam pengambilan data di sebut waktu terukur. Volume terukur merupakan banyak volume yang di hasilkan. Jumlah volume air saat pengambilan data di sebut debit terukur.
4.1. Data Penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
• Nosel di Pipa 5/8 inci • Nosel di Pipa reducer socket Gambar 4. 1 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 60,24%
Slug
Churn Slug
Aliran Slug-Chum Aliran Slug
Gambar 4.1 sampai Gambar 4.5 memperlihatkan bentuk pola aliran pada setiap variasi. Pengambilan data dilakukan dengan mengamati pola aliran dari video gerak lambat pada setiap variasi.
Letak Nosel Pada Pipa Socket Reducer 2 inci x 5/8 inci
Waktu Rasio Terendam (%)
Data ke- (detik) 60,24 43,10 33,56 27,47 23,26
Debit Terukur (liter/menit)
1 60 1,48 1,12 0,75 0,50 0,20
2 60 1,50 1,18 0,75 0,55 0,20
3 60 1,50 1,20 0,79 0,53 0,19
4 60 1,60 1,28 0,80 0,50 0,25
5 60 1,50 1,20 0,80 0,57 0,25
6 60 1,50 1,20 0,78 0,55 0,20
7 60 1,50 1,17 0,75 0,52 0,18
8 60 1,60 1,22 0,75 0,50 0,19
9 60 1,55 1,19 0,82 0,49 0,15
10 60 1,60 1,20 0,80 0,50 0,19
Rata-Rata 1,53 1,20 0,78 0,52 0,20 Tabel 4. 2 Data penelitian letak Nosel Pada Pipa Reducer 2 inci x 5/8 inci
• Nosel di Pipa 5/8 inci • Nosel di Pipa reducer socket Gambar 4. 3 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 33,56 %
Slug Aliran Slug
Slug
Aliran Slug-Churn
• Nosel di Pipa 5/8 inci • Nosel di Pipa reducer socket Gambar 4. 2 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 43, 10 %
Slug Aliran Slug
Churn Slug
Aliran Slug-Churn
• Nosel di Pipa 5/8 inci • Nosel di Pipa reducer socket Gambar 4. 5 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 23,26 %
Slug
• Nosel di Pipa 5/8 inci • Nosel di Pipa reducer socket Gambar 4. 4 Pola Aliran Dengan Rasio Terendam 27,47 %
Aliran Slug-Chum Aliran Slug
Slug Aliran Slug
Churn
Aliran Slug-Churn
Churn Slug Slug
Debit air ini menggunakan satuan LPS (liter per detik) untuk memudahkan pembacaan pada grafik pengaruh letak nose) injeksi terhadap debit air yang dihasilkan. Kemudian debit air ini selanjutnya akan dikonversi satuannya menjadi m3/s ketika rnenghitung efisiensi supaya debit air ini bisa
Qw
= t v
5,34
liter
1
menit
= 0,089
liter/ detik
b. Debit air yang dihasilkan ( Qw)
Debit air yang dihasilkan dihitung berdasar jumlah volume air yang dihasilkan dibagi dengan waktu. Contoh perhitungan debit air yang dihasilkan pada rasio terendam 23,26% pada diameter nosel pada pipa 5/8 inci adalah sebagai berikut:
a =-xl00% Ls Lr 1
=--x 100%
4,30
= 23,26 %
Persentase dari rasio terendam dapat diketahui dengan membandingkan tinggi bagian pipa yang terendam dengan panjang total I keseluruhan pipa dari titik injeksi ke titik dimana air dikeluarkan dikali 100%. Contoh perhitungan rasio terendam untuk rasio terendam 1 m : 4,30 m adalah sebagai berikut : a. Persentase Rasio Terendam
4.2. Hasil Perhitungan
Berdasarkan data-data pada tabel 4.1 dan 4.2, dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (1) sampai persamaan (4). Perhitungan dilakukan sebagai berikut:
dimasukkan ke dalam rumus efisiensi. Setelah dirubah satuannya maka didapatkan debit air sebesar 0,000089 m3/s.
c. Tinggi Pengangkatan (LL)
Head Statis atau tinggi pengangkatan merupakan selisih dari panjang total/ panjang keseluruhan pipa dikurangi dengan tinggi bagian pipa yang terendam dalam air. Contoh perhitungan pada rasio terendam 23.26% adalah sebagai berikut:
LL= Lr -Ls
= 4,3m- lm
=
3,3m d. Percepatan gravitasi (g)Pada penelitian kali ini digunakan percepatan gravitasi bumi 9.81 m/s2.
e. Massa jenis air
Pada penelitian ini menggunakan massa jenis air sebesar 1000 kg/m3
f. Debit udara yang diinjeksikan (Qg)
Pada penelitian kali ini debit udara aerator adalah 45 dm3/s. 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 0.00075 m3/s.
g. Tekanan atmosfer (Pa)
Pada penelitian kali ini digunakan tekanan atmosfer sebesar 101325 Pascal.
h. Tekanan yang diinjeksikan (Pin)
Besar dari tekanan yang diinjeksikan bisa diketahui dari penjurnlahan 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:
=
0,73 %Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama untuk setiap variasi. Setelah selesai melakukan seluruh perhitungan maka data-data hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.3 dibawah ini:
Kemudian setelah mendapatk:an data - data untuk menghitung efisiensi maka perhitungan efisiensi dapat dilakukan. Besar dari efisiensi dihitung menggunakan persamaan 3. Berikut adalah contoh perhitungan efisiensi pada rasio terendam 40% dengan letak nosel injeksi pada pipa ¥<! inchi:
rt Qw X LL X p X g
= p· m
x
100Qc x Pa x In(-) Pa
0,00000525 m3 /s xl,5 m x1000 kg/ m3x9,81 m/s2 X lOO%
- o 00075 m3/sx101325 Paxln(116325 Pa)
' 101325 Pa
1. Efisiensi
Pin= Pg+ Patm
( 106 Pa)
= 0,015 MPa x
+
101325 Pa lMPa=
116325 PaA. Letak Nosel Pada Pipa 5/8 inci
B. Letak Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 5/8 inci Keterangan :
Rasio Debit Air Efisiensi
No. Terendam Letak Nosel
xio-
6 Tinggi Head(%) (m3/s) buang (rn) (%)
1 60,24 A 89,1 0,66 5,49
2 60,24 B 25,6 0,66 1,58
3 43,10 A 44,l 1,32 5,43
4 43,10 B 19,9 1,32 2,46
5 33,56 A 28,8 1,98 5,33
6 33,56 B 13,0 1,98 2,40
7 27,47 A 20,0 2,64 4,93
8 27,47 B 8,7 2,64 2,14
9 23,6 A 8,4 3,3 2,60
10 23,6 B 3,3 3,3 1,03
Tabel 4. 3 Hasil Perhitungan Debit dan Efisiensi
Gambar 4. 6 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit
Pada Gambar 4.6 diTampilkan grafik pengaruh rasio terendam terhadap debit yang dihasilkan dari setiap variasi. Debit tertinggi dihasilkan dari peletakan nosel pada pipa 5/8 inci dengan rasio terendam 60,24% sebesar 5,34 liter/menit.
Debit tertinggi dari penempatan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci terletak pada rasio terendam 60.24% sebesar 1,53 liter/menit. Debit terendah dihasilkan dari peletakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci dengan rasio terendam 23,6% sebesar 0,20 liter/menit. Debit terendah dari penempatan nose) pada pipa 5/8 inci terletak pada rasio terendam 23,6% sebesar 0,51 liter/menit.
Dapat diketahui bahwa semakin besar rasio terendam maka semakin tinggi debit yang dihasilkan begitu juga sebaliknya. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Khalil et al., (1999).
Rasio Terendam %
60 50
40 30
0 20 1 5
,::::;- ~ Letak Nosel Pada Pipa
·E
4 Reducer Socket 2 inci x 5/8 >---+---1Q) E inci ,:::;
~ 3
:.=l
.._,, ...
:E 2
~
~ Letak Nosel Pada Pipa 5/8 inci
6
4.3.1. Hubungan rasio terendam terhadap debit dan efisiensi 4.3. Pembahasan
Gambar 4. 7 Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi
Pada Gambar 4.7 ditampilkan grafik pengaruh rasio terendam terhadap efisiensi air yang dihasilkan dari setiap variasi. Nilai efisiensi optimal letak nosel pada pipa 5/8" terdapat pada rasio terendam 60,24% sebesar 5,49%, sedangkan dengan letak nosel pada pipa reducer socket 2"x5/8" nilai optimal d idapat pada rasio terendam 43, 10% sebesar 2,46%. Nilai efisiensi terendah terdapat pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci sebesar 1.03 % dan pada pipa 5/8 inci sebesar 2.60%.
Setelah mancapai nilai optimal pada variasi letak nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci, penambahan nilai rasio terendam akan menurunkan nilai efisiensi.
Pada letak nosel pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci rasio terendam 60,24% nilai efisiensi menurun menjadi 1,58%.
Dengan memperbesar rasio terendam dapat meningkatkan efisiensi hingga mencapai nilai optimal. Setelah mencapai nilai optimal, penambahan rasio terendam akan menurunkan nilai efisiensi. Hasil tersebut sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Kassab et al., (2009), Gajanan K. Awari et al., (2007), dan Khalil et al., (1999).
Rasio Terendam % 60 50
40 30
0 20
..._ Letak Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 5/8 inci
V) c: Q) 3
·v3 V)
I+: t:.LJ 2
5 ..._ Letak Nosel Pada
Pipa 5/8 inci
1 6
Rasio terendam
(%)23,26 27,47 33,56 43,10 60,24
0
1---
1,73---
1,20
,202 64
Gambar
4. 8 Perbandingan Letak Nosel Terhadap DebitPada Gambar 4.8 ditampilkan
grafikperbandingan letak nosel pada pipa 5/8 inci dan pipa reducer socket 2 inci
x 5/8inci terhadap debit. Debit
tertinggi padavariasi letak nosel di pipa 5/8 inci dengan
rasioterendam 60,24% sebesar 5,34 liter/menit. Debit terendah pada variasi letak nosel di pipa 5/8 inci dengan rasio terendam 23,6 % sebesar
0,51 liter/rnenit. Debit tertinggi pada variasi letak nosel dipipa
reducer socket 2 inci x 5/8 inci dengan rasio terendam 60,24% sebesar1,53 liter/menit. Debit terendah pada
variasiletak nosel di pipa
reducer socket 2 inci x 5/8 inci dengan rasio terendam 23,6 % sebesar 0,20 Iiter/rnenit.Debit yang dihasilan
dari penempatan noselpada pipa 5/8 inci
lebih tinggi pada setiap rasio terendamdibandingkan dengan penempatan nosel pada pipa reducer socket 2 inci
x 5/8inci.
Hal tersebut dikarenakan pada
pipa riser reducer socket 2 inci
x 5/8inci mengelami pengecilan diameter. Pengecilan diameter menyebabkan penurunan tekanan
udara sehingga saat air menuju pipa keluaran lebih banyak yang kembaliturun melalui dinding slug.
•
Letak Nosel Pada Pipa 5/8
inci5
5,34
•
Letak Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x5/8 inci
6
Gambar 4. 9 Perbandingan Letak Nosel Terhadap Efisiensi
Pada Gambar 15 ditampilkan grafik perbandingan letak nosel pada pipa 5/8 inci dan pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci terhadap efisiensi. Efisiensi tertinggi pada variasi letak nosel di pipa 5/8 inci dengan rasio terendam 60,24% sebesar 5,49 % . Efisiensi terendah pada variasi letak nosel di pipa 5/8 inci dengan rasio terendam 23,6 % sebesar 2,60 % . Efisiensi tertinggi pada variasi letak nosel di pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci dengan rasio terendam 43,10% sebesar 2,46 %.
Efisiensi terendah pada variasi letak nosel di pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci dengan rasio terendam 23,6 % sebesar 1,03 % .
Peletakan nosel pada pipa 5/8 inci menghasilkan efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan peletakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci.
Pada persamaan efisiensi hal yang memempengaruhi adalah debit air keluaran.
Dengan spesifikasi sama semakin tinggi debit maka nilai efisisiensi juga semakin tinggi.
• Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2"x5/8"
• Letak Nosel Pada Pipa 5/8"
23,6 27,47 33,56 43,10 60,24
Rasio terendam (%) 0
1 5
5,33 5 43 5 49 4,93
2 60
,14 ,40 ,46
"R
,03
-
-
635 5.1. Kesimpulan
Pada penelitian unjuk kerja airlift pump dengan pipa riser diameter 5/8 inci menggunakan aerator 45liter/menit, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Peletakan nosel pada pipa 5/8 inci menghasilkan pola aliran slug-chrun sedangkan peletakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci menghasilkan pola aliran slug.
2. Semakin besar rasio terendam maka debit yang dihasilkan semakin tinggi, begitu juga sebaliknya. Debit tertinggi dihasilkan pada rasio terendam 60,24 % sebesar 5,34 liter/menit. Semakin besar rasio terendam maka semakin tinggi nilai efisiensi, namun setelah efisiensi mencapai nilai optimum memperbesar rasio terendam akan menurunkan nilai efisiensi. Nilai efisiensi tertinggi dihasilkan pada rasio terendam 60,24 % sebesar 5,49%.
3. Peletakan nosel pada pipa 5/8 inci menghasilkan nilai debit dan efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan peletakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x 5/8 inci.
5.2. Saran
Dari penelitian yang telah dilakukan untuk mengembangkan penelitian berikutnya antara lain:
1. Pengembangan penelitian dengan memindahkan pipa reducer socket pada tengah atau ujung pipa riser.
2. Pengembangan penelitian dengan mengganti pipa reducer dengan pipa berbentuk diffuser.
BABV
KESIMPULAN DAN SARAN
36
Hanafizadeh, P., & Ghorbani, B. (2012). Review study on airlift pumping systems.
Multiphase Science and Technology, 24(4), 323-362.
https://doi.orgl 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.orgll 0.10 l 6/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.orgll 0.10 l 6/S0142-727X(99)0005 l-X
Qiang, Y., Fan, W., Xiao, C., Pan, Y., & Chen, Y. (2018). Effects of operating parameters and injection method on the performance of an artificial upwelling by using airlift pump. Applied Ocean Research, 78(February), 212-222.
Budi Surono, U. (2013). Pembuatan Biogas Dari Limbah Sapi Dan Pemanfaatan Limbah Biogas Sebagai Pupuk Organik Biogas Production From Cow Waste and Utilization ofBiogas Waste As Organic Fertilizer. Agros, 15(1), 207-213.
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.orgll 0.1590/Sl 678-58782007000300011
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.orgl 10. l 243/0954406042369099
DAFTAR PUSTAKA
Stenning, A.
H.,
&Martin, C. B. (1968).
Ananalytical and experimental
study of air-liftpump performance. Journal of Engineering for Gas
Turbines and Power, 90(2),106-110. https://doi.orgll0.1115/1.3609143
https://doi.orgll 0.1016/j.apor.2018.06.006
