Analisa Pengaruh Variasi Volume Tabung Udara Dan
Variasi Beban Katup Limbah Terhadap Performa Pompa
Hidram
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ANDREA SEBASTIAN GINTING
NIM : 09421043
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
D E P A R T E M E N T E K N I K M E S I N
F A K U L T A S T E K N I K
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Analisa Pengaruh Variasi Tabung Udara Dan Variasi Beban Katup Limbah Terhadap Performa Pompa Hidram”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat nasehat, semangat, dan motivasi dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikannya. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih yang sebanyak-banyaknya kepada :
1. Bapak Ir. M. Syahril Gultom selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
3. Orang tua penulis J. Andarmida br Sukatendel yang memberikan dukungan moral dan materi kepada penulis
4. Kedua adik penulis Andri Dwi Pranata Ginting dan Rizky Ananta Ginting yang selalu memberi dukungan dan semangat.
5. Teman-teman penulis Thomas Yovial Sebayang, Sahala Hadi Putra Silaban, Albert ”Pak Horbo” Marganda Rumahorbo, Hanna Sabarina Surbakti, Ristawati Hasuma Sembiring, Elisa Kaban, Peppong Sinuhaji, Mega Ginting, Jusak Natardika Tarigan.
6. Teman-teman ekstensi teknik mesin 2009 serta abang senior dan semua rekan mahasiswa teknik mesin yang membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
7. Kepada pihak-pihak lain yang belum disebutkan namanya.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat membutuhkan saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
ABSTRAK
Pada masyarakat yang bertempat tinggal jauh dari jangkauan sumber energi listrik terdapat kendala untuk memindahkan air dari tempat rendah ke tempat yang lebih tinggi. Salah satu cara yang dapat digunakan adalah dengan pompa hydraulic ram yang energi atau tenaga penggeraknya berasal dari tekanan atau hantaman air yang masuk ke dalam pompa melalui pipa. Skripsi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh faktor volume tabung udara, beban katup limbah dan head supply terhadap efisiensi pompa hidram. Dari hasil percobaan dan analisa diperoleh bahwa faktor volume tabung udara, beban katup limbah dan head supply berpengaruh pada efisiensi pompa hidram.
ABSTRACT
For many people that staying away from electric energy resourch there is some obstacle to move the water from down area to high area. One of the method that can be used is hydram pump that the energy or the power is from water hammer that move into pump through the pipe. This minithesis have purpose to know the influence of air vessel factor, waste valve load and head supply toward hydram pump efficiency.
DAFTAR ISI
DAFTAR SIMBOL ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1Latar Belakang ... 1
1.2Tujuan Penelitian ... 3
1.3Batasan Masalah ... 3
1.4Manfaat Penelitian ... 4
1.5Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1Pompa ... 6
2.2Pompa Hidram ... 7
2.2.1Komponen Utama Pompa Hidram dan Fungsinya ... 9
2.2.2Sistem Operasi Pompa Hidram ...12
2.2.3Palu air (Water hammer) ...14
2.3Persamaan Energi Pada Pompa Hidram...16
2.3.1Energi Yang Dibangkitkan Pada Pompa Hidram ...16
2.3.2Peningkatan Tekanan Pada Pompa Hidram Akibat Peristiwa Palu Air .19 2.3.3Efisiensi Pompa Hidram ...20
2.4Tinjauan Mekanika Fluida ... 21
2.4.1 Tekanan Pada Fluida ... 21
2.4.2 Gerak Fluida dan Laju aliran ... 22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 24
3.2Alat Ukur Yang Digunakan ... 32
3.2.1Manometer ... 32
3.2.2Alat Ukur Debit Aliran ... 33
3.2.3Alat Ukut Waktu ... 34
3.2.4Alat Ukur Jarak ... 35
3.2.5Timbangan ... 36
3.3Skema Penelitian ... 36
3.4Variabel Yang Diamati ... 39
3.5Langkah Penelitian ... 30
3.6Prosedur Pengujian ... 41
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ... 43
4.1Perhitungan Aliran Air Pada Pompa Hidram ... 43
4.1.1Kapasitas Aktual Pada Pipa Pemasukan ... 43
4.1.2Kecepatan Aliran Dalam Pipa Pemasukan ... 44
4.1.3Kapasitas Untuk Pipa Keluaran ... 46
4.1.4Kecepatan Aliran pada Pipa Keluaran ... 48
4.2Faktor Kerugian ... 49
4.2.1 Kerugian head mayor (mayor losses) dalam pipa pemasukan...49
4.2.2 Kerugian head minor ( minor losses ) dalam pipa pemasukan...53
4.2.3 Kerugian head mayor ( mayor losses ) dalam pipa keluaran...55
4.2.4 Kerugian head minor ( minor losses ) dalam pipa keluaran...58
4.3Besar gaya yang terjadi pada pompa hidram ... 60
4.4Menghitung energi yang dibangkitkan oleh pompa hidram akibat palu air ... 68
4.5Mengitung peningkatan tekanan akibat palu air... ...70
4.6Menghitung daya pompa ... 74
4.7Efisiensi pompa hidram ... 76
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 82
5.1Kesimpulan ... 82
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Perbandingan tinggi tekanan input dan tekanan output......8
Gambar 2.2. Korelasi antara debit input dan debit output pompa hidram.... 8
Gambar 2.3. Jenis-jenis Desain Katup Limbah... 9
Gambar 2.4. Bagian – Bagian Katup Limbah.... 10
Gambar 2.5. Instalasi Pengujian Pompa Hidram... 12
Gambar 2.6 Siklus Pemompaan Pompa Hidram... 13
Gambar 2.7. Instalasi Pengujian Pompa Hidram... 16
Gambar 2.8 Aliran Fluida Melalui Pipa yang Diameternya Berubah-ubah... 22
Gambar 3.1 Prototype pompa hidram... 24
Gambar 3.2 Badan Pompa... 25
Gambar 3.3 Katup Limbah... 25
Gambar 3.4 Badan Katup Limbah... 26
Gambar 3.5 As Katup Limbah... 26
Gambar 3.6 O - Ring... 27
Gambar 3.7 Plat Katup... 27
Gambar 3.8 Mur... 28
Gambar 3.9 Beban katup limbah...28
Gambar 3.10 Katup Hantar... 29
Gambar 3.11 Tabung Udara... 29
Gambar 3.12 Bak penyuplai... 30
Gambar 3.13 Bak penampung... 30
Gambar 3.14 Pompa Sirkulasi... 31
Gambar 3.15 Landasan Pompa... 32
Gambar 3.17 flow meter 2 inci... 33
Gambar 3.18 flow meter 1 inci... 34
Gambar 3.19 Stopwatch... 34
Gambar 3.20 Meteran ukur... 35
Gambar 3.21 Mistar Ukur... 36
Gambar 3.22. Timbangan digital ...36
Gambar 3.23 Skema penelitian pompa hidram...38
Gambar 3.24.Susunan alat ukur... 39
Gambar 3.25 Flowchart proses pengerjaan tugas akhir... 42
Gambar 4.1 Grafik kapasitas aktual pipa pemasukan vs beban katup limbah... 44
Gambar 4.2 Grafik kecepatan aliran pipa vs beban katup limbah... 46
Gambar 4.3 Grafik kapasitas pipa keluaran vs beban katup limbah... 47
Gambar 4.4 Grafik kecepatan aliran pipa keluaran vs beban katup limbah... 49
Gambar 4.5 Grafik Bilangan Reynold pipa masuk vs beban katup limbah... 51
Gambar 4.6 Grafik head losses mayor (hf) vs beban katup limbah... 53
Gambar 4.7 Grafik head losses minor (hm) vs beban katup limbah... 55
Gambar 4.8 grafik head losses mayor vs beban katup limbah... 58
Gambar 4.9 grafik head losses minor vs beban katup limbah... 60
Gambar 4.10 Grafik gaya pada pipa masuk saat katup tertutup vs beban katup limbah... 62
Gambar 4.11 Grafik gaya pada tabung udara vs beban katup limbah... 63
Gambar 4.12 Grafik gaya max pada tabung udara vs beban katup limbah... 65
Gambar 4.13 Grafik gaya pada pipa keluaran vs beban katup limbah... 66
Gambar 4.14 Grafik gaya pada pipa masuk saat katup terbuka vs beban katup limbah... 68
Gambar 4.16 Grafik kenaikan head tekanan vs beban katup limbah... 72
Gambar 4.17 Grafik kenaikan head tekanan secara gradual vs beban katup limbah... 74
Gambar 4.18 Daya pompa vs beban katup limbah... 75
Gambar 4.20 Grafik efisiensi D’Aubuisson vs beban katup limbah... 77
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Kapasitas aktual untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan head supply 3,3 meter.……….……43 Tabel 4.2 Kecepatan aliran pipa masuk untuk variasi beban katup limbah dan
tabung udara dengan head supply 3,3Meter………...………45 Tabel 4.3 Kapasitas pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tabung
udara dengan head supply 3,3 meter……….…..……….47 Tabel 4.4 Kecepatan pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tabung
udara dengan head supply 3,3 meter...……...………48 Tabel 4.5 Bilangan Re untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara
dengan head supply 3,3 meter...………..………….50 Tabel 4.6 Head losses mayor untuk variasi beban katup limbah dan tabung
udara dengan Head supply 3,3 meter……...……….…..52 Tabel 4.7 Koefisien kerugian pada pipa pemasukan…………..……….54
Tabel 4.8 Head losses minor untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter...………...54 Tabel 4.9 Bilangan Re pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan
Tabung udara...………..……….56 Tabel 4.10 head losses mayor pipa keluaran untuk variasi beban katup
limbah dan tabung udara ...………...57 Tabel 4.11 Koefisien kerugian untuk pipa discharge……….………59
Tabel 4.12 head losses minor pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah dan tinggi tabung udara ...………...……….59 Tabel 4.13 Besar gaya pada pipa masuk saat katup menutup untuk variasi
beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply
Tabel 4.14 Besar gaya pada tabung udara untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter ...……….……63 Tabel 4.15 Besar gaya maximum pada tabung udara untuk variasi beban katup
limbah dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter.……….64 Tabel 4.16 Besar gaya pada pipa keluaran untuk variasi beban katup limbah
dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter .... ………....66 Tabel 4.17 Besar gaya pada pipa masuk saat katup terbuka untuk variasi
beban katup limbah dan tabung udara dengan Head supply
3,3 meter ....……...67 Tabel 4.18 Besar energi untuk variasi beban katup limbah dan tabung
udara dengan Head supply 3,3 meter ………...…...……...69 Tabel 4.19 Besar ΔHp untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara
dengan Head supply 3,3 meter ...…..………..72 Tabel 4.20 Besar Δh untuk variasi beban katup limbah dan tabung udara
dengan Head supply 3,3 meter ..………...………73 Tabel 4.21 Besar gaya pada tabung udara untuk variasi beban katup limbah
dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter ..……...………..75 Tabel 4.22 efisiensi menurut D’ Aubuisson untuk variasi beban katup limbah
dan tabung udara dengan Head supply 3,3 meter ...………76 Tabel 4.23 efisiensi menurut Rankine untuk variasi beban katup limbah
DAFTAR SIMBOL
Luas penampang katup limbah
Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams
m2
c Kecepatan gelombang suara dalam fluida m/s
d1 d2
Diameter pipa masuk Diameter pipa discharge
M
Energi kinetik dalam aliran pipa masuk Energi potensial
Modulus bulk untuk air
Joule Joule 2,07 x 109
N/m² f Faktor gesekan bahan pipa
F Gaya fluida yang mengalir N
P0 Tekanan pada tiitk 0 (tekanan atmosfer) Bar
P1 P1 Max
Tekanan pada tabung Tekanan Maksimum tabung
P2 Tekanan pada pipa keluaran Bar
debit air yang keluar melalui katup limbah debit air yang keluar melalui katup limbah
m3/s m3/s
Re Bilangan Reynold M
S Panjang langkah katup limbah M
t v V
Waktu penutupan katup limbah Viskositas kinematik fluida Volume air
Volume tabung udara 2 Volume tabung udara 3
m3 m3
v2 Kecepatan aliran pada pipa keluaran m/s
v0 Kecepatan aliran pada titik 0 m/s
v1 Kecepatan aliran sebelum katup menutup m/s
v2 Kecepatan aliran sesudah katup menutup m/s
v3 Kecepatan aliran pada katup buang m/s
Z0 Ketinggian titik 0 dari datum M
Z3 𝜖𝜖
ketinggian titik 3 dari datum Kekasaran pipa
m
𝛾𝛾 Berat jenis air KN/m3
𝜌𝜌 𝜇𝜇
Massa jenis air
Viskositas dinamis fluida
Kg/m3 N s/m2
𝜂𝜂
𝐴𝐴 efisiensi hidram menurut D’Aubuisson %𝜂𝜂
𝑅𝑅 efisiensi hidram menurut Rankine %ΔHp Kenaikan head tekanan M
