PENGGUNAAN POMPA SENTRIFUGAL IMPELER SEMI TERBUKA SEBAGAI TURBIN AIR DENGAN VARIASI DEBIT

(1)

PENGGUNAAN POMPA SENTRIFUGAL IMPELER

SEMI TERBUKA SEBAGAI TURBIN AIR DENGAN

VARIASI DEBIT

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh :

Nama : Purnomo NIM : 035214004

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

(2)

USAGE OF SEMI OPEN IMPELLER CENTRIFUGAL

PUMPS AS WATER TURBINE WITH

DEBIT VARIATION

FINAL PROJECT

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

in Mechanical Engineering

By

Purnomo

Student Number: 035214004

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, Februari 2007

Penulis

Purnomo

(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 “Penggunaan Pompa Sentrifugal Impeler Semi Terbuka sebagai

Turbin Air dengan Variasi Debir“. 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

sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan

bimbingan dan pengarahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. YB. Lukiyanto, M.T. dan Ir. Rines, M.T. selaku dosen penguji atas

segala masukan berupa kritik dan saran demi kesempurnaan Tugas akhir ini.

4. Bapak D. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing

akademik.

(7)

5. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama

penulis kuliah di Universitas Sanata Dharma.

6. Para karyawan dan laboran Laboratorium Proses Produksi dan Laboratorium

Prestasi Mesin (Mas intan, Mas Rony) yang telah banyak membantu selama

penelitian ini.

7. Kedua orang tua dan keluarga penulis atas segala dukungan dan doanya.

8. Jeanne Esvandiary yang selalu memberi semangat, dukungan, kasih sayang

dan doa yang tulus kepada penulis. Thank’s for all.

9. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberi bantuan dalam penyelesaian

Tugas Akhir ini : Galih Permadi Siwi, Bernardo Dwi Windrato, Yosafat

Trihardi, Fo sin, Antonius Aan Arianto, Antonius Dwi Putranto.

10. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah

membantu dan memberi masukan selama penyelesaian Tugas Akhir ini.

Semoga Tuhan melimpahkan berkat dan rahmatNya atas segala kebaikan

dan ketulusan yang telah diberikan.

Penulis menyadari masih banyak kekuranagan dalam penulisan Tugas

Akhir. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran demi

penyempurnaan Tugas akhir ini. Akhirnya besar harapan penulis semoga Tugas

Akhir ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan bermanfaat

bagi orang banyak.

Yogyakarta, Januari 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 ... xi

DAFTAR TABEL... xii

DAFTAR LAMPIRAN... xiii

INTISARI ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 2

BAB II DASAR TEORI ... 3

2.1 Tinjauan Pustaka ... 3

2.2 Landasan Teori... 3

2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya... 4

2.2.2 Persamaan Bernoulli... 4

2.2.3 Pompa Sentrifugal ... 5

2.2.4 Pengertian Impeler ... 7

2.2.4.1 Jenis Impeler ... 8

(9)

2.2.5 Pompa sebagai Turbin ...11

2.2.5.1 Keuntungan Pompa sebagai Turbin ...11

2.2.5.2 Kerugian Pompa sebagai Turbin...12

2.2.6 Daya yang dihasilkan Turbin...13

2.2.7 Rem Blok Tunggal ...13

BAB III METODE PENELITIAN...15

3.1 Sarana Penelitian...15

3.1.1 Peralatan Penelitian...16

3.2 Jalannya Penelitian...18

3.2.1 Persiapan ...18

3.2.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian...20

3.3 Persamaan yang Digunakan ...21

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...24

4.1 Data Penelitian ...24

4.1.1 Data pada Sarana Penelitian...24

4.1.2 Data Hasil Penelitian...25

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ...26

4.2.1 Perhitungan untuk Variasi Debit Pertama...26

4.2.2 Perhitungan untuk Variasi Debit Kedua ...29

4.2.3 Perhitungan untuk Variasi Debit Ketiga ...32

4.2.4 Perhitungan Efisiensi Turbin ...36

4.3 Pembahasan...36

(10)

BAB V PENUTUP...38

5.1 Kesimpulan...38

5.2 Saran ...38

DAFTAR PUSTAKA ...40

LAMPIRAN ...41

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pompa Sentrifugal ...5

Gambar 2.2 Bagan Aliran Fluida di dalam Pompa Sentrifugal ...6

Gambar 2.3 Impeler Tertutup...8

Gambar 2.4 Impeler Semi Terbuka...9

Gambar 2.5 Impeler Terbuka ...10

Gambar 2.6 Rem Blok Tunggal ...14

Gambar 3.1 Rumah pompa dan impeler yang digunakan dalam penelitian ( dalam satuan mm )...15

Gambar 3.2 Skema Peralatan Penelitian ...16

Gambar 4.1 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Pertama ...28

Gambar 4.2 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Kedua ...31

Gambar 4.3 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Ketiga...34

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Pout dengan Putaran untuk tiap variasi Debit...35

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Pout dengan Debit...35

Gambar 4.6 Grafik Hasil Perhitungan Efisiensi Turbin...36

Gambar L.1 Contoh-contoh Impeler ...41

Gambar L.2 Dimensi Mekanisme Pengereman ...43

Gambar L.3 Foto Pompa yang digunakan sebagai Turbin...44

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Variasi Debit ...24

Tabel 4.2 Data Variasi Debit Pertama...25

Tabel 4.3 Data Variasi Debit Kedua ...25

Tabel 4.4 Data Variasi Debit Ketiga ...26

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Pertama...28

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Kedua ...31

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Ketiga ...34

Tabel 4.8 Perhitungan Efisiensi Turbin ...36

Tabel L.1 Koefisien Gesek ...42

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

1. Gambar L1 Contoh-contoh Impeler.

2. Tabel L1 Koefisien gesek.

3. Gambar L2 Dimensi Mekanisme Pengereman.

4. Gambar L3 Foto Pompa yang digunakan sebagai Turbin.

5. Gambar Pompa Sentrifugal dengan Impeler Semi Terbuka yang digunakan

sebagai Turbin.

(14)

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan menyelidiki pengaruh

variasi debit terhadap prestasi pompa sentrifugal impeler semi terbuka sebagai

turbin air.

Dalam penelitian ini, pompa yang digunakan sebagai turbin adalah

pompa sentrifugal dengan impeler semi terbuka, dimana pompa ini merupakan

pompa sirkulasi yang biasa digunakan pada kendaraan truk. Rumah pompa dan

impeler yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari bahan besi cor. Impeler

yang digunakan berdiameter 84 mm dengan tebal 19 mm dan memiliki jumlah

sudu sebanyak 6 sudu. Penelitian dilakukan dengan cara menggerakkan impeler

dengan daya masukan air dan dihitung daya keluaran serta efisiensinya.

Dari penelitian pompa sentrifugal dengan impeler semi terbuka yang

difungsikan sebagai turbin ini diperoleh efisiensi tertinggi sebesar η_T =0,02053

%, dicapai pada debit air masuk = 0,00146 m •

V 3/detik dan pada head H =45,5 m.

(15)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Energi merupakan salah satu kebutuhan primer manusia untuk melakukan

berbagai aktivitas dan memiliki peranan yang sangat penting dan strategis dalam

kehidupan manusia. Sejak terjadinya krisis energi yang melanda dunia, termasuk

yang melanda negara berkembang seperti Indonesia, banyak orang mulai

memusatkan perhatiannya untuk mendapatkan cara mengubah suatu bentuk energi

ke bentuk energi lain yang dapat digunakan untuk kepentingan manusia. Dengan

demikian manusia tak perlu hanya bergantung pada energi fosil yang berbentuk

gas bumi, minyak bumi, dan batu bara yang saat ini merupakan energi yang paling

banyak digunakan dalam kehidupan.

Untuk mengatasi krisis energi yang terjadi adalah dengan mencari sumber

energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang saat ini mulai dikembangkan

adalah memanfaatkan tenaga air untuk menghasilkan energi listrik. Tenaga air

merupakan sumber energi yang tersedia secara terus menerus, dan juga

merupakan energi yang sangat bersih. Selain itu penggunaan tenaga air dapat

memberikan kontribusi yang berarti dalam penghematan sumber energi. Di negara

berkembang seperti Indonesia, air memegang peranan yang sangat penting

terutama pada daerah pedesaaan. Tetapi dalam prakteknya, potensi tenaga air

yang ada di daerah pedesaan belum dimanfaatkan secara optimal.

(16)

2

Salah satu faktor yang membatasi perkembangan pemanfaatan tenaga air ini,

adalah besarnya biaya investasi awal yang diperlukan. Penggunaan pompa sebagai

turbin dapat menjadi suatu alternatif untuk mengatasi besarnya biaya tersebut,

karena pompa telah diproduksi secara massal dan banyak tersedia di pasaran,

selain itu pompa yang digunakan sebagai turbin dapat berasal dari rongsokan

pompa (dengan sedikit dilakukan rekondisi). Cara kerja dari pompa sebagai turbin

ini sama dengan turbin yang ada pada umumnya, perbedaaannya adalah teknologi

pompa sebagai turbin ini tidak bisa memanfaatkan air yang tersedia secara efisien,

tetapi teknologi ini memiliki keuntungan salah satunya yaitu mudah diaplikasikan

oleh masyarakat luas.

1.2 Tujuan Penelitian

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengamati pengaruh variasi debit

dalam prestasi kerja pompa sentrifugal sebagai turbin dan mencari efisiensi

terbaik dari variasi debit tersebut.

Hasil penelitian ini diharapkan akan memberikan kontribusi dalam

memperluas pengetahuan tenaga air atau hydropower, terutama dalam teknologi

(17)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Untuk kasus pada penelitian ini, penulis belum menemukannya dalam

artikel, jurnal, maupun pada buku-buku yang lengkap dan terperinci mengenai

penggunaan pompa sebagai turbin. Hal ini menyebabkan kesulitan dalam

melakukan perbandingan terhadap hasil penelitian.

Jurnal yang dapat dijadikan pembanding, walaupun kurang teperinci adalah

tentang penggunaan pompa sebagai turbin adalah Project report – Huai Kra Thing

Micro-hydro project oleh Chris Greacen dan artikel pompa sentrifugal sebagai

turbin dengan performansi hasil pengujian laboratorium untuk pembangkit mikro

hidro. Dalam project report ditulis tentang laporan penggunaan pompa sebagai

turbin untuk membangkitkan listrik Dilaporkan bahwa listrik yang dibangkitkan

dapat mencapai 1,6 kW, dengan masukan head 20 m dan debit 10 liter/detik, yang

jika dikalkulasi maka efisiensi yang terjadi sebesar 81 %. Sedangkan pada artikel

pompa sentrifugal sebagai turbin dengan performansi hasil pengujian

laboratorium untuk pembangkit mikro hidro dituliskan bahwa daya terbesar pada

putaran 1000 rpm adalah 25 kW dengan efisiensi 75%.

2.2 Landasan Teori

Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar

roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai-sungai dan di

(18)

4

pegunungan-pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam 2

golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan

rendah.

2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya

Kaidah energi menyatakan bahwa suatu bentuk energi akan dapat diubah

menjadi bentuk energi yang lain. Air yang mengalir mengandung energi dan

energi tersebut tersebut dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi

potensial (tekanan) ke dalam energi kinetis (kecepatan), atau sebaliknya.

Arti selanjutnya dari dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air

dalam alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air

akan diubah menjadi bentuk energi yang lain. Aliran air pada suatu standar

ketinggian tertentu mempunyai bentuk-bentuk energi sebagai berikut:

Energi tempat m⋅g⋅z dalam kg⋅ m₂ ⋅m=Nm

2.2.2 Persamaan Bernoulli

Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian z

antara tinggi air atas dan tinggi air bawah, maka menurut Bernoulli, besar energi

aliran tersebut adalah:

Persamaan energi

(19)

5

Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1 kg untuk

diperhitungkan, hal ini dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg.

Karena dibagi m akan didapat:

Persamaan spesifik energi tan

2

Kemudian dibagi lagi dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah

satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ketinggian:

Persamaan ketinggian tan

2

Dengan: z adalah ketinggian statis,

g p

⋅

ρ dinamakan tinggi tekanan dan g c

2

dinamakan tinggi kecepatan.

2.2.3 Pompa Sentrifugal

Dalam bentuk yang paling sederhana, pompa sentrifugal terdiri dari

sebuah kipas (impeler) yang dapat berputar dalam sebuah rumah pompa.

Gambar 2.1 Pompa Sentrifugal

(20)

6

Prinsip pompa sentrifugal :

Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.2, mempunyai

sebuah impeler (baling-baling) untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih

rendah ke tempat yang lebih tinggi.

Gambar 2.2 Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal ( Sumber : Sularso, Pompa dan Kompresor, hal 4 )

Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler

di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeler, oleh dorongan

sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari

tengah impeler keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekanan

zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah besar

karena zat cair mengalami percepatan. Zat cair yang keluar dari impeler

ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) di sekeliling impeler dan

disalurkan ke luar pompa melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head

kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.

Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga

(21)

7

berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar pompa disebut head

total pompa.

Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi

mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang

mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial

pada zat cair yang mengalir secara kontinyu.

2.2.4 Pengertian Impeler

Impeler adalah salah satu elemen terpenting dari pompa sentrifugal yang

berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya

menjadi bertambah besar. Jika impeler berputar, maka zat cair yang ada dalam

impeler didorong oleh sudu-sudu (blade) dan akhirnya fluida ikut berputar.

Karena timbul gaya sentrifugal dari sudu-sudu impeler maka zat cair mengalir dari

tengah impeler keluar melalui saluran diantara sudu-sudu. Dan tekanan zat cair

menjadi lebih tinggi, demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena

zat cair mengalami percepatan.

Impeler biasanya dicor dalam satu kesatuan dan terbuat dari besi cor atau

brons. Untuk cairan-cairan khusus, impeler dapat dibuat dari bahan tahan karat,

timah hitam, kaca, atau bahan-bahan yang sesuai dengan kebutuhan.

Impeler biasanya dipasang pada poros dengan suaian (fit) tekan ringan,

dipasak, dan dikunci dengan baik pada tempatnya. Sesudah merakit bagian-bagian

(22)

8

Untuk mendapakan efisiensi yang tinggi, permukaan impeler haruslah dibuat

sehalus mungkin, baik di dalam laluan sudu maupun pada bagian luar impeler

tersebut. Tebal dinding dan sudu haruslah dibuat setipis mungkin sepanjang

praktek pengecoran tidak terganggu.

2.2.4.1 Jenis Impeler 1. Impeler tertutup

Pada jenis ini, sudu-sudu terkurung antara dua buah dinding dan merupakan

satu kesatuan dengan kedua dinding. Jenis ini di gunakan untuk zat cair bersih.

Gambar 2.3 Impeler Tertutup

(23)

9

2. Impeler semi terbuka

Impeler ini terbuka di sebelah sisi masuk. Impeler berputar sepanjang dinding

rumah pompa dengan ruang main yang sempit (0 sampai 0,2 mm). Efisiensi

lebih rendah dibanding impeler terutup. Digunakan untuk zat cair yang

mengandung sedikit kotoran seperti pasir, atau untuk zat cair yang bersifat

mengauskan dan slurry (bubur).

Gambar 2.4 Impeler Semi Terbuka

(24)

10

3. Impeler terbuka

Jenis impeler ini, bagian dinding masuk dan belakang ditiadakan. Bagian

dinding hanya disisakan untuk penguat sudu. Efisiensi lebih rendah dari

impeler semi terbuka. Digunakan untuk zat cair yang banyak mengandung

kotoran.

Gambar 2.5 Impeler terbuka

(25)

11

2.2.5 Pompa sebagai Turbin

Pompa dengan sepenuhnya dapat dibalik sistem kerjanya dan dapat

dijalankan secara efektif sebagai turbin. Pompa standar tidak dengan sengaja

dirancang untuk beroperasi seperti turbin. Meskipun performa dari pompa

sebagai turbin dan turbin konvensional tidak sama, tetapi penggunaan pompa

sebagai turbin untuk pembangkit listrik tenaga kecil sudah banyak digunakan,

karena memiliki keuntungan tersendiri. Perbedaan performa pompa sebagai turbin

dan turbin konvensional antara lain jumlah aliran maksimal dan besarnya head

lebih baik pada turbin konvensional daripada yang ada pada pompa sebagai

turbin. Hal ini mungkin disebabkan karena adanya rugi-rugi yang ada pompa

tersebut. Aplikasi pompa sebagai turbin ini dapat dipakai langsung untuk

menggerakan mesin-mesin pada bidang pertanian seperti pabrik tepung terigu dan

pengilingan beras atau dapat menjadi penggerak generator listrik. Pada umumnya

tidak ada perubahan design atau modifikasi yang perlu dibuat untuk menjalankan

pompa sebagai turbin. Yang perlu dilakukan adalah pemilihan pompa yang akan

dijadikan turbin, dasar pemilihannya adalah pemakaian head tertinggi dan daya

keluaran dari pompa yang akan dipakai sebagai turbin. Kecepatan putar turbin

(pompa sebagai turbin) haruslah dibawah dari kecepatan maksimum pompa.

2.2.5.1 Keuntungan Pompa sebagai Turbin

Keuntungan penggunaan pompa sebagai turbin yang mendasar adalah

biaya yang dikeluarkan lebih rendah dibanding biaya pembuatan turbin

konvensional, karena pompa telah diproduksi secara massal dan banyak tersedia

(26)

12

rongsokan pompa (dengan sedikit dilakukan rekondisi). Keuntungan lainnya

antara lain :

Secara konstruksi

Tidak adanya suatu alat tambahan untuk mengendalikan aliran dirasakan sebagai

suatu kelemahan, tetapi memberikan keuntungan yaitu bangunan konstruksinya

menjadi lebih kokoh dan lebih sederhana.

Spare parts

Spare parts siap tersedia karena pabrikan pompa banyak menawarkan jasa setelah

penjualan atau ( after-sales services) hampir diseluruh dunia.

Perawatan

Tidak diperlukan keterampilan atau peralatan khusus dalam perawatan pompa

sebagai turbin.

2.2.5.2 Kerugian Pompa sebagai Turbin

Tidak adanya alat kendali aliran merupakan kerugian tersediri dari

penggunaan pompa sebagai turbin. Kerugian lainnya adalah efisiensi yang

dihasilkan pompa sebagai turbin lebih rendah dari efisiensi yang dihasilkan oleh

turbin konvensional dan juga pompa sebagai turbin tidak cocok digunakan pada

(27)

13

2.2.6 Daya yang dihasilkan Turbin

Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh •

V Hdapat diperoleh daya yang

dihasilkan turbin:

T

g percepatan gravitasi (m/detik2)

=

Rem blok yang paling sederhana terdiri dari satu blok rem yang ditekan

terhadap drum rem, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 2.6. Biasanya pada

blok rem tersebut pada permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan

gesek yang dapat diganti bila telah aus. Dalam Gambar 2.6, jika gaya tekan blok

terhadap drum adalah Q (kg), koefisien gesek adalah μ dan gaya gesek yang

ditimbulkan pada rem adalah f (kg), maka

Q f =μ⋅

Momen T yang diserap oleh drum rem adalah

(

D 2

f

(28)

14

Gambar 2.6 Rem blok tunggal

( Sumber : Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, hal 78 )

Jika panjang tuas rem adalah , jarak engsel tuas sampai garis kerja Q

adalah dan gaya yang diberikan pada tuas adalah dan jika engsel menjauhi

gaya kerja dengan jarak c dalam arah sumbu poros, maka untuk arah putaran

berlawanan dengan jarum jam.

1 l

2

l F

f

1 2

l c l f F

μ μ

(29)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Sarana Penelitian

Sarana atau materi penelitian adalah pompa sirkulasi dengan jenis impeler

semi terbuka. Pompa model ini biasa digunakan sebagai pompa sirkulasi pada

jenis kendaraan truk.

Gambar 3.1 Rumah pompa dan impeler yang digunakan dalam penelitian

(dalam satuan mm)

(30)

16

3.1.1 Peralatan penelitian

Skema dari peralatan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Neraca pegas

Turbin

Pressure gauge

Alat pengereman

Selang air

Pengukur debit Landasan

Kran air

Gambar 3.2 Skema peralatan penelitian

Peralatan penelitian ini dapat dikelompokkan sebagai berikut :

a. Piranti pengereman

Alat pengereman digunakan untuk membebani putaran poros, sehingga

dapat diukur torsinya. Alat pengereman yang digunakan berupa rem blok

tunggal dengan bahan rem kayu dan drum rem yang merupakan poros

keluaran turbin.

b. Neraca pegas

Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengereman pada poros

(31)

17

dapat dibaca sebesar 0,01 kg. Neraca pegas dipasang pada tuas rem bagian

atas.

c. Tachometer

Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros keluaran turbin.

Tachometer yang digunakan merupakan tachometer berjenis digital light

tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk

membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (alumunium foil) yang

dipasang pada poros.

d. Pressure gauge

Pressure gauge merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tekanan

yang terjadi di pipa air keluaran. Pressure gauge yang digunakan adalah

pressure gauge yang umum dipakai untuk mengukur tekanan udara

kompresor dengan skala minimum yang dapat dibaca sebesar 0,1 kg/cm2.

e. Ember pengukur debit

Pengukur debit digunakan untuk mengukur debit air yang dilewatkan di

turbin. Pengukur debit merupakan gabungan dua alat yaitu alat pengukur

volume yang berupa ember bervolume 20 liter dan alat pengukur waktu

berupa stopwatch.

f. Kran pengatur variasi debit

Pengatur variasi debit berupa kran air yang dipasang pada saluran air

(32)

18

3.2 Jalannya Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan

tahap pelaksanaan penelitian

3.2.1 Persiapan a. Percobaan Awal

Percobaan awal pertama dilakukan adalah mengukur tekanan air yang

akan dipakai sebagai sumber energi untuk memutar poros turbin dengan

menggunakan pressure gauge. Pada pengukuran tekanan ini digunakan

pressure gauge untuk mengukur udara sehingga pada pengukuran ini

jangan sampai air masuk ke dalam pressure gauge. Untuk menghindari

masuknya air ke dalam pressure gauge, digunakan selang sebagai

penghubung pipa saluran air dengan pressure gauge. Pada pengukuran

tekanan ini juga dipastikan bahwa selang tidak bocor, sehingga pembacaan

pressure gauge dapat dilakukan dengan baik. Setelah pressure gauge

terpasang pada selang yang sudah terhubung pada pipa saluran air, kran air

dibuka perlahan-lahan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh bukaan

kran terhadap pencapaian tekanan maksimum, ternyata tekanan maksimum

tercapai pada bukaan kran sekitar 25%.

Percobaan awal kedua dilakukan dengan kembali mengukur tekanan

untuk mengetahui penurunan tekanan yang terjadi pada tiap waktu. Hal ini

dilakukan untuk memastikan tekanan air yang terjadi, karena saluran air

yang digunakan untuk masukan turbin merupakan saluran air kampus yang

(33)

19

dilakukan pada siang hari dimana kegiatan kampus masih berjalan, pada

pengukuran tekanan air yang dilakukan pada siang hari ini didapatkan

tekanan yang tidak stabil, hal ini dibuktikan dengan putaran turbin sering

naik turun dalam bukaan kran yang tetap, setelah diukur ternyata terjadi

fluktuasi tekanan air yang berkisar antara 1-2 kg/cm2. Fluktuasi yang

terjadi ini terlalu besar sehingga sangat berpengaruh pada hasil

pengamatan yang mengasumsikan tekanan air adalah tetap. Sehingga

penulis berinisiatif untuk melakukan pengukuran tekanan air pada malam

hari dimana kegiatan kampus tidak berjalan. Pada pengukuran malam hari

yang dilakukan beberapa kali ternyata tekanan air pada malam hari adalah

cenderung tetap.

b. Persiapan Pendahuluan

Peralatan dirangkai terlebih dahulu. Turbin yang akan dicoba dirangkai

dengan alat pengereman, neraca pegas diikatkan pada tuas pengeraman.

Alat pengukur disiapkan, alumunium foil direkatkan pada poros keluaran

turbin sebagai sensor yang akan dibaca oleh tachometer. Selang air

dipasang pada saluran masuk dan keluar turbin. Selang yang dipasang

pada saluran keluaran turbin diarahkan pada ember pengukur debit. Selang

yang dipasang pada saluran masukan turbin dipasang pada pipa air sumber

yang sudah memiliki kran.

Setelah peralatan terpasang dan dipastikan tidak ada kebocoran air pada

(34)

20

Hal ini dilakukan agar turbin benar-benar sudah terisi air, jangan sampai

ada udara yang terjebak diantara saluran maupun sudu turbin.

3.2.2 Tahap pelaksanaan penelitian

(1) Pengukuran tekanan air dilakukan pada awal dan akhir penelitian, hal ini

dilakukan untuk mengetahui rata-rata tekanan air yang terjadi.

(2) Pengukuran debit air. Pengukuran debit dilakukan dengan mengisi ember

bervolume 20 liter dan diukur waktunya dengan stopwatch. Lama waktu

yang diperlukan untuk mengisi ember bervolume 20 liter ini dicatat,

kemudian dikonversi untuk mendapatkan debit air

(3) Pengukuran putaran poros turbin. Pengukuran putaran poros dilakukan

pada saat poros turbin tanpa beban, beban penuh dan variasi 5 beban. Pada

saat poros turbin berputar tanpa beban diukur putaran porosnya dengan

tachometer, kemudian turbin diberi beban pada rem sampai tidak dapat

berputar, dimana beban maksimum yang terbaca pada neraca pegas dibagi

6 untuk variasi beban turbin. Kemudian rem diberi variasi beban pertama

sehingga membebani turbin dan putaran poros diukur dengan tachometer.

Selanjutnya variasi beban ditambah dan putaran poros diukur lagi.

(4) Penelitian diulangi kembali untuk variasi debit yang lain, dimana

pengukuran dilakukan dengan cara yang sama. Pada penelitian ini variasi

debit yang dilakukan penulis sebanyak 3x.

(35)

21

3.3 Persamaan yang digunakan

Persamaan-persamaan yang digunakan pada saat pengolahan dan

perhitungan data antara lain:

a. Persamaan untuk menghitung daya air (P_in)

• Konversi satuan tekanan pressure gauge (p(kg/cm2)) menjadi head

(H(m))

= tekanan pressure gauge rata-rata (kg/cm

p 2)

ρ = massa jenis air (kg/m3)

• Konversi satuan waktu untuk mencapai 20 liter ( (detik/20liter) menjadi

debit ( (m

q = waktu untuk mencapai 20 liter (detik)

• Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:

(36)

22

g = percepatan gravitasi (m/detik2)

H = head total air (m)

b. Persamaan untuk menghitung daya turbin (Pout)

y Menghitung gaya gesek yang ditimbulkan rem ( f )

Persamaan yang digunakan untuk menghitung gesek yang ditimbulkan rem

adalah:

Persamaan yang digunakan untuk menghitung torsi adalah:

(37)

23

y Menghitung daya turbin (P_out)

Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya turbin adalah:

n

c. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin (η_T)

Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah:

(38)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

4.1.1 Data pada sarana penelitian

Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah sebagai berikut:

a. Air

• tekanan pressure gauge

awal : p₁ = 4,5 kg/cm2

akhir : p₂ = 4,6 kg/cm2

• massa jenis air : ρ = 1000 kg/m3

Tabel 4.1 Variasi debit

No q (detik/20liter) _V• _(m3

/detik)

1 14,85 0,00135

2 14,01 0,00143

3 13,74 0,00146

b. Mekanisme pengereman ( dimensi dapat dilihat pada lampiran )

panjang tuas rem : = 413 mm l₁

jarak engsel tuas sampai garis kerja : l₂ = 111 mm

diameter drum rem : D = 16 mm

koefisien gesek : μ = 0,2 (logam dengan kayu, kering)

jarak engsel ke titik pengereman : = 15 mm c

(39)

25

4.1.2 Data hasil penelitian a. Data variasi debit pertama

Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit pertama

adalah sebagai berikut:

Tabel 4.2 Data variasi debit pertama

Variasi debit 1 ( ) = 0,00135 m

b. Data variasi debit kedua

Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit kedua

Tabel 4.3 Data variasi debit kedua

(40)

26

c. Data variasi debit ketiga

Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit ketiga

Tabel 4.4 Data variasi debit ketiga

Variasi debit 3 ( ) = 0,00146 m

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data

•

V = 0,00135 m3/detik 4.2.1 Perhitungan untuk variasi debit pertama

a. Perhitungan daya air (Pin)

Dengan menggunakan (Pers. 3.1), maka diperoleh head :

(41)

27

Dengan menggunakan (Pers. 3.2), maka diperoleh debit air :

1000

Dengan menggunakan (Pers. 3.3), maka diperoleh daya air :

H

b. Perhitungan daya turbin

Dengan menggunakan (Pers. 3.4), maka diperoleh gaya gesek yang

ditimbulkan rem :

c

Dengan menggunakan (Pers. 3.5), maka diperoleh torsi poros :

(42)

28

Dengan menggunakan (Pers. 3.6), maka diperoleh daya poros :

P_out T ×n c. Perhitungan efisiensi turbin

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Variasi Debit Pertama

No F (gram) n (rpm) F (kg) f (kg) T(kg mm) Pout (W)

Putaran (rpm )

(43)

29

Gambar 4.1 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada variasi debit 1

Dari hasil perhitungan dan grafik didapatkan bahwa daya keluaran terbesar

Pout = 0,0884 W, daya inilah yang dipakai sebagai daya poros pada saat

variasi pertama.

Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 3.7), maka diperoleh efisiensi

turbin : 4.2.2 Perhitungan untuk variasi debit kedua

a. Perhitungan daya air (Pin)

ρ

(44)

30

H

ditimbulkan rem :

c

2

(45)

31

= 0,0617 W

c. Perhitungan efisiensi turbin

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Variasi Debit Kedua

Putaran (rpm )

D

(46)

32

turbin :

4.2.3 Perhitungan untuk variasi debit ketiga •

V = 0,00146 m3/detik a. Perhitungan daya air

ρ

(47)

33

H

ditimbulkan rem :

c

2

(48)

34

c. Perhitungan efisiensi turbin

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Variasi Debit Ketiga

Putaran (rpm )

D

Gambar 4.3 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada variasi debit 3

(49)

35

turbin :

) _{Debit 1 (0,00135 m3/detik)}

Debit 2 (0,00143 m3/detik) Debit 3 (0,00146 m3/detik)

Gambar 4.4 Grafik hubungan Pout dengan putaran untuk tiap variasi debit

0.00

0.00134 0.00136 0.00138 0.00140 0.00142 0.00144 0.00146 0.00148

Debit (m3/detik

(50)

36

4.2.4 Perhitungan efisiensi turbin

Tabel 4.8 Perhitungan Efisiensi Turbin

Pin (W) Pout (W) ηT(%)

601 0,0884 0,0147 637 0,114 0,0179

649 0,133 0,02053

0.00134 0.00136 0.00138 0.00140 0.00142 0.00144 0.00146 0.00148

Debit (m3/detik)

Gambar 4.6 Grafik hasil perhitungan efisiensi turbin

4.3 Pembahasan

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

a) Dari grafik daya keluaran dengan putaran untuk berbagi variasi debit

menunjukkan bahwa kenaikan daya keluaran sebanding dengan kenaikan

debit air masuk

b) Dari grafik hubungan Pout dengan debit, menunjukkan bahwa kenaikan

daya keluaran sebanding dengan kenaikan debit air masuk

c) Dari grafik hasil perhitungan efisiensi turbin, menunjukkan bahwa

(51)

37

d) Dari grafik hasil perhitungan efisiensi turbin, juga dapat di lihat bahwa

kurva efisiensi masih naik. Hal ini menunjukkan efisiensi turbin masih

belum dalam keadaan maksimum.

e) Efisiensi turbin maksimum (η_T) dari penelitian ini adalah 0,02053 %

pada debit air masuk ( ) = 0,00146 m •

(52)

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang dilakukan mengenai prestasi pompa sentrifugal

sebagai turbin air dengan variasi debit air masuk, penulis dapat menyimpulkan :

(1) Kenaikan daya keluaran sebanding dengan kenaikan debit air masuk

(2) Kenaikan efisiensi turbin sebanding dengan kenaikan debit air masuk

(3) Dari debit yang tersedia, dapat diketahui bahwa didapatkan efisiensi

=

T

η 0,02053 %, pada debit air masuk ( ) = 0,00146 m •

V 3/detik dan pada

head (H) = 45,5 m.

(4) Pompa yang digunakan sebagai turbin pada penelitian ini tidak cocok

untuk penggunaan debit air masuk yang kecil.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang

ingin mengembangkan penelitian pada bidang sejenis dengan penelitian ini, antara

lain :

1. Menyediakan rentang debit yang luas, sehingga apabila melakukan penelitian

pengaruh variasi debit terhadap efisiensi turbin, nantinya akan menghasilkan

efisiensi maksimum dari rentang debit yang luas.

2. Meneliti pengaruh jenis impeler dan bahan impeler terhadap efisiensi pompa

sebagai turbin untuk jenis pompa, rumah volut, diameter drum rem, head, dan

debit yang sama.

(53)

39

3. Meneliti pengaruh bentuk rumah volut terhadap efisiensi pompa yang

digunakan sebagai turbin untuk jenis impeler, bahan impeler, diameter drum

rem, head, dan debit yang sama.

4. Melakukan penelitian dengan menggunakan piranti pengereman dan bahan

sepatu rem yang sama untuk beberapa jenis pompa yang digunakan sebagai

turbin untuk mendapatkan perbandingan hasil penelitian yang lebih baik.

5. Mencari dan meneliti jenis-jenis pompa yang lain dengan berbagai ukuran

(54)

40

DAFTAR PUSTAKA

Hicks dan Edwards., Teknologi Pemakaian Pompa, cetakan ke-1, Penerbit

Erlangga, Jakarta, 1996

Miller Franklin Jr, College Physics, Harcourt, Brace and Company, New York,

1959

Sriyono, D.; Dietzel Fritz., Turbin, Pompa, dan Kompresor, cetakan ke-4,

Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993.

Sularso.; Suga Kiyokatsu, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin,

cetakan ke-11, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 2004

Sularso.; Tahara Haruo, Pompa & Kompresor, cetakan ke-8, PT. Pradnya

(55)

41

(56)

42

Tabel L.1 Koefisien gesek

(57)

43

c = 15 m m

D = 16 m m

l2

=

1

m

l1

=

4

1

3

m

(58)

44

(59)