UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER DIAMETER 1,25 INCI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LITER/MENIT
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh:
OKTAVIANUS DADANG RISTIYANTO NIM: 175214011
HALAMAN JUDUL
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2021
THE PERFORMANCE OF AIRLIFT PUMP WITH 1.25 INCH DIAMETER OF RISER PIPE USING 60 LITER / MINUTE AERATOR
FINAL PROJECTE
Presented as Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Engineering Degree
In Mechanical Engineering
Arranged by:
OKTAVIANUS DADANG RISTIYANTO Student Number: 175214011
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2021
v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:
UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER DIAMETER 1,25 INCI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LITER/MENIT
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 dicantumkan dalam Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 30 Agustus 2021 Penulis,
Oktavianus Dadang Ristiyanto 175214011
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Oktavianus Dadang Ristiyanto Nomer Mahasiswa : 175214011
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul:
UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER DIAMETER 1,25 INCI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LITER/MENIT
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.
Yogyakarta, 30 Agustus 2021 Penulis
Oktavianus Dadang Ristiyanto 175214011
vii ABSTRAK
Ikan memerlukan kualitas air yang baik dan didalamnya terdapat kandungan oksigen serta tingkat (pH) air baik. Berbagai cara dapat dilakukan untuk mengolah air agar kualitas air yang baik. Salah satu cara untuk mengolah air adalah dengan sistem pengaliran air menggunakan airlift pump. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh rasio terendam, dan letak nosel terhadap debit air dan efisiensi yang di hasilkan.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan menggunakan pipa terendam 100 cm, dan ketinggian pipa tidak terendam 15 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm, dan 75 cm. Penelitian ini menggunakan pipa riser dengan ukuran diameter 1,25 inci, dan menggunakan pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci sebagai variasi letak nosel injeksi. Sumber udara yang digunakan adalah aerator 60 liter/menit dengan tekanan 0,02 MPa. Variabel yang divariasikan (1) Rasio terendam, (2) Letak nosel injeksi.
Hasil dari penelitian ini, menunjukan dengan memperbesar rasio terendam akan meningkatkan debit air yang dihasilkan airlift pump. Debit air terbesar diperoleh pada rasio terendam 86,9% sebesar 21,09 liter/menit pada nosel pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci. Memperbesar rasio terendam juga meningkatkan nilai efisiensi yang dihasilkan airlift pump. Nilai efisiensi optimal terjadi pada rasio terendam 76,9% dengan letak nosel pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci yaitu 4,67%. Unjuk kerja debit air dan efisiensi pada airlift pump terbaik diperoleh pada pola aliran slug.
Kata kunci: airlift pump, debit air, efisiensi, letak nosel injeksi, pola aliran, rasio terendam.
viii ABSTRACT
Fish needs good water quality that contains oxygen and good water (pH) levels in it. Various ways can be done to process the water to make good quality water. One of the ways to process the water is to use a water flow system using an airlift pump. The purpose of this study was to determine the effect of the submerged ratio and the location of the nozzle on the water discharge and the efficiency produced.
This study used an experimental method using a 100 cm submerged pipe and the height of the non-submerged pipe was 15 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm, and 75 cm. This study used a riser pipe with a diameter of 1.25-inch and used a 2 ร 1.25-inch reducer socket pipe as a variation of the injection nozzleโs location.
The air source used was a 60 liter/minute aerator with 0.02 MPa pressure.
Variables vary (1) Submerged ratio, (2) Location of injection nozzles.
The results of this study showed that by increasing the submerged ratio, the discharge of water produced by the airlift pump will increase. The largest water discharge was obtained at 86.9% submerged ratio, in the amount of 21.09 liters/minute on a 2 ร 1.25-inch reducer socket pipe nozzle. Enlarging the submerged ratio will increase the efficiency value of the airlift pump. The optimal efficiency value occurs at a 76.9% submerged ratio and the location of 2 ร 1.25-inch pipe nozzle reducer socket is 4.67%. The performance of water discharge and the efficiency of the best airlift pump is obtained at the slug flow pattern.
Keywords: airlift pump, water discharge, efficiency, injection nozzle location, flow pattern, submerged ratio.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat, dan kasihnya yang berlimpah Ia berikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian, dan penulisan naskah Skripsi yang berjudul:
โUNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER DIAMETER 1,25 INCI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LITER/MENITโ
Penulisan skripsi ini dilakukan sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta untuk mendapat gelar Sarjana Teknik. Dalam penyusunan Skripsi ini penulis tidak lepas dari doa, bantuan dan bimbingan berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
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. Franiciscus Xaverius Sugiyanto dan Friska Imaculata Titik Marjuti sebagai orang tua penulis yang telah mendukung penulis dengan memberikan mendampingi serta doa, perhatian, semangat, dorongan, dan motivasi hidup.
x
6. Noorbertus Juni Frandiyanto dan Vincensia Niarum Anggraeni sebagai saudara penulis yang dengan penuh perhatian memberikan perhatian, semangat, dan dukungan kepada penulis.
7. Teman-teman Pompa Dan Komresor 2020 yang pernah berdinamika dengan saya.
8. Seluruh teman dekat yang selalu menemani dan berjuang sama, Andre Stikmen, Bayu Kecil, Biliyarta Gigih, Boni Gareng, Cahyo, Danu, Didik, Gaga, Fajar, Jepri, Kenken, Nino, Radit, Timus, Tepo Wakhid, Wems, dan Yanze.
9. Segenap Paido Gank yang selalu mewarnai dan berjuang bersama selama perkuliahan.
10. Segenap teman-teman angkatan 2017 dan keluarga besar Teknik Mesin yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.
11. Segenap dosen, dan laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah membagikan pengalaman, dan ilmu yang berharga selama perkuliahan.
12. 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 kami sebutkan satu per satu.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Maka dari itu, kritik dan saran yang membangun dari pembaca sangat diharapkan demi penyempurnaan penyusunan ini selanjutnya. Semoga naskah ini dapat menambah informasi pembaca dan membawa kemajuan di bidang teknologi.
Yogyakarta, 30 Agustus 2021
Oktavianus Dadang ristiyanto 175214011
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang... 1
Identifikasi Masalah ... 3
Rumusan Masalah ... 3
Tujuan Penelitian ... 3
Batasan Masalah ... 4
Manfaat Penelitian ... 4
BAB IITINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Penelitian sebelumnya ... 5
2.2 Landasan Teori ... 6
2.1.1. Pompa ... 6
2.1.2. Airlift pump ... 7
2.1.3. Pola Aliran ... 8
xii
2.1.4. Gaya Apung ... 9
2.1.5. Efisiensi Airlift pump ... 10
2.1.6. Rasio Terendam ... 11
2.1.7. Debit Air ... 11
BAB IIIMETODE PENELITIAN ... 12
3.1. Skema Objek Penelitian dan Spesifikasi Alat ... 12
3.2. Variasi penelitian ... 16
3.3. Lokasi Penelitian ... 16
3.4. Alur Penelitian ... 17
3.5. Alat dan Bahan ... 18
3.5.1 Alat yang digunakan penelitian ... 18
3.5.2 Alat ukur yang digunakan ... 18
3.5.3 Bahan yang digunakan ... 19
3.6. Proses Pembuatan ... 20
3.7. Langkah Penelitian ... 21
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN... 23
4.1 Data Penelitian... 23
4.2 Hasil Perhitungan ... 28
4.3 Pembahasan ... 31
4.3.1 Hubungan rasio terendam terhadap debit air dan efisiensi yang dihasilkan airlift pump. ... 31
4.3.2 Hubungan penambahan pipa reducer shocket terhadap debit air dan efisiensi yang dihasilkan pada airlift pump. ... 33
BAB VKESIMPULAN ... 35
5.1 Kesimpulan ... 35
xiii
DAFTAR PUSTAKA ... 36
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Hasil penelitian letak nosel pada pipa 1,25 inci. ... 23 Tabel 4. 2 Hasil penelitian Letak nosel pada pipa Reducer soket 2 ร 1,25 inci. .. 24 Tabel 4. 3 Data Penelitian Hasil Pengamatan Pola Aliran yang terbentuk. ... 27 Tabel 4. 4 Data Hasil Perhitungan Debit Air Dan Evisiensi. ... 30
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Prinsip Kerja Airlift Pump (P. Hanafizadeh & Ghorbani., 2012). ... 7
Gambar 2. 2 Pola Aliran (P. Hanafizadeh & Ghorbani, 2012). ... 8
Gambar 2. 3 Gaya Apung ... 10
Gambar 3. 1 Sketsa Airlift Pump ... 12
Gambar 3. 2 Pipa Suplay Air Berdiameter 4 Inci ... 13
Gambar 3. 3 Letak Nosel Injeksi ... 14
Gambar 3. 4 Pipa Akrilik Transpsran ... 14
Gambar 3. 5 Pipa Variasi Ketinggian ... 15
Gambar 3. 6 Aerator ... 15
Gambar 3. 7 Sekema alur penelitian ... 17
Gambar 4. 1 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 86.9%. ... 24
Gambar 4. 2 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 76.9% ... 25
Gambar 4. 3 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 68,9% ... 25
Gambar 4. 4 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 62.5% ... 26
Gambar 4. 5 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 57.1% ... 26
Gambar 4. 6 Grafik Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air... 31
Gambar 4. 7 Grafik Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi. ... 32
Gambar 4. 8 Pengaruh Penambahan Pipa Reducer socket Terhadap Debit Air Yang Dihasilkan. ... 33
Gambar 4. 9 Pengaruh Penambahan Pipa Reducer socket Terhadap Efisiensi ... 34
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang
Air merupakan sumber kebutuhan utama untuk kelangsungan hidup terutama bagi manusia, hewan, dan tumbuhan. Air dikelola kemudian dikonsumsi secara langsung setiap hari untuk: air minum, mandi, mencuci, pengairan lahan sawah pertanian, kolam perikanan, peternakan, industri dan kebutuhan lainnya. Indonesia memiliki dua musim yaitu kemarau dan hujan.
Ketika musin kemarau terjadi krisis air sehingga segala aktivitas diberbagai aspek yang memerlukan air seperti kolam perikanan akan mengalami kesulitan.
Tersedianya air untuk memenuhi kebutuhan kolam perikanan sangat banyak sehingga air harus diolah agar dapat digunakan kembali.
Ikan memerlukan kualitas air yang baik dan di dalamnya terdapat kandungan oksigen serta tingkat (pH) air yang baik. Standar (pH) air netral (murni) yaitu 7-8.5 jika pH dibawah 7 (4-6) akan cenderung asam sedangkan pH diatas 7 (8.5-9) akan cenderung basa (Ardian dkk, 2012). Endapan atau kotoran sisa makanan ikan sehingga mempengaruhi kualitas air. Ikan akan mengalami setres yang disebabkan oleh penurunan kadar oksigen, dan (pH) air. (Astria dkk, 2013). Air harus diolah kembali dan akan disirkulasi supaya air dapat digunakan kembali sesuai kebutuhan kolam perikanan. Berbagai cara dapat dilakukan untuk mengolah air salah satunya adalah dengan menggunakan pompa. Salah satu cara untuk mengolah air adalah dengan sistem pengaliran air menggunakan airlift pump.
Airlift pump merupakan suatu rangkaian alat yang digunakan untuk memindahkan air dan air campuran (berlumpur) dari suatu tempat ke tempat titik yang lain. System kerja airlift pump melalui media pipa dengan cara menginjeksikan udara pada saluran bawah pipa rerendam. Tekanan udara dari aerator akan mendorong air bergerak ke atas menuju arah yang sama melewati pipa riser. Airlift pump memiliki keunggulan yaitu konstruksi yang sangat sederhana tidak memerlukan perawatan berkala. Keuntungan dari airlift pump
adalah biaya rendah dan keandalan yang lebih tinggi dalam beberapa aplikasi, seperti menaikan cairan yang korosif, abrasif, dan berpasir padat. Airlift pump memiliki kekurangan yaitu efisiensi yang dihasilkan masih sangat rendah dari pompa air diesel (Khalil dkk., 1999).
Studi teoritis dan eksperimental pada penelitian sebelumnya menyatakan bahwa debit air dan efisiensi yang dihasilkan airlift pump cukup rendah Kassab dkk, (2009). Untuk memperbaiki efisiensi airlift pump perlu dilakukan rekayasa pada sistem perpipaan dan megatur kapasitas aliran udara yang akan diinjeksikan (Makhsud. A., 2008).
Identifikasi Masalah
Identifikasi masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Pengaruh rasio terendam terhadap debit air, dan efisiensi yang dihasilkan pada airlift pump.
2. Pengaruh letak nosel pada pipa 1,25 inci dan penambahan pipa reducer soket 2 ร 1,25 inci terhadap debit air dan efisiensi yang dihasilkan airlift pump.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang dikaji dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh variasi rasio terendam terhadap debit air, dan efisiensi yang dihasilkan pada airlift pump?
2. Bagaimana pengaruh penambahan nosel pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci terhadap debit air, dan efisiensi yang dihasilkan airlift pump?
3. Bagaimana bentuk pola aliran dari setiap varisasi pada airlift pump?
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh variasi rasio terendam terhadap debit air, dan efisiensi yang dihasilkan pada airlift pump.
2. Mengetahui pengaruh penambahan letak nosel reducer socket 2 ร 1,25 inci terhadap debit air, dan efisiensi yang dihasilkan.
3. Mengetahui bentuk pola aliran dari setiap variasi pada airlift pump.
Batasan Masalah
Agar topik penelitian tidak meluas, dalam penelitian ini penulis membuat batasan-batasan yaitu:
1. Penempatan nosel injeksi udara pada pipa reducer socket 2 ร 1,25 dan pada pipa 1,25 inci.
2. Debit udara output aerator yang di gunakan 60 liter/menit dan tekanan udara 0,02 MPa.
3. Pipa riser yang di gunakan berdiameter 1,25 inci.
4. Rasio terendam yang digunakan 86,90%, 76,90%, 68,90%, 62,50%, dan 57,10%.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini yaitu:
1. Dapat digunakan sebagai sumber informasi untuk masyarakat dalam pengembangan mengenai kinerja airlift pump.
2. Dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu pengetahuan tentang airlift pump.
3. Menambah kepustakaan di bidang pompa khususnya airlift pump.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian sebelumnya
Abou Taleb & Al-jarrah, (2017) melakukan penelitian tentang Airlift pump yang bertujuan menaikan fluida dari sumur melalui pipa vertikal. Sebagian dari ketinggian pipa vertikal tersebut terendam oleh air dan sebagian tidak. Pada bagian pipa yang terendam, udara dikompesi dan dimasukkan pada bagian bawah pipa airlift pump. Selain pipa sebagai media perantara untuk menaikkan fluida, bisa juga menggunakan selang, bambu dan benda lain yang berbentuk silinder.
Tighzert Dkk., (2013) melakukan penelitian yang bertujuan untuk mencari pengaruh rasio terendam, laju aliran masa gas pada aliran massa cairan yang diinduksi, efisiensi pada Airlift pump. Melakukan percobaan dengan memberi delapan variasi rasio terendam dan percobaan dilakukan dengan menggunakan pipa riser transparan yang digunakan panjang 3,1 m dan diameter dalam 33 mm.
Penelitian tersebut menghasilkan beberapa kesimpulan dantara lain adalah: (a) Jarak tertinggi rasio terendam untuk penggunaan sistem airlift pump adalah antara 0,4 dan 0,75. (b) Efisiensi pompa akan meningkat seiring dengan meningkatnya rasio terendam dengan efisiensi maksimum pada rasio 0,75.
Terdapat beberapa jenis airlift pump, salah satu yang paling mudah dan cepat dari segi pembuatan serta penggunaanya adalah airlift pump dengan kompressor sebagai pendorong fluida (Kassab dkk, 2009). Akan tetapi airlift pump jenis ini memiliki kekurangan dari segi efisiensinya. Salah satu penyebab rendahnya efisiensi airlift pump adalah debit air yang dihasilkan rendah. Oleh karena itu dilakukan berbagai penelitian dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi dari airlift pump
Gajanan K. Awari Dkk., (2007) pada penelitiannya diketahui bahwa meningkatkan rasio terendam juga akan meningkatkan efisiensi pompa. Untuk efisiensi maksimum pada airlift pump juga mempengaruhi pola aliran, pola aliran yang baik yaitu slug. (Gajanan K. Awari Dkk., 2004) menunjukan bahwa parameter geometri yang paling relevan adalah diameter pipa riser.
2.2 Landasan Teori 2.1.1. Pompa
Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida cair dari suatu tempat ketempat yang lain. Fluida mengalir melalui pipa PVC dengan cara menambahkan system perpompaan pada fluida. Fluida cair dapat berpindah dari suatu tempat rendah ketempat yang tinggi. Pompa mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga mekanis menjadi tenaga gerak kinetis. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk hisap (suction) dengan bagian keluar tekan (discharge).
Prinsip kerja dari pompa yaitu memberi perbedaan tekanan antara bagian hisap dan bagian tekan sumber energi listrik. Pada umumnya pompa digerakan dengan (motor listrik, motor bensin atau diesel ataupun blower) untuk memindahkan fluida kerja. Penggunaan pompa biasanya berdasarkan pada sifat dan karakteristik zat cair yang akan dipompa. Pompa tersebut digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan, atau ketinggian.
Diketahui bahwa fluida akan mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang lebih rendah, tetapi jika sebaliknya untuk menaikan cairan menggunakan pompa sehingga cairan tersebut dapat mengalir dari suatu tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan tinggi.
Pompa memiliki kegunaan yang utama:
a. Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari sumur sumber air bawah tanah ke tangki penyimpan air).
b. Mensirkulsi air pada kolam perikanan.
c. Mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan).
2.1.2. Airlift pump
Airlift pump merupakan alat sederhana yang digunakan untuk mengangkat fluida ataupun campuran fluida dan partikel padat dengan menggunakan injeksi udara sebagai sumber pendorong fluida. Cara kerja Airlift pump adalah dengan menginjeksikan udara ke bagian bawah pipa terendam riser untuk sumber tenaga pendorong air ke tempat bak penampungan. Umumnya airlift pump menggunakan penggerak aerator, komperesor, dan blower sebagai sumber injeksi udara.
Gambar 2. 1 Prinsip Kerja Airlift Pump (P. Hanafizadeh & Ghorbani., 2012).
Airlift pump bekerja dengan memanfaatkan efek gaya apung dari udara. Ketika udara diinjeksikan di bagian bawah pipa riser yang terendam, maka akan terjadi gelembung-gelembung udara didalam pipa mendorong air untuk mengalirkan keatas output pipa. Perbedaan tekanan dari titik nosel injeksi udara dengan titik keluar air pada alirlift pump (P. Hanafizadeh & Ghorbani., 2012).
Prinsip kerja dari airlift pump dengan memanfaatkan tekanan udara dari aerator dengan kecepatan tertentu mengalir melalui pipa udara, kemudian bergerak mendorong air yang berada dalam pipa supplay air. Ketika udara diijeksikan dari aerator bagian bawah pipa riser menjadi bentuk gelembung udara untuk mendorong air yang berada dalam bak penampungan air terdorong naik ke atas
melalui pipa riser, kemudian air mengalir bersama dengan gelembung-gelembung udara hingga keluar pada bak penampungan.
Keuntungan dari airlift pump adalah pompa yang dapat diandalkan. Prinsip yang sangat sederhana airlift pump hanya memerlukan udara yang diinjeksikan dengan tekanan yang lebih tinggi dari cairan yang dipompa. Cairan yang dipompa tidak bersentuhan dengan elemen mekanis apapun jadi airlift pump bisa digunakan dalam sumur air pasir.
Kekurangan dari airlift pump adalah efisiensi yang dihasilkan sangat rendah dibandingkan pompa air umumnya. Sistem pompa airlift pump ini hanya cocok jika digunakan untuk ketinggian yang relatif rendah. Selain itu airlift pump memiliki daya hisap yang terbatas.
2.1.3. Pola Aliran
Udara yang diinjeksikan ke pipa riser terendam air akan membentuk pola aliran dua fase (gas dan fliuda cair). Terdapat empat jenis pola aliran pada saluran vertikal yaitu Bubbly, slug, churn, dan annular (P. Hanafizadeh & Ghorbani, 2012).
Gambar 2. 2 Pola Aliran (P. Hanafizadeh & Ghorbani, 2012).
a. Aliran bubbly: Terdapat gelembung udara yang bentuk bulat dengan ukuran seragam dan menyebar secara merata dalam pipa (aliran gelembung).
b. Aliran slug: Terdapat gelembung udara yang memiliki bentuk peluru berukuran setara dengan diameter pipa riser dan memiliki panjang yang bervariasi dan terdapat gelembung kecil yang mengikutinya (aluran peluru).
c. Aliran churn: Terdapat gelembung udara besar seperti piston yang terpecah karena ketidak seragaman aliran udara. Slug besar yang rusak akan membentuk aliran churn. Sifat dari rezim aliran churn bersifat sementara dan berosilasi karena ketidakteraturan aliran udara (aliran kocok).
d. Aliran annular: Terdapat lapisan tipis pada dinding saluran pipa dan sebagian lagi berupa tetesan yang terdistribusi dalam gas yang mengalir pada bagian tengah pipa (aliran cincin).
2.1.4. Gaya Apung
Gaya apung adalah gaya angkat ke atas yang diberikan oleh fluida yang melawan berat benda yang sebagian atau seluruhnya tenggelam. Gaya apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman yang berbeda. Tekanan fluida meningkat dengan kedalaman semakin dalam fluida (cair), semakin besar tekanan fluida. Ketika suatu benda ditempatkan dalam suatu fluida, maka akan terjadi perbedaan tekanan antara fluida di bagian atas benda dan fluida di bagian bawah benda.
Gaya apung juga berkaitan dengan rasio terendam pada airlift pump yang merupakan salah satu faktor terangkatnya campuran air dan udara pada pipa riser airlift pump. Tekanan di bagian bawah dalam pipa fluida lebih besar dari pada bagian atas pipa fluida. Begitu juga dengan tekanan di bagian bawah benda yang terendam fluida lebih besar daripada bagian atas benda tersebut. Perbedaan tekanan menghasilkan gaya ke atas pada benda. Besarnya gaya sebanding dengan perbedaan tekanan yang dihasilkan.
Menurut Archimedes, besar gaya apung pada suatu benda, sangat dipengaruhi oleh volume benda yang tercelup ke dalam air. Semakin besar volume benda yang tercelup semakin besar gaya apungnya. Skema gaya apung dapat dilihat pada Gambar 2.3
Gambar 2. 3 Gaya Apung
Jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis cairan, maka benda tersebut cenderung mengapung. Hal ini terjadi hanya dalam kerangka acuan non- inersia dengan medan gravitasi atau mengalami percepatan selain gaya gravitasi yang menentukan arah ke bawah. Pusat gaya apung suatu benda merupakan pusat massa dari volume fluida yang dipindahkan.
2.1.5. Efisiensi Airlift pump
Efisiensi airlift pump dapat dihitung dari rasio perendaman terhadap energi yang tersedia yang disebabkan oleh ekspansi isotermal udara dari tekanan injektor sampai ke tekanan atmosfer Dibawah ini merupakan persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi airlift pump menggunakan persamaan dari penelitian Nicklin (1963).
ษณ = ๐๐คร ๐ฟ๐ฟ ร ๐ ร ๐ ๐๐บร ๐๐ ร ln (๐๐๐
๐๐)ร 100% (1)
Keterangan:
Qw = Debit aliran air yang dihasilkan (lpm) ๐ฟL = Tinggi pengangkatan (m)
๐ = Massa jenis (kg/๐3) Benda
Gravitasi
Fluida
๐H = Debit aliran udara yang diinjeksikan (lpm) ๐a = Tekanan atmosfer (Pa)
๐in = Tekanan udara absolut yang diinjeksikan aerator (Pa) 2.1.6. Rasio Terendam
Parameter yang penting pada airlift pump adalah rasio terendam. Rasio terendam merupakan perbandingan panjang pipa yang terendam didalam air dengan Panjang pipa riser dari titik injeksi udara ke titik keluar fluida. Untuk menghitung rasio terendam dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut (Reinemann, D.J., 1987).
๐ผ =
๐ฟ๐๐ฟ๐
=
๐ฟ๐๐ฟ๐ +๐ฟ๐
ร 100% (2)
Keterangan:
๐ผ = Rasio terendam
๐ฟ๐ = Panjang pipa total dari titik injeksi ke titik keluar (m) ๐ฟ๐ = Tinggi submergence / tinggi bagian pipa terendam (m) ๐ฟ๐ฟ= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m)
2.1.7. Debit Air
Debit air merupakan banyaknya volume fluida yang melalui suatu penampang tiap satuan waktu, dengan rumus:
Q =
๐๐ก (3)
Keterangan:
Q = Debit aliran air yang dihasilkan (m3/s) V = Volume air (m3 )
t = Waktu (s)
METODE PENELITIAN 3.1. Skema Objek Penelitian dan Spesifikasi Alat
Penelitian ini menggunakan penggerak udara aerator dengan sepesifikasi debit udara 60 liter/ menit tekanan 0.02 MPa. Penelitian ini menggunakan lima variasi rasio terendam, dengan pipa tampung suplai air terendam 100 cm dengan berdiameter 4 inci. variasi letak nosel di pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci dan pipa 1,25 inci.
Gambar 3. 1 Sketsa Airlift Pump Keterangan:
1. Bak penampung air
2. Nosel injeksi pada pipa reducer socket 3. Nosel injeksi pada pipa 1,25 inci 4. Pipa bening
5. Pipa variasi ketinggian 6. Selang 3/8 inci
7. Aerator
berikut:
1. Pipa suplay air.
Pipa air pengganti bak penampung supply air yang konstan menggunakan diameter pipa 4 inci dengan panjang pipa 1meter untuk proses awal penelitian kerja airlift pump ke bak penampungan hasil proses airlift pump.
Gambar 3. 2 Pipa Suplay Air Berdiameter 4 Inci
2. Nosel injeksi pada shock pipa reducer soket 2 ร 1,25 inci, dan pipa 1.25 inci.
Nosel injeksi digunakan untuk saluran keluar udara dari aerator menuju dalam pipa. Pipa SSD (shock drat dalam) merupakan variasi nosel yang pertama. Pada pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci. Letak pipa SSD
Gambar 3. 3 Letak Nosel Injeksi 3. Nosel injeksi pipa 1.25 inci.
Nosel injeksi digunakan untuk saluran keluar udara dari aerator menuju dalam pipa. Pipa 1,25 inci merupkan variasi nosel yang kedua.
Letak nosel ijeksi dapat dilihat pada gambar 3.3 nomer dua nosel pada pipa 1.25 inci.
4. Pipa akrilik transparan
Pipa transparan ini terbuat dari bahan akrilik dengan ukuran diameter 1.25 inci dan dengan panjang 50 cm. Pipa tersebut digunakan untuk melihat bentuk pola aliran selama airlift pump bekerja.
Gambar 3. 4 Pipa Akrilik Transpsran
Nosel pada pipa 1,25 inci.
Nosel pada pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci.
2
1
Pipa variasi ketinggian digunakan untuk pengujian variasi rasio terendam dengan variasi 15 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm, dan 75 cm. Pipa yang digunakan bahan PVC (paralon).
Gambar 3. 5 Pipa Variasi Ketinggian 6. Selang udara.
Selang udara berguna untuk menyalurkan udara dari aerator ketempat nosel injeksi. Selang ini memiliki diameter 3/8 yang berbahan pvc.
7. Aerator
Aerator digunakan sebagai tenaga penggerak yang menghasilkan udara dan mengijeksikan udara untuk mendorong air dari pipa penyuplai ke bak hasil penampung air atas melalui pipa riser tube selama proses penelitian airlift pump.
Gambar 3. 6 Aerator
Sepesifikasi:
โข Daya : 32 Watt
โข Tekanan: 0.02 Mpa
โข Debit : 60 L/min
โข Volt: 220V/50 Hz
Pada penelitian ini terdapat dua jenis parameter yang aka divariasikan, antara lain:
1. Variasi rasio terendam 86,90%, 76,90%, 68,90%, 62,50%, dan 57,10%.
2. Variasi letak nosel, pada pipa lurus 1,25 inci dan pipa reducer soket 2 ร 1,25 inci.
3.3. Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan secara ekperimen di Laboratorium, Teknik Mesin, Kampus 3, Universitas Sanata Dharma, Jl. Paingan, Krodan, Maguwoharjo, Kec.
Depok, Kabupaten Sleman, Daerah Istimewa Yogyakarta.
Gambar 3. 7 Skema alur penelitian Mulai
Perencanaan Skema airlift pump
Persiapan Alat dan Bahan
Pembuatan airlift pump
Uji Coba
Pemilihan Variasi
Pengambilan Data
Melanjutkan Variasi
PPengolahan Data, Analisa Data, Pembahasan, Kesimpulan dan Saran
Selesai
Tidak
Ya
3.5. Alat dan Bahan
3.5.1 Alat yang digunakan penelitian
Peralatan yang dibutuhkan untuk membuat dan menyusun airlift pump dalam penelitian ini sebagai berukut:
1. Bor
Bor digunakan untuk membuat lubang peletakan nosel injeksi pada pipa.
2. Gerinda dan gergaji
Gerinda dan gergaji digunakan untuk memotong pipa yang digunakan untuk pembuatan airlift pump.
3. Gunting
Gunting digunakan untuk memotong klem dan TBA pipa.
4. Obeng (-)
Obeng digunakan untuk mengencangkan klem pada selang ke nosel dan aerator.
3.5.2 Alat ukur yang digunakan
Alat ukur untuk pengambilan data yang dibutuhkan di dalam penelitian airlift pump sebagai berikut:
1. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu saat pengambilan data debit air selama penelitian ini.
2. Penggaris segitiga
Penggaris segitiga digunakan untuk mengukur pipa yang akan dipotong.
3. Meteran
Meteran digunakan untuk mengukur panjang pipa dalam pembuatan airlift pump.
4. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume air yang dihasilkan dari airlift pump.
Bahan yang dibutuhkan untuk membuat dan menyusun airlift pump dalam penelitian ini sebagai berikut:
1. Selang digunakan untuk menyuplai air dan menyalurkan udara dari aerator ke nosel pipa terendam airlift pump.
2. Insulock digunakan untuk mengeklem selang.
3. Lem digunakan untuk mengelem penyambungan pipa supaya mengatasi kebocoran airlift pump.
4. Seal Tape digunakan untuk merapatkan shock ulir luar dan ulir dalam pada saat penyambungan pipa untuk mengatasi kebocoran.
5. Nipel digunakan untuk menyambung selang udara dengan nosel pada pipa riser.
6. Klem digunakan untuk mengeklem selang dan nipel untuk mengatasi kebocoran udara.
7. Pipa PVC yang digunakan memiliki diameter 4 inci, 2 inci, dan 1,25 inci.
8. Pipa transparan yang digunakan memiliki diameter 1,25 inci panjang 50 cm untuk melihat pola aliran.
9. Shock polos digunakan untuk menyambung pipa dengan variasi pipa riser berdiameter 1,25 inci.
10. Shock drat luar (SDL) yang digunakan berdiameter 2 inci.
11. Shock drat dalam (SDD) yang digunakan berdiameter 2 inci.
12. Reducer soket yang digunakan berdiameter 4 ร 2 inci dan 2 ร 1,25 inci.
13. Knie L yang digunakan berdiameter 4inci dan 2 inci.
14. Knie T yang digunakan berdiameter 1,25 inci.
3.6. Proses Pembuatan
Pembuatan airlift pump dilakukan sebagai berikut ini:
1. Buatlah rancangan gambar airlift pump beserta ukurannya.
2. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk membuat airlift pump.
3. Pipa paralon diukur dan dipotong sesuai ukuran yang ada disketsa yang berguna untuk bak penampungan suplay air.
4. Pipa berdiameter 4 inci dipotong dengan ukuran 130 cm untuk pipa penampungan dan 110 cm untuk bagian bawah.
5. Pipa diameter 4 inci dengan Panjang 130 cm ditambah dengan pipa 110 cm serta dilem dengan knie L setiap sudut siku kanan, dan kiri, gambar menggunakan 3.1.
6. Pipa reducer socket 4 ร 2 inci dipasang pada sisi kiri pada pipa diameter 4 inci di posisi pipa horizontal ukuran 110 cm kemudian pasang SDD, dan SDL diatasnya disambung pipa diameter 2 inci ukuran 8 cm.
7. Pasangkan pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci setelah pipa diameter 2 inci.
8. Pipa diameter 2 inci paralon diukur dan dipotong dengan ukuran 8 cm, Sedangkan pipa diameter 1,25 inci 50 cm.
9. Sambungkan pada pipa bening diameter 1,25 inci dengan panjang 50 cm, ke reducer soket 2 ร 1,25 inci dan pasang shock polos 1,25 ร 1,25 inci untuk menyambung pipa 1,25 inci diatasnya.
10. Pasanglah pipa diameter 1,25 inci panjang 50 cm setelah shock polos dan pipa bening dari titik nosel SDD maka ketinggian ditotal akan menjadi 100 cm setara dengan pipa penampungan supply air. Hal ini sebagai titik acuan untuk variasi rasio terendam.
11. Pipa penampungan supply air dilubangi pada ketinggian 100 cm dihitung dari sejajarnya dari nosel pada SDD ukuran 2 inci. Hal ini sebagai titik acuan nilai kostan rasio terendam.
12. Pipa penampungan supply air dilubangi pada ketinggian 100 cm dihitung dari sejajarnya dari nosel pada pipa reducer socket ukuran 2ร1,25 inci.
Hal ini sebagai titik acuan nilai kostan rasio terendam pada variasi penempatan nosel.
supaya tidak terjadi kebocoran.
14. Pipa shock drat dalam (SDD) ukuran 2 inci dilubangi sesuai lubang nosel, dan lubangi pada pipa reducer socket ukuran 2 x 1,25 inci dengan diameter 5ml sebagai tempat nosel injeksi udara dari aerator.
15. Pemasangan nosel injeksi menggunakan nipel ke lubang nosel pada pipa tersebut dilem menggunakan plastic steel supaya tidak ada kebocoran.
16. Mengukur dan memotong pipa diameter 1,25 inci untuk variasi ketinggian dengan ukuran 15 cm, 30 cm, 45cm, 60cm, dan 75 cm.
17. Pada bagian ujung variasi ketinggian rasio terendam pasang kenie T dan di hubungkan dengan pipa kenie L. Bagian kenie L diarahkan kebawah dan sambung pipa sampai bawah guna untuk pengambilan data debit air.
18. Selang aerator dipasang ke input nosel injeksi, dan diklem.
19. Percobaan airlift pump dan dipasang variasi ketinggian isi dengan air penuh dan pengecek kebocoran pada sambungan pipa.
3.7. Langkah Penelitian
Pengambilan data pada penelitian airlift pump ini didasarkan pada apa yang ditampilkan pada alat ukur yang digunakan pada penelitian ini. Langkah- langkah yang dilakukan dalam memperoleh data penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Komponen airlift pump dipasang seperti pada gambar 3.1
2. Hubungkan selang udara dari aerator ke arah pipa nosel injeksi pada sock drat luar.
3. Pasangkan pipa variasi ketinggian 1: 15 cm, 1: 30 cm, 1: 45 cm, 1: 60 cm, 1: 70 cm.
4. Pipa bak suplai air diisi air hingga penuh keluar dari lubang rasio terendam 1meter dan diatur supaya air yang keluar konstan selama pengambilan data.
5. Persiapkan gelas ukur air variasi ketinggian pipa, ember, dan stopwatch untuk pengukuran debit air.
7. Tunggulah sampai air keluar dari output variasi terendam menggunakan gelas ukur.
8. Setelah airlift pump bekerja dengan baik dan stabil maka dapat dilakukan pengambilan data hingga 10 kali percobaan.
9. Tampunglah air menggunakan gelas ukur pada output rasio terendam atas bersamaan dengan menyalakan stopwatch.
10. Tunggulah air yang keluar selama 1 menit.
11. Ukurlah debit air yang keluar dari pipa output setelah 1 menit menggunkan gelas ukur.
12. Lihat hasil berapa liter air yang keluar, dan catat hasil pengukuran.
13. Setiap variasi rasio terendam dilakukan pungukuran sebanyak 10 kali.
14. Merekam pola aliran yang terbentuk setiap pipa variasi rasio terendam pada pipa aklrilik.
15. Melakukan pengambilan data berulang dengan langkah tiga sampai dua belas pergantian variasi nosel injeksi pada shock reducer soket 2 ร 1,25 inci dan variasi rasio terendam.
16. Jika variasi rasio terendam sudah pengambilan data selesai, maka selang udara pindah ke variasi lubang shock reducer soket 2 ร 1,25 inci dengan proses pengambilan data seperti diatas.
17. Setelah pengambilan data selesai maka matikan aerator dan airlift pump diberesi untuk disimpan kembali.
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian
Pada penelitian ini, hasil pengambilan data ditampilkan pada Tabel 4.1 dan 4.2. Untuk menghasilkan data yang akurat, dilakukan pengambilan 10 kali kemudian diambil rata-ratanya pada nosel pipa 1,25 inci dan reducer socket 2 ร 1,25 inci dan rasio terendam. Penelitian dimulai dari rasio terendam yang paling yaitu 86,9%, dan diakhiri pada rasio terendam yang paling tinggi dengan persen paling rendah yaitu 57,1%. Pada rasio terendam yang lebih tinggi lagi maka air tidak akan keluar sehingga dicuk upkan penelitian hanya sampai di rasio terendam 57,1%. Debit terukur merupakan jumlah volume air yang keluar saat pengambilan data.
Data ke- Waktu (menit)
Letak Nosel Pada Pipa lurus 1,25 inci Rasio Terendam (%)
86.9 76.9 68.9 62.5 57.1
Debit Terukur (liter/menit)
1 1 20.30 16.70 9.25 3.75 0.75
2 1 20.50 17.50 10.00 3.75 0.65
3 1 20.50 17.80 9.50 3.50 0.70
4 1 20.10 17.00 9.30 3.80 0.65
5 1 20.30 17.70 9.50 3.75 0.70
6 1 20.20 16.50 9.00 3.70 0.80
7 1 23.30 18.00 9.20 3.50 0.85
8 1 21.10 17.00 9.50 4.00 0.70
9 1 22.50 17.70 10.00 3.80 0.65
10 1 22.10 18.00 9.70 3.50 0.75
Rata-rata 1 21.09 17.39 9.50 3.71 0.72
Tabel 4. 1 Hasil penelitian letak nosel pada pipa 1,25 inci.
Data ke- Waktu (menit)
Nosel Pada Pipa Reducer socket 2 ร 1,25 inci Rasio Terendam (%)
86.9 76.9 68.9 62.5 57.1
Debit Terukur (liter/menit)
1 1 19.30 16.00 9.40 5.00 0.45
2 1 19.20 16.10 9.70 4.80 0.40
3 1 19.00 16.50 9.60 4.60 0.45
4 1 19.50 16.90 9.90 4.70 0.35
5 1 19.30 16.20 9.80 4.70 0.45
6 1 19.20 15.50 10.20 4.60 0.35
7 1 19.30 16.00 9.80 4.70 0.40
8 1 19.40 16.30 9.60 5.00 0.35
9 1 19.20 15.90 10.00 4.80 0.40
10 1 19.00 16.70 9.80 4.70 0.45
Rata-rata 1 19.24 16.21 9.78 4.76 0.41
Selain itu dilakukan pengambilan data gambar pola aliran yang terbentuk pada syistem airlift pump yang bekerja berdasarkan variasi ketingian rasio terendam dan letak nosel. Dapat dilihat gambar 4.1 sampai 4.5 berikut ini:
Pipa 1,25 inci Pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci slug
slug
churn
Gambar 4. 1 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 86.9%.
Pipa 1,25 inci Pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci
Pipa 1,25 inci Pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci slug
churn churn
slug
slug slug
churn churn
Gambar 4. 2 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 76,9%
Gambar 4. 3 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 68,9%
Pipa 1,25 inci Pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci
Pipa 1,25 inci Pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci slug
slug
churn churn
churn
Gambar 4. 4 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 62,5%
Gambar 4. 5 Pola Aliran Pada Rasio Terendam 57,1%
pada rasio terendam tertingi 86,9% hingga rasio terendam 57,1%. Pada Tabel 4.3 ditampilkan pola aliran yang terbentuk dari letak nosel pada pipa 1,25 inci, dan pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci. Pengambilan data yang dilakukan dengan mengukur variasi 1 sampai 5 pada nosel pipa 1,25 inci, dan pipa reducer socket 2ร1,25 inci. Kemudian pada Tabel 4.3 yaitu hasil pengamatan pola-pola aliran yang terbentuk untuk setiap variasi ketinggian pipa riser berdasarkan gambar tersebut. Pola aliran slug merupakan pola aliran terbaik yang menghasilkan debit air dan nilai efisiensi yang tinggi, sedangkan pola alian bentuk setengah hancur yaitu churn, dan slug-churn yang kurang baik.
Tabel 4. 3 Data penelitian hasil pengamatan pola aliran yang terbentuk.
No. Rasio
Terendam LetakNosel Pola Aliran
1 86,9 % Pada Pipa 1.25 inci Slug
2 86,9% Pada Pipa Reducer soket 2 ร 1.25 inci Slug-Churn
3 76,9% Pada Pipa 1.25 inci Slug-Churn
4 76,9% Pada Pipa Reducer soket 2 ร 1.25 inci Slug-Churn
5 68,9% Pada Pipa 1.25 inci Slug-Churn
6 68,9% Pada Pipa Reducer soket 2 ร 1.25 inci Slug-Churn
7 62,5% Pada Pipa 1.25 inci churn
8 62,5% Pada Pipa Reducer soket 2 ร 1.25 inci Slug-Churn
9 57,1% Pada Pipa 1.25 inci Churn
10 57.1% Pada Pipa Reducer soket 2 ร 1.25 inci Slug
Berdasarkan data pada tabel 4.1 dan 4.2, dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan 1, 2, dan 3. Perhitungan dilakukan sebagai berikut:
a. Rasio terendam
Persentase rasio terendam dapat diketahui dengan membandingkan tinggi bagian pipa yang terendam dengan panjang total dibagi keseluruhan pipa dari titik injeksi ke titik dimana air dikeluarkan dikali 100%. Contoh perhitungan rasio terendam untuk rasio terendam 1 m: 1,75 m adalah sebagai berikut:
๐ผ =
๐ฟ๐๐ฟ๐ ร
100%
= 1
1,75ร 100%
= 57,1 %
b. Debit air yang dihasilkan (Qw)
Debit air yang dihasilkan dihitung berdasarkan jumlah volume air yang dihasilkan dibagi dengan waktu. Contoh perhitungan debit air yang dihasilkan pada rasio terendam 57,1% pada diameter nosel pada pipa 1,25 inci adalah sebagai berikut:
๐๐ = ๐ ๐ก
=
0,405 ๐๐๐ก๐๐ 60 ๐๐๐ก๐๐= 6,75 ๐ฅ10โ3 liter/detik
Untuk memudahkan pembacaan pada grafik pengaruh letak nosel injeksi terhadap debit air yang dihasilkan dengan satuan (liter/detik).
Kemudian debit air dikonversi satuannya menjadi m3/s yang dimasukkan untuk menghitung efisiensi. Debit air setelah dikonversikan sebesar 0,00000675 m3/ s = 0,00675 ร10-3 m3/s
c. Tinggi Pengangkatan (๐ฟ๐ฟ)
Tinggi pengangkatan merupakan selisih dari panjang total (LT) panjang keseluruhan pipa dikurangi dengan tinggi bagian pipa yang terendam dalam
berikut:
๐ฟ๐ฟ = ๐ฟ๐โ ๐ฟ๐
= 1.75 ๐ โ 1 ๐
= 0,75 ๐ d. Percepatan gravitasi (g)
Pada penelitian ini menggunakan percepatan grafitasi bumi sebesar 9,806 m/s2.
e. Debit udara yang diinjeksikan (Qg)
Pada penelitian debit udara aerator adalah 60 liter/menit. 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 1ร10-3 m/s.
f. Tekanan atmosfer (Pa)
Pada penelitian ini digunakan tekanan atmosfer sebesar 101325 Pascal.
g. Massa jenis air
Pada penelitian ini menggunakan masa jenis air sebesar 1000 kg/m3. h. Tekanan yang diinjeksikan (Pin)
Besar dari tekanan yang diinjeksikan bisa diketahui dari penjumlahan antara tekanan atmosfer dengan tekanan terukur atau tekanan gauge yang dihasilkan oleh aerator. Tekanan dapat diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk aerator. Besar dari tekanan injeksi dapat dihitung sebagai berikut:
๐๐๐ = ๐๐ + ๐๐๐ก๐
= (0,02 ๐๐๐ ร1๐ฅ10โ6๐๐
1 ๐๐๐ ) + 101325 ๐๐
= 121325๐๐
Perhitungan efisiensi dapat dilakukan sebagai berikut adalah contoh perhitungan efisiensi pada rasio terendam 57,1% dengan letak nosel injeksi pada pipa inci:
ษณ = ๐๐คร ๐ฟ๐ฟ ร ๐ ร ๐ ๐๐บร ๐๐ ร ln (๐๐๐
๐๐)ร 100%
= 6,75๐ฅ10โ6๐3/๐ ร 0,75 ๐ ร 1000 kg/ m3 ร 9,806 m/๐ 2 1๐ฅ10โ3๐3/๐ ร 101325 ๐๐ ร ln(121325๐๐
101325 ๐๐) ๐100%
= 0.27 %
Perhitungan dilakukan dengan cara yang sama untuk setiap variasi. Setelah selesai melakukan seluruh perhitungan maka data โ data hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.4
Tabel 4. 4 data hasil perhitungan debit air dan efisiensi.
No .
Rasio Terendam
(%)
LetakNosel Debit Air ร10-3 (m3/s)
Efisiensi (%)
1 86.9 Pada Pipa 1.25 inci 0.321 2.58
2 86.9 Pada Pipa Reducer shocket
2 ร 1.25 inci 0.352 2.83
3 76.9 Pada Pipa 1.25 inci 0.270 4.35
4 76.9 Pada Pipa Reducer shocket
2 ร 1.25 inci 0.290 4.67
5 68.9 Pada Pipa 1.25 inci 0.163 3.94
6 68.9 Pada Pipa Reducer shocket
2 ร 1.25 inci 0.158 3.83
7 62.5 Pada Pipa 1.25 inci 0.079 2.56
8 62.5 Pada Pipa Reducer shocket
2 ร 1.25 inci 0.062 1.99
9 57.1 Pada Pipa 1.25 inci 0.007 0.27
10 57.1 Pada Pipa Reducer shocket
2 ร 1.25 inci 0.012 0.48
Pembahasan ini, data-data diperoleh dari penelitian airlift pump akan dianalisis pada hubungan rasio terendam dan letak nosel terhadap debit air dan efisiensinya. Pada gambar grafik 4.6 hubungan rasio terendam terhadap debit air, dan gambar 4.7 hubungan rasio terendam terhadap efisiensi yang dihasilkan airlift pump. Sedangkan pada gambar 4.8 hubungan rasio terendam dengan penambahan reducer shocket terhadap debit air, dan gambar 4.9 hubungan rasio terendam dengan penambahan reducer shocket terhadap efisiensi yang dihasilkan airlift pump.
4.3.1 Hubungan rasio terendam terhadap debit air dan efisiensi yang dihasilkan airlift pump.
Gambar 4. 6 Grafik Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air.
Pada gambar 4.6 dapat diketahui grafik pengaruh rasio terendam terhadap debit air dari airlift pump. Dari grafik yang dihasilkan rasio terendam akan berbanding lurus dengan debit air dari setiap variasi. Semakin besar rasio terendam akan lebih banyak debit air yang dihasilkan. Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa debit air terbesar pada rasio terendam dengan ketinggian pipa 86,90% yaitu 19,24 liter/menit dan 21,09 liter/menit. Sedangkan rasio terendam terkecil terjadi pada rasio terendam 57,10% yaitu 0,41 liter/menit, dan 0,72
0 5 10 15 20 25
0 20 40 60 80 100
Debit (liter/memit)
Rasio Terendam
Nosel pipa 1.25 nosel pipa reducer socket 2 x 1.25
reducer shoket 2 ร 1,25 inci. Penelitian ini diketahui bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa memperbesar rasio terendam akan meningkatkan debit air yang dihasilkan. Hasil dari penelitian ini selaras dengan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh Khalil Dkk (1999).
Gambar 4. 7 Grafik Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi.
Pada gambar grafik 4.7 dapat diketahui grafik bahwa rasio terendam berpengaruh juga untuk peningkatan efisiensi dari airlift pump. Berdasarkan gambar grafik diatas semakin besar rasio terendam maka akan memperbesar efisiensi maksimal dengan satuan persen. Grafik diatas menjelaskan bahwa nilai efisinsi terbesar pada rasio terendam dengan nilai optimal pada rasio terendam 76,9% sebesar 4,35%, dan 4,67%. Sedangkan, untuk variasi rasio terendam yang lebih tinggi dari 76,9% seperti rasio terendam pada 86,9% akan mengalami penurunan 25,8%, dan 2,83%. Rasio terendam terkecil terjadi pada pipa 57,1%
sebesar 0,27%, dan 0,48%. Hal tersebut diperoleh pada nosel injeksi pipa 1,25 inci dan pipa reducer shoket 2 x 1,25 inci.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar juga efisiensi hingga ke nilai optimal yang dihasilkan oleh airlift
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 20 40 60 80 100
Efisisensi (%)
Rasio Terendam
nosel pipa reducer socket 2 x 1.25 Nosel pipa 1.25
efisiensi yang dihasilkan airlift pump. Hasil tersebut selaras dengan hasil penelitian sebelumya yang dilakukan oleh Khalil Dkk (1999), Awari Dkk (2007), dan Kassab Dkk (2009) bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar efisiensi pemompaan hingga mencapai nilai optimum.
4.3.2 Hubungan penambahan pipa reducer shocket terhadap debit air dan efisiensi yang dihasilkan pada airlift pump.
Gambar 4. 8 Pengaruh Penambahan Pipa Reducer socket Terhadap Debit Air Yang Dihasilkan.
Pada gambar grafik 4.8 merupakan pengaruh penambahan pipa reducer socket perbandingan rasio terendam terhadap debit air pada airlift pump. Dari gambar grafik ini dapat diketahui bahwa debit air mengalami kenaikan pada pipa 1,25 inci dengan nilai optimal ketinggian rasio terendam pada 62,50%, dan 68,90% sebesar 4,76 liter/menit, dan 9,78 liter/menit. Akan tetapi ada perubahan kenaikan debit air pada pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci dengan nilai optimal ketinggian rasio terendam pada 76,90%, dan 86,90% sebesar 17,39 liter/menit, dan 21,09 liter/menit.
0.41
4.76
9.78
16.21
19.24
0.72
3.71
9.50
17.39
21.09
0 5 10 15 20 25
57.10% 62.50% 68.90% 76.90% 86.90%
Debit ( liter / menit )
Rasio terendam (%)
pipa 1.25 inci pipa reducer socket 2 x 1.25 inci
meningkat kecepatan debit air. Semakin besar rasio terendam maka ketinggian pipa variasi akan semakin pendek. Pada rasio tertinggi perendaman kecepatan debit air bertambah dengan pipa variasi yang pendek. Begitu juga sebaliknya, jika rasio terendam semakin kecil maka ketinggian pipa variasi yang lebih panjang. Pada rasio terendam paling rendah juga akan menurunkan debit air yang dihasikan. Sehingga pada rasio terendam yang tinggi nosel pada pipa reducer socket 2 ร 1,25 inci menghasilkan debit air yang lebih banyak.
Gambar 4. 9 Pengaruh Penambahan Pipa Reducer socket Terhadap Efisiensi Pada gambar grafik 4.9 merupakan pengaruh penambahan pipa reducer socket terhadap efisiensi yang dihasilkan pada airlift pump. Pada grafik diatas menunjukan perbandingan rasio terendam terhadap grafik efisiensi dalam satuan persen. Pada penelitian ini ditambahan pipa reducer socket dengan ukuran 2 ร 1,25 inci. Nilai efisiensi optimal terjadi pada rasio terendam 76,90% yaitu sebesar 4,67%
pada pipa reducer socket. Selain itu untuk nilai efisiensi rendah terjadi pada rasio terendam 57,10% sebesar 0,27% pada pipa 1,25 inci. Dari penelitian ini dapat diketahui dengan penambahan pipa reducer socket dapat meningkatkan nilai efisisensi sampai nilai optimum.
0.27
2.56
3.94
4.35
2.58
0.48
1.99
3.83
4.67
2.83
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
57.10% 62.50% 68.90% 76.90% 86.90%
Efisiensi (%)
Rasio terendam (%)
pipa 1.25 inci pipa reducer socket 2 x 1.25 inci
BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian airlift pump yang sudah dilakukan, rasio terendam pada nosel pipa 1,25 inci, dan nosel pipa reducer socket 2 ร 1.25 inci dengan tekanan aerator 60 liter/menit. Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan airlift pump. Debit air terbesar terjadi pada rasio terendam 86,90% sebesar 19,24 liter/menit nosel pada pipa 1,25 inci dan 21,09 liter/menit pada nosel pipa reducer shoket 2 ร 1,25 inci.
2. Dengan memperbesar rasio terendam juga akan meningkatkan nilai optimal efisiensi pada rasio terendam pada airlift pump. Nilai efisiensi tertinggi terdapat pada rasio terendam 76,90% sebesar 4,35% pada nosel pipa 1,25 inci, dan 4,67% pada nosel pipa reducer shoket 2 ร 1,25 inci.
3. Pola aliran slug merupakan pola aliran terbaik dalam pengangkatan air dan berpengaruh pada debit air yang dihasilkan. Pola aliran yang dihasilkan pada penelitian ini yaitu aliran slug dan slug churn.
DAFTAR PUSTAKA
Abou Taleb, F. S., & Al-jarrah, J. A. (2017). Experimental Study of an Air Lift Pump. Engineering, Technology & Applied Science Research, 7(3), 1676โ
1680.
Ardian, Sumardi. (2012). Pengendalian Ph Air Dengan Metode Pid Pada Model Tambak Udang, 14, (4), 2012, 122.
Awari, G. 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), 307โ312.
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), 1155โ1161.
Hanafizadeh, P., Raffiee, A. H., & Saidi, M. H. (2013). Experimental investigation of air lift pumping system. 8th International Conference on Multiphase Flow, 1996, 1โ9.
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), 88โ98.
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), 598โ604.
Makhsud, A. (2008). Desain dan pengujian pompa udara tekan ( air-lift pump ).
Jurnal Teknologi & Industri Faqih, 6(3).
Nicklin, D. J. (1962). Two-phase bubble flow. Chemical Engineering Science.
Hanafizadeh, P., & Ghorbani, B. (2012). Review study on airlift pumping systems.
Multiphase Science and Technology, 24(4), 323โ362.
Reinemann, D. J. (1987). A Theorethical and experimental study of airlift pumping and aeration with reference to aquacultural applications. August, 111.
Tighzert, H., Brahimi, M., Kechroud, N., & Benabbas, F. (2013). Effect of submergence ratio on the liquid phase velocity, efficiency and void fraction in an air-lift pump. Journal of Petroleum Science and Engineering, 110, 155โ161.
