ANALISA SISTEM PEMIPAAN SELANG SPIRAL ALAT UJI POMPA SENTRIFUGAL SERI DENGAN VARIABEL PANJANG SELANG

BAB I

PENDAHULUAN

Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan zat cair melalui saluran tertutup. Pompa menghasilkan suatu tekanan yang sifatnya hanya mengalir dari suatu tempat ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Atas dasar kenyataan tersebut maka pompa harus mampu membangkitkan tekanan fluida sehingga dapat mengalir atau berpindah. Untuk mengalirkan atau memindahkan fluida tersebut maka diperlukan pipa.

Oleh karena itu penulis mengambil judul “Analisa Sistem Pemipaan Alat Uji Pompa Sentrifugal Tunggal Dengan Variabel Panjang Pipa Dan Inverter Shihlin SS2”.

1.2 Batasan Masalah

Pada penulisan tugas akhir ini akan dibahas mengenai analisa sistem pemipaan pada pompa sentrifugal tunggal. Oleh karena itu, dalam pembuatan alat pengujian berpegangan pada pembatasan masalah berikut:

1. Pompa yang dipilih adalah pompa sentrifugal.

2. Variasi sistem pemipaan yang akan diuji pada pengujian ini adalah sistem pemipaan dengan variabel panjang pipa 4 meter, 8 meter, dan 12 meter.

1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian

Maksud dari tugas akhir ini adalah merupakan bagian penelitian dan pengembangan / modifikasi peralatan alat pengujian di Laboratorium Pengujian Mesin Program Studi Strata Satu (S1) Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pamulang. Dengan adanya modifikasi alat ini diharapkan mahasiswa lebih mudah memahami karakteristik pompa, khususnya untuk pompa sentrifugal, terutama untuk susunan tunggal.

Tujuan dari pembuatan alat ini adalah:

a. Menentukan head losses mayor pipa 4 meter, 8 meter, dan 12 meter.

b. Menentukan head losses minor pipa 4 meter, 8 meter, dan 12 meter.

1.4 Manfaat Penelitian

Dari analisa pengujian penulis dapat menambah pengetahuan akademik tentang analisa sistem pemipaan alat uji pompa sentrifugal dengan mengetahui head losses mayor dan head losses minor pada pipa 4 meter, 8 meter, dan 12 meter.

1.5 Metode Penulisan

Agar dapat memudahkan pemahaman terhadap penulisan skripsi tugas akhir ini, metode-metode penulisannya sebagai berikut:

1. Pengamatan

Yaitu melakukan pengamatan langsung terhadap sistem pemipaan pompa sentrifugal, guna mendapatkan data yang lebih akurat.

2. Diskusi

Yaitu mengadakan diskusi dengan pihak-pihak Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Fakultas Teknik Universitas Pamulang dan dengan dosen pembimbing serta dosen-dosen yang mempunyai pengalaman luas tentang tema proposal skripsi ini.

3. Studi Pustaka

Metode ini dilakukan dalam upaya mempelajari atau memperkuat teori tentang sistem pemipaan pompa sentrifugal dengan memfokuskan pada susunan pompa sentrifugal tunggal.

1.6 Sistematika Penulisan

Dalam penulisan skripsi ini dibagi dalam beberapa bab antara lain sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini diterangkan mengenai latar belakang penganalisaan, maksud dari tujuan, batasan-batasan yang diambil, metode penulisan, sitematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Dalam bab ini dijelaskan tentang pengertian dasar tentang sistem pemipaan, pompa sentrifugal dan aliran fluida serta penulisan rumus-rumus yang ada kaitannya dengan sistem pemipaan alat uji pompa sentrifugal

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Dalam bab ini dijelaskan tentang pengambilan dan pengolahan data dengan menggunakan alat-alat analisis yang ada. Menjelaskan langkah perancangan alat, detail sistematik dan teknik pengujian.

BAB IV HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN

Dalam bab ini dijelaskan mengenai data dan perhitungan. Menjelaskan grafik-grafik dari data yang diperoleh dalam pengujian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam bab ini akan disimpulkan hasil dari pembahasan dan menjelaskan juga saran-saran agar pengujian lebih akurat.

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Pipa

Pipa adalah istilah untuk benda silinder yang berlubang dan digunakan untuk memindahkan zat hasil pemrosesan seperti cairan, gas, uap, zat padatyang dicairkan maupun serbuk halus. Material yang digunakan sebagai pipa sangat banyak diantaranya: beton cor, gelas, timbal, kuningan (brass), tembaga, plastic, alumunium, besi tuang, baja karbon, dan baja paduan. Pemilihan material pipa akan sangat membingungkan sehingga perlu pemahaman mendalam untuk apa saluran / sistem pipa itu dibuat, mengingat setiap material memiliki keterbatasan dalam setiap aplikasinya.

2.1.1 Jenis dan Fungsi Pipa

Jenis pipa yang umum digunakan pada pekerjaan pipa, baik didalam bangunan maupun di luar bangunan adalah:

a. Pipa Galvanis

Pipa galvanis adalah pipa besi lunak yang dilapisi dengan timah, pipa galvanis diproduksi dengan berbagai ukuran maupun ketebalan dindingnya, disesuaikan dengan kegunaannya ukuran panjang standar adalah 6 m.

b. Pipa Besi Tuang

Pipa besi tuang dalam pekerjaan sistem saluran dan pembuangan digunakan untuk instalasi air bersih dan air kotor, pipa ini diproduksi dengan Ø2” – 15” dengan panjang 3 – 6 m.

c. Pipa Tembaga

Pipa tembaga dalam pekerjaan sistem saluran dan pembuangan dipakai untuk instalasi air bersih, terutama untuk instalasi air panas karena tembaga merupakan bahan pengantar panas yang baik, ringan, mudah disambung, tahan terhadap karat.

2.1.2 Sambungan Pada Pipa

Ada berbagai faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa, jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada pipa. Dengan adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak sambungan, fluida yang mengalir di dalamnya akan mengalami banyak kehilangan energi.

Dalam sistem pipa salah satu konstruksinya adalah menggunakan sambungan yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluida ke suatu tempat tertentu. Salah satu efek yang muncul pada aliran ketika melewati suatu sambungan yang berkaitan dengan pola aliran adalah adanya ketidakstabilan aliran atau fluktuasi aliran. Fluktuasi aliran yang terjaditerus menerus pada belokan pipa akan memberikan beban impak secara acak yang berlangsung terus menerus bisa menyebabkan getaran pada pipa.

Pada sambungan pipa bekerja gaya uang disebabkan oleh aliran zat cair yang berbelok, disamping berat pipa dan isinya.

2.1.3 Cara penyambungan Pipa

Penyambungan tersebut dapat dilakukan dengan :

1. Pengelasan

Jenis pengelasan yang dilakukan adalah tergantung pada jenis pipa dan penggunaannya, misalnya pengelasan untuk bahan stainless steel menggunakan las busur gas wolfram dan untuk pipa baja karbon digunakan las metal.

2. Ulir (threaded)

Penyambungan ini digunakan pada pipa yang bertekanan tidak terlalu tinggi. Kebocoran pada sambungan ini dapat dicegah dengan menggunakan gasket tape pipe. Umumnya pipa dengan sambungan ulir digunakan pada pipa 2 inchi ke bawah.

3. Menggunakan Flens (flange)

Kedua ujung pipa yang akan disambung dipasang flens kemudian diikat dengan baut.

2.1.4 Sistem pemipaan

Sistem pemipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campurancair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain.

Prinsip-prinsip aturan dasar yang menyangkut massa, momentum dan energi telah dikembangkan dan diterapkan dengan menggunakan asumsi-asumsi yang agak kasar pada banyak situasi aliran.

Perpindahan fluida (cairan atau gas) di dalam sebuah saluran tertutup (biasanya disebut sebuah pipa jika penampangnya bundar atau saluran duct jika bukan) sangat penting di dalam kehidupan sehari-hari. Perhatikan sejenak pada keadaandi sekeliling kita akan menunjukkan bahwa terdapat banyak variasi penerapan dari aliran pipa. Penerapan-penerapan tersebut mencakup mulai dari jalur pipa besar sampai ke sistem pipa alamiah yang lebih kompleks.

Beberapa komponen dasar yang khas dari suatu sistem pipa ditunjukkan dengan gambar di bawah ini.

Gambar 2.1 Komponen sistem pipa

Komponen-komponen ini meliputi pipa-pipa itu sendiri(mungkin dengan lebih dari satu diameter), berbagai sambungan (fitting) yang digunakan untuk menyambung masing-masing pipa gunamembentuk sistem yang diinginkan, peralatan pengatur laju aliran (katup-katup) dari pompa-pompa atau turbin-turbin yang menambahkan energi atau mengambil energi dari fluida. Bahkan sistem pipa yang paling sederhana sekalipun sesungguhnya merupakan sistem yang sangat rumit apabila dilihat dari pertimbangan analitis yang menyeluruh. Kita akan menggunakan suatu analisis eksak dari acto-topik aliran pipa yang paling sederhana (misalnya aliran laminar di dalam pipa-pipa yang panjang, lurus dan berdiameter konstan) serta pertimbangan analisis dimensional yang dikombinasikan dengan hasil-hasil eksperimental untuk acto-topik aliran pipa lainnya. Pendekatan seperti itu bukanlah hal yang tidak lazim dalam penelitian-penelitian mekanika fluida. Apabila efek-efek dunia nyata penting untuk dipertimbangkan (misalnya efek viskos di dalam aliran pipa), sering kali menjadi sulit atau mustahil bila hanya menggunakan metode-metode teoritis untuk memperoleh hasil yang diinginkan. Suatu kombinasi penuh perhitungan uang dilakukan antara data eksperimental dengan pertimbangan teoritis dan analitis dimensional biasanya memberikan hasil-hasil yang kita inginkan.

2.1.5 Pemipaan Untuk Pompa

Pemipaan untuk pompa dapat kita klasifikasikan dengan mudah menjadi tiga kategori besar, yaitu jaringan hisap, jaringan buang, dan jaringan bantu.

a. Pemipaan Sisi Hisap

Dari segi kepentingannya, pemipaan sisi hisap agaknya sedikit lebih penting kalau dibandingkan dengan pemipaan sisi buang karena lebih sedikit kesukaran yang serius dapat terjadi akibat jaringan pipa buang yang ukurannya tidak tepat dibandingkan dengan pipa-pipa hisap. NPSH (Net Positive Suction Head) yang tidak cukup, ketidak stabilan hidrolik dengan pembentukan pusaran (vortex) yang cenderung untuk menimbulkan getaran, kebisingan, kavitasi, dan keausan bantalan yang berlebihan merupakan sebagian dari gangguan-gangguan yang dialami dengan pemipaan sisi hisap yang tidak didesain dengan baik. Yang lainnya antara lain kapasitas yang berkurang, palu air (water hammer), pemanasan lebih (overheating) pompa, dan umur bagian yang beroperasi yang lebih singkat.

Sisi masuk pipa hisap. Gambar 2.2 menunjukkan tiga bentuk umum sisi-masuk (inlet) yang dipakai untuk pompa industri. Pipa sederhana (Gambar 2.2 a) sesuai hanya untuk instalasi sementara

Gambar 2.2 Pipa sisi masuk pompa. (a) sementara, (b) Saringan dengan

katup kaki yang terpadu, (c) lonceng atau cerobong (funnel).

karena kerugian jalan masuk yang agaknya berlebihan. Saringan dengan katup kaki yang terpadu (Gambar 2.2 b dan 2.3) lebih disukai karena lebih sedikit bahaya akan masuknya benda asing ke dalam pipa pemasukan (intake piping). Juga, air yang ditahan tetap berada di dalam pipa hisap oleh katup kaki akan meniadakan perlunya pemancingan pompa sesudah menghentikan operasinya. Sisi hisap yang berbentuk lonceng (Gambar 2.2 c) dapat dibuat dengan atau tanpa katup kaki dan berguna bila kita menginginkan kerugian hisap yang harus dijaga agar tetap minimum. Praktek yang baik memaksakan pemakaian pemasukan yang berbentuk lonceng dengan katup kaki dan saringan bila memungkinkan pada instalasi kebanyakan pompa torak dan sentrifugal yang permanen.

Gambar 2.3 (a) katup kaki dan saringan yang dirakit. (b) katup terbongkar, (c) Saringan dengan dua katup kaki, (d) Saringan dengan katup popet tunggal.

Untuk instalasi pompa tunggal, lebar saluran tidak begitu penting bila lebar saluran tersebut sama dengan atau lebih besar dari 2G, dan pompa berada di tengah-tengah saluran. Akan tetapi biasanya, karena ruangan yang terbatas dan saluran yang terlalu lebar cenderung untuk menyebabkan terjadinya aliran-aliran sekunder, jarak lebar saluran ini dibuat melebihi 2G. Bila ini dilakukan, haruslah hati-hati.

Panjang saluran yang dipilih harus menghasilkan distribusi air yang merata persis di depan pompa . Sebagai bandingannya, bidang 3G/4 di depan garis sumbu pompa dapat dipakai. Aliran melalui bidang ini harus tegak lurus terhadapnya dan tanpa ketidak-beraturan (irregularilities). Panjang saluran sebesar 2,5 sampai 3 kali lebar di hulu bidang tersebut biasanya akan meniadakan kekacauan. Ini akan menjadikan panjang saluran keseluruhan kira-kira 7G.

Bila beberapa buah pompa berada dalam satu tempat, instalasi sejumlah unit pada satu saluran yang panjang haruslah dihindarkan, bila memungkinkan. Ini karena bahaya yang terjadi akan salin interferensi (mutual interference). Akan tetapi, bila anda menggunakan saluran yang panjang, usahakanlah agar kecepatan aliran sama dengan kecepatan aliran untuk instalasi satu pompa. Pencegahan perlu dilakukan untuk meniadakan kekacauan dalam aliran begitu cairan melewati satu pompa ke pompa berikutnya. Lebar saluran pada masing-masing pompa sedikitnya harus sama dengan :

W/G = 1 + (4G + GN)/3H………………………….…………………..(2)

Dengan:

W = lebar saluran

G = diameter lonceng hisap

H = kedalaman air

N = jumlah pompa yang di hilirnya

Ukuran-ukuran yang dipakai pada persamaan ini haruslah dengan satuan yang konsisten. Jarak antara pompa juga harus cukup lebar untuk dapat menstabilkan dan mendistribusikan kembali aliran tadi pada saat aliran itu melewati salah satu pompa. Jarak sebesar 2,5 sampai 3 kali lebar saluran antara bidang banding agaknya sudah cukup.

b. Pemipaan Sisi Buang

Dari segi pompa, actor yang terpenting pada pendesainan pemipaan sisi buang adalah ukuran pipa, kecepatan cairan, panjang pipa, jumlah dan jenis piting (fitting), dan sifat bagan susun pemipaan.

Gambar 2.4 Bagan untuk menentukan diameter-diameter pipa yang ekonomis.

Gambar 2.4 dapat dipakai untuk menentukan diameter yang paling ekonomis untuk pipa dalam sistem pemompaan apabila laju cairan dan densitasnya diketahui, dan terjadi aliran yang turbulen. Waktu memakai bagan ini lebih ekonomis untuk memilih diameter standar di atas diameter yang sudah ditentukan dari bagan ini karena ukuran-ukuran standar lebih murah dan lebih mudah diperoleh dibandingkan dengan ukuran-ukuran khusus. Namun, suatu yang berharga untuk diingat bahwa dalam beberapa kondisi pemompaan, ukuran pipa, dan faktor-faktor ekonomis lainnya yang secara bersama-sama menjadikan diameter khusus lebih disukai.

Gambar 2.5 Kecepatan cairan yang disarankan untuk jaringan hisap dan buang pompa.

Kecepatan cairan yang diperbolehkan dapat diperoleh dari gambar 2.5. Apabila ukuran pipa aktual telah diketahui, kecepatan aliran tersebut haruslah tidak melebihi harga yang diberikan pada Gambar 2.5.

Panjang pemipaan. Untuk mengurangi tinggi-tekan gesekan pada sisi buang pompa, jaringan antara pompa dan peralatan yang dilayani haruslah dibuat sependek mungkin. Setiap upaya yang mungkin harus dilakukan untuk membuat jumlah katup, pitting, dan belokan seminimum mungkin yang diperlukan untuk instalasi tersebut. Lengkungan atau belokan, bila dipakai, harus yang berjari-jari panjang, untuk membuat kerugian gesekan seminimum mungkin.

Ada beberapa instalasi (Gambar 2.6) yang pipa buangnya dapat disusun dengan panjang yang minimum dengan belokan-belokan yang mudah dan tanpa piting, tetapi instalasi yang demikian ini jarang. Instalasi lainnya (Gambar 2.7) hanya membutuhkan katup yang minimum guna mendapatkan instalasi yang pendek. Untuk menjamin tinggi-tekan operasi yang minimum, pompa yang disusun seperti pada Gambar 2.6 harus diberi pemipaan sedemikian rupa sehingga sisi keluar pipa buang dibenamkan seluruhnya dipermukaan air tertinggi pada sisi buang untuk mencegah terjadinya aksi sifon dan mencegah terjadinya aliran balik bila operasi pompa dihentikan.

Gambar 2.6 Pompa vertikal dengan pipa buang jenis sifon yang pendek. (Worthington Corp).

Gambar 2.7 Pompa vertikal dengan jaringan sisi buang yang pendek dan jumlah katup yang minimum (Worthington Corp).

c. Pemipaan Pembantu

Banyak pompa membutuhkan pemipaan pembantu untuk beberapa kebutuhan dari penguras yang sederhana untuk pelat dasar sampai ke jaringan minyak, air dan penafasan untuk pelumasan, pendinginan, dan pengurangan kebocoran glan. Pemipaan ini dapat atau juga dapat tidak disediakan oleh produsen pompa, tergantung pada kontrak pembelian pompa tersebut.

Gambar 2.8 Penghubung A dan B yang terbuat dari karet sintetis mengisolir kebisingan pompa. (Worthington Corp).

Gambar 2.9 Empat pompa air pendingin dan pemipaan yang menghubungkannya (Fairbanks, Morse Pump Division, Colt Industries).

2.2 Pompa

Secara umum, ada tiga kelas pompa yang banyak digunakan dilapangan, yaitu: sentrifugal, rotari (rotary) dan torak (reciprocating).Istilah ini hanya berlaku pada mekanisme fluidanya, bukan pada desain pompa itusendiri. Selanjutnya dari kelas tersebut masing-masing dapat dibedakanberdasarkan jenisnya. Misalnya jenis ikat, diffuser, ataupun aliran propeleruntuk kelas sentrifugal. Jenis roda gigi, skrup, cam, baling-baling untuk kelasrotari. Jenis diafragma, piston untuk kelas torak.

2.2.1 Pompa Sentrifugal

Jenis yang umum adalah sentrifugal jenis rumah keong. Pada jenis ini, impeller membuang cairan ke dalam rumah spiral yang secara berangsur-angsur berkembang. Jenis ini, dibuat sedemikian rupa untuk mengurangi kecepatan aliran fluida dan mengubahnya menjadi tekanan statis. Rumah keong akan menyeimbangkan beban-beban radial pada poros sehingga beban akan saling meniadakan, dengan demikian akan mengurangi pembebanan poros.

Gambar 2.10 Impeler pompa sentrifugal jenis rumah keong.

Jenis lain yang dijumpai adalah sentrifugal jenis diffuser. Baling-baling pengarah tetap mengelilingi runner atau impeller pada pompa jenis ini. Laluan-laluan yang berangsur-angsur mengembang ini akan merubah arah aliran cairan dan mengubahnya menjadi tekanan (preasure head). Gambar 2.11 di bawah ini adalah contoh impeler jenis diffuser.

Gambar 2.11 Impeler pompa sentrifugal jenis diffuser.

Pompa jenis turbin. Dikenal juga dengan pompa vortex (vortex) periperi (periphery), dan regeneratif, cairan pada jenis pompa ini dipusar oleh baling-baling impeler dengan kecepatan yang tinggi selama hampir dalam satu putaran di dalam saluran yang berbentuk cincin (annular), tempat impeler tadi berputar. Energi ditambahkan ke cairan dalam sejumlah impuls (Gambar 2.12). Pompa sumur jenis difuser sering disebut pompa turbin. Akan tetapi, pompa itu tidak mirip dengan pompa turbin regeneratif dari segi apapun dan dengan demikian anda tidak perlu menghubungkannya.

Gambar 2.12 Pompa turbin menambahkan energi kepada cairan dalam sejumlah impuls.

2.2.2 Komponen Pompa

Setiap desain pompa memiliki bentuk dan letak komponen yang spesifik. Namun secara umum, pompa sentrifugal terdiri dari bebrapa komponen utama, yaitu: impeler, volute (rumah keong), saluran masuk, saluran keluar, kumparan, seal, poros, bantalan dan casing.

Berikut ini adalah gambar komponen utama pada pompa sentrifugal secara umum.

Gambar 2.13 Komponen utama pada pompa sentrifugal

Di lapangan terdapat banyak sekali jenis desain pompa sentrifugal ini, ada yang menyatu antara impeler dengan penggerak (motor), ada juga yang terpisah. Pompa yang terpisah dengan penggeraknya, menggunakan kopling sebagai penghubung keduanya.

Gambar 2.14 Jenis pompa yang terpisah dengan penggeraknya.

2.3 Aliran Fluida

Aliran fluida dapat dikategorikan:

1. Aliran laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau lamina-lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hokum Viskositas Newton yaitu:

………………………………………………………….....(4)

2. Aliran turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel-partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata di seluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian-kerugian material.

3. Aliran transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.

2.3.1 Pengukuran Aliran Fluida

Pengukuran disetiap aliran fluida ini dikhususkan menggunakan metoda differensial tekanan. Pada alira fluida itu memang dipasang suatu penghalang dengan diameter lubang yang lebih kecil dari diameter pipa supaya aliran fluida lebih cepat. Dengan mengukur perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah penghalang dapat ditentukan besarnya aliran fluida.

a. Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds digunakan untuk menunjukkan sifat utama aliran, yaitu apakah aliran laminar, turbulen, atau transisi serta letaknya pada skala yang menunjukkan pentingnya secara relatif kecenderungan turbulen berbanding dengan laminar. Rumus untuk menentukan bilangan Reynolds:

……………………………..…………………………..(5)

= Kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s)

= diameter dalam pipa (m)

= Massa jenis zat cair (kg/m³)

= Viskositas dinamik fluida (kg/m.s)

Karena viskositas dinamik dibagi dengan massa jenis fluida merupakan viskositas kinematic, maka bilangan Reynolds dapat juga dinyatakan :

Sehingga

b. Hukum Bernoulli

Cara mengukur kecepatan aliran fluida:

………………………..(4)

Dimana : P = tekanan fluida

= massa jenis fluida

v = kecepatan fluida

g = gravitasi bumi

h = tinggi fluida (elevasi)

Gambar 2.15 Aliran fluida dari v1 menuju v2 akan semakin cepat alirannya

c. Hukum Kontiunitas

Jika h1 dan h2 dibuat sama tingginya, maka:

atau ……….(4)

Rumus di atas hanya berlaku untuk aliran laminar, yaitu aliran yang memenuhi prinsip kontinuitas.

d. Head Loss

Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengairan cairan dalam sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head (head loss).

1. Head Loss Mayor

Head loss mayor dapat terjadi karena adanya gesekan antara lain aliran fluida yang mengalir dengan suatu dinding pipa. Pada umumnya kerugian ini dipengaruhi oleh panjang pipa. Untuk dapat menghitung head loss mayor, perlu diketahui lebih awal jenis aliran fluida yang mengalir. Jenis aliran tersebut dapat diketahui melalui reynold number. Head loss mayor dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua persamaan berikut:

a) Persamaan Darcy-Weisbach yaitu:

……………………………………………..…(5)

= Head loss mayor

= Faktor gesekan (diperoleh dari diagram moody)

= Diameter pipa (m)

= Panjang pipa (m)

= Kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s)

= Percepatan gravitasi (m/s²)

b) Diagram Moody

Diagram moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy-Weisbach. Untuk aliran laminar dimana bilangan reynold kurang dari 2300, faktor gesekan yang dihubungkan dengan bilangan reynold, menurut Streeter (1992) dinyatakan dengan rumus:

……………………………………………………(5)

Sedangkan untuk aliran turbulen nilai faktor gesekan diperoleh dengan menggunakan diagram moody sebagai fungsi dari angka reynold (reynolds number) dan kekasaran relatif (relative roughness), sebagai fungsi dari nominal diameter pipa dan absolute roughness yang tergantung dari jenis material pipa. Nilai absolute roughnessdapat dilihat pada tabel 2.1

…………………………………………… ……….(6)

r = relative roughness

k =absoluteroughness (m, ft)

d = diameter(m, ft)

Gambar 2.16 Diagram moody

Tabel 2.1 Nilai absolute roughnessuntuk berbagai pipa komersil.

Surface	Absolute Roughness Coefficient - k -
Surface	*(m)*	*(feet)*
Copper, Lead, Brass, Aluminum (new)	0.001 - 0.002	3.33 - 6.7 10^-6
PVC and Plastic Pipes	0.0015 - 0.007	0.5 - 2.33 10^-5
Stainless steel	0.015	5 10^-5
Steel commercial pipe	0.045 - 0.09	1.5 - 3 10^-4
Stretched steel	0.015	5 10^-5
Weld steel	0.045	1.5 10^-4
Galvanized steel	0.15	5 10^-4
Rusted steel (corrosion)	0.15 - 4	5 - 133 10^-4
New cast iron	0.25 - 0.8	8 - 27 10^-4
Worn cast iron	0.8 - 1.5	2.7 - 5 10^-3
Rusty cast iron	1.5 - 2.5	5 - 8.3 10^-3
Sheet or asphalted cast iron	0.01 - 0.015	3.33 - 5 10^-5
Smoothed cement	0.3	1 10^-3
Ordinary concrete	0.3 - 1	1 - 3.33 10^-3
Coarse concrete	0.3 - 5	1 - 16.7 10^-3
Well planed wood	0.18 - 0,9	6 - 30 10^-4
Ordinary wood	5	16.7 10^-3

2. Head Loss Minor

Head loss minor dapat terjadi karena adanya sambungan pipa (fittings) seperti katup (valve), belokan (elbow), saringan (strainer), percabangan (tee), losses pada bagian masuk, losses pada bagian keluar, pembesaran pipa (expansion), pengecilan pipa (contraction), dan sebagainya.

Head loss minor dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

……………………………………………….(5)

Keterangan:

N = Jumlah komponen minor losses

V = Kecepatan fluida (m/s)

K = Koefisien minor losses (dari lampiran koefisien minor losses peralatan pipa)

L = Panjang pipa (m)

Tabel 2.2 Keofisien kerugian pada komponen-komponen pipa

	Komponen
elbow	Regular 90˚ flanged	0.3
	Regular 90˚ threaded	1.5
	Long radius 90˚ flanged	0.2
	Long radius 90˚ threaded	0.7
	Long radius 45˚ flanged	0.2
	Regular 45˚ threaded	0.4
Return Bends	Flanged	0.2
Return Bends	Threaded	1.5
Tees	Line flow, flanged	0.2
	Line flow, threaded	0.9
	Branch flow, flanged	1.0
	Branch flow, threaded	2.0
Union	Threaded	0.08
Valves	Globe, fully open	10
	Angle, fully open
	Gate, fully open	0.15
	Gate, ¼ closed	0.26
	Gate, ½ closed	2.1
	Gate, ¾ closed	17
	Swing check, forward flow	2
	Swing check, backward flow
	Ball valve, fully open	0.05
	Ball valve ⅓, closed	3.3
	Ball valve ⅔, closed	210

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Langkah-langkah Penelitian

3.2 Alat Uji Pompa

Untuk mempermudah pengujian, alat uji ini menggunakan pressure gauge untuk mengukur tekanan air dan weirmeter untuk mengukur debit air, serta amperemeter dan voltmeter untuk mengukur arus dan tegangan listrik.

Inverter akan dialiri arus listrik, arus listrik diukur menggunakan voltmeter dan amperemeter, kemudian arus listrik akan menggerakkan pompa dan air di bak penampung akan mulai naik memasuki pipa melalui saringan, tekanan air diukur menggunakan pressure gauge 1. Setelah itu, Air akan melewati pompa, tekanan air dihitung kembali menggunakan pressure gauge 2. Kemudian air akan melewati pipa yang cukup panjang, tekanan air diukur kembali menggunakan pressure gauge 3 dan debit air akan diukur menggunakan weirmeter kemudian air kembali menuju ke bak penampungan air.

Gambar 3.1 Sistem pemipaan pompa sentrifugal

Keterangan :

1 = Pressure Gauge 1

2 = Pressure Gauge 2

3 = Inverter

4 = Amperemeter

5 = Voltmeter

6 = Motor Pompa

7 = Pompa Sentrifugal

8 = Weirmeter

9 = Saringan

10 = Penampung Air

3.3 Alat-Alat yang Digunakan

a. Pipa

Merek : Wavin

Bahan : Pvc

Diameter : 1,5 inchi (38,1 mm)

b. Inverter

Merek : Shihlin

Seri : SS2

Input : 9,3 A 1 PH AC 200 ~ 240 V 50/60 Hz

Output : 4,5 A MAX 3 PH AC 200 ~ 240 V 0,75 KW

c. Voltmeter

Merek : Heles

Seri : CR-52

Class : 2.5

Reg : 271.488

d. Amperemeter

Merek : Heles

Seri : CR-52

Class : 2.5

Reg : 271.488

e. Pompa Sentrifugal

Merek : Voss

Model : Aqua 175A

Max cap : 110 Ltr/m

Suct head : 9 Mtr

Disc head : 13,5 Mtr

Total head : 22,5 Mtr

Size : 1” x 1”

Output : 175 Watt

V/HZ/PH : 220/50/1

Rpm : 2850

f. Pressure Gauge

Merek : Australia

Max pressure : 2,5 Kg/

g. Saringan

Bahan : Stainless steel

h. Penampung Air

Bahan : Pelat besi

Panjang : 84 cm

Lebar : 50 cm

Tinggi : 45 cm

i. Weirmeter

Model : Bentuk V

Bahan : Pelat besi

Panjang : 37 cm

Lebar : 24 cm

Tinggi : 26 cm

3.4 Rumus

1. Debit

Dimana :

Q = debit (m³/s)

A = luas penampang aliran (m²)

V = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)

2. Head Loss

Head loss pada pipa karena gesekan dapat dihitung dengan persamaan Darcy Weishbach yaitu:

Dimana:

hf = kerugian head karena gesekan (m)

f = faktor gesekan

d = diameter dalam pipa (m)

L = panjang pipa (m)

v = kecepatan aliran rata-rata fluida dalam pipa (m/s)

g = percepatan gravitasi (kg/m³)

Dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram moody.

Diagram moody memberikan faktor gesekan pipa, faktor ini dapat ditentukan oleh bilangan Reynolds dan kekasaran relatif dari pipa.

Bila pipa semakin kasar, maka kemungkinan turbulen akan semakin besar. Kekasaran relatif didefinisikan sebagai:

Dimana:

k = absolute roughness

D = diameter pipa

Untuk bilangan Reynolds didefinisikan sebagai:

3. Untuk aliran dalam pipa berdiameter seragam dan terdapat beda ketinggian.

Dalam konsisi ini kecepatan aliran di dalam pipa dianggap konstan (VA = VB) dan terdapat beda ketinggian ∆Z. Rumus beda tekanan dalam kasus ini adalah:

Jika dalam kasus menghitung pressure loss menggunakan persamaan Bernoulli, maka untuk menghitung laju aliran volume (debit) dengan rumus berikut ini:

Rumus di atas menyatakan bahwa debit air yang mengalir di dalam pipa sangat bergantung pada kecepatan (V) dan diameter dalam pipa (d).

Dari penjelasan di atas, yang termasuk dalam rata-rata input antara lain:

a. Tekanan di sisi masuk pipa (pA), satuan kPa (kilo pascal).

b. Kecepatan rata-rata air dalam pipa (V), satuan m/s.

c. Diameter pipa (D), satuan cm.

d. Material pipa yang dinyatakan dengan kekasaran permukaan (e), satuan mikron.

e. Panjang pipa (L), satuan meter.

f. Perbedaan ketinggian antara sisi masuk dan keluar pipa (∆Z), satuan meter.

g. Massa jenis air (ρ), satuan kg/m³.

h. Kekentalan fluida (dinamik, ), satuan sentipoise (cP).

3.5 Langkah-Langkah Pengujian

1) Hubungkan arus listrik ke pompa sentrifugal melalui inverter.