Analisis Unjuk Kerja pada Air Jenis Pompa Shimizu PS-135E dengan Menggunakan Alat Ukur Flowmeter Endang Prihastuty1, Wasiran2 1,2
Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon Jl. Perjuangan No. 17 Cirebon
email:
[email protected],
[email protected]
Abstrak - Pompa digunakan untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau mengalirkan cairan ke tempat yang menghasilkan tekanan atau ketinggian tertentu, dimana tidak dimungkinkannya cairan tersebut mengalir secara alami. Pengaplikasian tersebut salah satunya pada pompa merk Shimizu PS-135E dengan sistem perpipaan seri dilengkapi oleh alat ukur flow meter pada tiap cabang. Pompa mengalirkan air dari reservoir melewati pipa hingga kembali menuju reservoir. Dilakukan pengujian pada flow meter untuk mengetahui faktor-faktor yang berpengaruh terhadap efisiensi pompa. Dari hasil pengujian diketahui bahwa Efisiensi hasil pengujian pada flow meter 1 & 3 cukup rendah yaitu diantara 15,66 – 16,93 %, sedangkan hasil pengujian flow meter 2 mempunyai efisiensi diantara 86,31 – 98,86 %. Hal ini disebabkan pipa pada flow meter 1 & 3 berdiameter lebih besar dari pada pipa pada flow meter 2. Pompa mampu menghasilkan energi air dengan lebih efisien bila dilalui oleh pipa berdiameter yang lebih besar. Pengujian ini memiliki kesesuaian terhadap perhitungan teori, bahwa semakin besar head maka semakin besar pula daya output. Demikian juga semakin besar debit akan semakin besar daya output. Hal ini sesuai dengan yang diharapkan bahwa penambahan energi potensial air akan menambah daya output. Kata kunci : Unjuk kerja hasil pada pompa jenis Shimizu PS-135 E
I. PENDAHULUAN Pompa merupakan peralatan utama maupun pendukung yang sangat penting dalam dunia industri. Pemakaian pompa yang pada awalnya hanya terbatas pada penyediaan air untuk keperluan sehari-hari, tetapi seiring dengan berkembangnya teknologi di industri saat ini, pompa banyak digunakan untuk kebutuhan di berbagai sektor industri terutama di industri proses, industri kimia, industri tekstil, industri minyak, industri pembangkitan tenaga listrik, irigasi, perusahaan air bersih, untuk pelayanan gedung dan lain-lain. Pompa berfungsi mengkonversikan energi mekanis poros dari penggerak mula menjadi energi potensial atau
116
tekanan fluida (zat) cair. Pompa digunakan untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau mengalirkan cairan ke tempat yang menghasilkan tekanan atau ketinggian tertentu, dimana tidak dimungkinkannya cairan tersebut mengalir secara alami. Pompa juga dapat digunakan untuk mensirkulasikan cairan, misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan. Penggunaan pompa yang demikian luas dengan berbagai macam jenis dan bentuknya, memerlukan pengetahuan yang cukup tentang penerapan dan pemilihan jenis atau tipe pompa yang tepat sesuai dengan kebutuhan, kondisi dan lingkungan operasi yang dilayaninya. Pengetahuan yang diperlukan tersebut mulai dari tujuan penggunaannya, jenis dan sifat zat cair yang dipompakan, keadaan lingkungan, head dan kapasitasnya, pemilihan penggeraknya, bahkan sampai pada konstruksi, pemasangan/instalasi dan perawatannya. Oleh karena itu harus diimbangi dengan pengetahuan teknologi terbaru yang cukup. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui cara pengoperasian dan segala sesuatu yang berpengaruh terhadap kinerja pompa. Berdasarkan kondisi tersebut penulis akan membuat yang dapat dipelajari oleh mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon mengenai hal-hal yang berpengaruh terhadap kinerja pompa. Dalam hal ini penulis melakukan Analisa Pompa Shimizu PS – 135E dengan menggunakan Alat Ukur Flowmeter. Tujuan utama penelitian ini yaitu menganalisa Pompa Shimizu PS-135E terhadap Flowmeter. Kemudian mengetahui pengaruh sistem perpipaan terhadap efisiensi pompa. Masalah penelitian pada Pompa Shimizu Model PS-135 E dengan spesifikasi sebagai berikut ; - Q : 10 – 28 l/min - n : 2900 min-1 - V : 220 V - I : 1,3 A Spesifikasi instalasi perpipaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
-
-
Pipa utama terdiri dari pipa berdiameter ¾ in dan 1 in yangdibentuk persegi panjang dengan ukuran 1,7 m x 0,9 m dengan total panjang 5,2 m. 3 buah pipa keluaran berdiameter 1 in terhubung langsung dengan reservoir. Dibutuhkan 9 buah elbow 900 1 in, 3 buah elbow 900 2 in, dan 4 buah tee ¾ in. Flowmeter yang digunakan adalah tipe analog dan ditempatkan pada 3 titik. Penggunaan katup manual ¾ in pada 3 titik sebelum flowmeter pada aliran pipa. Volume reservoir yang digunakan adalah 96 L.
2.
3.
4.
II. STUDI LITERATUR A. Pompa Pompa adalah salah satu mesin yang digunakan untuk memindahkan fluida dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tempat bertekanan rendah ke tempat bertekanan lebih tinggi melalui sistem perpipaan. Dengan demikian dalam instalasi pompa terdiri dari pompa, pipa hisap dan pipa tekan, serta alat bantu lainnya. 1) Klasifikasi pompa: Pompa dapat diklasifikasi berdasarkan atas cara memindahkan fluidanya, kondisi kerja pompa, jenis penggeraknya, dan sifat zat cair yang dipindahkan.
Klasifikasi pompa berdasarkan kondisi kerja pompa a. Kondisi hisap dan tekan Ps< Pb; Hs>0 ; Hd>0sehingga Hz = Hd + Hs b. Kondisi hisap dan tekan Ps>Pb; Hs<0 ; Hd>0 sehingga Hz = Hd – Hs c. Kondisi sitem siphon Ps > Pb ; Hs < 0 ; Hd > 0 sehingga Hz = Hd – Hs Klasifikasi pompa berdasarkan jenis penggeraknya a. Pompa tangan (hand driven pump), b. Pompa mekanik (dengan penggerak mesin uap, motor bakar, maupun motor listrik). Klasifikasi pompa berdasarkan kondisi kerja pompa a. Pompa air panas, b. Pompa cairan berlumpur, c. Pompa untuk cairan kental, d. Pompa untuk cairan korosif, e. Pompa minyak: bensin, solar, residu
2) Unjuk kerja pompa : Unjuk kerja pompa dapat ditentukan dari beberapa parameter, diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Kapasitas pompa merupakan kemampuan pompa untuk mengalirkan sejumlah fluida yang dinyatakan dalam m3/detik, L/detik, atau m3/hari. Kebocoran serta air yang kembali tidak diperhitungkan dalam kapasitas pompa. 2. Efisiensi Volumetrik merupakan perbandingan antar volume fluida ynag dipindahkan dengan volume seharusnya yang dipindahkan. 3. Head total (efektif) adalah akumulasi dari Head losses minor dan Head losses mayor. htotal= hf + hm (5) 𝐿 𝑣2 𝑓 = 𝑓 𝐷 2𝑔
(6) 𝑚 = 𝑘
𝑣2 2𝑔
(7) Ket: ht hf hm f L D v k g
Gambar 2.1 Klasifikasi pompa
1.
Klasifikasi pompa berdasarkan cara memindahkan fluidanya : Pompa dapat dibedakan menjadi 2 jenis berdasarkan cara memindahkan fluidanya: a. Positive Displacement Pump (Displacemnt pump) : Displacement pump adalah jenis pompa yang fluidanya ditekan oleh elemenelemen di dalam pompa dengan volume tertentu sehingga akan menghasilkan kapasitas intermitten untuk mengalirkan fluida. Cara kerjanya yaitu dengan memindahkan fluida yang masuk menuju ke sisi buang ke sisi masuk. b. Non-positive Displacement Pump (Dynamic pump) : Dynamic pump mempunyai prinsip kerja yaitu, impeler yang berputar akan mengubah energi kinetik menjadi tekanan ataupun kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida.
= Head total (m) = Head losses minor (m) = Head losses mayor (m) = Faktor gesek = Panjang pipa (m) = Diameter pipa (m) = Kecepatan aliran (m2/s) = Koefisien gesek = Percepatan gravitasi (m/s)
Tabel 2.1 Nilai koefisien rugi-rugi gesek pipa PVC.
900 elbow
0,5 1,5
1 2,25
Pipe size (inci) 1,5 2,5 4,0 8,0
450 elbow
0,75
1,4
2,0
3,0
4,0
5,0
Insert coupling
0,5
1,0
1,5
3,0
3,0
4,0
Tipe Belokan
117
3 8,0
4 12,
Gate valve Male female adapter Tee-flow (run) Tee-flow (branch)
𝑅𝑒 =
0,3
0,6
1,0
1,6
2,0
3,0
1,0
2,0
3,5
5,5
6,5
9,5
1,0
1,7
2,7
5,1
6,3
8,3
4,0
6,0
8,0
15,0
16,0
22,0
v𝐷
(10) 𝑣 Dimana : v = kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s) D = diameter dalam pipa (m) v = viskositas dinamik fluida (kg/m.s)/(N. s/ m2) Dilihat dari kecepatan aliran, menurut (Mr. Reynolds) diasumsikan atau dikategorikan laminar bila aliran tersebut mempunyai bilangan Re kurang dari 2300, Untuk aliran transisi berada pada pada bilangan Re 2300 dan 4000 biasa juga disebut sebagai bilangan Reynolds kritis, sedangkan aliran turbulen mempunyai bilangan Re lebih dari 4000.
4. Daya air adalah energi yang secara efektif diterima pompa persatuan waktu. Besarnya daya pompa dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: WHP = γ Q htotal = ρ g Q htotal (8) Ket: WHP = Daya air (kW) = Massa jenis air (997,4 kg/m3 asumsikan air pada suhu 270 C) g = Percepatan gravitasi (m/s) htotal = Head total (m) Q = Kapasitas air (m3/s) 5. Daya pompa adalah daya untuk menggerakan pompa ynag besarnya sama dengan daya air ditambah kerugian daya dalam pompa dinyatakan sebagai: SHP = V. I Ket: SHP = Daya pompa (kW) V = tegangan motor pompa (V) I = kuat arus (A)
3) Viskositas: Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya - gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut. 4) Massa jenis (density): Density atau massa jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung nisbah (rasio) massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut. Hubunganya dapat dinyatakan sebagai berikut. 𝑚 𝜌 = (11) 𝑉 Dimana : m adalah massa fluida ( kg) V adalah volume fluida (m3) Nilai density dapat dipengaruhi oleh temperatur semakin tinggi temperatur maka kerapatan suatu fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul – molekul fluida semakin berkurang.
B. Aliran Dalam Pipa 1) Klasifikasi Aliran Fluida: a. 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 hukum viskositas Newton yaitu: 𝑑𝑦 𝜏= 𝜇 (9)
Tabel 2.2 Massa Jenis dan viskositas kinematik air
𝑑𝑢
ρ (kg/m3) 998 996
T 200C 300C
b. 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 kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran. C. Aliran transisi Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.
v (m3/s) 1,005 x 10-6 0,802 x 10-6
5)Debit Aliran : Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing masing pipa experimen diaman rumus debit aliran. 𝑄 = Dimana :
v 𝐴
(12)
Q adalah debit aliran ( m3/s ) v adalah kecepatan aliran ( m/s ) A adalah luas penampang (m2)
6) Koefisien Gesek: Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena distribusi kecepatan pada aliran laminar dan aliran turbulen berbeda, maka koefisien gesek erbeda pula untuk masing - masing jenis aliran . Pada aliran Laminar dalam pipa tertutup (closed conduits) mempunyai distribusi vektor kecepatan seperti pada gambar (2.3). Pada aliran laminar vektor kecepatan yang
2) Bilangan Reynolds : Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen.
118
berlaku adalah kecepatan dalam arah z saja, sehingga analisa gaya Z adalah sebagai berikut. pA + dA − (p + dp) A = 0 τ p Dengan memasukan nilai A= πr2 , maka didapat τ (2π r dz) – π r2 dp = 0 (13)
bilangan Reynolds yang biasa dinyatakan dalam bentuk diagram Moody. Koefisien gesek yang umum digunakan dalam analisa adalah penurunan dari persamaan energi dan Hagen – Poiseulle. ∆p = ∆p (D, L,e,v, ρ, µ) Ditinjau dari persamaaan energi yaitu,
Gambar 2.2 Distribusi tegangan aliran laminar dalam pipa bulat
Jika aliran dianggap sebagai fluida Newtonian maka persamaan (13) dapat disubsitusikan dalam persamaan hukum viskos Newtonian pers. (9).
Karena v1 dan v2 adalah sama dan pipa terletak secara horizontal maka nilai z1 = z2 maka didapat (20) Dimana hladalah nilai head losses yang terjadi. Pada persamaan Haigen – Poiseulle didapat persamaan debit ( Q ) sebagai berikut
Dengan mengintegralkan persamaan tersebut didapat
(21) Dengan memasuki kondisi batas u = 0 dan r = R Dengan memasukan nilai kontinuitas yaitu Q = A V dengan
Q
dari
persamaan
dan maka didapat (14) (22)
Dari persamaan kontinuitas didapat
Kemudian dilanjutkan dengan memsubstitusikan Persamaan (13) kedalam persamaan (15) sehingga didapat, 1 = 64
(15) Di dalam aliran berkembang sempurna gradien tekanan ( dp / dz) konstan oleh karena itu ( p 2 – p1 ) / L = Δp / L. Substitusikan ke dalam persamaan (8) maka debit.
𝜇 𝐿 𝑉2 𝑉𝐷 2 𝐷
Dimana nilai 𝑓 =
64 𝑉𝐷 / 𝑣
merupakan fungsi koefisien
gesek sehingga (16) Persamaan Darcy-Weisbach
III. PENGUJIAN (17) Substitusikan persamaan (16) dengan persamaan (17) didapat 64 64 𝑓 = = (18) 𝑉𝐷 / 𝜇
Dalam pengujian ini menngunakan pompa air Shimizu model PS-135E dengan spesifikasi sebagai berikut. Tabel 4.1 Spesifikasi pompa air Shimizu PS - 135 E Model PS – 135 E
𝑅𝑒
Persamaan (18) dikenal dengan persamaan HagenPoiseulle dan berlaku untuk aliran laminar. Pada aliran turbulen persamaan koefisien gesek yang didapat berasal dari persamaan empiris Blassius.
U =1x220 V
50Hz
H = 20 – 5 m
8µF /370 V
I = 1,3 A IPX4
Hs. Max = 9 m
n = 2900 min-1
𝑓 = 0,316 𝑅𝑒
1 − 4
(19)
Persamaan diatas merupakan pendekatan fungsi gesekan terhadap fungsi kekasaran permukaan pipa dan fungsi
119
T air = Max. 40 C
Q = 10 – 28 l/min Pipa Hisap = 1 in Pipa Dorong = 1 in
No
Q
V
hm
htotal
WHP
η
1
0,000142
0,281
0,025
0,033
0,046
16,19
2
0,000143
0,282
0,025
0,034
0,047
16,38
3
0,000140
0,277
0,025
0,033
0,045
15,66
4
0,000141
0,279
0,025
0,033
0,046
15,95
5
0,000142
0,281
0,025
0,033
0,046
16,23
Maka daya yang dihasilkan motor pompa adalah sebagai berikut. Perhitungan: SHP
= V. I = 220 x 1,3 = 286 W = 0,286 kW Maka daya teoritis pompa tersebut sesuai dengan spesifikasi yang terdapat pada buku manual adalah 0,286 kW 2) Perhitungan hasil pengujian pertama pada Flowmeter 1: Tabel 4.2 Data pengujian pertama pada Flowmeter 1. No
Waktu (s)
Head (m3)
1 2 3
140,77 140,21 142,38
0,02 0,02 0,02
4 5
141,49 140,67
0,02 0,02
Gambar 4.1 Pompa air Shimizu PS-135E
Diketahui: Q1 = 0,02 ÷ 136,46 = 1,42 x 10-4 m3/s Dpipa1 & 3 = ¾ in = 0,01905 m Dpipa2 = 1 in = 0,0254 m A1 = ¼ (π Dpipa12) = ¼ (π x 0,019052) = 2,849 x 10-4m2 A2 = ¼ (π Dpipa22) = ¼ (π x 0,02542) = 5,065 x 10-4m2
Pompa diletakan pada kontruksi rangka dengan disusun oleh instalasi perpiapaan. Air dari reservoir dialirkan menuju instalasi pipa dan dikembalikan kembali ke reservoir. Pengukuran debit air dilakukan pada flowmeter yang diletakan pada 3 titik.
Perhitungan untuk flow meter 1 pada pengujian pertama. Penyelesaian: 1. Menentukan kecepatan air 𝐕A-2 =
𝐐A-2 𝐀
=
𝟏,𝟒𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟒 𝟓,𝟎𝟔𝟓𝒙𝟏𝟎−𝟒
= 0,515 m/s
2. Menentukan bilangan Reynold. Asumsikan suhu air pada pipa adalah 270C. Maka dilakukan interpolasi dari data Tabel 2.1. 𝟑𝟎 − 𝟐𝟕 𝛒𝟐𝟕 = 𝛒𝟑𝟎 − (𝛒 − 𝛒𝟐𝟎 ) 𝟑𝟎 − 𝟐𝟎 𝟑𝟎 𝟑 𝛒𝟐𝟕 = 𝟗𝟗𝟖 − (𝟗𝟗𝟖 − 𝟗𝟗𝟔) = 997,4 kg/m3 𝟏𝟎 𝟑𝟎 − 𝟐𝟕 𝐯𝟐𝟕 = 𝐯𝟑𝟎 − (𝐯𝟑𝟎 − 𝐯𝟐𝟎 ) 𝟑𝟎 − 𝟐𝟎 𝟑 𝐯𝟐𝟕 = 𝟏, 𝟎𝟎𝟓 𝐱 𝟏𝟎−𝟔 − (𝟏, 𝟎𝟎𝟓 𝐱 𝟏𝟎−𝟔 − 𝟎, 𝟖𝟎𝟐 𝐱 𝟏𝟎−𝟔 ) 𝟏𝟎 𝐯𝟐𝟕 = 𝟎, 𝟗𝟒𝟒𝟏 𝐱 𝟏𝟎−𝟔 m2/s
Gambar 4.2 Alat pengujian
Berikut adalah langkah pengujian pompa tersebut:. 1. Pastikan kondisi flowmeter dalam keadaan baik. 2. Pastikan reservoir terisi air. 3. Buka semua katup. 4. Pompa dihidupkan. 5.Catat data pada pada flowmeter 1 (pendataan dilakukan perdua menit dengan 5 kali pengambilan data). 6. Lanjutkan pada flowmeter 2 lalu flowmeter 3. 7. Matikan pompa, diamkan selama 10 menit. 8. Hidupkan kembali pompa. 9. Lakukan pencatatan data kembali pada tiap flowmeter. 10. Matikan pompa, diamkan kembali selama 10 menit. 11. Pompa dihidupkan kembali. 12. Ulangi pencatatan data pada tiap flowmeter. 13. Pengujian selesai. 14. Pompa dimatikan.
Perhitungan angka Reynold No
Q
V
Re
f
hf
1
0,000142
0,281
7547,420
0,034
0,00825
2
0,000143
0,282
7577,564
0,034
0,00830
3
0,000140
0,277
7462,075
0,034
0,00808
4
0,000141
0,279
7509,013
0,034
0,00817
5
0,000142
0,281
7552,785
0,034
0,00826
ReA-2 =
A. Analisa 1) Data Spesifikasi Pompa : Dari data spesifikasi pompa diketahui bahwa V = 220 V dan I = 1,3 A.
120
VA-2 D
v
=
0,515 x0,0254 0,9441x10-4
= 10381,067
No
Q
V
hm
htotal
WHP
Tabel 4.5 Data pengujian kedua pada Flowmeter 1.
η
No 1
Waktu (s) 139,62
Head (m3) 0,02
15,66
2 3
138,95 140,38
0,02 0,02
0,046
15,95
4
140,01
0,02
0,046
16,23
5
140,27
0,02
1
0,000142
0,281
0,025
0,033
0,046
16,19
2
0,000143
0,282
0,025
0,034
0,047
16,38
3
0,000140
0,277
0,025
0,033
0,045
4
0,000141
0,279
0,025
0,033
5
0,000142
0,281
0,025
0,033
Tabel 4.6 Hasil perhitungan pengujian kedua pada Flowmeter 1
Diperoleh angka Reynold Re = 10381,067. Karena pipa tersebut adalah pipa halus dan Re > 4000 (aliran turbulen). Maka koefisien gesek dapat dihitung dengan rumus berikut. 0,316 0,316 fA-2 = 0,25 = 0,25 = 0,031 Re
No
10381,067
3. Menentukan Head Losses total Berikut adalah tabel panjang pipa yang dilalui oleh masing-masing flow meter. Tabel 4.3 Panjang pipa yang dilalui oleh masing-masing flowmeter Flow Panjang pipa dari pompa ke flow meter meter (m) 1 1,54 2 3,26 3 2,095
hf A-2 = 0,031
LA-2 x VA-22 D x 2g
3,26 x 0,5152 0,0254 x 2 x 9,8
0,5152 2 x 9,8
hm A-2 = 0,123 m Head total htotal2 = hf2 + hm2 htotal1 = 0,07227 + 0,123 = 0,1957 m 4. Menentukan daya pompa pada saat bukaan katup 1, 2, dan 3 WHP2 = γ Q2 htotal2 = ρ g Q2 htotal2 = 997,4 x 9,8 x (1,421x10-4) x 0,1957 = 0,2807 Kw 5. Efisiensi pompa Perhitungan WHP2 𝜂p = SHP 0,286
hf
0,283
6422,744
0,034
0,00836
2
0,000144
0,284
6400,689
0,034
0,00843
3
0,000142
0,281
6433,244
0,034
0,00829
4
0,000143
0,282
6387,989
0,034
0,00832
5
0,000143
0,282
6425,852
0,034
0,00830
Q
V
hm
htotal
WHP
Η
1
0,000143
0,283
0,025
0,034
0,047
16,59
2
0,000144
0,284
0,026
0,034
0,048
16,82
3
0,000142
0,281
0,025
0,033
0,047
16,33
4
0,000143
0,282
0,025
0,034
0,047
16,45
5
0,000143
0,282
0,025
0,034
0,047
16,36
Efisiensi (%)
VA-22 hmA-2=Σk A-2 2g
17.00 16.50 16.00 15.50 0.0325
0.0330
0.0335
0.0340
0.0345
Head (m)
Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi dan head pada flowmeter 1
Efisiensi - Debit 17.00
Efisensi (%)
0,2807
f
Efisiensi - Head
Head Losses Minor
=
Re
0,000143
= 7,227 x 10-3 m
hmA-2 = (2,25++2+1,7+1,4+0,4)
V
1
No
Head Losses Mayor hf A-2 = fA-2
Q
= 0,9813
16.50 16.00 15.50
= 98,13 % Tabel 4.4 Hasil perhitungan pengujian pertama pada Flowmeter 1
0.000140 0.000141 0.000142 0.000143 0.000144 0.000145
Debit (m3/s)
3) Perhitungan hasil pengujian kedua pada Flowmeter 1:
Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi dan debit pada flowmeter 1
4) Perhitungan hasil pengujian pertama pada Flowmeter 2:
121
Tabel 4.9 Data pengujian pertama pada Flowmeter 2 No 1 2 3
Waktu (s) 136,46 136,113 136,97
Head (m3) 0,02 0,02 0,02
4
137,16
0,02
5
139,19
0,02
4
0,000143
0,501
0,117
0,186
0,260
91,03
5
0,000141
0,495
0,114
0,182
0,250
87,57
6) Perhitungan hasil pengujian ketiga pada Flowmeter 2: Tabel 4.13 Data pengujian ketiga pada Flowmeter 2 No 1
Waktu (s) 141,34
Head (m3) 0,02
2 3
142,62 142,32
0,02 0,02
4 5
141,28 141,97
0,02 0,02
Tabel 4.10 Hasil perhitungan pengujian pertama pada Flowmeter 2
No
Q
V
Re
f
hf
1
0,000147 0,514
10381,067
0,031
0,07227
2
0,000147 0,516
10407,532
0,031
0,07260
3
0,000146 0,513
10342,414
0,031
0,07180
4
0,000146 0,512
10328,087
0,031
0,07163
5
0,000144 0,504
10177,458
0,031
Tabel 4.14 Hasil perhitungan pengujian ketiga pada Flowmeter 2
No
Q
V
Re
f
hf
1
0,000142
0,497
10022,643
0,032
0,00847
2
0,000140
0,492
9932,691
0,032
0,00839
3
0,000141
0,493
9953,628
0,032
0,00821
4
0,000142
0,497
10026,900
0,032
0,00844
5
0,000141
0,495
9978,167
0,032
0,00836
0,06981
No
Q
V
hm
htotal
WHP
η
1
0,000147
0,514
0,123
0,196
0,281
98,13
2
0,000147
0,516
0,124
0,197
0,283
98,86
No
Q
V
hm
htotal
WHP
η
3
0,000146
0,513
0,123
0,194
0,278
97,07
1
0,000142
0,497
0,115
0,124
0,253
88,60
4
0,000146
0,512
0,122
0,194
0,277
96,68
2
0,000140
0,492
0,113
0,121
0,247
86,31
5
0,000144
0,504
0,119
0,188
0,265
92,64
3
0,000141
0,493
0,113
0,122
0,248
86,84
4
0,000142
0,497
0,115
0,124
0,254
88,71
5
0,000141
0,495
0,114
0,122
0,250
87,46
5) Perhitungan hasil pengujian kedua pada Flowmeter 2: Tabel 4.11 Data pengujian kedua pada Flowmeter 2. Waktu (s) 136,42
Head (m3) 0,02
2 3 4
137,47 137,85 140,03
0,02 0,02 0,02
5
141,91
0,02
Efisiensi - Head Efisiensi (%)
No 1
Tabel 4.12 Hasil perhitungan pengujian kedua pada Flowmeter 2
100.00 95.00 90.00 85.00 0.0000
Q
V
Re
f
hf
1
0,000147
0,515
10384,111
0,031
0,07231
2
0,000145
0,511
10304,797
0,031
0,07135
3
0,000145
0,509
10276,390
0,031
0,07100
4
0,000143
0,501
10116,407
0,032
0,06908
5
0,000141
0,495
9982,386
0,032
0,06749
No
Q
V
hm
htotal
WHP
Η
1
0,000147
0,515
0,124
0,196
0,281
98,22
2
0,000145
0,511
0,122
0,193
0,275
96,05
3
0,000145
0,509
0,121
0,192
0,273
95,28
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
Head (m) Gambar 4.5 Grafik hubungan efisiensi dan head pada flowmeter 2
Gambar 4.6 Grafik hubungan efisiensi dan debit pada flowmeter 2
Efisiensi - Debit Efisensi (%)
No
122
100.00 95.00 90.00 85.00 0.0001380.0001400.0001420.0001440.0001460.000148
Debit (m3/s)
7) Perhitungan hasil pengujian pertama pada Flowmeter 3: Tabel 4.15 Data pengujian pertama pada Flowmeter 3 No Waktu (s) Head (m3) 1 165,42 0,02 2 3
165,99 165,15
0,02 0,02
4 5
166,32 165,24
0,02 0,02
No
Q
V
hm
htotal
WHP
η
1
0,000121
0,238
0,031
0,040
0,047
16,36
2
0,000121
0,239
0,031
0,040
0,047
16,48
3
0,000121
0,238
0,031
0,039
0,047
16,30
4
0,000120
0,238
0,031
0,039
0,046
16,20
5
0,000121
0,238
0,031
0,040
0,047
16,36
9) Perhitungan hasil pengujian ketiga pada Flowmeter 3: Tabel 4.19 Data pengujian ketiga pada Flowmeter 3.
No 1 2 3 4 5
Tabel 4.16 Hasil perhitungan pengujian pertama pada Flowmeter 3 No
Q
V
Re
f
hf
1
0,000121
0,281
6422,744
0,035
0,00846
2
0,000120
0,282
6400,689
0,035
0,00841
3
0,000121
0,277
6433,244
0,035
0,00848
4
0,000120
0,279
6387,989
0,035
0,00838
5
0,000121
0,281
6425,852
0,035
0,00846
Tabel 4.20 Hasil perhitungan pengujian ketiga pada Flowmeter 3
No
Q
V
hm
htotal
WHP
η
1
0,000121
0,281
0,031
0,040
0,047
16,41
2
0,000120
0,282
0,031
0,039
0,046
16,25
3
0,000121
0,277
0,031
0,040
0,047
16,49
4
0,000120
0,279
0,031
0,039
0,046
16,15
5
0,000121
0,281
0,031
0,040
0,047
16,44
8) Perhitungan hasil pengujian kedua pada Flowmeter 3: Tabel 4.17 Data pengujian kedua pada Flowmeter 3 No 1
Waktu (s) 165,60
Head (m3) 0,02
2 3
165,21 165,82
0,02 0,02
4
166,15
0,02
5
165,62
0,02
Head (m3) 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
Waktu (s) 141,34 142,62 142,32 141,28 141,97
No
Q
V
Re
f
hf
1
0,000121
0,238
6404,547
0,035
0,00842
2
0,000121
0,239
6432,855
0,035
0,00848
3
0,000120
0,238
6400,689
0,035
0,00841
4
0,000121
0,239
6432,465
0,035
0,00848
5
0,000121
0,238
6404,161
0,035
0,00841
No
Q
V
hm
htotal
WHP
η
1
0,000121
0,238
0,031
0,039
0,047
16,28
2
0,000121
0,239
0,031
0,040
0,047
16,49
3
0,000120
0,238
0,031
0,039
0,046
16,25
4
0,000121
0,239
0,031
0,040
0,047
16,49
5
0,000121
0,238
0,031
0,039
0,047
16,27
Efisiensi - Head
No
Q
V
Re
f
hf
1
0,000121
0,238
6415,763
0,035
0,00844
2
0,000121
0,239
6430,908
0,035
0,00848
3
0,000121
0,238
6407,251
0,035
0,00842
4
0,000120
0,238
6394,525
0,035
0,00839
5
0,000121
0,238
6414,988
0,035
0,00844
Efisiensi (%)
Tabel 4.18 Hasil perhitungan pengujian kedua pada Flowmeter 3
16.55 16.50 16.45 16.40 16.35 16.30 16.25 16.20 16.15 16.10 0.0392
0.0394
0.0396
0.0398
0.0400
Head (m) Gambar 4.7 Grafik hubungan efisiensi dan head pada flowmeter 3
123
3.
Efisensi (%)
Efisiensi - Debit
4.
0.000120 0.000120 0.000121 0.000121 0.000121 0.000121
Debit
Efisiensi hasil pengujian pada flow meter 1 & 3 cukup rendah yaitu diantara 15,66 – 16,93 %, sedangkan hasil pengujian flow meter 2 mempunyai efisiensi diantara 86,31 – 98,86 %. Pompa ini mampu menghasilkan energi air dengan lebih efisien bila dilalui oleh pipa berdiameter yang lebih besar. V. PUSTAKA
(m3/s)
1.
Gambar 4.8 Grafik hubungan efisiensi dan debit pada flowmeter 3
Pada tabel dapat dilihat dengan jelas bahwa semakin besar head maka semakinbesar pula daya output. Demikian juga semakin besar debit akan semakin besar daya output. Hal ini sesuai dengan yang diharapkan bahwa penambahan energi potensial air akan menambah daya output. Efisiensi hasil pengujian pada flow meter 1 & 3 cukup rendah yaitu diantara 15,66 – 16,93%, sedangkan hasil pengujian flow meter2 mempunyai efisiensi diantara 86,31 – 98,86 %. Itu disebabkan oleh diameter pipa pada flow meter 2 lebih besar. Dari data ini dapat diambil kesimpulan bahwa pompa ini mampu menghasilkan energi air dengan lebih efisien bila dilalui oleh pipa berdiameter yang lebih besar. Kurva karakteristik pompa ini ditampilkan pada grafik di Gambar 4.3 – 4.8 Pada grafik 4.3, 4.5, dan 4.7 yang ditampilkan, sebagai parameter di sumbu-x adalah head total dalam meter dan sumbu vertikal adalah efisiensi, sedangkan pada grafik 4.4, 4.6, dan 4.8 yang ditampilkan, sebagai parameter di sumbu-x adalah debit dalam m3/s dan sumbu vertikal adalah efisiensi. Faktafakta tersebut didapat dari grafik efisiensi - head. Pertama pada pengujian ini, pompa dapat menghasilkan efisiensi terbaik pada pengujian flow meter 2. Kedua, adanya kesesuaian antara hasil penelitian ini dengan perhitungan teori, meskipun hanya pada bagian yang terbatas. Ketiga, adanya ketidaklinearan hubungan efisensi dan head pada flow meter kedua, karena efisiensi mendekati titik maksimum sehingga terjadi penurunan. Untuk mengestimasi meningkatnya daya dapat dilakukan bila debit bertambah, maka pada Gambar 4.6 – 4.8 ditampilkan hubungan antara debit dan daya. Secara teori hubungan daya dan debit saling berbanding lurus, jika daya bertambah maka debit pun ikut bertambah. Hasil yang didapatkan pada penelitian ini masih linier.
2.
3.
4.
5.
6.
-
IV. KESIMPULAN Berdasarkan uraian dan pembahasan yang sebagaimana yang telah dipaparkan dalam menganalisa pada alat ukur flow meter dengan menggunakan pompa Shimizu model PS – 135E dapat ditarik kesimpulan bahwa : 1. Hubungan daya dan debit saling berbanding lurus, jika daya bertambah maka debit pun ikut bertambah. 2. Semakin besar head maka semakin besar pula daya output.
124
Giles Ranald v., B. S., M. S. In C. E. 1993. Mekanika Fluida dan Hidraulika. Edisi kedua. Diterjemahkan oleh : Ir. Herman Widodo Soemitro. Jakarta : Erlangga. Potter C. Merle dan David C. Wiggert. Mechanics of Fluids. Edisi ketiga. Pasific Grove : Brookscole. Pudjaharsa Astu dan Djati Nursuhud. 2012. Mesin Konversi Energi. Edisi ke delapan. Jilid 1 dan 2. Diterjemahkan oleh : Arko Prijono, M.S.E. Jakarta : Erlangga. Rajput. R. K. 2002. Find Mechanics and Hydrolic Mechanics. New Delhi : S. Chand & Company Ltd. Streeter Victor L. dan E. Benjamin Wylie. 2012.Mesin Konversi Energi. Edisi ke tiga. Surabaya : ANDI Yogyakarta. Ambarita Himsar. 2011. Kajian Eksperimental Performansi Pompa dengan Kapasitas1,25 m3/menit Head 12 m jika Dioperasikan Sebagai Turbin. Volume 2. http://jurnal.usu.ac.id/. Januari 2016.
