BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Sistem Transportasi pada Tumbuhan Sistem pengangkutan pada tumbuhan berfungsi untuk mengatur air dan garam

mineral dari akar menuju ke daun kemudian disebarkan keseluruh tubuh tumbuhan. Pengangkutan tumbuhan dilakukan jaringan pengangkut sebagai berikut. a. Xilematau pembuluh kayu berfungsi untuk menyalurkan air dan garam yang diserap akar dari tanah menuju ke batang dan daun. b. Floem

atau

jaringan

pengangkut

fotosintesis

yang

berfungsi

untuk

menyalurkan zat makanan hasil fotosintesis dari daun ke bagian tubuh lainnya. Pengangkutan ini berlangsung di dalam xilem dengan arah akar menuju ke batang kemudian ke daun. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengangkutan air adalah sebagai berikut. 2.1.1

Tekanan Akar Air yang berasal dari tanah masuk secara osmosis melalui buluh akar dan

masuk kedalam akar. Masuknya air mengakibatkan adanya tekanan dalam sel yang mendorong air masuk ke dalam pembuluh akar kayu. Selanjutnya, air masuk ke dalam pembuluh kayu. Tekanan yang mendorong air naik ke pembuluh akar menuju batang disebut tekanan akar. 2.1.2

Sifat Kapilaritas Pembuluh Batang

Universitas Sumatera Utara

Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler, semakin kecil diameter dalam pipa kapiler, kenaikan permukaan air di dalam pipa kapiler akan semakin tinggi. Gejala kapilaritas disebabkan adanya gaya adhesi atau kohesi antara zat cair dengan dinding celah. Bila kapiler kaca dimasukkan dalam zat cair, permukaannya menjadi tidak sama. Naik atau turunnya permukaan zat cair dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

ℎ=

2 𝛾𝛾 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜌𝜌 𝑔𝑔 𝑟𝑟

......................................................................................................(2.1)

Dimana:

h γ Ө g r ρ

= kenaikan atau penurunan zat cair (m) = tegangan permukaan (N/m) = sudut kontak = percepatan gravitasi (m/s2) = jari-jari alas tabung/pipa (m) = massa jenis zat cair (kg/m3)

Sedangkan persamaan tegangan permukaan pada pipa kapiler adalah : 2 ᴫ 𝛾𝛾 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = ᴫ 𝑟𝑟2𝑦𝑦 𝜌𝜌 𝑔𝑔 .....................................................................................(2.2) Dimana:

2.1.3

γ = tegangan permukaan (N/m) Ө = sudut kontak g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jari-jari alas tabung/pipa (m) ᴫ 𝑟𝑟2 = luas permukaan pipa(m2) y = kenaikan atau penurunan zat cair

Daya Isap Daun Daun mengeluarkan air dalam bentuk hisap melalui stomata. Akibatnya, cairan

pada sel yang terdapat di daun menjadi pekat. Kepekatan cairan sel daun mengakibatkan terjadinya penarikan air dari sel sampai ke pembuluh kayu daun, kemudian pembuluh kayu daun akan menarik air dari pembuluh kayu batang. Air yang


7

berkurang dari pembuluh batang akan digantikan oleh air pembuluh kayu akar. Proses tersebut mengakibatkan aliran secara terus-menerus dari akar sampai kedaun. Kekuatan penarikan air oleh daun akibat transpirasi disebut daya isap daun. 2.1.4

Teori Vital Naiknya air dari akar menuju ke batang melalui pipa kapiler selalu menentang

gaya gravitasi dan gaya gesek pada dinding pipa kapiler dapat terjadi karena di dalam tubuh tumbuhan terdapat sel-sel hidup. Sel hidup ini terdapat di kayu yang bernama sel-sel parenkim kayu dan xylem bernama sel jari-jari empulur. (Dwijoseputro. 1994:84)

2.1.5

Gambar 2.1 Siklus Transportasi Tumbuhan (Sumber : http://fandy-irfan99.blogspot.com/2012/03/transportasi-padatumbuhan.html) Kohesi dan Adhesi


Zat terdiri atas partikel-partikel yang saling tarik-menarik. Terdapat dua macam gaya tarik-menarik antar partikel yaitu kohesi dan adhesi. a.

Kohesi : gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis

b.

Adhesi : gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis Gaya kohesi dan adhesi dapat dilihat pada permukaan fluida yang berbentuk

cembung atau cekung.

Gambar 2.2Meniskus cekung dan cembung (Sumber:http://nurul.kimia.upi.edu/arsipkuliah/web2011/080643/pengaruh.html) Meniskus cekung merupakan permukaan zat cair yang berbentuk cekung. Meniskus cekung terjadi pada air dan dinding tabung yang terbuat dari kaca, meniskus cekung terjadi karena gaya tarik menarik antara partikel raksa lebih besar daripada gaya tarik menarik antara raksa dengan dinding tabung (kohesi < adhesi). Meniskus cembung adalah permukaan zat cair yang berbentuk cembung. Meniskus cembung terjadi pada raksa dan dinding tabung, meniskus cembung terjadi karena gaya tarik-menarik antara partikel raksa lebih kecil daripada gaya tarik menarik antara raksa dengan dinding tabung (kohesi > adhesi). 2.2

Tinjauan Mekanika Fluida

2.2.1

Sifat Dasar Fluida


9

Cairandangasdisebutfluida,sebabzatcairtersebutdapat

mengalir.

Untukmengertialiranfluidamakaharusmengetahuibeberapasifatdasarfluida. Adapunsifat- sifatdasarfluidayaitu;kerapatan(density),beratjenis(specific

gravity),

tekanan (pressure), dan kekentalan (viscosity). 2.2.1.1 Kerapatan(density) Kerapatandinyatakandengan𝜌𝜌(𝜌𝜌adalahhurufYunaniyang

dibaca“rho”),

didefenisikan sebagai massa per satuan volume.

𝜌𝜌 =

𝑚𝑚 𝑣𝑣

...............................................................................................................(2.3)

Dimana: 𝜌𝜌 =kerapatan(kg/m3) m =massa (kg) v =volume(m3) Kerapatanadalahsuatusifatkarakteristiksetiapbahanmurni.Benda tersusunatasbahanmurni,misalnyaemasmurni,yangdapatmemiliki berbagaiukuranataupunmassa,tetapikerapatannyaakansamauntuk semuanya. SatuanSIuntukkerapatanadalahkg/m3.

Kadangkerapatandiberikan

dalam

g/cm3.Dengancatatanbahwa jikakg/m3 = 1000 g/(100 cm)3, kemudian kerapatan diberikan dalam g/cm3 harus dikalikan dengan 1000untukmemberikanhasildalam kg/m3.Dengandemikiankerapatanairadalah 1g/cm3akan samadengan 1000 kg/m3. 2.2.1.2 Berat jenis spesifik (specific gravity) Beratjenisspesifiksuatubahandidefinikansebagaiperbandingan kerapatanbahanterhadapkerapatanair. Beratjenis(specificgravitydisingkat SG)adalahbesaranmurnitanpadimensimaupunsatuan,dinyatakanpada

persamaan

sebagai berikut :


Untuk fluidacair: SGc =

𝜌𝜌𝜌𝜌

𝜌𝜌𝜌𝜌

.............................................................................................................(2.4)

Untuk fluida gas: SGg =

𝜌𝜌𝜌𝜌 𝜌𝜌𝜌𝜌

..............................................................................................................(2.5)

Dimana : 𝜌𝜌c 𝜌𝜌w 𝜌𝜌g 𝜌𝜌a

= massa jenis cairan (g/cm3) = massa jenis air (g/cm3) = massa jenis gas (g/cm3) = massa jenis udara (g/cm3)

2.2.1.3 Tekanan (pressure) Tekanandidefinisikansebagaigayapersatuanluas,dengangayaFdianggap bekerja secarategak lurus terhadapluaspermukaan A,maka : 𝐹𝐹

P = ...................................................................................................................(2.6) 𝐴𝐴

Dimana: P F A

=tekanan (N/m2) = gaya (N) =luaspermukaan (m2)

SatuanSIuntuktekananadalahN/m2.Satuaninimempunyainamaresmi pascal (Pa). Karena

satuan

Pa

sangat

kecil,

satuan

tekanan

seringdinyatakandalamMPaatauBar.Dimana1MPa=106Padan1Bar=105Pa. Dalamtermodinamika,tekanansecaraumumdinyatakandalamharga absolutnya.Tekananabsoluttergantungpadatekananpengukuransistem,yang

akan

dijelaskan sebagai berikut : 1. Bila tekanan pengukuran sistemdiatastekananatmosfer,maka : tekanan absolut =tekanan pengukuran + tekananatmosfer


11

𝑝𝑝𝑎𝑎𝑏𝑏𝑠𝑠=𝑝𝑝gauge+ 𝑝𝑝𝑎𝑎tm............................................................................................. (2.7)

2. Bila tekanan pengukuran dibawah tekanan atmosfer, maka : tekanan absolut = tekanan pengukurantekanan atmosfer 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑏𝑏𝑠𝑠=𝑝𝑝gauge-𝑝𝑝𝑎𝑎tm............................................................................................... (2.8)

1standaratmosfer

= 1,01324×106dyne⁄cm3

=14,6959lb/in2 =10332kg/m2 =1,01 × 105N/m2

Gambar 2.3PengukuranTekanan 2.2.1.4 Kekentalan (viscosity) Kekentalandidefinisikansebagaigesekaninternalataugesekanfluida terhadapwadahdimanafluidaitumengalir.Iniadadalamcairanataugas,dan padadasarnyaadalahgesekanantarlapisanfluidayangberdekatanketika bergerakmelintasisatusamalainataugesekanantarafluidadenganwadah tempatiamengalir.Dalamcairan,kekentalandisebabkanolehgayakohesif antaramolekulmolekulnyasedangkangasberasaltumbukandiantara molekul-molekultersebut.


Untukfluidayangberbeda,fluidayangkental,diperlukangayayang lebihbesar.Tetapankesebandinganuntukpersamaaninididefinisikansebagai

koefisien

kekentalan : 𝜇𝜇=

𝐹𝐹𝐹𝐹

𝐴𝐴𝐴𝐴

..................................................................................................................(2.9)

Dimana : 𝜇𝜇 F A v L 2.2.2

= koefisienkekentalan (Pa.s) = gaya (N) = luasan fluida yang bersinggungan dengan setiap lempengan (m2) =kecepatanfluida(m/s) = jaraklempengannya (m)

Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida Penentuankecepatandisejumlahtitikpadasuatupenampang memungkinkanuntuk

membantudalam

menentukanbesarnyakapasitasaliran

sehinggapengukurankecepatanmerupakanfaseyangsangatpentingdalam menganalisasuatualiranfluida.Kecepatandapatdiperolehdenganmelakukan pengukuranterhadapwaktuyangdibutuhkansuatupartikelyangdikenaliuntuk

bergerak

sepanjang jarakyang telahditentukan. Besarnyakecepatanaliranfluidapadasuatupipamendekatinolpada dindingpipadanmencapaimaksimumpadatengah-tengahpipa.Kecepatan biasanyasudahcukupuntukmenempatkankekeliruanyangtidakseriusdalam masalahaliranfluidasehinggapenggunaankecepatansesungguhnyaadalahpada penampangaliran.Bentukkecepatanyangdigunakanpadaaliranfluidaumumnya menunjukkan kecepatanyang sebenarnyajikatidakadaketeranganlain yang disebutkan.


13

Gambar 2.4Profil kecepatan padasalurantertutup

Gambar 2.5Profil kecepatan padasaluranterbuka Besarnyakecepatanakanmempengaruhibesarnyafluidayangmengalir dalamsuatupipa.Jumlahdarialiranfluidamungkindinyatakansebagaivolume, beratataumassafluidadenganmasing-masinglajualiranditunjukkansebagailaju aliranvolume (m3/s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa (kg/s). Kapasitasaliran (Q) untuk fluida yang incompressible,yaitu: Q= A. v ............................................................................................................ (2.10) Dimana : Q = laju aliran fluida (m3/s) A = luas penampang aliran (m2) v = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s) Ẇ= A.v . γ ....................................................................................................... (2.11) Dimana : Ẇ A v γ

= lajualiranberat fluida(N/s) = luas penampang aliran (m2) = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s) = beratjenisfluida(N/m2)

Laju aliran massa fluida (ṁ), dinyatakansebagai:


ṁ = A.v . ρ ...................................................................................................... (2.12) Dimana : ṁ A v ρ

2.2.3

= lajualiran massa fluida (kg/s) = luas penampang aliran (m2) = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s) = massa jenis fluida (kg/m3)

Gerak Fluida dan Laju Aliran Duajenisaliranutamapadafluidayaitulurusataulaminardanaliran

turbulen.Aliranlurusataulaminaradalahjikaalirantersebutmulus,yaitu

lapisan-

lapisanyangbersebelahanmeluncursatusamalaindenganmulus. Sedangkanaliranturbulenditandaidenganlingkaran-lingkarantakmenentu,kecil

dan

menyerupai pusaranyang disebut sebagai arus eddy. LajualiranmassadidefinisikansebagaimassaΔmdarifluidayang melewatititiktertentupersatuanwaktuΔt;lajualiranmassa=Δm/Δt.Pada gambar2.6volumefluidayangmelewatititik1(yaitu,melaluiluasA1)dalam waktuΔtadalahA1Δl1,dimanaΔl1adalahjarakyangdilaluifluidadalamwaktu Δt.Karenakecepatanfluidayangmelewatititik1adalahv1=Δl1/Δt,lajualiran

massaΔm/Δt

melalui luas A1adalah: Ä m 1 At

=

ρ1∆v 1 ∆t

=

ρ1A 1∆l 1 = ρ1 A1 v1 .................................................................. (2.13) ∆t

Gambar 2.6Aliran fluida melalui pipa yang diameternya berubah-ubah


15

𝛥𝛥𝑣𝑣1

Dimana

=

𝐴𝐴1 ∆𝑙𝑙1 adalahvolumedenganmassa

Δ𝑚𝑚1 dan𝜌𝜌1

adalahmassajenisfluida.Dengancarayangsama,padatitik2(melaluiluasA2),lajualiran

adalah𝜌𝜌2 𝐴𝐴2 𝑣𝑣2 .Karenatidakadaaliranfluidayangmasukataukeluardarisisi-sisi,lajualiran melalui A1danA2harus sama. Dengan demikian, karena: ∆m 1 ∆t

=

∆m 2 ∆t

....................................................................................................... (2.14)

Maka: 𝜌𝜌1 𝐴𝐴1 𝑣𝑣1 =𝜌𝜌2 𝐴𝐴2 𝑣𝑣2 ............................................................................................ (2.15)

Persamaaninidisebutpersamaankontinuitas.Jikafluidatersebuttidakdapatditekan

(ρtidakberubahterhadaptekanan),yangmerupakanpendekatanyangbaikuntukzatcairdala msebagianbesarkondisi(dankadang-kadangjugauntukgas),maka𝜌𝜌1 =𝜌𝜌2 ,danpersamaankontinuitasmenjadi:

𝐴𝐴1 𝑣𝑣1 =𝐴𝐴2 𝑣𝑣2 ..................................................................................................... (2.16)

Persamaaninimenyatakanbahwadimanaluaspenampanglintangbesar,kecepatank

ecil,dandimanaluaspenampangkecil,kecepatanbesar.Untuk mendapatkankaloryangmaksimalmakaluaspenampangdibuatbesardandebit

air

yang

digunakan kecil. 2.2.4

Energi dan Head Energipadaumumnyadidefenisikansebagaikemampuanuntukmelakukan

kerja.Kerjamerupakanhasilpemanfaatandarisebuahgayayangmelewatisuatu jarakdanumumnyadidefenisikansecaramatematikasebagaihasilperkaliandari gayadanjarakyangdilewatipadaarahgayayangditerapkantersebut.Energidan


kerjadinyatakandalamsatuanN.m(Joule).Setiapfluidayangsedangbergerak selalumempunyaienergi.Dalammenganalisamasalahaliranfluidayangharus dipertimbangkanadalahmengenaienergipotensial,energikinetikdanenergi tekanan.Energipotensialmenunjukkanenergiyangdimilikifluidadengantempat jatuhnya. Energi potensial (Ep),dirumuskan sebagai: 𝐸𝐸𝑃𝑃=𝑊𝑊.𝑧𝑧 .......................................................................................................... (2.17)

Dimana : EP = energipotensial (J) W = berat fluida (N) z = beda ketinggian(m)

Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh 1

kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik, dirumuskan sebagai :𝐸𝐸𝐾𝐾= 𝑚𝑚𝑣𝑣2 (2.18) Dimana : EK = energikinetik (J) m =massa fluida(kg) v = kecepatan aliran fluida (m/s)

2

Energitekanandisebutjugadenganenergialiranadalahjumlahkerjayang dibutuhkanuntukmemaksaelemenfluidabergerakmenyilangpadajaraktertentu danberlawanandengantekananfluida. Besarnyaenergitekanan(EF), dirumuskansebagai: EF= p . A. L .................................................................................................... (2.19) Dimana : EF p A L

= energitekanan(J) = tekananyang dialami oleh fluida(N/m2) = luas penampang aliran (m2) = panjangpipa (m)

Besarnya energitekanan, dapat jugadirumuskan sebagai berikut : 𝑝𝑝𝑝𝑝

𝐸𝐸𝐹𝐹=

𝛾𝛾

........................................................................................................... (2.20)


17

Dimana : EF p W γ

= energitekanan(J) = tekananyang dialami oleh fluida(N/m2) = berat fluida (N) =berat jenisfluida (N/m3)

Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas, dirumuskan sebagai: 𝐸𝐸= 𝑊𝑊. 𝑧𝑧 +

1 𝑊𝑊𝑊𝑊2 2 𝑔𝑔

+

𝑝𝑝.𝑊𝑊 γ

.................................................................................. (2.21)

Persamaaninidapatdimodifikasiuntukmenyatakantotalenergidengan

head(H)denganmembagimasing-masingvariabeldisebelahkananpersamaan denganW(berat fluida), dirumuskansebagai: 𝐸𝐸= 𝑧𝑧 +

Dimana:

𝑣𝑣2

2𝑔𝑔

H Z

𝑣𝑣2

2𝑔𝑔 𝑝𝑝

2.2.5

γ

𝑝𝑝

+ ............................................................................................... (2.22) γ

= head (m) = head ketinggian (m) = head kecepatan (m) = head tekanan (m)

Persamaan Bernouli Hukumkekekalanenergimenyatakanenergitidakdapatdiciptakandan

tidakdapatdimusnahkannamundapatdiubahdarisuatubentukkebentuklain. Energiyangditunjukkandaripersamaanenergitotaldiatas,ataudikenalsebagai headpadasuatutitikdalamaliransteadyadalahsamadengantotalenergipada titiklainsepanjangaliranfluidatersebut.Haliniberlakuselamatidakadaenergi

yang

ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida. Konsepinidinyatakankedalambentukpersamaanyangdisebutdengan persamaan Bernoulli,yaitu : z1 +

v 12 2𝑔𝑔

+

p1 γ

= z2 +

v 22 2𝑔𝑔

+

p2 γ

....................................................................... (2.23)


Dimana: 𝑝𝑝1dan𝑝𝑝2 𝑣𝑣1dan𝑣𝑣2 𝑧𝑧1dan 𝑧𝑧2 γ g

=tekananpada titik1dan2 = kecepatanaliranpadatitik 1dan2 = ketinggiantitik1dan 2diukur dari bidangreferensi = beratjenis fluida = percepatan gravitasi

Persamaandiatasdigunakanjikadiasumsikantidakadakehilanganenergi antaraduatitikyangterdapatdalamaliranfluida,namunbiasanyabeberapahead lossesterjadidiantaraduatitik.Jikaheadlossestidakdiperhitungkanmakaakan menjadimasalahdalampenerapannyadilapangan.Jikaheadlossesdinotasikan dengan“hl”makapersamaanBernoullidiatasdapatditulismenjadipersamaanbaru, dirumuskan sebagai: z1 +

v 12 2𝑔𝑔

+

p1 γ

= z2 +

v 22 2𝑔𝑔

+

p2 γ

+ hl ................................................................. (2.24)

Persamaandiatasdigunakanuntukmenyelesaikanbanyakpermasalahan

tipealiran,biasanyauntukfluidaincompressibletanpaadanyapenambahanpanas atauenergiyangdiambildarifluida.Namun,persamaaninitidakdapatdigunakan untukmenyelesaikanaliranfluida

yangmengalamipenambahanenergiuntuk

menggerakkanfluidaolehperalatanmekanik,misalnyapompa,turbindan peralatanlainnya.


19

Gambar 2.7 Ilustrasi persamaan Bernoulli 2.2.6

Aliran Laminer dan Turbulen Aliranfluidadidalamsebuahpipamungkinmerupakanaliranlaminar

ataualiranturbulen.OsborneReynolds(1842-1912),ilmuwandanahli matematikaInggris,adalahorangyangpertamakalimembedakanduaklasifikasi aliran ini dengan menggunakan sebuah peralatansederhana. Alirandikatakanlaminarjikapartikel-partikelfluidayangbergerak mengikutigarislurusyangsejajarpipadanbergerakdengankecepatansama. Alirandisebutturbulenjikatiappartikelfluidabergerakmengikutilintasan sembarangdisepanjangpipadanhanyagerakanrata-ratanyasajayangmengikuti

sumbu

pipa. Darihasileksperimendiperolehbahwakoefisiengesekanuntukpipa silindrismerupakanfungsidaribilanganReynold(Re).Dalammenganalisaalirandidalamsal urantertutup,sangatlahpentinguntukmengetahuitipealiranyang

mengalir

dalampipa

tersebut.


Besarnya Reynold (Re), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : 𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌 𝜇𝜇

Dimana:

.......................................................................................................... (2.25)

ρ d v μ

=massajenisfluida (kg/m3) = diameterdalampipa (m) = kecepatan aliran rata-rata fluida (m/s) = viskositas dinamik fluida(Pa.s)

Karenaviskositasdinamikdibagidenganmassajenisfluidamerupakanviskositas kinematik (𝜐𝜐)maka bilangan Reynold,dapat juga dinyatakan : 𝜇𝜇

𝑣𝑣 = ............................................................................................................... (2.26) 𝜌𝜌

Sehingga: 𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑣𝑣

........................................................................................................... (2.27)

AliranakanlaminarjikabilanganReynoldkurangdari2000danakan

turbulenjikabilangan

Reynoldlebihbesardari4000.Jikabilangan

Reynold

terletakantara2000– 4000maka disebut alirantransisi. 2.2.7

Kerugian Head (Head Losses) Kerugian head terdiri atas kerugian gesek di dalampipa-pipa,dan kerugian head

di dalambelokan-belokan, reduser, katup-katup, dan sebagainya. a. KerugianHead Mayor Aliranfluidayangmelaluipipaakanselalumengalamikerugianhead.Halinidisebab kanolehgesekanyangterjadiantarafluidadengandindingpipaatau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). 1. Aliran Laminar Dalam hal aliran laminar, koefisien kerugian gesek untuk pipa (f) dihitung dengan rumus: 𝑓𝑓 =

64

𝑅𝑅𝑅𝑅

.............................................................................................................. (2.28)


21

2. Aliran Turbulen Untukmenghitungkerugiangesekdalampipapadaaliranturbulen terdapatberbagairumusempiris.Dibawahinidiberikancaraperhitungan

dengan

rumus

Hazen-Williamsdan Darcy – Weisbach.  Rumus Hazen-Williams Rumusinipadaumumnyadipakaiuntukmenghitungkerugian headdalampipayangrelatifsangatpanjangsepertijalurpipapenyalurair

minum.

Bentuk

umumpersamaan Hazen – Williams,yaitu: ℎ𝑓𝑓 =

10.666𝑄𝑄 1.85 𝑐𝑐 1.85 𝑑𝑑 4.85

L ............................................................................................ (2.29)

Dimana: ℎ𝑓𝑓 Q L c d

= kerugian gesekan dalampipa (m) =lajualirandalampipa(m3/s) = panjangpipa (m) = koefisien kekasaranpipa Hazen–Williams = diameterdalampipa (m)

Untuk nilaiCdapat dilihat padatabel berikutini: Tabel 2.1Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

Material

C Factor Low

C Factor High

Asbestos-cement Cast Iron Cement-Mortar Lined Ductile Iron Pipe

140 100 140

140 140 140

Concrete

100

140

Copper Steel

130 90

140 110

Galvanizediron Polyethylene Polyvinyl chloride (PVC)

120 140 130

120 140 130

Fibre-reinforced plastic(FRP)

150

150

(Sumber: Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill. New York. 1987, hal.161)




Formula Darcy – Weisbach DengancaraDarcy,koefisienkerugiangesek(f)dihitungmenurutrumus:

ℎ𝑓𝑓 = 0,020 +

0,0005 𝐷𝐷

....................................................................................... (2.30)

Kerugianheadakibatgesekandapatdihitungdenganmenggunakan rumus berikut,

yaitu : ℎ𝑓𝑓 = 𝑓𝑓

𝐿𝐿 𝑣𝑣 2

𝑑𝑑 2𝑔𝑔

Dimana : hf f d L v g

...................................................................................................... (2.31)

= kerugian head karena gesekan(m) = faktor gesekan (dapatdicari dengan diagramMoody) = diameterdalampipa (m) = panjangpipa (m) = kecepatan aliran rata-rata fluida dalampipa (m/s) =percepatangravitasi (m⁄s2 )

DiagramMoodytelahdigunakanuntukmenyelesaikan permasalahanaliranfluidadidalampipadenganmenggunakanfaktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy –Weisbach.

Gambar 2.8DiagramMoody Dimananilaikekasaranuntukbeberapajenispipadisajikandalam berikutini:

tabel

2.2


23

Tabel 2.2Nilai kekasaran (𝜀𝜀) dindinguntuk berbagai pipa komersil Kekasaran Bahan ft m Riveted 0.003- 0.03 0.0009- 0.009 Concrete

0.001 – 0.01

0.0003- 0.003

Wood Stave

0.0006- 0.003

0.0002- 0.009

Cast Iron

0.00085

0.00026

GalvanizedIron

0,0005

0,00015

Asphalted Cast Iron

0,0004

0,0001

Commercial Steel or Wrought Iron

0,00015

0,000046

Drawn Brass or Copper Tubing

0,000005

0,0000015

Glass and Plastic

“smooth”

“smooth”

Sumber: Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill. New York. 1987, hal. 134.)

b. KerugianHead Minor Selainkerugianyangdisebabkanolehgesekan,padasuatujalurpipajugaterjadikerug iankarenakelengkapanpipasepertibelokan,siku,sambungan,katup dansebagainyayangdisebutdengankerugiankecil(minorlosses).Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa,dirumuskan sebagai: hm = ∑n. k. Dimana :

𝑣𝑣 2

2𝑔𝑔

hm n k v

................................................................................................ (2.32)

= head minor = jumlah kelengkapanpipa = koefisien kerugian = kecepatan aliran fluida dalampipa (m/s2)

Menurutpersamaandiatasyaituuntukpipayangpanjang(L/d>1000), minorlossesdapatdiabaikantanpakesalahanyangcukupberartitetapimenjadi penting pada pipa yangpendek. 2.3

Pompa Hidram PompahidrampertamakalidibuatolehJohnWhitehurstseorangpeneliti

asalInggrispadatahun1772.PompahidrambuatanWhitehurstmasihberupa


hidrammanual, di mana katup limbahmasih digerakkan secara manual. Pompa ini pertamakalidigunakanuntukmenaikkanairsampaiketinggian4,9meter(16 kaki).Padatahun1783,WhitehusrtmemasangpompasejenisinidiIrlandiauntuk keperluan air bersih sehari-hari. PompahidramotomatispertamakalidibuatolehseorangilmuwanPrancis bernamaJosephMichelMontgolfierpadatahun1796.DesainpompabuatanMontgolfiersud ahmenggunakan2buahkatup(wastevalvedandeliveryvalve) yangbergeraksecarabergantian.Pompainikemudiandigunakanuntuk menaikkanairuntuksebuahpabrikkertasdidaerahVoiron.Satutahunkemudian,

Matius

Boulton, memperoleh hak paten atas pompa tersebut di Inggris. Padatahun1820,melaluiEaston’sFirmayangmengkhususkanusahanya dibidangairdansistemdrainase,JosiahEastonmengembangkanhidramhingga menjadiusaharamterbaikdalampenyediaanairbersihuntukkeperluanrumah tangga,peternakandanmasyarakatdesa.Padatahun1929,usahaEastonsini dibeliolehGreenandCarter,yangkemudianmeneruskanmanufakturram tersebut. DiBenuaAmerika,hakpatenhidram

pertamakalidipegangolehJ.

CernaudanSSHallet,diNewYork.Pompatersebutsebagianbesardigunakandi daerahpertaniandanpeternakan.Memasukiperiodeberikutnya,kepopuleran hidrammulai berkurang,seiring berkembangnyapompa elektrik. DikawasanAsia,pompahidrammulaidioperasikandiTajMahal,Agra, Indiapadatahun1900.Pompahidramyangdipasangdidaerahtersebutadalah Black’sHydramyangdibuatolehJohnBlackLtd,sebuahperusahaanasal Inggris.Black’sHydramdigunakanuntukmemompaairdengandebit31,5liter perdetik.SelaindiAgra,Black’sHydramjugadipasangdidaerahRisalpur,


25

Pakistan,padatahun1925.Ditempatitu,Black’sHydramberhasilmemompaair

hingga

ketinggian 18,3mdengan debit mencapai 56,5 Liter/detik. Padaakhirabad20,penggunaanpompahidramkembalidigalakkanlagi, karenakebutuhanpembangunanteknologidinegara-negaraberkembang,dan jugakarenaisukonservasi

energidalammengembangkanperlindungan

ozon.

ContohpengembangpompahidramyangbaikadalahAIDFoundationdiFilipina. Merekamengembangkanpompahidramuntukdigunakandidesa-desaterpencil.

Oleh

sebab itu merekameraih Penghargaan Ashden. •

Kelebihan Pompa Hidram Manfaat Hidram yang paling signifikan adalah efisiensi biaya untuk membeli

energi seperti listrik. Dengan berfungsinya Hidram maka lahan-lahan yang dulunya tidak terjangkau irigasi dapat dipergunakan untuk budidaya tanaman. Dapat pula dipergunakan sebagai penyuplai air kebutuhan industri dan rumah tangga termasuk air minum dengan menggunakan filtrasi. Usaha perikanan dan peternakan juga akan sangat terbantu dengan adanya aliran air. Dengan sedikit memodifikasi, aliran air dalam pompa hidram juga dapat berfungsi menggerakkan turbin generator. Dalam tataran yang lebih makro, dengan semakin banyak pompa hidram dioperasikan, dapat mengurangi resiko banjir. Kemudian dengan semakin meratanya penggunaan air, maka tanaman keras di perbukitan akan lebih mudah tumbuh, ini berarti konservasi lahan dan air tanah juga semakin terjaga, ditambah dengan manfaat berkurangnya tanah longsor dan erosi di perbukitan yang semakin rimbun tanaman keras. •

Kelemahan Pompa Hidram


Sebagai suatu teknologi alternatif yang memiliki kelebihan, pompa hidram juga memiliki beberapa kelemahan. Beberapa permasahan yang mungkin timbul dalam pengoperasian pompa hidram antara lain: 1. Klep pembuangan tidak dapat naik atau menutup, disebabkan beban klep terlalu berat atau debit air yang masuk pompa kurang. Dapat diatasi dengan mengurangi beban atau memperpendek as klep pembuangan. 2. Klep pembuangan tidak mau turun atau membuka, karena beban klep terlalu ringan, jadi bisa diatasi dengan menambah beban klep atau memperpanjang as klep pembuangan. 3. Tinggi pemompaan di bawah rasio rumus, yaitu setiap terjunan 1 meter dapat menaikkan setinggi 5 meter. Penyebab pertama adalah terjadinya kebocoran atau tidak rapatnya klep. Penyebab kedua rasio diameter pipa input dibanding pipa output lebih besar dari 1 berbanding 0,5. Dapat diatasi dengan memeriksa dan memperbaiki klep atau mengurangi diameter pipa output. Penyebab ketiga adalah terlalu banyaknya hambatan pada pipa output menuju baktandon, berupa banyaknya belokan pipa. Agar hal tersebut tidak terjadi, pada saat instalasi pipa sedapat mungkin dikurangi lekukan atau belokan pipa menuju tandon. 2.3.1

Komponen Utama Pompa Hidram dan Fungsinya Beberapakomponenutamasebuahpompahidramdijelaskanpadauraian di bawah

ini: 1. Katup Limbah (Waste Valve)


27

Katuplimbahmerupakansalahsatukomponenterpentingpompahidram, olehsebabitukatuplimbahharusdirancangdenganbaiksehinggaberatdangerakannyadapat disesuaikan. Katuplimbahsendiriberfungsiuntukmengubahenergikinetikfluidakerja yangmengalirmelaluipipapemasukanmenjadienergitekanandinamisfluida yang akan menaikkan fluida kerja menuju tabungudara. Beberapa desain katup limbah yang sering digunakan diantaranya:

(a)

(b)

(c) Gambar 2.9Contoh desain katuplimbah. (a) katup kerdamsederhana; (b) katup karetlentur;(c) katup kerdamberpegas.

Adapunbagian- bagiansebuahkatuplimbahdapatdilihatdarigambar dibawah ini:


Gambar 2.10Bagian-bagiankatuplimbah. Keterangangambar 2.10 : 1) Tangkai katup 2) Mur penjepit atas 3) Karet katup 4) Plat katup 5) Mur penjepit bawah Katuplimbahdenganbebanyangberatdanpanjanglangkahyangcukup jauhmemungkinkanfluidamengalirlebihcepat,sehinggasaatkatuplimbah menutup,akanterjadilonjakantekananyangcukuptinggi,yangdapat mengakibatkanfluidakerjaterangkatmenujutabungudara.Sedangkankatup limbahdenganbebanringandanpanjanglangkahlebihpendek,memungkinkan terjadinyadenyutanyanglebihcepatsehinggadebitairyangterangkatakanlebih

besar

dengan lonjakantekanan yanglebih kecil. 2. Katup Pengantar(Delivery Valve) Katuppengantaradalahsebuahkatupsatuarahyangberfungsiuntuk menghantarkanairdaribadanhidrammenujutabungudarauntukselanjutnya dinaikkanmenujutangkipenampungan.Katuppengantarharusdibuatsatuarah agarairyangtelahmasukkedalamtabungudaratidakdapatkembalilagike dalambadanhidram.Katuppengantarharusmempunyailubangyangbesar sehinggamemungkinkanairyang dipompamemasukiruangudara tanpa hambatan pada aliran. 3. Tabung Udara (Air Chamber)


29

Tabungudaraharusdibuatdenganperhitunganyangtepat,karenatabung udaradigunakanuntukmemampatkanudaradidalamnyadanuntukmenahan tekanandarisiklusram.Selainitu,denganadanyatabungudaramemungkinkan airmelewatipipapengantarsecarakontinui.Jikatabungudarapenuhterisiair, tabungudaraakanbergetarhebat,dapatmenyebabkantabungudarapecah.Jika

terjadi

kasusdemikian, ramharus segera dihentikan. Pendapatdaribeberapaahli,untukmenghindarihal-haldiatas,volume tabung udara harus dibuat sama dengan volumedari pipa pengantar. 4. Katup Udara (Air Valve) Udaradalamtabungudara,secaraperlahan- lahanakanikutterbawake dalampipapengantarkarenapengaruhturbulensiair.Akibatnya,udaradalam

pipa

perlu

diganti dengan udara baru melalui katup udara. Ukurankatupudaraharusdisesuaikansehinggahanyamengeluarkan semprotanairyangkecilsetiapkalilangkahkompresi.Jikakatupudaraterlalu besar,udarayangmasukakanterlampaubanyakdanramhanyaakanmemompa udara.Namunjikakatupudarakurangbesar,udarayangmasukterlampausedikit, ramakanbergetarhebat,memungkinkantabungudarapecah.Olehkarenaitu,

katup

udaraharus memiliki ukuran yang tepat. 5. Pipa Masuk (DrivenPipe) Pipamasukadalahbagianyangsangatpentingdarisebuahpompahidram. Dimensipipamasukharusdiperhitungandengancermat,karenasebuahpipa masukharusdapatmenahantekanantinggiyangdisebabkanolehmenutupnya katuplimbahsecaratiba-tiba.Untukmenentukanpanjangsebuahpipamasuk,

bisa

digunakan referensiyang telah tersediaseperti di bawah ini:


6H< L< 12H

(Eropa danAmerika Utara)

L= h + 0.3 (h/H)

(Eytelwein)

L= 900 H/(N2 x D)

(Rusia)

L= 150
= panjangpipa masuk = head supply = head output = diameter pipa masuk = jumlah ketukan katup limbah per menit.

Menurutbeberapapenelitianyangtelahdilakukan,referensiperhitungan

panjang

pipa masuk oleh Calvert memberikan hasil yang lebih baik.

2.3.2

Sistem Operasi Pompa Hidram Berdasarkanposisikatuplimbahdanvariasikecepatanfluidaterhadap

waktu,sistemoperasi sebuah pompa hidramdapat dibagi menjadi 4periode, seperti padagambar 2.11:

Gambar 2.11Perubahan kecepatan terhadap waktupada pipamasuk


31

Penjelasan gambar 2.11 : A. Katuplimbahterbukadanairmulaimengalirmelaluipipamasuk,memenuhi badanhidramdankeluarmelaluikatuplimbah.Karenapengaruhketinggian supplytank,airyangmengalirtersebutmengalamipercepatansampai kecepatannyamencapaivo.Posisideliveryvalvemasihtertutup.Padakondisi awalsepertiini,tidakadatekanandalamtabungudaradanbelumadaairyang

keluar

melalui delivery pipe.

Gambar 2.12Skema pompa hidrampada kondisi A B. Airtelahmemenuhibadanhidram,ketikatekananairtelahmencapainilai tertentu,katuplimbahmulaimenutup.Padapompahidramyangbaik,proses menutupnyakatup limbah terjadi sangat cepat.


Gambar 2.13Skema pompa hidrampada kondisi B C. Katuplimbahmasihtertutup.Penutupankatupyangdengantiba-tibatersebut menciptakantekananyangsangatbesardanmelebihitekananstatispipamasuk. Kemudiandengancepatkatuppengantarterbuka,sebagianairterpompamasuk ketabungudara.Udarapadatabungudaramulaimengembanguntuk menyeimbangkan tekanan , dan mendorong air keluar melalui delivery pipe.

Gambar 2.14Skema pompa hidrampada kondisi C D. Katuppengantartertutup.Tekanandidekatkatuppengantarmasihlebihbesar daripadatekananstatispipamasuk,sehinggaaliranberbalikarahdaribodi hidrammenujusupplytank.Peristiwainilahyangdisebutdenganrecoil.Recoil menyebabkanterjadinyakevakumanpadabodihidram,yangmengakibatkan


33

masuknya sejumlah udara dari luar masuk ke bodi hidram melalui katuppernapasan(airvalve).Tekanandisisibawahkatuplimbahjugaberkurang,dan jugakarenaberatkatuplimbahitusendiri,makakatuplimbahkembaliterbuka. Tekananairpadapipakembaliketekananstatissebelumsiklusberikutnyaterjadi lagi.

Gambar 2.15Skema pompa hidrampada kondisi D Bentukidealdaritekanandankecepatanaliranpadaujungpipa pemasukandankedudukankatuplimbahselamasatusikluskerjahidram,

diperlihatkan

dengan sangat sederhana dalamgambar 2.16.


Gambar 2.16Diagramsatu siklus kerja hidram Keterangangambar2.16: Periode1:Akhirsiklusyangsebelumnya,kecepatanairmelaluirambertambah, airmelaluikatuplimbahyangsedangterbuka,timbultekanannegatif yang kecil dalamhidram. Periode2:

Aliranbertambahsampaimaksimummelaluikatuplimbahyang terbukadantekanandalampipapemasukanjugabertambahsecarabertahap.

Periode3:Katuplimbahmulaimenutupdengandemikianmenyebabkannaiknya tekanandalamhidram,kecepatanalirandalampipapemasukantelah mencapaimaksimum. Periode4:Katuplimbahtertutup,menyebabkanterjadinyapaluair(water hammer)yangmendorongairmelaluikatuppengantar.Kecepatan aliran pipa pemasukan berkurang dengan cepat.


35

Periode5:Denyuttekananterpukulkedalampipapemasukan,menyebabkan timbulnyahisapankecildalamhidram.Katuplimbahterbukakarena hisapantersebutdanjugakarenaberatnyasendiri.Airmulaimengalir

lagi

melaluikatup limbah dan siklushidramterulang kembali. 2.4

Persamaan Energi Pada Pompa Hidram

2.4.1

Energi Yang Dibangkitkan Pada Pompa Hidram Energiyangdibangkitkanpada

pompahidramberasaldarienergifluidaitusendiri.Airyangmengalirmelalui pipamasukdariketinggianH(ketinggianpermukaanairdalamsupplytank), mengalamipercepatan.Untuklebihjelasnya bisa dilihat pada gambar 2.17

. Gambar 2.17Skema instalasi pompa hidram Berdasarkangambardiatas,dapatdituliskanpersamaanBernoullisebagai berikut: 𝑣𝑣𝑣𝑣 2 𝜌𝜌𝜌𝜌

+

𝑝𝑝𝑝𝑝

2g

+ Zo – HL=

Dengan:

𝑝𝑝0

𝑣𝑣32 𝜌𝜌𝜌𝜌

+

𝑝𝑝3 2g

+ Z3 ............................................................. (2.33)

= tekananpadatitik0 yaitutekananatmosfer (=0)(𝑁𝑁⁄m2)


𝑝𝑝3 𝑣𝑣0 𝑣𝑣3 𝑍𝑍0 𝑍𝑍3 𝐻𝐻𝐿𝐿 𝜌𝜌 g

=tekananpadatitik3(𝑁𝑁⁄m2) = kecepatanaliran air pada titik0 (= 0)karena debit konstan, (m/s) =kecepatanaliranairpadatitik3 = ketinggiantitik 0daridatum (m) =ketinggian titik 3(= 0)karenadiasumsikan segaris datum,(m) = head losses (m) = massajenis fluida,untuk air= 1000 (𝑘𝑘g⁄m3) =percepatangravitasi(m/s2)

Jikadimasukkanharga- hargayangtelahditentukan,makapersamaan

Bernoulli

diatas menjadi: H – HL =

𝜌𝜌 3

ρg

..................................................................................................... (2.34)

DenganHLatauHeadLossterdiridariMajorHeadLossdanMinorHead Loss.Karenaairmengalirdarisupplytankyangmemilikiketinggiantertentu, makaakantimbulgayayangdisebabkanpercepatanyangdialamiair,yang besarnyasamadenganhasilkalimassafluidayangmengalirdanpercepatanyang

dialami

fluida (Hukum Newton). Seperti di bawah ini: 𝐹𝐹=𝑚𝑚.a ............................................................................................................ (2.35) Dengan: F m 𝑎𝑎

= gaya fluida yang mengalir (N) =massa fluida yang mengalir(kg) = percepatanfluidayangmengalir(m/s2)

Tekanandititik3dapatdicaridengancaramembagigayapadatitik3

(gaya

akibatpercepatanair) dengan luas penampang pipa masuk (A). P3 =

𝐹𝐹

𝐴𝐴

= 𝜌𝜌𝜌𝜌

Karena, 𝑃𝑃3

𝜌𝜌𝜌𝜌

=

𝑙𝑙.𝑑𝑑𝑑𝑑 g.dt

𝑑𝑑𝑑𝑑 dt

............................................................................................. (2.36)

....................................................................................................... (2.37)


37

Dengan HLadalah head losses pada pipa, yang besarnya ditentukan dengan persamaan di bawah ini: HL = f

𝑙𝑙 𝑣𝑣 2

D 2g

Dengan:

𝐻𝐻𝐿𝐿 f L D K

𝑣𝑣2

+ ∑�𝐾𝐾 2𝑔𝑔 � .................................................................................. (2.38) = head losses (m) = faktor gesekan bahan pipa masuk = panjangpipa masuk (m) = diameter pipa masuk (m) = faktor kontraksi

Untukmenghitungbesarnyaenergiyangdibangkitkanpadapompa hidram,kitatinjaukondisidimasing–masingtitiksaatawalpengoperasian pompahidram,dimanapadakondisidemikianairyangmasukkebadanhidramlangsungkelu armelalui katuplimbahdengankecepatantertentu(𝑣𝑣3 ),dantekanan di titik 3, P3akan sama

dengan atmosfer (= 0) karena katup limbah dalamkeadaan terbuka penuh. Sehingga persamaan Bernoulliakan menjadi:

H - HL =

𝑣𝑣32

2g

...................................................................................................... (2.39)

Kecepatanv3dapatdihitungdenganmenggunakanpersamaankontinuitas, dimanahargadebit(Q)bernilaikonstan(kondisiawalsemuafluidayangmasuk

langsung

keluar melaluikatup limbah). Sehingga: Q = V3 x Awaste ................................................................................................ (2.40) Dengan: 𝑄𝑄 =debit airyangkeluarmelaluikatuplimbah (m3/s) V3 =kecepatanair dititik 3(m/s) 𝐴𝐴𝑤𝑤𝑎𝑎𝑠𝑠t𝑒𝑒= luaspenampanglubangkatuplimbah(m2)

Setelah nilai V3 didapatkan, maka kita dapat menghitung energiyang

dibangkitkan hidram dengan rumus: E=

1

2

. 𝑚𝑚 . 𝑣𝑣32 ................................................................................................... (2.41) Universitas Sumatera Utara

Dengan: E m 𝑣𝑣3

2.4.2

= energi hidram (J) =massa fluida yang mengalir(kg) = kecepatanmassa fluidayang mengalir(m/s)

Peningkatan Tekanan PadaPompa Hidram Akibat Peristiwa Palu Air Prinsipkerjapompahidramadalahmembuatairyangmengalirmelalui

pipamasukberhentisecaratiba-tiba,yangakanmengakibatkanterjadinya kenaikanheadtekananpadaair.Besarnyakenaikanheadtekanandapatdihitungdengan persamaan Joukowsky, seperti di bawahini: ∆𝐻𝐻𝑝𝑝 =

𝑐𝑐(𝑣𝑣1−𝑣𝑣2) g

................................................................................................. (2.42)

Dimana: ∆𝐻𝐻𝑝𝑝 c 𝑣𝑣1 𝑣𝑣2 𝑔𝑔

= kenaikanhead tekanan (m) = kecepatan gelombang suara dalamair(m/s) = kecepatanair sebelumvalve menutup(m/s) = kecepatanair sesudahvalve menutup(m/s) =percepatangravitasi (m/s2)

Menurut David dan Edward, kecepatan gelombang suara di dalamair didefinisikan dengan persamaan: 𝐸𝐸𝐸𝐸 1/2

c= � � 𝜌𝜌

...................................................................................................... (2.43)

Dimana: 𝐸𝐸𝑣𝑣 =modulusbulk 𝜌𝜌 = massa jenisfluida (kg/m3) c =kecepatan gelombangsuara Untukpeningkatantekananakibatpenutupankatupsecaragradual,dapat

dihitung

menggunakan rumus: ∆h =

𝐿𝐿𝐿𝐿

gt

............................................................................................................ (2.44)

dengan:


39

∆ℎ v L g t 2.4.3

= kenaikantekanan akibat paluair(m) = kecepatan aliran (m/s) = panjangpipa (m) =percepatangravitasi(m/s2) = waktu penutupan katup (s)

Daya Pompa Hidram Untuk menghitung daya yang dihemat oleh pompa hidram digunakan rumus:

P = 𝜌𝜌 g Q hp ..................................................................................................... (2.45) Dimana:

P = daya yang dihemat (W) 𝜌𝜌 =massajenisair(kg/m3) g =percepatangravitasi (m/s2) Q =debit limbah(m3/s) ℎ𝑝𝑝 = head pemompaan (m) 2.4.4

Efisiensi Daya Pompa Hidram Ada duametode dalamperhitungan efisiensi dayapompa hidram, yaitu :

 Menurut D’ Aubuisson : MenurutD’Aubuisson,katuplimbahdigunakansebagaidatum.Untuk

lebih

memahami, dapat dilihat padagambar 2.18.

Gambar 2.18Datumdalamperhitungan efisiensi menurut D’Aubuisson Sehingga dapat dirumuskan:


ηA =

𝑞𝑞(𝐻𝐻+ℎ) .................................................................................................... (2.46) (Q+q)H

dimana: 𝜂𝜂𝐴𝐴 q Q h H

= efisiensidaya pompahidrammenurut D’ Aubuisson =debithasil(m3/s) =debitlimbah(m3/s) = head keluar (m) = head masuk (m)

 Menurut Rankine : MenurutRankine,permukaanairpadatangkipemasukandigunakan sebagai datum. Untuk lebih memahami, dapat dilihat pada gambar 2.19.

Gambar 2.19Datumdalamperhitungan efisiensi menurut Rankine Sehingga dapat dirumuskan: ηR =

𝑞𝑞ℎ

QH

............................................................................................................ (2.47)

Dimana:


41

𝜂𝜂𝑅𝑅 q Q h H 2.5

= efisiensihidrammenurut Rankine =debithasil(m3/s) =debitlimbah(m3/s) = head keluar (m) = head masuk (m)

Dasar Perencanaan Pompa Dalamperancanganpompauntukmemindahkanfluidadarisuatutempatke

tempat

yang lain denganhead tertentu diperlukanbeberapasyarat utama, yaitu:

2.5.1

Kapasitas Kapasitas

pompaadalahjumlahfluidayang

dialirkanolehpompaper

satuanwaktu.Kapasitaspompainitergantungpadakebutuhanyangharus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan. 2.5.2

Head Pompa Headpompaadalahketinggiandimanakolomfluidaharusnaikuntuk

memperolehjumlahyangsamadenganyangdikandungolehsatuanbobotfluida

pada

kondisiyang sama.Head ini adadalamtiga bentuk, yaitu : a. Head potensial Didasarkanpadaketinggianfluidadiatasbidangbanding(datumplane). JadisuatukolomairsetinggiZmengandungsejumlahenergiyangdisebabkan oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesarZkolomair. b. Head kecepatan Headkecepatanatauheadkinetikyaitusuatuukuranenergikinetikyang dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan persamaan :

𝑣𝑣 2

2𝑔𝑔


c. Head tekanan Headtekananadalahenergiyangdikandungfluidaakibattekanannyadan dinyatakandengan𝜌𝜌⁄𝛾𝛾.Headtotaldaripompadiperolehdenganmenjumlahkan headyangdisebutdiatasdengankerugian-kerugianyangtimbuldalaminstalasi pompa (headmayor dan head minor)

2.6

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah suatu pembangkitan energi

listrik dengan mengubah energi potensial air menjadi energi mekanik oleh turbin dan diubah lagi menjadi energi listrik oleh generator dengan memanfaatkan ketinggian dan kecepatan aliran air. Berdasarkan

output

yang

dihasilkan,

pembangkit

listrik

tenaga

air

dibedakanatas : 1.

Large-hydro:lebihdari100 MW

2.

Medium-hydro:antara15–100 MW

3.

Small-hydro:antara1–15MW

4.

Mini-hydro:Dayadiatas 100kW,tetapidibawah1MW

5.

Micro-hydro:antara5kW–100kW

6.

Pico-hydro:dayayangdikeluarkan5kW Pembangkitlistrik

tenagaairmikrohidromerupakanpembangkitlistrik

yangmenghasilkankeluarandayalistrikantara 5kW–100kW. 2.6.1

Prinsip Pembangkit Listrik Tenaga Air


43

Pembangkitantenagaairadalahsuatubentukperubahantenagadaritenaga airdenganketinggiandandebittertentumenjaditenagalistrik,dengan menggunakanturbinairdangenerator. Dayayangdihasilkandapatdihitungberdasarkanrumusberikut: P=ρ.Q.h.g ....................................................................................................... (2.48) Dimana:

2.6.2

P =Dayakeluaran secarateoritis (watt) ρ =Massajenisfluida(kg/m3) Q =Debitair(m3/s) h =Ketinggianefektif(m) g =Gayagravitasi(m/s2) Prinsip Pembangkit Listrik Pompa Vakum Yang Memanfaatkan Pipa Kapiler Pembangkit listrik pompa vakum yang memanfaatkan pipa kapiler adalah

pembangkitlistrikyangmemanfaatkannaiknyafluidamelaluipipakapilerdibatangtumbuha nyangaliranairnyaberasaldariakarmenujubatang,mengalirnaikterusmenujudaunsertake mbalilagidaridaunmenuju

ke

bawahtanahsehinggasifatfluidanya

berotasi.

Dariperistiwanaikdanturunnyaair padatumbuhan,makadibuatkanprotipeyangmengacupadaprosesnaiknyaairkeatassecaran atural. Airyangberadadiatasditampungkebakkemudiandisalurkanuntukmenggerakkanb aling-balingpadageneratorsehinggamenghasilkanlistrik.


Gambar 2.20Site Plan prinsip dasar kinerja pompa vakum kapiler (Sumber: http://profitsakinah.blogspot.com/2012/12/mikro-hidro-kapiler-alternatifenergi.html) Prinsip dasar kinerja pompa vakum kapiler merupakan sebuah pemanfaatan energi potensial yang dimiliki oleh aliran air yang kita simpan pada bak tendon atau menara air pada jarak ketinggian tertentu menuju instalasi pembangkit listrik berupa girbox dengan turbin tadi kemudian mengalirkannya kembali ke tempat semula secara berkelanjutan (continue). 2.6.3

Keuntungan dan Kerugian Antara Pompa Vakum yang Memanfaatkan Pipa Kapiler Dengan Alat Percobaan Heron Fountain Ada beberapa keunggulan Pompa vakum yang memanfaatkan pipa kapiler

dibandingkan alat percobaan heron fountain meliputi :


45

1. Dibandingkan dengan alat percobaan heron fountain, pompa vakum yang memanfaatkan pipa kapiler ini bisa digunakan untuk menaikkan air dari sumur tanpa menggunakan pompa listrik secara kontinui. 2. Dengan sedikit modifikasi pada pompa vakum yang memanfaatkan pipa kapiler ini bisa menghasilkan daya listrik dengan memanfaatkan siklus air yang berputar terus menerus pada pompa vakum dengan meletakkan turbin pada saluran pipa pengeluaran. 3. Dibandingkan dengan alat percobaan heron fountain, pompa vakum yang memanfaatkan pipa kapiler ini bisa bekerja terus menerus selama 24 jam tanpa menggunakan energi dari luar untuk pengoperasian alat pompa vakum tersebut, sedangkan alat heron fountain harus di isi terus menerus airnya ke bak penampung agar alatnya bisa berjalan, ini merupakan suatu konsep yang tidak efisien bila digunakan dikarenakan masih menggunakan energi dari luar untuk pengoperasiannya. 4. Kontruksinya yang portable dan sederhana, sehingga cocok digunakan di berbagai tempat seperti : daerah terpencil di pedalaman yang jauh dari sumber air, pemukiman padat penduduk/rumah susun dan juga perusahaan-perusahaan (misalnya, sebagai solusi jaringan listrik untuk tower pemancar jaringan telekomunikasi di pengunungan). 5. Tidak menimbulkan pencemaran. 6. Tidak mengeluarkan biaya bulanan seperti listrik konvensional, karena dapat menjadi milik pribadi atau kelompok yang menghendaki. Tentunya dengan memperbesar volume, ketinggian dan memperpanjang lintasan air ke turbin,


sehingga daya yang dihasilkannya dapat digunakan untuk mengaliri listrik satu rumah.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents