4
BAB II DASAR TEORI 2.1
Peneliti Terdahulu Adapun beberapa peneliti terdahulu yang telah dilaksanakan dan
membahas pompa antara lain, oleh Kadek Mekar Wismana Tahun 2003 merancang dan menguji tentang pompa torak dengan penggerak kincir air pada rancangannya didapat debit maksimum pompa 3,486 lt/dt pada tinggi pemompaan statis 1 m dan pada tinggi pemompaan 12 m pompa hanya mampu menghasilkan debit 0,57 lt/min, efisiensi total rancangan ini memang kecil [2]. Dan rendahnya efisiensi total rancangan kincir pompa torak di karenakan salah satunya oleh rendahnya efisiensi kincir. Jumlah sudu sedikit menyebabkan banyak debit input kincir yang terlewatkan dengan demikian daya input banyak yang terbuang percuma. I Made Suarsa tahun 2014 merancang dan menguji tentang pompa torak yang digerakan kincir air tipe pitch back dengan diameter torak 3,7 cm, panjang pompa 45 cm, dan pada efisiensi 36,73% pompa mampu menghasilkan debit 0,0636 lt/dt dan daya pemompaan 14,59 watt [3]. I Gusti Putu Wiryawan, tahun 2010 meneliti tentang analisis perfonmance pompa jet dengan memvariasikan ketinggian nozzle terhadap permukaan air, dari penelitian yang dilakukan di hasilkan bahwa Semakin rendah posisi nozel terhadap permukaan air maka performansinya semakin menurun pada ketinggian hisap 12 meter pada posisi nozzle 60 cm dibawah permukaan air menghasilkan performaansi yang lebih tinggi dibandingkan dengan posisi nozel yang lebih tinggi 40 cm di bawah permukaan air sampai 60 cm di atas permukaan air [4]. Kwinnonia Tri Marini Ginting pada tahun 2014 telah meneliti tentang Pengujian pompa submersible sebagai turbin pembangkit daya tenaga mikro hidro bahwa dari pengujian dan pembahasan yang telah di lakukan diketahui ujuk kerja pompa submersible sebagai turbin head rendah pada ketinggian 7 meter menghasilkan daya turbin sebesar 112,12 watt dan efisiensi pompa submersible sebagai turbin yang telah di uji, menghasilkan efisiensi maksimum 29,47%. Dan
5
pengaruh ketinggian dan kapasitas terhadap performansi turbin yaitu berbanding lurus artinya semakin tinggi terjunan sumber terhadap turbin maka semakin besar daya output yang di hasilkan turbin [5]. Demikian beberapa
judul tugas akhir yang dapat penulis temukan
mengenai pompa dan pengembangannya. Dari hasil penelitan diatas penulis tertarik untuk meneliti bagaimana pengaruh variasi kapasitas kincir air bersudu lurus terhadap unjuk kerja pompa torak. berawal dari topik tersebut sehingga penulis mengambil tema pompa kincir sebagai materi tugas akhir dengan judul “Pengujian Unjuk Kerja Pompa Torak Berpenggerak Kincir Air Sudu Lurus ” 2.2 Landasan Teori 2.2 .1 Pompa dan Kegunaannya Pompa adalah suatu peralatan yang dipakai untuk mengubah energi mekanik (dari mesin penggerak pompa) menjadi energi tekan pada fluida pompa yang ditekan. Pada umumnya pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat rendah ke tempat lain yang lebih tinggi tempatnya dan lebih tinggi tekanannya ataupun untuk sirkulasi 2.2.2 Kapasitas Pompa (Q) Kapasitas pompa torak merupakan positif (Positif Displacment Pump) dimana pemindahan fluida kerja nya adalah volume per volume pompa ini mengeluarkan cairan dalam jumlah terbatas selama pergerakan piston sepanjang langkahnya. Akan tetapi tidak seluruh cairan dapat mencapai pipa buang yang di sebabkan oleh kebocoran. a. Kapasitas Teoritis (Qth) Adalah laju aliran ideal pompa tanpa adanya kebocoran internal dan eksternal (QL)- Kebocoran ini terjadi dalam celah antara silinder dan piston/plunyer (pada pompa reciprocating), kebocoran di dalam gap antara impeler dan shroud (pada pompa sentrifugal) dalam satuan volume per waktu. b. Kapasitas Optimum (Qopt) Adalah kapasitas pompa jika pompa bekerja pada efisiensi total maksimum pompa (Qop) dalam satuan volume per waktu.
6
c. Kapasitas Aktual (Qact) Adalah laju aliran volume fluida yang dialirkan melalui pipa tekan dalam satuan volume per waktu. d. Kapasitas Internal /Indikatif (Qi) Adalah laju aliran di dalam pompa dalam satuan volume per waktu. 2.2.3 Head (H) Head merupakan tekanan yang dihasilkan oleh pompa. Head pada umumnya dinyatakan dalam tinggi kolam air dan umumnya dalam satuan meter. Pressure gauge, vacuum gauge, atau compund gauge digunakan untuk mengukur head pompa dalam operasinya
Gambar 2.1 Head Pompa Sumber : Sularso, 2000. hal. 27.
Persamaan energi persatuan berat fluida untuk sistem pompa gambar 2.1 adalah : ZS
Ps
Vs 2g
2
HP
Zd
Pd
Vd 2g
2
H
dimana: Zs = Head statis elevasi isap /suction pompa (m) Zd = Head statis elevasi buang / discharge pompa (m) Ps = Head statis tekanan isap / suction pompa (N/ni2) Pd = Head statis tekanan buang / discharge pompa (N/m2)
L
7
Vs = Head dinamis kecepatan fluida pada ujung isap / suction pompa (m/det). Hp = Head pompa (m). HL =
Head losses total instalasi perpipaan sistem pompa (m).
= Berat jenis fluida oleh karena itu head total pompa adalah:
HP (Zd - Zs)
Pd - Ps Vd 2 - Vs 2 H
2g
L
..........................(2.2)
Unjuk kerja pompa umumnya digambarkan dalam kurva Q-H Seperti gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kurva unjuk kerja pompa Sumber : Sularso, 2000, hal. 10
2.2.4 Head Losses Head Losses adalah kerugian-kerugian head pada aliran yang disebabkan oleh adanya faktor gesek fluida pada dinding dalam pipa, adanya katup-katup, belokan, dan lain-lainnya. Head Losses ada dua macam yaitu Mayor Losses dan Minor Losses Mayor Losses adalah kerugian head yang disebabkan oleh terjadinya gesekan antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa. Mayor Losses dipengaruhi oleh kekasaran permukaan dinding pipa bagfan dalam, kecepatan aliran fluida serta
8
panjang pipa. Besarnya Mayor Losses dapat dihitung dengan rumus Darcy Weisbach sebagai berikut : h
L, Ma
2 L V f. . D 2g ....................................................................(2.13)
Dimana: hL,ma =
Mayor Losses (m)
f
= Faktor gesek pipa
L
= Panjang pipa (m)
D
= diameter pipa bagian dalam (m)
V
= Kecepatan aliran fluida (m/s)
G
= Percepatan gravitasi (m/s2)
a. Minor Losses Minor Losses adalah kerugian-kerugian yang disebabkan oleh adanya belokan-belokan, katup-katup, percabangan dan juga karena terjadinya perubahan luas penampang pipa saluran. Besarnya minor losses dapat dihitung dengan humus V2 h L , Mi k. 2g .......................................................................................(2.14)
Dimana : hL,mi = Minor Losses (m) k
= faktor gesek
v
= kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)
g
= Percepatan gravitas (m/s2)
2.2.5 Faktor Gesek pada Pipa Faktor gesekan dalam pipa merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re ) dan kekasaran relatif permukaan (e/D). Kekasaran relatif permukaan merupakan perbandingan antara kekasaran absolut dinding pipa bagian dalam dengan diameter pipa. dengan mengetahui angka kekasaran absolut pipa, maka faktor gesekan dapat dilihat pada diagram Moody, dengan cara menghubungkan ( e/D ) dengan bilangan Reynold (Re)
9
Gambar 2.3 : diagram mody mencari friction factor Sumber : Victor s Dan Bejamin W
Bilangan Reynold di dapat dengan rumus
.V.D Re
...............................................................(2.15)
Dimana : Ρ =Masa jenis zat cair (kg/m3) V = kecepatan aliran (m/s) D = diameter pipa (m)
= viskositas kinematis (m2/s) Untuk aliran laminer, faktor gesekan dapat pula dihitung secara matematis tetapi tidak ada hubungan dengan bilangan Reynols pada aliran turbulen, yaitu: f
64 Re ..................................................................................................(2.16)
Dimana: F = faktor gesek Re = bilangan Reynold
10
2.2.6 Aliran Air Dalam Pipa Melalui persamaan kontinuitas hubungan antara kecepatan aliran fluida, luas penampang pipa dan debit aliran zat cair dapat ditentukan dengan rumus: Q V.A....... ..........................................................................(2.17)
Dimana: Q = debit zat cair (m3/s) V = kecepatan aliran air dalam pipa ( m/s ) A = luas penampang pipa ( m2) 2.2.7 Daya
Gambar 2.4 Daya Pompa Sumber : Sularso.2000. hal,10
a. Daya Output Pompa (Water Horse Power) Adalah daya efektif untuk Qact dan He. WHP .g.Q
Pe
act
.He .............................................................................(2.18)
Psh.ηop
Dimana : Pe
= daya output/efektif pompa (Watt)
WHP = daya air pompa/water horse power (Watt) ηop
= efisiensi total pompa
ᵧ
= berat jenis fluida (N/m3)
Qact
= kapasitas actual (m3/S)
H
= head efektif (m)
11
b. Shaff Power Daya poros adalah daya yang masuk poros pompa yang diberikan oleh mesin penggerak mula (prime mover) seperti terlihat pada gambar 2.4. kurva daya penggerak pompa dapat dilihat seperti gambar 2.5.
SHP
WHP .......... .......... .......... .......... .......... .......... .....( 2.19 ) η opo
c. Daya Motor
Pem ηmot. Pm .
........................................ (2.20)
Dimana : Pem = daya output moto (Watt) Pm = daya listrik untuk motor (Watt) ηmot= efisensi motor
Gambar 2.5 Daya Penggerak Pompa Sumber : Sularso.2000. hal,10
2.2.8 Effisiensi a. Effisiensi Hidrolis Adalah efisiensi yang disebabkan oleh adanya kerugian head akibat gesekan antar partikel fluida dan dengan dinding rumah pompa. ηh
He He - hp He ..........................................(2.21) Hi He hp Hth
12
Po - Pi He
Vo 2 - Vi 2 h g 2g
Hi H th H Le hp
Dimana : Η = efisiensi hidrolis He = head efektif pompa (m) Hi = head indikatif (m) b. Efisiensi Volumetris Adalah efisiensi yang disebabkan oleh adanya kebocoran (sejumlah Q L) fluida dari dalam rumah pompa keluar, misalnya lewat seal-seal pompa.
ηv
Q act Qa ct ............................................(2.22) Qi Q act Q L
Dimana :
ηv
= efisiensi volumetric
Qact = kapasitas actual (m3/S) = kapasitas indikatif (m3/S)
Qi
c. Efisiensi Internal/Indikatif Akibat kerugian head dan kapasitas yang terjadi pada pompa maka akan menyebabkan kerugian daya. η1
P η 1 .η v Pi ........................................................(2.23)
Dimana : Η1= efisiensi internal Pe = daya efektif pompa (Watt) Pi = daya indikatif pompa (Watt) d. Efisiensi Mekanis Adalah efisiensi akibat kerugian gesekan antara bantalan dan poros pompa. ηm
Pi Psh Pmf Psh Psh ............................................(2.24)
Dimana : ηm = efesiensi mekanis
13
Pi = daya indikatif (Watt) Psh = daya poros (Watt)
Gambar 2.6 Daya Penggerak Poros Sumber : Sularso.2000.hal .10
e. Efisiensi Total atau Operasional Adalah perbandingan antara daya air dengan daya yang masuk ke poros pompa. Kurva efisiensi pompa dapat dilihat pada gambar 2.6. ηop
WHP Pe ηh .ηv .ηm ...............................................(2.25) SHP Psh
Di mana: WHP = daya air pompa (Watt) SHP = daya poros (Watt) 2.2.9 Net Positive Suction Head (NPSH) NPSH adalah tinggi isap total dikurangi tekanan uap absolut (dalam tinggikolom fluida yang dipompa) a. NPSH yang tersedia (NPSHA) NPSHA (dalam satuan meter kolom fluida) adalah head yang dimiliki oleh fluida pada sisi isap pompa dikurangi tekanan uap jenuh fluida ditempat tersebut. A
NPSH
Pa Pv Vs 2 Z s h Ls v 2g
................................ (2.26)
Dimana : Pv = Tekanan penguapan dari fluida/zat cair pada terperatur cairan di dalam
impeler (N/m2)
14
v= Berat jenis fluida/zat cair pada termperatur cairan di dalam impeler (N/m3)
a.
NPSH yang diperlukan (NPSHR) (NPSHR) (dalam satuan meter kolom fluida) adalah head tekanan yang
besarnya sama dengan penurunan tekanan di dalam pompa. Grafik NPSHR ini biasanya dapat diperoleh dari pabrik pembuat pompa.Sebagai pendekatan dapat dihitung dengan persamaan berikut
NPSH Atau :
( 0 ,3 0,5). n . Q
R
60
NPSH
R
........... (2.27)
Pa Ps Va 2g
Dimana : N = Putaran pompa (rpm) Q = Kapasitas pompa (m3/det) Pa = Tekanan atmosfer (N/m2) Ps = Tekanan ukur (N/m2) Vs = Kecepatan fluida isap (m/det) Pv = Tekanan fluida (N/m2)
NPSH tersebut diatas sangat penting untuk dihitung untuk mengecek kemungkinan terjadinya kavitasi pada instalasi pompa. Syarat agar tidak terjadi kavitasi adalah: NPSH
A
NPSH
R
.................................... (2.28)
Jadi NPSHA yang tersedia harus lebih besar dari NPSHR yang dibutuhkan pompa.
15
2.3. RECIPROCATING PUMP 2.3.1 Prinsip Kerja Pompa reciprocating adalah pompa perpindahan positif (positive displacement pump) yang merubah energi mekanis mesin/motor penggeraknya menjadi energi aliran fluida dengan menggunakan bagian pompa yang bergerak bolak-balik (piston/plunger di dalara silinder). 2.3.2. Klasifikasi
Pompa reciprocating dapat diklasifikasikan dalam berbagai tinjauan. 1) Berdasarkan gerakannya (action) a. Single Acting Pump b. Double Acting Pump 2) Berdasarkan tekanannya a. Low Pressure Pump ( < 5 arm.) b. Medium Pressure Pump ( 5 ~ 50 atm.) c. High Pressure Pump ( > 50 atm.) 3)Berdasarkan kapasitasnya a. Low Capacity Pump (< 20 mVjam) b. Medium Capacity Pump (20-60 mVjam) c. High Capacity Pump (> 60 m3/jam) 4) Berdasarkan putarannya (Rpm) a. Low Rpm Pump (< 80 Rpm ) b. Medium Rpm Pump (80 ~ 150 Rpm) c. High Rpm Pump (150-350 Rpm ) d. Extra-High Rpm Pump (350 ~ 750 Rpm) 5) Berdasarkan fluida yang dipompa a. Water Pump b. Oil Pump c. Fuel Pump d. Dsb. 6) Berdasarkan konstruksinya a. Torak / Plunger Pump b. Simplex, Duplex, Triplex Pump
16
c. Vertical, Inclined, Horizontal Pump 7) Berdasarkan cara menggerkarmya a. Power Pump b. Direct Acting Pump 2.3.3.
Single Acting Pump Piston/plunger digerakkan tidak langsung oleh prime-mover, melainkan melalui mekanisme engkol
Gambar 2.7 Skema Single acting - Power Pump Sumber : Nouwen 1994
Pada saat piston bergerak ke kanan akan terjadi langkah isap, dan sebaliknya bergerak ke kiri terjadi langkah tekan/buang. Pada saat mula langkah isap hanya udara yang terisap dan permukaan cairan di dalam pipa isap akan makin naik, kemudian campuran cairan dan udara, selanjutnya cairan saja. Pada umunya pada pipa isap dilengkapi dengan vacuum-chamber dan pada pipa tekan/buang dilengkapi air-chamber. Tinggi fluida dapat naik daiam pipa isap dalam satu siklus adalah: Pa = Ps + Y.hs........................................................................(2.29)
Pa Ps 1 1 hs Pa A.S 1 Y Y V .P Pp p p Jika pp = pa, maka:...............................................................(2.30) hs
Pa P Y 1 p A.S
17
Dimana: Vp = Volume pipa isap yang tidak ditempati fluida sebelum dihubungkan dengan silinder melalui klep isap (m3) pp = Tekanan dalam pipa isap sebelum dihubungkan dengan silinder melalui klep isap (N/ m2) S = Stroke/panjang langkah (m) A = Luas penampang plunger (m2) Displacement pompa adalah: dQ = Ads - A.c.dt Jarak yang ditempuh plunger adalah: x-r(l-cosß) Kecepatan sesaat plunger adalah: c = r.(ω. Sinß Jadi untuk satu langkah plunger: 180
Q
A.r.sinβ.r β A.S 0
Maka kapasitas teoritis pompa adalah: Q A.S.z
n m 3 /det .......................................(2.31) 60
Dimana: Z = jumlah piston n = putaran (rpm) Kapasitas aktual pompa adalah: Qact = nv.Qt (m3/det).........................................................(2.32) Variabilitas aliran adalah: δv
Q max π 3,1 4 ........................................................(2.33) Q rata rata
18
2.3.4.
Double Acting Pump
Gambar 2.8 : Skema pompa kerja ganda Sumber: Nouwen 1994 Pada saat torak/piston bergerak ke kanan katup isap bagian dari kanan tertutup, sedangkan katup isap bagian kiri terbuka maka air masuk pada katup isap bagian kiri begitu juga sebalik nya katup buang kiri tertutup dan air keluar pada katup buang kanan. Dan torak atau piston bergerak ke kiri, sehingga pompa kerjaganda ini mampu mentransportasi air secara terus menerus. Apabila pompa ini bekerja ganda artinya bila pompa menghisap pada satu sisi torak, zat cair di balik torak akan di kempa ke seluruh kempa. Maka dari itu aliran zat cair mengalir secara teratur bila di bandingkan dengan keadaan pompa kerja tunggal. b. Menurut Kapasitas. 1. Pompa yang berkapasitas rendah (< 20 m3/jam) 2. Pompa yang berkapasitas medium (20-60 m3/jam) 3. Pompa yang berkapasitas tinggi (> 60 m3/jam) c. Menurut cara pergerakan pompa 1. Pompa yang digerakan secara tidak langsung (a power pump) 2. pompa yang di gerakan langsung (a direct acting pump)
2.3.5 Dimensi Dasar Pompa Torak Dalam menghitung diameter silinder pompa torak yang berdasarkan pada kecepatan piston [Khetagurov,1974] maka diameer pompa adalah: D=
.
.
=..............................................................................................(2.34)
19
Untuk menentukan panjang langkahnya, maka: =
Nilai
,
=
=
.
.............................................................................(2.35)
dapat di lihat pada tabel (2.2)
Dimana :
Cm = mean piston velocity (m/dt), nilai Cm dapat dilihat pada tabel (2.1) K = koefisien Langkah Tekan
= Efisiensi volumeterik, nilai
dapa tdilihat pada tabel (2.1)
Nilai untuk koefisien langkah tekan (k) sudah ditentukan sebagai berikut: Simplex single acting k=1 Simplex double acting k =2 Untuk menentukan putaran engkol pompa yang tepat supaya proses hisapnya menjadi normal untuk pompa cairan yang kekentalannya bermacam macam dapat dilihat pada tabel (2.1), (2.2) di bawah ini: Tabel 2.11 efisiensi Volumetrik dan rata rata kecepatan piston menurut jenis dan diameter pompa. Type and cylinder of pump
Volumetric eficinci
Mean Piston Velocity (Cm) m/dt
New pump
Used Pump
Low capacity power pump 50 mm
0,85 to 0,95
0,8 to 0,85
0,2 to 0,5
Medium Capacity power
0,90 to 0,97
0,85 to 0,92
0,5 to 0,9
0,95 to 0,99
0,9 to 0,95
1 to 2
Direct acting pump
0,96 to 0,99
0,92 to 0,95
0,2 to 0,7
Hand pumps
0,90 to 0,95
0,85 to 0,9
0,05 to 0,15
Hand fire pump
0,95 to 0,99
0,80 to 0,95
0,3 to 0,5
Pump 50 – 150 mm High capacity power pumps Over 150 mm
Sumber : [Khetagurov 1974]
20
Tabel 2.12 Putaran poros dan tipe pompa Type of pump
N ,rpm
=
Low speed power pumps
From 40 to 80
2,5 to 2,0
Moderate speed power pumps
From 80 to 90
2.0 to 1,2
High speed power pump
From 150 to 350
1,2 to 0,5
Extra high speed power pumps
From 350 to 750
0,5 to 0,2
Direct acting pumps
From 25 to 130
1,75 to 1,0
Hand pumps
From 20 to 45
2,0 to 0,8
Hand fire pumps
From 30 to 60
3,5 to 2,5
Sumber : [Khetagurov 1974] 2.4 Sistem Perpipaan Sistem perpipaan sangat penting bagi sistem air bersih dimana sistem perpipaan merupakan media untuk mengalirkan air. Pada sistem air bersih sistem perpipaan meliputi pipa transmisi, pipa distribusi, perlengkapan pipa (valves, fittings, flanges, dll) 2.4.1 Sistem Transmisi Air Bersih Sistem transmisi air adalah sistem yang berfungsi mengalirkan air dari sumber air menuju titik awal distribusi/reservoir. Perencanaan pipa transmisi diusahakan lurus/tanpa belokan tajam, karena akan menambah head loss. 2.4.2 Sistem Distribusi Air bersih Sistem distribusi air adalah sistem yang langsung berhubungan dengan konsumen, yang mempunyai fungsi pokok mendistribusikan air yang telah memenuhi syarat ke seluruh daerah pelayanan. Sistem ini meliputi unsur perpipaan dan perlengkapan, tekanan yang tersedia, sistem pemompaan (bila diperlukan), dan reservoir distribusi (Damanhuni, 1989). 2.4.3 Jenis-Jenis Pipa Secara umum jenis-jenis pipa yang digunakan pada sistem transmisi dan distribusi adalah : 1. Cast iron 2. Baja (steel) 3. Beton (concrete),
21
4. Asbestos cement 5. Plastic a. low density polythene pipe (LDP) b. high density polythene pipe (FIDP) 6. Polyvinyl Chloride Pipe (PVC /Unplasticed) 2.4.4 Katup dan Sambungan (Valves and Fittings) Sistem perpipaan air mencakup beberapa perlengkapan sebagai bagian dari sistem perpipaan. Katup, sambungan, dan perlengkapan-perlengkapan lain dgunakan di dalam sistem perpipaan untuk mencapai beberapa kriteria dari operasi perpipaan. Katup bisa digunakan untuk menghubungkan antara jalur perpipaan dan fasilitas penampungan begitu pula antara sistem pemompaan dengan tangki penampungan. Menurut (Soegiharto) pengertian katup sendiri adalah komponen yang dapat digunakan untuk membuka, menutup, mengurangi, mengontrol, menstabilkan fluida terhadap suhu, tekanan dan melindungi peralatan proses dari kerusakan. Ada banyak jenis katup, dimana setiap katup mempunyai fungsi khusus masing-masing, yang dapat dilihat pada tabel berikut.
22
Tabel 2.13 Jenis katup beserta fungsinya. No. 1.
Jenis Katup Katup Gerbang (Gate Valve)
2.
Katup Globe (Globlve) Katup Sudut (Angle Valve) Katup Bola (Ball Valve) Katup Sumbat (Plug Valve) Katup Jarum (Needle Valve) Katup Diafragma (Diaphargm Valve)
3. 4. 5. 6. 7.
8. 9.
10. 11.
12.
Katup Cek (Check Valve) Katup Pengatur (Control Valve), terdapat dua jenis yaitu Swing Check Valve dan Horizontal Lift Check Valve Katup kupu-kupu (Buterfly Valve) Katup Pelepas Udara (Air Relief Valve)
Katup Pelepas Tekanan (Pressure Relief Valve)
Sumber : (Raswari, 1986 dan T. Chrisopher Deckinson, 1999)
Fungsi Katup Membuka atau menutup aliran, dapat terbuka sebagian atau seluuruhnya. Namun sebaiknya tidak untuk mengatur aliran. Membuka atau menutup aliran sepenuhnya. Mengatur aliran Membuka atau menutup aliran sepenuhnya. Membuka atau menutup aliran sepenuhnya. Mengatur aliran. Mengatur, membuka maupun menutup aliran. Menghasilkan aliran tanpa riak. Mencegah aliran balik. Mengatur tekanan, dimana tekanan dikurangi dan untuk menjaga terus tekanan tertentu pada bagian yang lebih kecil.
Mengatur aliran. Untuk melepaskan udara yang terperangkap di dalam aliran dan mencegah terbentuknya kantung udara. Untuk melindungi fasilitas dan sistem perpipaan dari kelebihan tekanan sistem akibat gangguan yang terjadi pada sistem.
23
Sedangkan untuk sambungan umumnnya adalah menggunakan siku (elbow) dan T (tee). Tee di bagi menjadi dua yaitu tee plane dan tee-Y, seperti pada gambar 2.11. Untuk tabel panjang ekuivalen katup dan sambungan, akan dilampirkan disini. Tabel 2.14 Panjang Equivalen dari katup dan sambungan Deskripsi L/D Katup Gerbang
8
Katup Globe
340
Katup Sudut
55
KatupBola
3
Katup sumbat
18
Katup Cek Berayun
90
Katup Cek Angkat
100
Siku Standar 90°
30
45°
16
90° dengan radius panjang
16
T standar Melalui jalur utama
20
Melalui cabang
60
24
Gambar 2.14 Jenis - jenis tee Sumber: (www.azpartsmaster.com dan www.atibaba.com
2.4.5 Pembesaran dan Pengecilan Pipa Pembesaran dan pengcilan pipa ikut menyumbang losses dalam bentuk minor losses. Dimana pembesaran ataupun pengecilan pipa dapat dibedakan menjadi dua yaitu pembesaran dan pengecilan secara tiba-tiba ataupun pembesaran dan pengcilan secara gradual (membentuk sudut).
Gambar 2.15 Pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba Sumber : (Menon, E.S, 2005)
25
Tabel 2.16 Koefisien pembesaran pipa secara tiba-tiba A1/A2
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Cc
0.585
0.624
0.632
0.643
0.695
0.681
0.712
0.755
0.813
0.892
1.000
Sumber : (Menon, E.S,2005)
Tabel 2.17 Koefisien pengecilan pipa secara tiba-tiba A1/A2
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Cc
0.50
0.48
0.45
0.41
0.36
0.29
0.21
0.13
0.07
0.01
0
Sumber : (Sularso dan Haruo Tahara, 1983)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba dapat dilihat pada gambar 2.12. Sehingga head loss dapat dicari dengan : hf
=
2 1 v 1 2 ...................………………………(2.49) Cc 2g
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara gradual dapat dilihat pada gambar 2.15. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
Ccv1 v2 = 2g
2
hf
..............………………………(2.50)
Gambar 2.18 Pembesaran atau pengecilan pipa secara gradual Sumber : (Menon, E.S, 2005)
26
Gambar 2.19 Diagram Koefisien pembesaran pipa secara gradual Sumber: (Menon,E.S, 2005)
2.4.6 Reservoir Reservoir adalah bangunan yang berfungsi untuk mengatasi beban puncak, menampung air yang telah diolah dan memberi tekanan. Jenis reservoir meliputi : 1. Ground Reservoir Bangunan penampung air bersih yang terletak di bawah permukaan tanah. 2. Elevated Reservoir Adalah bangunan penampung air bersih yang terletak di atas tanah dengan ketinggian tertentu sehingga tekanan air pada titik terjauh masih tercapai. Volume tanki reservoir yang akan dibuat pada sistem air bersih yaitu : Vtanki = 30% x Kebutuhan air penduduk ………..........……(2.42) a.
Pipa Epanet mengasumsikan bahwa pipa selalu penuh setiap saat.
Input : Diameter pipa (mm) Panjang pipa (m) Koefisien kekasaran pipa Kondisi pipa (open, close, atau terpasang check valve) Output :
Laju aliran (Flow) (liter/dt)
Kecepatan (Velocity) (m/dt)
Kehilangan tekanan (Head loss) (m)
Friction factor
27
Kehilangan tekanan (head loss) akibat gesekan air dengan dinding pipa pada Epanet 2.0 dapat dihitung menggunakan persamaan Hazen Williams, DarcyWeisbach atau Chezzy-Manning. a. Persamaan Hazen-Williams Persamaan Hazen-Williams biasanya dipakai untuk menghitung kerugian head pada pipa yang relativ panjang, tidak dapat digunakan untuk caiaran selain air dan hanya untuk aliran turbulen.
HL
=
4,727 LQ1,852 ............……………………..….(2.51) C 1,852 D 4,871
Dimana: HL= headloss dalam (m) Q = debit aliran dalam (liter/dt) L = panjang pipa dalam (m) D = diameter pipa dalam (mm) C = koefisien kekasaran (faktor Hazen-Williams)
28
Tabel 2.20 Koefisien kekasaran pada pipa Material
HazenWillia ms C (unitles s) 130 – 140 120 – 140
Cast iron Concrete or concrete lined Galvanize d iron Plastic Steel Vatrivied clay
DarcyWeisba ch (Feet x 103) 0.85 1.0 – 10
120
0.5
140 – 150 140 – 150 110
0.005 0.15
ChezzyManni ng (unitles s) 0.012 – 0.015 0.012 – 0.017
0.015 – 0.017 0.011 – 0.015 0.015 – 0.017 0.013 – 0.015
Sumber: (Menon,E.S, 2005)
b. Pompa Data pompa yang dimasukkan adalah kurva pompa, yaitu : Input :
Laju aliran (flow) (liter/dt)
Head pompa (m)
c. Valve Valve berfungsi utuk mengatur tekanan atau laju aliran pada titik khusus pada sistem air. Input :
Diameter valve (mm) Tipe valve dan setting sesuai jenis katupnya Kondisi valve (open close, none)
29
Output : 1. Laju aliran (flow) (liter/dt) i.
Kecepatan (velocity) (m/dt)
ii.
Kehilangan tekanan (Headloss) (m)
2. Komponen - Komponen non-fisik a. Pola Waktu (Time Pattern) Pola waktu (Time Pattern) berupa kumpulan faktor pengali yang dapat diaplikasikan sebagai kuantitas yang bervariasi terhadap waktu. b. Kurva (Curve) Kurva adalah objek yang mengandung rangkaian data yang menjelaskan hubungan antara dua besaran. Kurva pada Epanet 2.0 terdiri dari : i. pump curve ii. head curve iii. volume curve iv. efisiensi curve c. Kontrol (Controls) Controls adalah pernyatan yang menjelaskan bagaimana sistem dioperasikan sepanjang waktu. Secara khusus terdiri dari status dan link yang terpilih sebagai fungsi dan waktu, level air pada tanki, dan tekanan pada titik terpilih dalam sistem air.
30
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Sistem Pemompaan `Seperti di bahas sebelum nya unjuk kerja pompa ini di dapatkan dari daya yang di hasilkan oleh putaran kincir yang dapat menggerakan pompa. Daya yang di hasilkan kincir air di transmisikan melalui sistem puli menuju ke pompa torak sehingga dapat menjangkau head pemompaan yang diperlukan. Adapun sekema dan alat2 yang di perlukan untuk melakukan pengambilan data:
Gambar 3.1 : Skema pengujian pompa Torak
Gambar 3.1 : kincir Air Sudu Lurus penggerak pompa torak
31
3.2 Spesifikasi Pompa Pompa Yang di gunakan dalam pengujian ini adalah tipe pompa torak merek Shanchin SCN 30 dengan 3 Plunger. Berikut adalah Spesifikasi nya
Gambar 3.2 :Pompa Shanchin SCN 30 Merek
: SANCHIN
Type
: SCN 30
Dimension
: 390 X 320 X 360 mm
Weight
: 12 kg
Capacity
: 30 L/min
Power Required
: 1- 2,2 kw/ 1,5 – 3 Hp
Plunger
: 30mm x 3
Max presure
: 50 Kg/cm2
Normal Operating Pressure
: 20 – 3kg/cm2
3.2 Pengukuran Debit Aliran Air Adapun tujuan dari pengambilan data ini agar penulis bisa mengetahui Q kapasitas pemompaan dengan pengaaruh loses di jaringan pipa daripipa ½ ke pipa ¾. a. material (per titik pengambilan)
Gambar 3.3: Contoh pengukuran debit air.
32
- stop kran ball type ¾ ” 2 pcs. - T ¾ 1 pcs. - Knee 90 ‘ ¾ “ 1 pcs. - Pipa ¾ “ 50 cm - gergaji besi. - selang flexible ¾” 15 cm - Gelas ukur - lem Kubota.- stop watch
b. metode pengukuran 1.tutup keran penstock ( gabung dengan pekerjaan pengukuran debit penstock). 2. pasang assembly T + keran di 5 titik pengukuran dan biarkan pada posisi terbuka 3. buka keran penstock ( gabung dengan pekerjaan pengukuran debit penstock dan rpm berbeban ) 4. buka keran atas pada assembly titik 1 dan tutup keran bawahnya. 5.ukur waktu yang diperlukan untuk mencapai volume 2 liter dimulai pada titik 1. 6.tutup keran atas dan lanjutkan pada titik 2 dst. 3.3
Pengukuran ketinggian (Z) dan Panjang Pipa a.Material -gps -meteran b. metode pengukuran 1.siapkan alat GPS untuk mencatat ketinggian posisi pompa dan titik pengujian debit air dan catat kordinat nya 2.Kemudian siapkan alat ukur meteran untuk mengetahui panjang Pipa c. Parameter 1.posisi ketinggian dari sea level.
33
2.panjang pipa. 3. data dapat di lihat di tabel hasil pengukuran 3.4 Pengukuran tekanan akibat panjang pipa dan bukaan penstok
a.
Material - 1 buah presure gauge yang suddah di disain - 2 buah cek valve di setiap titik Pengujian - sock drat ukuran ¼ dan 1/2 - pipa 2 pcs diameter ¼ dan -gergaji besi. lem pipa
Gambar 3.3 Presure Gauge b. Metode Pengukuran. 1.sama hal nya dengan pengujian data debit air ada 4 kali pengujian 2. siapkan alat shock drat, chek valve searah pipa utama dan tegak lurus mengarah ke atas 3. potongan pipa yang di siapkan pasang Presure gauge di atas pipa T 4.dalam keadaan pompa hidup buka pada pen stock ¼,1/2,3/4, full 5.kemudian tutp chek valve ke arah pipa utama 6.kemudian baca tekanan yang ada di alat presure gauge 7. lanjutkan pengujian tersebut hingga titik 5c. Parameter - tekanan yang terbaca - hasi uji bisa di lihat di tabel pengukuran
34
3.5 Diagram Alir Pengujian Jika digambarkan dalam bentuk diagram alir,tahapan masing-masing pengujian akan menjadi: 1. Pengujian debit air, pengujian tekanan pada pipa, pengambilan data panjang pipa dan elevasi nya Diagram alir pengujian:
Mulai
Persiapan Alat Uji: 1 unit pompa,,meteran, gps, Stop watch, presure gauge, gelas ukur, chek valve,
Pengujian
Bukaan valve ¼ FO
Z1= 1084,2 M Lp1 = 439,5
Bukaan valve 1/2 FO
Bukaan Valve 3/4 FO
Bukaan valve FO
Z2= 1127,1m Lp2=
Z3= 1176,9m Lp3=
Z4=1222,5m Lp4=
Z5=1234.5m Lp4=
900,55m
1301,16m
1388,42mm
1234.5mm
Pencatatan data: Q pemompaan.......? P......?
A
35
A
Pengolahan data Daya Pemompaan? Pp = .g. Q. Hp
Head pompa?
HP= Hd-HS
ηm =
Plot Grafik Analisa Grafik Kesimpulan
Stop
