BAB IV HASIL PENELITAN DAN PEMBAHASAN 4.1
Performance Alat Penjernih Air Sistem Gravitasi Penelitian ini menitikberatkan pada parameter-parameter yang diperlukan
dalam perencanaan sistem distribusi air bersih, yakni: diameter pipa, kecepatan aliran, kapasitas air, tekanan, perhitungan Head dan daya pompa dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan analitik yang di contohkan berupan : Q = 1 V1 A1 2 V2 A2 = konstan dimana :
ρ1
......................... (1)
= kerapatan fluida (kg/m3)
V 1,2 = kecepatan aliran fluida dititik 1 dan 2 (m/det) A 1,2 = luas penampang pipa (m2) Q
= kapasitas aliran (liter/det)
Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus mencari volume tabung alat penjernih air sistem gravitasi : Dik : π = 3,14. r = 2 inci r = 50,8 mm r = 0,05 m t =2m Dit : Volume = ....... ? Peny : V = π r2xt. V = 3,14 x (0,05)2 x 2 m V = 3,14 x 0,0025 x 2 m V = 0,0157 Liter
Setelah diketahui volume tabung, kemudian dilanjutkan dengan mencari kapasitas aliran. Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus pertama yaitu perhitungan kapasitas aliran (Q) : 1. Untuk Pengujian 1 : Dik : ρ = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157 1 V1 = 25,33 m/det A1 = 0,5 inci = 0,0125 m Dit : Q1 = ....? Peny : Q1 = ρ1 x V1 x A1 = 63,7 kg/m3 x 25,33 m/det x 0,0125 m = 20,17 Liter/detik 2. Untuk Pengujian 2 : Dik : ρ = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157 2 V2 = 16,27 m/det A2 = 0,5 inci = 0,0125 m Dit : Q2 = ....? Peny : Q2 = ρ2 x V2 x A2 = 63,7 kg/m3 x 16,27 m/det x 0,0125 m = 12,95 Liter/detik 3. Untuk Pengujian 3 : Dik : ρ = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157 3 V3 = 16,87 m/det A3 = 0,5 inci = 0,0125 m Dit : Q3 = ....? Peny : Q3 = ρ3 x V3 x A3 = 63,7 kg/m3x 16,87 m/det x 0,0125 m = 13,43 Liter/detik
4. Untuk Pengujian 4 : Dik : ρ = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157 4 V4 = 16,69 m/det A4 = 0,5 inci = 0,0125 m Dit : Q4 = ....? Peny : Q4 = ρ4 x V4 x A4 = 63,7 kg/m3 x 16,69 m/det x 0,0125 m = 13,29 Liter/detik 5. Untuk Pengujian 5 : Dik : ρ = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157 5 V5 = 25,95 m/det A5 = 0,5 inci = 0,0125 m Dit : Q5 = ....? Peny : Q5 = ρ5 x V5x A5 = 63,7 kg/m3 x 25,95 m/det x 0,0125 m = 20,66 Liter/detik
Tabel 3 : Data Hasil Perhitungan Kapasitas Aliran 1
63,7
25,33
0,0125
20,1690125
2
63,7
16,27
0,0125
12,9549875
3
63,7
16,87
0,0125
13,4327375
4
63,7
16,69
0,0125
13,2894125
5
63,7
25,95
0,0125
20,6626875
Untuk fluida incompressible, dimana besarnya adalah konstan, maka Besarnya diameter pipa (D) adalah :
a. Pipa untuk penyalur air dari mesin dap ke head adalah pipa pvc dengan diameter 0,0127 m b. Pipa untuk tabung filter alat penjernih air dengan diameter 0,1016 m Menurut (Fox dan McDonal, 1987) Setelah diketahui besarnya diameter nominal pipa, kemudian dihitung pula kecepatan aliran berdasarkan diameter dalam pipa (DI) sebagai berikut :
V = dimana :
4(Q / 1000) (0,0254) D I 2
2
= 1,9735
Q ......................... 2 DI
(2)
D = diameter pipa (inch) Q = kapasitas aliran (liter/det)
V = kecepatan aliran (m/det) Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kedua yaitu perhitungan kecepatan aliran (V) : 1. Untuk Pengujian 1 : Dik : Q1 = 20,17 Liter/detik DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m Dit : V1 = ....? Peny : V1 = 1,9735
Q1 DI
2
V1 = 1,9735
20,17 (0,1016) 2
V1= 1,9735
20,17 0,01032256
V1 = 1,9735 x 1953,97 V1 = 3856,16 Liter
2. Untuk Pengujian 2 : Dik : Q2 = 12,95 Liter/detik DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m Dit : V2 = ....? Peny : V2 = 1,9735
Q2 DI
2
V2 = 1,9735
12,95 (0,1016) 2
V2= 1,9735
12,95 0,01032256
V2 = 1,9735 x 1254,53 V2 = 2475,82 Liter 3. Untuk Pengujian 3 : Dik : Q3 = 13,43 Liter/detik DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m Dit : V3 = ....? Peny : V3 = 1,9735
Q3 DI
2
V3 = 1,9735
13,43 (0,1016) 2
V3= 1,9735
13,43 0,01032256
V3 = 1,9735 x 1301,03 V3 = 2567,59 Liter 4. Untuk Pengujian 4 : Dik : Q4 = 13,29 Liter/detik DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m Dit : V4 = ....?
Peny : V4 = 1,9735
Q4 DI
2
V4 = 1,9735
13,29 (0,1016) 2
V4 = 1,9735
13,29 0,01032256
V4 = 1,9735 x 1287,47 V4 = 2540,82 Liter 5. Untuk Pengujian 5 : Dik : Q5 = 20,66 Liter/detik DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m Dit : V5 = ....? Peny : V5 = 1,9735
Q5 DI
2
V5 = 1,9735
20,66 (0,1016) 2
V5 = 1,9735
20,66 0,01032256
V5 = 1,9735 x 2001,44 V5 = 3949,84 Liter .
Tabel 4 : Data Hasil Perhitungan Kecepatan Aliran No
v (m/det) Q (Liter/det)
Di (Inch)
Di² (Inch)
V (Liter)
1
1,9735
20,17
0,1016
0,01032256
3856,16504
2
1,9735
12,95
0,1016
0,01032256
2475,822374
3
1,9735
13,43
0,1016
0,01032256
2567,590307
4
1,9735
13,29
0,1016
0,01032256
2540,82466
5
1,9735
20,66
0,1016
0,01032256
3949,844806
4.2. Persamaan Energi Persamaan energi dihasilkan dari penerapan prinsip kekekalan energi pada fluida. Energi yang dimiliki oleh suatu fluida yang mengalir terdiri dari energi dalam dan energi akibat tekanan, kecepatan dan kedudukan (letak ketinggian). a. Head Loss Head loss adalah kerugian head pada aliran karena gesekan fluida pada dinding pipa yang mempunyai luas penampang tetap, maupun disebabkan oleh adanya perubahan luas penampang pipa, adanya katup-katup, belokan-belokan, percabangan dan lain-lain. Head loss atau kerugian head ini dapat dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu : 1. Major Loss 2. Minor loss Dalam penelitian ini di titik beratkan pada major loss karena alat penjernih air sistem gravitasi yang di buat serta di teliti tidak mempunyai perbedaan penampang atau saringan (filter).
1. Major loss (hL) Menurut rumusan Darcy Weisback besarnya major loss dapat dinyatakan dengan rumus (Fox dan McDonal, 1987) :
hL = f
LV 2 LV 2 = 2,0066 f 2 0,0254 9,81D D
hL
= major loss (m)
f
= faktor gesekan fungsi Reynolds number
L
= panjang pipa (m)
DI
= diameter pipa bagian dalam (inch)
V
= kecepatan aliran fluida (m/det 2 )
Dimana :
= percepatan gravitasi (9.81 m/det 2 ) Sehingga dengan memasukkan nilai tersebut di atas maka persamaan diatas menjadi : Re = V D I
............................................... (3)
Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus ketiga yaitu perhitungan major loss (Re) : 1) Untuk Pengujian 1 : Dik : V = 3856,16 Liter 1 DI
= 0,1016 m
Dit : Re = ....? Peny : Re = V1 x DI = 3856,16 Liter x 0,1016 m = 391,79 Liter/m
2) Untuk Pengujian 2 : Dik : V = 2475,82 Liter 2 DI
= 0,1016 m
Dit : Re = ....? Peny : Re = V2 x DI = 2475,82 Liter x 0,1016 m = 251,54 Liter/m 3) Untuk Pengujian 3 : Dik : V = 2567,59 Liter 3 DI
= 0,1016 m
Dit : Re = ....? Peny : Re = V3 x DI = 2567,59 Liter x 0,1016 m = 260,87 liter/m 4) Untuk Pengujian 4 : Dik : V = 2540,82 Liter 4 DI
= 0,1016 m
Dit : Re = ....? Peny : Re = V4 x DI = 2540,82 Liter x 0,1016 m = 258,15 Liter/m 5) Untuk Pengujian 5 : Dik : V = 3949,84 Liter 5 DI
= 0,1016 m
Dit : Re = ....? Peny : Re = V5 x DI = 3949,84 Liter x 0,1016 m = 401,30 Liter/m
Tabel 5 : Data Hasil Perhitungan Major Loss No
V (Liter)
Di (Inch)
Re (Liter/m)
1
3856,16
0,1016
391,785856
2
2475,82
0,1016
251,543312
3
2567,59
0,1016
260,867144
4
2540,82
0,1016
258,147312
5
3949,84
0,1016
401,303744
4.3. Head Pompa Adapun rumus menghitung head pompa adalah sebgai berikut : 2
HP = (Z2 – Z1) + dimana:
V2 + HL(1-2) .........................................................(4) 2g
Hp
= head total pompa (m).
Z1 dan Z2 = Ketinggian titik 1 dan 2 (m) V1,2
= Kecepatan fluida di titik 1 dan 2 (m/det)
g
= gravitasi (m/det2)
∑ HL(1,2)
= Jumlah kedua head loss (m)
Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus keempat yaitu perhitungan Head Total Pompa (Hp) : Dik : Z = 50 cm = 0,5 m 1 Z2 = 150 cm = 1,5 m V2 = 2475,82 liter g
= 9,8 m/det
∑HL = 120 cm = 1,2 m Dit : Hp = ....?
Peny : 2
V HP = (Z2 – Z1) + 2 + HL(1-2) 2g HP = (1,5 – 0,5) +
(2475,82 ) 2 + 1,2 2 x 9,8
6129684,7 + 1,2 19,6
HP = 1 +
HP = 1 + 312739,02 + 1,2 HP = 312741,22 Meter
4.4. Daya Pompa Adapun rumus menghitung daya pompa adalah sebgai berikut : Pp = γ Q Hp ......................................................................................(5) Dimana :
Pp = daya pompa (Watt)
= g = kerapatan fluida (kg/m3) x gravitasi (m/det2) = berat jenis fluida (kg/m2det2)
Q
= kapasitas air atau debit air (liter/det)
Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kelima yaitu perhitungan Daya Pompa (Pp) : Dik : Q
= g = 1 x 9,8 = 9,8 m/det = 12,95 Liter/detik
Hp = 312741,22 m Dit : Pp = ....? Peny : Pp
= γ Q Hp
Pp
= 9,8 m/det x 12,95 Liter/det x 312741,22 m
Pp
= 126,91 x 312741,22
Pp
= 39689988,2 Watt
4.5. Aliran Dalam Saluran Terbuka Saluran terbuka adalah saluran di mana cairan mengalir dengan permukaan bebas yang terbuka tserhadap tekanan atmosfir. Aliran itu disebabkan oleh kemiringan saluran dan permukaan cairannya.
4.6. Aliran Lamier Aliran lamier akan terjadi dalam aliran saluran terbuka untuk harga-harga bilangan Reynolds RE yang besarnya 2000 atau kurang. Aliran bisa menjadi lamier sampai ke RE = 10.000. Untuk aliran saluran terbuka, RE = 4 RV/v, di mana R adalah jari-jari hidraulik. Faktor Gesekan : dapat ditentukan secara matematis untuk aliran linier, tetapi tak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi f dengan bilangan Reynolds yang tersedia untuk aliran turbulen. Selanjutnya, Nikuradse dan lainlainnya telah menemukan bahwa kekasaran relatif pipa (perbandingan ukuran ketidaksempurnaan permukaan € terhadap garis tengah sebelah dalam pipa) mempengaruhi juga harga f , untuk aliran linier di semua pipa untuk semua fluida harga f adalah : f = 64/RE ........................................................................ (6) Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus keenam yaitu perhitungan Faktor gesekan (f) :
f = 64 / RE f = 64 / 39689988,2 f = 0,00000161 KOEFISIEN C dapat diperoleh dengan menggunakan salah satu dari pernyataan berikut :
𝟖𝒈
𝑪 = √ 𝒇 ............................................. (7) Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus ketujuh yaitu perhitungan Koefesien C :
𝑪= √
𝟖𝒈 𝒇
𝑪= √
𝟖 𝒙 𝟗, 𝟖 0,00000161
𝑪= √
𝟕𝟖, 𝟒 0,00000161
𝑪=
𝟒𝟖𝟔𝟗𝟓𝟔𝟓𝟐, 𝟐
𝑪 = 𝟔𝟗𝟕𝟖, 𝟐𝟑 M1/2/dtk HEAD TURUN (hL), yang dinyatakan dalam suku-suku rumus Manning, adalah ℎ𝐿 =
𝑉𝑛 2 L, 𝑅2/3
menggunakan S = hL/L...............(8)
untuk aliran tak merata (berubah-ubah), harga rata-rata dari V dan R biasa digunakan dengan ketelitian yang masuk akal. Untuk sebuah saluran yang panjang, harus digunakan panjang saluran yang pendek di mana perubahanperubahan kedalamannya kira-kira sama besarnya. Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kedelapan yaitu perhitungan S :
S = hL / L S = 1,2 / 2 S = 2,4 m RUMUS CHEZY : untuk aliran mantap yang merata, adalah : 𝑉 = 𝐶√𝑅𝑆............................................................... (9)
Dimana :
V = kecepatan rata-rata dalam m/dtk, C = koefisien M1/2/dtk R = jari-jari hidraulik S = kemiringan dari permukaan air atau dari gradien energi atau dari gradien energi atau dari dasar saluran; garis-garisnya sejajar untuk aliran mantap yang merata.
Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kesembilan yaitu perhitungan V :
𝑉 = 𝐶√𝑅𝑆 𝑉 = 6978,23 0,05 𝑥 2,4 𝑉 = 6978,23 0,12 𝑉 = 6978,23 𝑥 0,35 𝑉 = 2442,38 m/detik
