1
PERANCANGAN SISTEM MONITORING PADA POMPA PARALEL DI SUMUR INTAKE PDAM GRESIK (Siska Kamiatiningsih, Ir.Ronny Dwi Noriyati,M.Kes, Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA) Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri ITS Surabaya 60111 Telp : +6231-5947188 Fax : +6231-5923626 email:
[email protected] Abstrak
Telah dilakukan perancangan system monitoring daya pompa di kedua sumur intake di Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Gresik dengan cara menghitung daya yang dibutuhkan oleh pompa untuk mengalirkan sejumlah debit air. Daya real pompa dipengaruhi oleh kekeruhan air baku yang ada di sumur intake. Pada penelitian ini dilakukan perancangan alat ukur kekeruhan air dan pernancangan flowmeter debit air dari pompa untuk dipergunakan sebagai input program menghitung daya real pompa yang dibutuhkan oleh masing-masing pompa. Hasil simulasi dengan menggunakan kekeruhan air dan debit yang berubah dalam satu tahun yaitu alat ukur kekeruhan dapat mengukur kekeruhan dengan range 0-1000 NTU dan hasil simulasi hubungan kekeruhan dan massa jenis antara range 611-1122 kg/m3, tegangan induksi maksimum yang dihasilkan flowmeter 0,01524 V dan Daya Real tertinggi mencapai 19836,21 Watt untuk data PDAM tahun 2009 Kata Kunci : intake, Daya, flowmeter, monitor, debit, kekeruhan I. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Pompa adalah salah satu bagian terpenting dari proses pengolahan air di Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Gresik yang berfungsi untuk memompa atau memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain dari sistem. Salah satu jenis pompa yang digunakan PDAM Gresik untuk menyedot air baku di Sumur Intake adalah Pompa submersible yaitu pompa yang kerjanya berada pada kondisi basah dan terbenam oleh fluida dalam hal ini berupa air. Pompa submersible ini termasuk dalam pompa sentrifugal dan akan mengalami kerusakan jika berkerja pada kondisi yang tidak sesuai, misalnya saja bekerja dalam kondisi tidak terbenam oleh air. PDAM Gresik mempunyai 2 sumur intake yang digunakan untuk menampung air baku, yaitu sumur intake bentuk kotak dan sumur intake bentuk lingkaran. Masingmasing sumur intake mempunyai ketinggian 9 m untuk sumur intake lingkaran dan 8 m untuk sumur intake kotak. Pada masing- masing sumur intake terdapat pompa submersible. Pompa ini berfungsi untuk menyedot air dari sumur intake untuk dialirkan menuju Instalasi Pengolahan Air (IPA) yang selanjutnya akan diolah agar bisa didistribusikan ke konsumen.. Pompa submersible yang digunakan sejumlah 11 pompa, dimana pada sumur intake yang berbentuk kotak terdapat 3 pompa submersible dan pada sumur intake yang berbentuk lingkaran terdapat 8 pompa submersible yang
dipasang secara parallel. Kapasitas masing-masing pompa adalah 0.050 m3/s, sehingga pada kondisi maksimum debit yang dihasilkan adalah 0.550 m3/s. Air baku yang digunakan oleh PDAM berasal dari sungai dengan tingkat kekeruhan dan debit yang selalu berubah sesuai musim. Hal ini akan mempengaruhi daya dari pompa submersible. Semakin besar kekeruhan maka impeller akan bekerja semakin berat sehingga membutuhkan daya yang besar. Beberapa hal yang mempengaruhi daya pompa submersible di PDAM Gresik ini antara lain adalah debit output pompa, head pompa,percepatan gravitasi dan massa jenis air. Faktor dominan yang menentukan daya pompa adalah debit output dari pompa dan tingkat kekeruhan air baku. Kondisi riil saat ini pihak PDAM tidak mengetahui besarnya daya listrik yang digunakan, sehingga pihak PDAM sering mendapatkan denda atau pinalti dari pihak PLN. Berdasarkan hal tersebut diatas perlu dilakukan perancangan Sistem monitor daya pompa dalam mengukur debit air yang dikeluarkan pompa paralel yang digunakan dan tingkat kekeruhan air baku untuk memonitor konsumsi daya pompa. Perancangan sistem monitor dilakukan dengan pemodelan Flowmeter untuk mengukur debit output per pompa dan memodelkan alat ukur kekeruhan pada sumur intake untuk mengetahui tingkat kekeruhan air baku. Sistem monitor dirancang dapat memvisualisasikan debit output yang dihasilkan pompa. Agar dapat mengetahui kinerja dari sistem monitor yang dirancang, maka perlu dilakukan simulasi model dinamik sistem monitor tersebut dengan menggunakan matlab simulink. II. TEORI DASAR 1 Deskripsi Pompa Pengertian pompa secara sederhana sesuai dengan fungsinya adalah alat untuk mentransport fluida. Fungsi yang lainnya adalah untuk mensirkulasi fluida ke sistem dan mengubah energu mekanik menjadi energy fluida. 2 Pompa Submersible Pompa Submersible merupakan salah satu jenis khusus dari pompa sentrifugal. Pompa jenis ini dioperasikan dalam kondisi terbenam. Dimana motor listrik terpasang langsung pada rumah pompa (direct coupled) dan merupakan suatu kontruksi yang terpadu.
2
Gambar 1Pompa Submersible
3 Pompa Parallel Ada 3 metode dalam pemasangan pompa yaitu secara tunggal, seri dan parallel. Pemasangan pompa yang menghindari kerugian dalam pengoperasiannya adalah pemasangan pompa secara parallel. Pemasangan paralel dilakukan karena memungkinkan pemakaian beberapa pompa dalam satu sistem dihidupkan dan dimatikan sesuai kebutuhan untuk memenuhi variasi permintaan. Pada umumnya pada pemasangan pompa secara pararel dipergunakan pompa yang type, jenis ukuran dan data teknis yang sama. 4 Kinerja Pompa Submersible Kerja yang ditunjukkan oleh sebuah pompa merupakan fungsi dari Head total dan berat cairan yang dipompa dalam jangka waktu yang diberikan. Daya pompa (Pw) adalah energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa per satuan waktu, dan dapat dihitung sebagai berikut: … 1 Atau … 2 Dimana: Q = debit output per pompa (m3/s) H = Head pompa (m)
= massa jenis fluida (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) = Berat Spesifik fluida (N/m3) Pw = Daya pompa (Watt) Head pompa adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap. 5 Kekeruhan Air Kekeruhan adalah ukuran yang menggunakan efek cahaya sebagai dasar untuk mengukur keadaan air baku dengan skala NTU (nephelo metrix turbidity unit) atau JTU (jackson turbidity unit) atau FTU (formazin turbidity unit), kekeruhan ini disebabkan oleh adanya benda tercampur atau benda koloid di dalam air. Kekeruhan biasanya diukur dengan menggunkan alat yang disebut turbidimeter. Besarnya nilai massa jenis air dipengaruhi oleh kekeruhan yang berpengaruh pada kinerja impeller dari pompa submersible. Impeler merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah terpasang. 6 Alat Ukur Kekeruhan Air Pengukuran kekeruhan dalam air berdasarkan intensitas cahaya yang dipendarkan oleh suspensi dalam air. Alat ukur yang digunakan untuk mengukur kekeruhan biasanya adalah turbidimeter. Pengukuran juga dapat dilakukan dengan menggunakan LDR sebagai sensor yang menangkap intensitas cahaya. LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tidak ada cahaya yang meneranginya (gelap) dan sebaliknya.
Gambar 2. diagram blok alat ukur kekeruhan
7 Sensor Elektromagnetik Flowmeter Prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik hukum Faraday yaitu jika sebuah konduktor dengan panjang (m) bergerak dengan kecepatan (m/sec), tegak lurus medan magnet dari rapat flux magnet B (Tesla), sebuah tegangan E akan terinduksi melewati ujung konduktor. Nilai tegangan dapat ditentukan dengan: ℓ …. 3 Dimana: E = Tegangan Induksi (Volt) B = Rapat flux magnet (Tesla) = Panjang konduktor (m) = Kecepatan fluida (m/sec) Jika fluida berkonduktor bergerak dengan kecepatan rata-rata melewati sebuah pipa silinder, tegak lurus 4
melewati medan magnet B kemudian tegangan yang terjadi melewati elektroda pengukuran adalah: …. 4 Dimana: D = Diameter dalam flowmeter (m) = Kecepatan rata-rata fluida (m/s2) Persamaan diatas mengasumsikan bahwa medan magnet yang melewati pipa besarnya sama. Sedangkan persamaan tegangan induksi sebagai fungsi flow rate: 4 ⁄ …
5 8 Head Loss pada Pipa • Head loss major Head loss major pada pipa bertekanan digunakan rumus Darcy-Weisbach. Persamaan ini dapat dipakai untuk berbagai jenis aliran dan fluida yang tidak termampatkan. Besarnya head loss selama melalui pipa lingkaran menurut DarcyWeisbach adalah:[2] ! Dimana:
" #
. .. 8
Hf = Head loss (m) L = Panjang pipa (m) D = Diameter pipa (m) g = Percepatan gravitasi (m/s2) # = Kecepatan aliran (m/s) ! = Koefisien gesek Besarnya koefisien gesek ditentukan melalui diagram moody yang berdasarkan nilai bilangan Reynold dan Roughness Ratio
3
# ' Aliran laminar jika Re < 2300 Aliran transien jika 2300 < Re < 4000 Aliran turbulen jika Re > 4000 %&
Dimana:
%)* +&,, -./0) 1
… 9
III. PERANCANGAN SISTEM MONITOR PADA POMPA PARALEL
… 10
Re = Bilangan Reynold ' Viskositas dinamik air 0,862.10-3 Ns/m2 1 = Roughness sesuai material pipa (m)
Gambar 4 flowchart pengerjaan tugas akhir
1.
Gambar 3 Diagram Moody
• Head Loss minor Head loss minor disebabkan oleh adanya belokan, sambungan, perubahan penampang, dan penggunaaan katub. Walaupun disebut minor, head loss di tempat tersebut mungkin saja lebih besar dibandingkan dengan head loss major akibat gesekan dengan pipa, dengan demikian head loss harus diperhitungkan. Persamaan matematis dari head loss minor adalah:[1] # > … 11 2
Pompa yang digunakan dalam plant di PDAM Gresik ada 11 pompa Submersible. Dimana pompa yang digunakan adalah pompa Groundfos tipe 150 KWO. Tiap pompa yang digunakan merupakan pompa 3 phase dengan RPM sebesar 2900 rpm dan frekuensi 50 Hz. Berikut ini adalah karakteristik dari pompa Submersible yang digunakan. Table 1 Data pompa Intake IPA 1 di PDAM Legundi, Gresik Pompa intake no. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Dimana: Hf = Head loss (m) = kecepatan (m/s) K = koefisien head loss minor
Tipe Pompa Submersible pada PDAM Gresik
Kapasitas (m3/s) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
Head Pump (m) 45 45 45 45 50 50 50 50 50 45 50
Power (KW) 30 30 30 30 37 37 37 37 37 30 37
Keterangan : = pompa pada sumur intake lingkaran = pompa pada sumur intake kotak 2.
Perancangan Sistem Monitor
pada penelitian tugas akhir ini dilakukan perancangan sistem monitor untuk mengetahui daya dari setiap pompa Submersible serta dilakukan perancangan monitor debit output setiap pompa dengan menggunakan elektromagnetik flowmeter dan tingkat kekeruhan air baku menggunakan LDR.
4 dimana: y = massa jenis air baku (kg/m3) x = kekeruhan air baku (NTU)
Gambar 8 wiring diagram hubungan kekeruhan dan massa jenis
4. Gambar 5.
Rancangan sistem monitor daya pompa submersible
Penurunan Model Matematis Debit Input dari Data PDAM Gresik Berikut ini adalah data debit yang digunakan sebagai input pompa dalam simulasi sistem monitoring daya pompa. Tabel 2. Data debit input tahun 2009 No
Gambar 6 Diagram Blok Sistem
Diagram blok sistem menunjukkan bahwa air baku ditampung di dalam sumur intake yang kemudian akan diukur nilai kekeruhannya. Selain itu air baku akan menjadi inputan pada pompa submersible, debit dari pompa Submersible akan diukur oleh alat ukur laju aliran atau flowmeter. Debit hasil pengukuran Flowmeter dan kekeruhan hasil pengukuran alat ukur kekeruhan akan menjadi input bagi sistem monitoring efisiensi, sehingga akan diketahui efisiensi dari pompa Submersible.
Bulan
Rata-rata debit distribusi per bulan (m3/s)
Rata-rata debit produksi per bulan (m3/s)
1
Januari
369,03
387,48
2
Februari
379,75
398,74
3
Maret
358,03
375,93
4
April
384,70
403,94
5
Mei
382,55
401,68
6
Juni
359,73
377,72
7
Juli
356,77
374,61
8
Agustus
342,19
359,30
9
September
325,57
341,85
10
Oktober
419,29
440,25
11
November
406,10
426,41
12
Desember
363,00
381,15
Gambar 7 Rancangan simulasi simulink sistem monitor daya pompa submersible
3.
Penurunan Model Matematis Hubungan Kekeruhan Air Baku dengan Massa jenis
Untuk mengetahui besarnya nilai density air baku menggunakan persamaannya sebagai berikut ini:
?.,,. .0- ,.?@&A )A*?& .0- ,.?@&A
…
12
16.67 10DE G 813.356 ?E 20 10DF Dari data teknis dilapangan dapat diperoleh persamaan hubungan antara kekeruhan dengan massa jenis yaitu: y = 611 + 0.511x … (13)
Gambar 9 Wiring Diagram pemodelan debit output pompa
5.
Perancangan dan Penurunan Model Matematik Sensor Kekeruhan Sesuai dengan “Gbr.2” maka komponen dari alat ukur kekeruhan dijelaskan berikut ini: • Rangkaian LDR (Light Dependent Resistant) Hubungan kekeruhan dan resistansi ditunjukkan oleh persamaan dan disimulasikan berikut ini: Y = 2(103-1) x + 2.103 … (14) Dimana :
5 Y = resistansi LDR x = kekeruhan air baku Diketahui kekeruhan sebesar 1000 NTU maka besarnya resistansi LDR adalah RLDR = 2(103-1) 1000 + 2.103 RLDR = 2.106 Ω
Gambar 11 konverter alat ukur kekeruhan
Gambar 10 Rangkaian divider dan LDR
Persamaan matematis untuk divider adalah sebagai berikut:
2.10 6 x5 2.106 + 100000 Vin = 4.762Volt Vin =
6.
Penurunan model matematis sensor elektromagnetik flowmeter
Nilai tegangan listrik dinyatakan dengan persamaan dibawah ini:
• Rangkaian Zero Span
Dengan range tegangan 0-5 V, rumus dari rangkaian span and zero adalah sebagai berikut:
4 3,14 0.1
1000 [0.09804 − Vin] → pers.rangkaian _ zero 1000 V1 = −1[0.09804 − 4.762 ]
V1 = −
V1 = −4.664Volt
1.0721 Vout = − V1 → pers.rangkaian _ span 1 Vout = −1.0721 × ( −4.664) Vout = 5Volt
• Rangakaian Analog to Digital Converter (ADC) Pemodelan yang digunakan menggunkan perbandingan range tegangan 0–5 Volt dengan bit 0-255. Persamaannya dapat dilihat berikut ini: J)*/ L
2 M 1 … 15 .+.A) /) H00/.A H&,0?.A I0/ J-&K Dimana besarnya Vref = 5 Volt 255 JNONP QRQS RTRTSQUNV … 16 H&,0?.A I0/ Setelah diketahui berapa tegangan yang digunakan maka diperlukan converter tegangan menjadi kekeruhan yang akan digunakan sebagai input dalam mencari efisiensi, dengan persamaan berikut: >&>&-* .+ W
10X J Y 4.762 1.0721 M 2 10E Z 5 M J Y 4.762 1.0721 2 1 M 10E
…
17
Gambar 12 wiring diagram elektromagnetik flowmeter
Nilai medan induksi magnetic (B) untuk dasar perhitungan tegangan induksi pada efisiensi pompa pada tahun 2009 dengan menggunakan persamaan (18) berikut ini ' … 18 &+-\ ] Z 400 W Z ? ? ^&I 0.024 0.024 _&,A. ? 6 10DX W
Setelah besarnya B diketahui selanjutnya dapat dihitung besarnya tegangan induksi yang digunakan elektromagnetik flowmeter dengan debit laju aliran yang berubah-ubah. 3 Debit per pompa = 0.04857 m /s Diameter = 0.1 m Medan magnet = 0.024 Tesla 4 0.024 0.04857 3.14 0.1 0.0148 J)A/ Setelah diketahui besaran induksi maka diperlukan converter sensor yang akan mengubah nilai tegangan induksi tersebut menjadi besaran debit yang akan digunakan dalam pemodelan untuk mencari nilai efisiensi pompa, sehingga persamaan (5) menjadi: E.`ab.` … 19 ab.ba
6 0,0385
Gambar 13 wiring diagram konverter elektromagnetik flowmeter
7.
Pemodelan Head Loss pada Pipa Output Pompa Submersible • Head Loss Major
Sebelum menentukan besarnya Head loss major maka harus dihitung terlebih dahulu besarnya koefisien gesek dari pipa ( ) dengan menentukan besarnya bilangan Reynold dan roughness rasio. untuk maksimum : Reynold Number : Re = ρ .V .D
9 6,187 6.76 ? 0,1 2 9,8
• Head loss Minor Minor loss terjadi pada elbow pada pipa keluaran pompa submersible. Elbow yang digunakan merupakan standar elbow tipe short elbow dimana besarnya nilai r/d = ½. Besarnya nilai r/d digunakan untuk mengetahui besarnya nilai k yang digunakan untuk mencari head loss minor. Dimana r adalah radius elbow dan D adalah diameter pipa. Besarnya nilai k dapat dilihat dari gambar 14 dengan membandingkan nilai r/d= ½ maka besarnya k (minor loss coefficient) adalah 1. Jadi besarnya Head loss minor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (11). # > 2 6,187 1 1,95 ? 2 9,8
µ
827,08 >/?E 6,014 ?/, 0,1 ? %& 0.862 10DE d,/? 5,57037 10X Aliran yang ada pada pipa merupakan aliran turbulen karena Re >4000 yaitu 5,57037 10X . Roughness Ratio = ε / D = (0,09 x 10-3 m) / (0,1m) = 9 x 10-3 ! = friction coefficient (dari diagram moody pada gambar 3) ! = f(Re, ε / dh) = 0,0385 ! untuk minimum : Reynold Number : Re =
%&
W678,18
ρ .V .D µ
Gambar 14 Diagram minor head loss pada elbow Setelah dilakukan perhitungan nilai head loss major dan minor maka dapat dihitung besarnya head loss total yaitu Head loss total = head loss major + head loss minor =6,76 m + 1,95 m =8,71 m 8.
Matematis Penurunan Model Pompa Submersible pada Sumur intake
> ? Z e6,014 f 0,1 ? , ?E d, DE 0,862 10 ?
4,73152 10X
Aliran yang ada pada pipa merupakan aliran turbulen karena Re >4000 yaitu . Besarnya Roughness rasio sama yaitu 9 x10-3, maka ! = f(Re, ε / dh) = 0,038 (dari diagram moody) Setelah diketahui besarnya nilai ! maka dapat dihitung besarnya head loss major yang terjadi pada pipa dengan menggunakan persamaan (8) dengan menggunakan data: # 6,187 ? , L = 9 m untuk sumur lingkaran D = 0,1 m " # ! 2
Gambar 15 Sistem pada pompa Submersible
Persamaan (2) digunakan untuk mencari berapa daya pompa yang terjadi dalam pompa. Misalnya dengan data sebagai berikut: Debit Per pompa (m3/s) = 0.04857 Kekeruhan (NTU) = 652.398 Head pompa (m) = 9 Percepatan gravitasi (m/s2) = 9.8 Nilai kekeruhan yang dketahui disubtitusikan pada persamaan (11) maka diperoleh nilai ρ, yaitu : y = 0.551x + 611 = 0.511 (652.398) + 611 = 944.375 kg/m3
7 Perubahan debit input pompa menyebabkan perubahan debit output per pompa yang berpengaruh pada kecepatan pompa. sesuai dengan persamaan yaitu ]#
# 4 4 # 4 0,04857 # 6,187 ? , 3,14 0,1 Besarnya kecepatan ( ) digunakan untuk menghitung besarnya head loss yang terjadi dengan perhitungan yang sama pada subbab7 dengan data yang sama diperoleh besarnya head loss adalah 8,71 m, kemudian bisa dicari nilai daya pompa yang diterima oleh pompa menggunakan persamaan (2) yaitu:
g
g 0,04857 45 M 8,71 944,375 9,8 g 16312,69^.//
Tabel 3 Data output per pompa tahun 2009 No
Bulan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Januari Februari maret April Mei juni juli Agustus September Oktober November Desember
Rata-rata debit produksi per bulan (m3/s) 387,48 398,74 375,93 403,94 401,68 377,72 374,61 359,30 341,85 440,25 426,41 381,15
Data debit ouput per pompa (m3/s) 0,04843 0,04984 0,04699 0,04488 0,04463 0,04722 0,04683 0,04491 0,04884 0,04892 0,04738 0,04764
2.
Hubungan Kekeruhan Dan Massa Jenis Kekeruhan air baku adalah tingkat kejernihan dari air baku yang dinyatakan dalam NTU (nephelo metrix turbidity unit). Perubahan tingkat kekeruhan air baku yang dinamik menyebabkan pompa submersible bekerja dengan daya yang juga berubah sesuai dengan perbandingan debit output dan kekeruhan. Dari grafik gambar 17 diketahui terjadi perubahan kekeruhan selama 1 tahun berdasarkan range yaitu antara 01000 NTU. Dimana rata-rata kekeruhan paling tinggi terjadi pada bulan Februari dengan nilai kekeruhan 739,11 NTU. Hal ini terjadi karena pada bulan Februari yang merupakan musim hujan sehingga menyebabkan kekeruhan air baku meningkat. Tingkat kekeruhan paling rendah terjadi pada kekeruhan 32,32 NTU
Gambar 16 wiring diagram pemodelan daya pompa
IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 1.
Simulasi Debit Input Pompa dari Data Real PDAM Gresik Proses pengolahan air pada PDAM Gresik seperti diketahui menggunakan air sungai sebagai air baku dengan debit berubah berdasarkan perubahan curah hujan. Perubahan debit air sungai sebagai air baku menyebabkan perubahan dinamik terhadap debit yang masuk ke dalam sumur intake sehingga debit output pompa submersible juga mengalami perubahan yang dinamik. Keadaan ini mempengaruhi debit output yang dihasilkan oleh pompa submersible dan hal ini mempengaruhi daya pompa submersible. Perubahan dinamik ini dapat dilihat dari data debit distribusi yang diperoleh PDAM Gresik pada tahun 2009 pada tabel 2 yang merupakan data debit rata-rata tiap bulannya. Data debit distribusi ini yang digunakan sebagai data debit input pada pemodelan pompa. Hasil output dari pemodelan pompa adalah data debit output per pompa yang sesuai dengan perbandingan debit input pompa dan jumlah pompa yang kerja. Data debit output per pompa dapat dilihat pada 3 berikut.
Ket :
Rata-rata kekeruhan max = Rata-rata kekeruhan min = Gambar 17 Grafik hasil simulasi pemodelan data kekeruhan per bulan
Tabel 4 hubungan kekeruhan dan massa jenis Kekeruhan (NTU) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
massa jenis (kg/m3) 1122 1071 1020 968.7 917.6 866.5 815.4 764.3 713.2 662.1 611
8 3. Simulasi Sensor Alat Ukur Kekeruhan Tabel 5 Data Alat ukur kekeruhan
Tabel 6 Hubungan kekeruhan maksimum dengan tegangan yang dihasilkan alat ukur kekeruhan Kekeruhan (NTU) 38.15 50.4 119.18 163.5 274.11 373.22 471.75 652.4 663.51 669.11 811.38 831.95
Semakin besar kekeruhan maka tegangan yang digunakan juga semakin besar. Range tegangan sensor yang digunakan adalah 0-5 volt. Tingkat kekeruhan yang tinggi menyebabkan resistansi LDR semakin besar karena suspended yang semakin banyak yang terkandung dalam air baku. LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tidak ada cahaya yang meneranginya (gelap) dan sebaliknya. Data tabel 5 dapat juga dilihat dalam grafik perbandingan kekeruhan dengan resistansi LDR
Tabel 7
tegangan sensor kekeruhan (V) 2.248 2.611 3.679 4.005 4.43 4.623 4.742 4.874 4.88 4.883 4.994 4.952
Hubungan kekeruhan minimum dengan tegangan yang dihasilkan alat ukur.
Kekeruhan (NTU) 19.06 21.5 39.96 48.56 78.36 97.02 123.9 159.09 222.46 229.22 270.28 281.18
tegangan sensor kekeruhan (V) 1.429 1.557 2.307 2.562 3.182 3.443 3.722 3.979 4.274 4.298 4.42 4.448
4.
Elektromagnetik Flowmeter Pemodelan elektromagnetik flowmeter berdasarkan karakteristik dari alat ukur flow yang sudah ditentukan oleh manufakturnya. Tabel 8. Data simulasi elektromagnetik Flowmeter
Gambar 18 hubungan kekeruhan terhadap resistansi
Nilai kekeruhan yang semakin besar menunjukkan nilai tegangan yang dihasilkan juga semakin besar. Sesuai dengan range teganngan yang sudah ditentukan, hasil dari simulasi seperti pada tabel 5 dapat diamati pada gambar 22 berikut ini:
5.
Debit Per pompa (m3/s)
tegangan sensor elektromagnetik (V)
0,04843 0,04984 0,04699 0,04488 0,04463 0,04722 0,04683 0,04491 0,04884 0,04892 0,04738 0,04764
0,01481 0,01524 0,01437 0,01372 0,01364 0,01444 0,01432 0,01373 0,01493 0,01496 0,01449 0,01457
Simulasi Head Loss pada Pipa Output Pompa Submersible
Besarnya nilai head loss total maka dapat dicari nilai Head yang digunakan untuk menghitung daya pompa yang digunakan oleh tiap pompa submersible. Data Head dapat dilihat pada tabel 9 dan tabel 10 berikut ini. Data head dicari terhadap perubahan debit yang mempengaruhi kecepatan impeller pompa dalam memompa air baku dan terhadap perubahan kekeruhan yang mempengarui bilangan head loss major sesuai perubahan koefisien friksi/gesekan pipa. Gambar 19 hubungan kekeruhan terhadap tegangan
9 Tabel 9 Head pompa pada kekeruhan minimum Head loss total min 8,51 9,05 8,06 7,36 7,27 8,16 8,03 7,38 8,68 8,70 8,16 8,22
Head pompa 1,2,3,4,10 36,49 35,95 36,94 37,64 37,73 36,84 36,97 37,62 36,32 36,30 36,84 36,78
Head pompa 5,6,7,8,9,11 41,49 40,95 41,94 42,64 42,73 41,84 41,97 42,62 41,32 41,30 41,84 41,78
13341,93 Watt untuk pompa 1, 2, 3, 4 dan 10 dan daya tertinggi pompa 5, 6, 7, 8, 9 dan 11 adalah 15197,73 Watt, hal ini dikarena musim hujan kekeruhan tinggi dengan debit output per pompa yang besar untuk memenuhi kebutuhan air konsumen. Daya terkecil terjadi pada bulan Agustus yaitu 10362,91 Watt pada pompa 1, 2, 3, 4 dan 10 serta 11740,26 Watt pada pompa 5, 6, 7, 8, 9 dan 10, hal ini dikarenakan kekeruhan kecil akan tetapi debit air yang akan dipompa sedikit pada bulan ini. Selain itu pada bulan Agustus tahun 2009 banyak pompa yang tidak beroperasi karena rusak, sehingga kebutuhan air konsumen tidak bias dipenuhi secara optimal.
Tabel 10 Head pompa pada kekeruhan maksimum Head loss total max 8,46 8,92 7,95 7,22 7,14 8,14 8,03 7,38 8,68 8,70 8,05 8,12
Head pompa 1,2,3,4,10 36,54 36,08 37,05 37,78 37,86 36,86 36,97 37,62 36,32 36,30 36,95 36,88
Head pompa 5,6,7,8,9,11 41,54 41,08 42,05 42,78 42,86 41,86 41,97 42,62 41,32 41,30 41,95 41,88
Gambar 9 Grafik Daya Minimum Pompa Tahun 2009
6. Simulasi Daya Pompa pada Pompa Submersible Terhadap Perubahan Dinamik Debit Output Per Pompa dan Kekeruhan Air Baku Daya pompa pada pompa adalah energi yang secara efektif diterima oleh air dari pompa per satuan waktu. Telah dijelaskan pada subbab sebelumnya bahwa besarnya daya pompa dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu debit output per pompa, head pompa, massa jenis air baku, dan percepatan gravitasi. Persamaan (2) digunakan untuk menghitung besarnya daya pompa pada pompa submersible. Faktor daya pompa berupa percepatan gravitasi berupa nilai konstan yaitu dengan nilai 9,8m/s2 dikarenakan jarak pompa hingga dasar sumur intake hanya 1 m, sedangkan nilai ketinggian pompa ada 2 macam karena posisi pompa yang berada pada sumur intake yang berbeda yaitu untuk sumur intake kotak besarnya ketinggian 8 m. Pada sumur intake lingkaran besarnya ketinggian 9 m. Hubungan antara daya pompa, kekeruhan air baku dan debit output per pompa dapat dilihat dalam gambar 20 dan gambar 21. Dimana gambar 9 merupakan hubungan daya pompa, debit output per pompa dan kekeruhan minimum dari rata-rata per bulan, sedangkan gambar 10 menunjukkan hubungan antara kekeruhan maksimum dengan debit output per pompa dan daya pompa yang ada pada pompa submersible. Pada Gambar 9 grafik menunjukkan daya semakin besar saat kekeruhan semakin besar dengan jumlah debit output yang dihasilkan per pompa juga besar. Hal ini dikarenakan dengan bertambahnya kekeruhan menyebabkan kerja pompa yang semakin berat karena air baku yang keruh dan harus menghasilkan debit output besar untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Daya tertinggi terjadi pada bulan Februari yaitu
Gambar 10 Grafik Daya Maksimum Pompa Tahun 2009
Grafik pada gambar 10 juga menunjukkan hal yang sama dengan grafik gambar 9, akan tetapi data kekeruhan yang digunakan adalah data kekeruhan maksimum yang terjadi perbulannya. Daya tertinggi yang terjadi sebesar 17421,65 watt dan daya terkecil sebesar 10425,83 Watt untuk pompa 1, 2, 3, 4 dan 10. Daya tertinggi yaitu 19836,21 Watt dan terkecil 11811,54 Watt pada pompa 5, 6, 7, 8, 9 dan 11.
10 V. KESIMPULAN DAN SARAN 1.
Kesimpulan
[5]
Berdasarkan pengujian dan analisis pemodelan matematis yang telah dilakukan maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut : • Data debit output pompa dan kekeruhan air baku yang digunakan dalam simulasi adalah data tahun 2009 dengan nilai antara range 0,04463 m3/s -0,04984 m3/s, dan kekeruhan dengan range 32,32 NTU-739,11 NTU untuk data kekeruhan maksimum dan range 25,03 NTU-291,39 NTU untuk kekeruhan minimum. • Pemodelan hubungan antara kekeruhan air baku dan massa jenis air baku dengan range kekeruhan antara 0 NTU-1000 NTU yang menghasilkan massa jenis 611 kg/m3-1122 kg/m3 • Pemodelan terhadap pompa Submersible berdasarkan karakteristik pompa yaitu berdasarkan head pompa, percepatan gravitasi, debit input pompa dan massa jenis fluida yang dipompa. • Alat ukur debit yang akan digunakan adalah elektromagnetik flowmeter dan telah dimodelkan berdasarkan karakteristiknya dengan nilai B= 0.024 Tesla dan nilai maksimum tegangan 0,01524 Volt pada debit input 0,04984 m3/s. • Perancangan alat ukur kekeruhan serta pemodelannya dengan menggunakan sensor LDR untuk mengetahui tingkat kekeruhan air baku. Resistansi LDR yang digunakan antara range 2K -2M dengan range kekeruhan 0-1000 NTU • Perancangani sistem monitoring yang dapat memonitor daya pompa berdasarkan faktor-faktor yang mempengaruhinya, serta telah dilakukan simulasinya menggunakan program matlab simulink • Daya real maksimum yang dihasilkan pompa submersible berdasarkan data yang diperoleh pada tahun 2009 adalah 19836,21 Watt .Hal ini dikarenakan pada tahun 2009 tingkat kekeruhan yang terjadi tinggi serta debit output per pompa besar 2. Saran Adapun saran yang dapat diberikan oleh penulis setelah melaksanakan penelitian tugas akhir ini adalah pada tiap pompa submersible yang digunakan terdapat grafik karakteristik pompa sehingga akan mempermudah dalam menganalisis kinerja pompa dan dapat digunakan sebagai pembanding antara penggunaan yang sekarang dengan manufakturnya. VI. DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim.2008.“Pompa Benam/Sumbmersible Pump”, URL:http://www.wordpress.com [2] “Bab II”,
[3] Bentley, John P . 2005.“Principles Of Measurement Systems, 4th edition”. Longman Scientific and Technical: UK.4 [4] Bureau of Energy Efficiency, Ministry of Power, India. 2006.Pumps and Pumping Systems (Bahasa
[6] [7] [8] [9] [10] [11]
[12]
[13]
[14]
[15] [16]
[17]
Indonesia).UNEP, Church, Austin H.1990.“ Pompa dan Blower Sentrifugal”. Erlangga: Jakarta. “Electromagnetic Flowmeters (Magmeters)”, Eren, H. 2003.“Process Measurement and analysis, 4th Edition, Volume I”. Bela Liptak . Hicks, Tyler G. Edward, T W. 1996.”Teknologi Pemakaian Pompa”. Erlangga: Jakarta. “Moody Diagram“, Nouwen,A. 1981. “Pompa 1”. Bhratara Karya Aksara: Jakarta. Pararaja,2008.” Penyebab Kekeruhan (Turibidity) Dalam Air”.Madiun, Prihasa,Novan. 2009.” Rancangan Kompresor dan Pompa Sentrifugal”. Sahdev,M. Centrifugal Pumps: Basic concepts of operation, maintenance and trouble shooting, Part I. Presented at The Chemical Engineers’ Resource Page. www.cheresources.com. Downloaded from: www.idcon.com/pdf -doc/centrifugalpumps.pdf Sularso.Tahara, Taruo. 1983.“Pompa dan Kompresor, Pemilihan,Pemakaian dan Pemeliharaan”. Assosiation for international technical promotion,japan : Jakarta. Susanto,Hadi. 2006.“Sistem Suplai Air Bersih untuk Universitas Negeri Semarang”, Semarang. US Department of Energy (DOE), Office of Industrial Technologies. 2001. Pump Life Cycle Costs: A guide to LCC analysis for pumping systems. DOE/GO-1020011190, “Voltage divider”, BIODATA PENULIS
Nama TTL Alamat
: Siska Kamiatiningsih : Tuban, 4 maret 1987 :Jl.Arif Rahman Hakim 57B Keputih,Sukolilo Email : [email protected] Riwayat Pendidikan : SDN Bejagung 2 (1994 - 2000) SLTPN I Tuban (2000 - 2003) SMAN 1 Tuban (2003 - 2006) S1 Teknik Fisika (2006–sekarang)
