POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
PENELITIAN KERUGIAN HEAD PADA INSTALASI POMPA DIRANGKAI SECARA PARALEL UNTUK FLUIDA AIR DAN AIR DETERJEN 1)
1) 2)
Heri Kustanto ,
2)
Wiyono
Teknik Elektro Akademi Teknologi Warga Surakarta
ABSTRACT Problems of operation of pump equipments which must be paid attention to especially is going together head and qapacity yielded. If fluid use have the viscosity which different each other, hence will influince the loss head so that do not always apllicable to pumping. Problems that happened is how to maximize the pump fuction minimization of loss arising out aplicable to characteristic pump especiallly at centrifugal pump. Reseach of stream loss of parallel pump instalation aim to analyse the influince water viscosity and the detergent water to loss of arising out stream. Mostly in industry world which is most using liquid fluid a lot of using pump this type, because of easy treatment and do not need specialty in running it, but important to remember pump used for the fluid of having lowest viscosity. Result of research show the viscosity water of this irrigate the detergent. 1.16910-6 m2/s. Loss of head fluid irrigate at spillway rotation opened the full of; closed ¼; closed ½; closed ¾ each are 0.226 m; 0.128 m; 0.085 m and 0.013 m. While at fluid irrigate the detergent of loss head of at spillway rotation opened the full of; closed ¼; closed ½; closed ¾ each are 0.167 m; 0.1002 m; 0.054 m and 0.005 m. Pursuant to analysis of at fluid irrigate and irrigate the detergent, loss of head become of by the spillway rotation closed ¾ that is 0.031 m and 0.038 m, because its stream speed minimize that is 0.41 m/s. While at rotation opened full of level of loss head are 0.226 m and represent the compared to biggest loss head of other spillway rotation. This matter result the fluent fluid flow becoming is not fluent. Key Word : head losses, viscosity , pump, flow at pipe 1. PENDAHULUAN Di dunia industri pompa sangat diperlukan untuk proses produksi.Pompa banyak digunakan Penelitian Kerugian Head pada …
untuk memompa air dan terkadang digunakan untuk fluida cair yang lain, air deterjen memiliki viscositas kenematik dan kerapatan yang lebih tinggi 93
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
dibandingkan air, sehingga dari perbedaan ini dialirkan sebuah analisis perhitungan kerugian – kerugian yang terjadi pada suatu instalasi untuk membandingkan pengaruh viscositasnya. Didalam penelitian ini,dapat diketahui koefisen rugi – rugi pada alat – alat instalasi yang dipakai dan ditelisti,sehingga dapat diketahui koefisien rugi – rugi pada alat – alat instalasi yang Penelitian kerugian aliran pada instalasi pompa untuk fluida air dan deterjen ini penulis susun bertujuan : a. Menganalisa pengaruh viscositas air dan air deterjen terhadap kerugian – kerugian aliran yang timbul. II. BAHAN DAN METODE A. BAHAN DAN PERALATAN Dalam penelitian ini bahan dan peralatan yang digunakan antara lain : a. Air deterjen b. Air c. Timbangan d. Katup pengatur debit air e. Gelas pengukur tinggi air f. Pompa g. Bak penampung air h. Stopwatch i. Manometer
September 2013
dipakai dan diteliti,sehingga dapat dijadikan suatu pertimbangan alternative dalam pemakaiannya.Instalasi pompa seri ini berfungsi untuk menaikan fluida air dan air deterjen dari bak air penampung ke pompa.Selanjutnya dilakukan pengamatan pada flowmeter untuk melihat besarnya debit air dan air deterjen. b. Menganalisa kerugian – kerugian tersebut untuk menemukan perbedaan yang terjadi pada instalasi pompa jika dipasang secara paralel dengan membedakan fluida air dan air deterjen.
fluida cair dari suatu tempat ketempat lain dengan cara memberikan perbedaan tekanan. Pompa digunakan untuk memindahkan fluida (cairan) dari tempat yang lebih rendah ke tempat lebih tinggi atau sebaliknya. Fungsi pompa adalah untuk memindahkan cairan ini diperlukan tekanan (head) yaitu untuk mengatasi gesekangesekan dan perbedaan tinggi atau perbedaan tekanan(Edi Suhariyono, 2008). Kerugian head yang disebabkan aliran biasanya terdiri dari kerugian gesek dan kerugian dalam belokan – belokan,reduser,katup – katup serta perangkat – perangkat instalasi lain (W Agung,2002)
B. KAJIAN PUSTAKA Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan 1. Sifat – sifat fluida Terdapat beberapa sifat fluida antara lain : Penelitian Kerugian Head pada …
94
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
a. Kerapatan Besarnya kerapatan adalah M ρ= ……………………………………………… V ……….(1) Dimana ρ = Kerapatan massa (kg/m3) M = Massa zat cair (kg) V = Volume m3 Hubungan antara kerapatan dan berat jenis adalah : ………………......……………………… γ = ρ .g ………(2) Dimana γ = Berat jenis (kg/m2s2) ρ = Kerapatan massa (kg/m3) g = Percepatan grafitasi (m/s2) Hubungan antara kerapatan dengan volume jenis (v) adalah : 1 ………………………………………………………… v= ρ ……….. (3) b. Kekentalan Dalam beberapa masalah mengenai gerak zat cair kekentalan absolute atau kekentalan dinamik dihubungkan dengan rapat massa dalam bentuk : µ ………………………………………………………… v= ρ ……….. (4) Dimana v = Kekentalan kinetic (m2/s) µ = Kekentalan dinamik (Ns/m2) ρ = Kerapatan massa (kg/m3) 2. Aliran Fluida dalam Pipa Akan tetapi di dalam proses pengaliran di dalam pipa terdapat kerugian pada tekanan pompa tersebut yang sering disebut head losses. Jenis aliran pada pipa tersebut merupakan jenis turbulen, karena nilai bilangan Reynold (Cepi Iskandar 2006).
Penelitian Kerugian Head pada …
Terdapat beberapa aliran fluida dalam pipa yaitu aliran mantap dan aliran pada pipa lurus.Pada aliran pipa lurus diklasifikasikan menjadi aliran laminar,aliran transisi dan aliran turbulen.Untuk menentukan apakah suatu aliran itu laminar atau turbulen. Dapat dipakai bilangan Reynolds : 95
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
V .D …………………………………………………… v ………… (5 ) Dimana Re = bilangan reynold V = Kecepatan rata – rata aliran dalam pipa (m/s) D = Diameter dalam pipa (m) v = Kekentalan kinetik (m2/s) Jika angka Re < 2.300 ,aliran bersifat laminar. Jika angka Re > 4000 ,aliran bersifat turbulen. Jika angka Re = 2300 – 4000 terdapat daerah transisi dimana aliran dapat bersifat laminar ataupun turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran. Re =
Head Losses Tinggi tekan adalah ketinggian pada kolom fluida naik untuk memperoleh jumlah energi yang sama dengan yang dikandung satu satuan bobot fluida pada kondisi sama. Kerugian tekan adalah salah satu kerugian yang tidak dapat dihindari pada suatu aliran fluida yang berupa berkurangnya tekanan pada suatu aliran, sehingga menyebabkan kecepatan aliran mengecil. Salah satu kerugian yang sering terjadi a). Kerugian head gesek dalam pipa
3.
hf =
dan tidak dapat diabaikan pada aliran air yang menggunakan pipa adalah kerugian tekan akibat gesekan dan perubahan penampang atau pada belokan pipa yang menggangu aliran normal. Hal ini menyebabkan aliran air semakin lemah dan mengecil.(Bagus shella Affan,2010) Kerugian head adalah head untuk mengatasi kerugian – kerugian yang terjadi.Adapun Kerugian yang terjadi adalah :
λ.L.V 2
……………………………………………… D.2.g ………(6) Dimana : hf = Kerugian head gesek (m) λ = Kerugian head gesek (m) L = Panjang piupa (m) V = Kecepatan rat – rata didalam pipa (m/s) D = Diameter dalam pipa (m)
Penelitian Kerugian Head pada …
96
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
g = Percepatan grafitasi (m/s2) b). Kerugian head dielbow. V2 hm = k ………………………………….………… 2g ……… (7 ) Dimana hm = kerugian head dalam elbow (m) k = koefisien losses elbow.
detergen sampai dengan perhitungankerugian head.Berikut ini adalah pembuatan instalasi pompa paralel seperti ditunjukan pada gambar 1.
C. METODE Dalam penelitian ini,terdapat beberapa tahapan yang dimulai dengan pembuatan instalasi pompa paralel, pengujian viscositas,fluida air dan air
2
1
9
3
8
7
6
4 5
Gambar 1 Instalasi Pompa Rangkaian Paralel
Keterangan gambar : 1. Katub pengatur debit aliran 2. Manometer 3. Skaklar 4. Peluap 5. Gelas pengukur tinggi air diatas puncak peluap 6. Bak penampung air
Penelitian Kerugian Head pada …
97
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
7. Pompa 1 8. Pompa 2 9. Flow meter
Adapun langkah – langkah penelitian kerugian head pada
pompa yang dirangkai paralel ditunjukan pada gambar 2 FLUIDA KERJA
AIR DETERJEN
AIR
PERHITUNGAN VISCOSITAS
INSTALASI POMPA RANGKAIAN PARALEL
PENGUKURAN BEDA TINGGI TEKAN
PENGUKURAN DEBIT ALIRAN
PENGUKURAN KERUGIAN KERUGIAN
TIDAK PENGOLAHAN DATA
YA PEMBAHASAN
KESIMPULAN
Gambar 2 Flow chart metode penelitian
IV. Hasil Dan Pembahasan A. Hasil 1. Perhitungan Viscositas air dan air deterjen Pada tabel sifat – sifat air pada tekanan atmosfer diketahui pada suhu 20°C rapat massa air ( ρair ) sebesar 998,2 kg/m3 dan vicositas kinematik Rapat massa air (ρ air)
Penelitian Kerugian Head pada …
( V ) sebesar 0,804 x 10-6 m2/s,sedangkan pada suhu 30°C rapat masa air (ρair) sebesar 995, 7 kg/m3 dan viscositas kinetik ( V ) sebesar 0,804 x 10-6 m2/s maka untuk mencari rapat massa dan viscositas kinetik air pada suhu 27°C digunakan interpolasi : 27 − 20 = (995,7 − 998,2) + 998,2 30 − 20
98
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
= 996,5 kg /m3 viscositas diterjen dari hasil percobaan didapat :
Dan dengan cara yang sama viscositas kinetik air sebesar 0,8649 x 10 -6 m2/s.Pada Massa picno kosong Massa picno + massa air Massa air
= 15,6402 gram. = 40,7067 gram = 40,7067 – 15,6402 = 25,06 gram. massa 25,06.10−3 = = = 0,025.10− 3 m3 ρ 996,5
Volume picno
Waktu air (t air) = 10,49 detik. Massa picno + air deterjen = 41,3448 gram Massa air = deterjen = 41,3448 – 15,6402 = 25,7046 gram. Rapat massa deterjen (ρ deterjen) = −3 massa 25,06.10 = = 0,025.10− 3 m3 ρ 996,5 Waktu air deterjen (t air deterjen) = 13,74 detik. Vikositas kinetik (V deterjen )
= =
2. Perbandingan hubungan koefisien losses dengan kecepatan aliran fluida. Berikut ini terdapat beberapa grafik dari tabel pengujian yang menunjukan hubungan
t det erjen Xρ det erjen XVair t air Xρ air 13,74 X 1028,1X 0,8649.10−6
10,49 X 996,5 = 1,169.10-6 m2/detik koefisien losses,head loss dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow dan kerugian head dengan kecepatan aliran fluida.
Kerugian Minor Tabel 1 Perbandingan hubungan koefisen losses dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow untuk fluida air dan air deterjen POMPA PARALEL PUTARAN
Head Losses (∆Hm)
Debit (Q) m3/s
Kecepatan (V) m/s
Koefisien Losses
Bilangan Reynolds
Air
Air
KATUP air
Air deterjen
air
Air Deterjen
Penelitian Kerugian Head pada …
Air
Air Deterjen
Air Deterjen
Air Deterjen
99
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2 0
0
10,06 x 10-4
9.03 x 10-4
1,98
1,8
0
0
58,13 x 103
52,5 x 103
0,1637
0,4264
7,61 x 10-4
6.5 x 10-4
1,5
1,28
1,42
5.11
37,84 x 103
27,82 x 103
3
19.61x 103 4.99 x 103
Terbuka penuh Ditutup ¼
September 2013
-4
Ditutup ½
0,3068
0,864
6,04 x 10
Ditutup 3/4
0,9513
0,942
2,09 x 10-4
-4
1,19
0.9
4,25
16.56
30,02 x 10
1.22 x 10-4
0,42
0.23
111,03
350
10,35 x 103
4.57 x 10
Gambar 3. Perbandingan hubungan koefisien losses dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow untuk fluida air dan air deterjen pada susunan pompa paralel
Gambar 4. Perbandingan hubungan head losses dengan kecepatan aliran fluida pada short elbow untuk fluida air dan air deterjen pada susunan pompa paralel
Kerugian Mayor Tabel 2 Hasil perbandingan perhitungan kerugian head antara fluida air dan air deterjen POMPA PARALEL PUTARAN
Head Losses (∆Hm)
Debit (Q) m3/s
Kecepatan (V) m/s
Koefisien Losses
Bilangan Reynolds
Air
Air
KATUP air
Air
air
deterjen Terbuka penuh
0.226
0.167
Air
Air
Deterjen 10.06 x 10-4
9.03 x 10-4
Penelitian Kerugian Head pada …
Air Deterjen
1.98
1.79
Air Deterjen
0.023
0.0208
Air Deterjen
58.1 x 10-3
100
52.6x 10-3
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
September 2013
Ditutup ¼
0.128
0.1002
7.62 x 10-4
6.5 x 10-4
1.5
1.28
0.023
0.024
37.8 x 10-3
27.8 x 10-3
Ditutup ½
0.085
0.054
6.04 x 10-4
4.57 x 10-4
1.19
0.9
0.024
0.027
30 x 10-3
19.5 x 10-3
0.005
-4
-4
Ditutup 3/4
0.013
2.09 x 10
1.2 x 10
0.41
0.23
0.0313
0.038
10.3 x 10
-3
Gambar 5. Perbandingan hubungan kerugian head dengan kecepatan aliran fluida antara fluida air dan air deterjen pada pompa susunan paralel
B. PEMBAHASAN Berdasarkan perhitungan dan pengolahan data menunjukan viscositas air diterjen sebesar 1,1689.10-6m2/detik Kerugian head fluida air pada putaran katup terbuka penuh; ditutup1/4 ; ditutup1/2 dan ditutup ¾ masing masing adalah 0,226 m; 0,128 m; 0,085 m dan 0,013 m Sedangkan pada fluida air diterjen kerugian head pada putaran katup terbuka penuh; tutup1/4; tutup1/2 dan tutup ¾ masing masing adalah 0,167 m; 0,1002 m; 0,054 m dan 0,005 m. Berdasarkan analisis pada fuida air dan air deterjen, kerugian head terendah terjadi pada putaran katup ditutup ¾ yaitu 0,031 m dan 0,038 m karena Penelitian Kerugian Head pada …
kecepatan alirannya kecil yaitu 0,41 m/s sedangkan pada putaran terbuka penuh besarnya kerugian head adalah 0,226 m dan merupakan kerugian head terbesar dibandingkan putaran katup yang lain. Hal ini mengakibatkan aliran fluida pada pompa menjadi tidak lancar.
IV KESIMPULAN Dari perhitungan dan percobaan diatas dapat digunakan untuk menganalisis atau memperjelas perbandingan koefisien losses dengan kecepatan aliran fluida antara fluida air dengan fluida air deterjen dimana gambar diatas menunjukkan 101
4.99 x 10-3
POLITEKNOSAINS VOL. XII NO. 2
bahwa koefisien losses fluida air deterjen lebih tinggi dari pada fluida air disebabkan karena kecepatan aliran fluida air deterjen lebih kecil dikarenakan viscositasnya. Kerugian head fluida air lebih besar dibanding dengan kerugian head yang terjadi pada fluida air deterjen, hal ini disebabkan karena kecepatan aliran fluida air deterjen dan secara teoritis kecepatan aliran fluida berbanding lurus dengan kerugian head, maka semakin besar kecepatan aliran fluida semakin besar pula head kerugian gesek yang terjadi. Sedangkan untuk fluida air deterjen kecepatan aliran fluida kecil karena adanya faktor viscositas yang dimiliki.
V. DAFTAR PUSTAKA Bagus Shella A,2010,Kaji eksperimental Rugi Tekan (head Losses)dan Faktor Gesekan yang terjadi
Penelitian Kerugian Head pada …
September 2013
Pada Pipa Lurus dan Belokan,UNDIP,Semarang. Cepi Iskandar,2006,Analisa Kerugian Gesekan Pada Pipa Penyalur,Pompa Sentrifugal Jenis Demster dan Perwatan Pompa. Edi Suhariyono,2008,Analisa Head Losses dan Koefisien Gesek Pada Pipa,Kalimantan Scientic,kalimantan. Olson M Reuben,1993,Dasar – dasar Mekanika Fluida Teknik,Gramedia,Jakarta. Sularso,Tahara Huruo,1987,Pompa dan Kompresor,Pradya Paramitha,Jakarta. White M Frank,1994,Mekanika Fluida,Erlangga,Jakarta. W Agung Nugroho ,2002,Makalah Kerugian head,UMS,Surakarta. Wylie Bemjamin E,1999,Mekanika Fluida,Erlangga,Jakarta.
102
