POMPA SENTRIFUGAL KECEPATAN RENDAH
JUMLAH SUDU DUA
DENGAN HEAD 2,4 METER
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
GATUT WAHYU PRABOWO
NIM : 075214028
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
LOW-SPEED CENTRIFUGAL PUMP
NUMBER BLADES TWO
WITH THE HEAD 2,4 METERS
FINAL PROJECT
A Partial Fulfillment of the requirements
to obtain the sarjana teknik degree
Mechanical Engineering Study Program
Mechanical Engineering Department
by :
GATUT WAHYU PRABOWO
Student Number : 075214028
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
INTI SARI
Angin merupakan suatu bentuk energi yang dapat dimanfaatkan untuk
membantu kegiatan manusia. Daerah pesisir pantai Indonesia khususnya
Yogyakarta mempunyai potensi energi angin yang cukup dengan kecepatan rata-
rata 3,5 – 5 m/s. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk memompa air dengan
menggunakan pompa sentifugal yang mengkonversi energi angin menjadi energi
mekanik.
Alat penelitian terdiri dari motor induksi sebagai pengganti kincir angin,
pipa sebagai sudu pompa sentrifugal. Variabel yang diukur dalam penelitian ini
adalah volume air yang dihasilkan pompa sentrifugal, massa yang bekerja pada
motor listrik, dan putaran poros (rpm). Untuk pengukuran kecepatan putar poros
digunakan tachometer, untuk pengukuran debit air digunakan metode gelas ukur,
untuk pengukuran massa digunakan timbangan massa, dan untuk pengukuran
waktu digunakan stopwatch. Variabel yang divariasikan adalah jumlah putaran
poros.
Penelitian menghasilkan sebuah model pompa sentrifugal kecepatan
maksimal 273 rpm dengan debit sebesar 1,9 liter per menit dan efisiensi 39%,
sedangkan debit terkecil yang dihasilkan adalah 0,8 liter per menit pada kecepatan
218 rpm dengan efisiensi 84%. Pompa sudah tidak mengalirkan air pada
kecepatan putar 204 rpm.
Kata kunci : pompa sentrifugal, kecepatan rendah, head 2,4 meter, debit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena penyertaan,
perlindungan, dan berkat-Nya dalam penyusunan Tugas Akhir ini, sehingga pada
akhirnya Tugas Akhir ini dapat kami selesaikan dengan baik.
Tugas Akhir merupakan sebagian persyaratan yang wajib ditempuh oleh
setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini juga dapat dikatakan
sebagai wujud pemahaman dari hasil belajar mahasiswa setelah mengikuti
kegiatan perkuliahan selama di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai pompa sentrifugal
kecepatan rendah dua sudu dengan head 2,4 meter. Dalam Tugas Akhir ini,
penulis berencana untuk meneliti unjuk kerja dari pompa sentrifugal kecepatan
rendah dua sudu.
Selama pembuatan tugas akhir ini tentu penulis mengalami berbagai
macam hambatan dan cobaan, namun pada akhirnya dapat diselesaikan dengan
bantuan saran, nasihat, ide, maupun bimbingan dari berbagai pihak. Pada
kesempatan ini, dengan segenap kerendahan hati kami mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. YB. Lukiyanto, M.T., Dosen pembimbing Tugas Akhir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
4. Ir. Rines, M.T. dan Ir. PK. Purwadi, M.T., Dosen penguji Tugas Akhir.
5. Keluarga penulis, khususnya orangtua yang telah membiayai dan memotivasi
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
6. Rekan sekelompok penulis yaitu Fransiskus Kale Wutun Wadan dan M.
Welly V, yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikan
alat dan pengambilan data.
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyelesaikan Tugas
Akhir ini, namun sebagai manusia tentunya penulis juga menyadari bahwa yang
penulis kerjakan masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mohon maaf
atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penyusunan Tugas
Akhir ini. Saran serta kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis
harapkan demi perbaikan dikemudian hari.
Penulis berharap semoga Tugas Akhir yang telah penulis susun ini dapat
memberikan manfaat bagi para pembaca.
Yogyakarta, 15 Februari 2011
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……………………………………….…………………. i
HALAMAN PERSETUJUAN.......................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iv
PERNYATAAN……………………………………………………………….. v
ABSTRAK …………………………………………………………………….. iv
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN................................................ vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI ………………………………………………………………….. x
DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………. xii
DAFTAR TABEL …………………………………………………………….. xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang …………………………………………………………… 1
1.2 Rumusan Masalah ………………………………………………………. 2
1.3 Tujuan Penelitian ……………………………………………………….. 3
1.4 Batasan Masalah .......................................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian ……………………………………………………. 3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Hukum Kekekalan Energi ........................................................................ 4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
2.2 Gaya Sentrifugal ...................................................................................... 5
2.3 Persamaan-Persamaan yang Bekerja pada Pompa ................................. 6
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Skema Alat .............................................................................................. 11
3.2 Cara Kerja Alat ................................................…………………............ 11
3.3 Variabel yang Divariasikan ........................................................................ 11
3.4 Peralatan Penelitian ................................................................................... 13
3.5 Variabel yang Diukur ............................................................................... 19
3.6 Analisa Data .............................................................................................. 20
3.7 Jalannya Penelitian .................................................................................... 20
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data ...............……………………………………………....................... 22
4.2 Perhitungan Data Percobaan .................………………………………... 22
4.2.1 Debit Air yang Dihasilkan Pompa .................................................. 22
4.2.2 Torsi ............................................................................................... 22
4.2.3 Kecepatan angular .........................................................................
23
4.2.4 Daya Poros .................................................................................... 23
4.2.5 Menghitung Daya Pompa ............................................................... 24
4.2.6 Menghitung Besar Efisiensi ........................................................... 24
4.3 Analisa Data Percobaan ............................................................................. 26
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...................……..........................…………………………… 30
5.2 Saran..…………………………………………….………………............ 30
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………… 32
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arah aliran fluida pada pompa sentrifugal .............................. 5
Gambar 2.2 Gaya sentrifugal ...................................................................... 5
Gambar 2.3 Tampak atas menghitung torsi pada pompa sentrifugal ......... 7
Gambar 2.4 Tampak samping menghitung torsi pada pompa sentrifugal ... 8
Gambar 2.5 Bentuk alat untuk menghitung torsi pada pompa sentrifugal . 8
Gambar 3.1 Skema Alat ........................................................................... 12
Gambar 3.2 Skema rangkaian pipa output ...............................…….......... 13
Gambar 3.3 Bosch dengan 2 pipa output ............................……................ 14
Gambar 3.4 Motor listrik .........................................................…….......... 14
Gambar 3.5 Tempat penampungan .............................................................. 15
Gambar 3.6 Katup output ............................................................................ 15
Gambar 3.7 Katup input .............................................................................. 16
Gambar 3.8 Micro Drive Controller ........................................................... 16
Gambar 3.9 Digital Light Tachometer ......................................................... 17
Gambar 3.10 Gelas ukur ............................................................................... 17
Gambar 3.11 Timbangan massa .................................................................... 18
Gambar 3.12 Pompa Aquarium .................................................................... 18
Gambar 3,13 Katrol ....................................................................................... 19
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
Gambar 4.1 Grafik Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan putar . 26
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara debit dan kecepatan putar ................... 27
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara rugi-rugi daya dan kecepatan putar..... 28
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara debit dan daya input .......................... 27
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data pompa sentrifugal dua sudu dengan head 2,4 meter .... 22
Tabel 4.2 Hasil perhitungan pada pompa sentrifugal dua sudu dengan
head 2,4 meter .....................................................………....... 25
Tabel 4.4 Lanjutan perhitungan dari table 4.2 .........………………….. 25
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Indonesia memiliki garis pantai yang cukup panjang dan terdiri dari
beribu-ribu pulau. Namun bisa dikatakan pembangunan yang dilakukan oleh
pemerintah belum merata pada daerah-daerah yang terpencil. Masih ada
pulau-pulau kecil berpenghuni dan daerah pinggir pantai yang belum
mendapatkan aliran listrik dari PLN. Beberapa diantara mereka
mengandalkan generator listrik yang biayanya lebih mahal daripada
menggunakan listrik PLN yang telah disubsidi pemerintah. Hal ini menjadi
masalah bagi mereka yang membutuhkan pompa sebagai sarana memompa
air tawar (untuk kebutuhan mandi,cuci, dan minum) dan air laut untuk
menghasilkan garam. Dengan ketiadaan listrik di daerah-daerah terpencil
tersebut, maka dibutuhkan pompa air yang tidak bergantung pada energi
listrik.
Daerah pesisir pantai Indonesia mempunyai potensi energi angin
yang cukup dengan kecepatan rata-rata 3,5 – 5 m/s. Hal ini dapat
dimanfaatkan untuk memompa air dengan menggunakan pompa sentifugal
yang mengkonversi energi angin menjadi energi mekanik. Penggunaan
pompa air bertenaga angin di Indonesia masih jarang ditemui. Hal ini
disebabkan karena masih banyak yang menggunakan energi listrik untuk
memompa air. Selain itu, cara memompa air dengan jenis pompa sentrifugal
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
ini berbeda dengan kebiasaan di masyarakat yang masih menggunakan
pompa listrik.
Penelitian yang dilakukan untuk membandingkan dari hasil
penelitian yang dilakukan oleh Sutrisno, V.T., 2009. Pompa pipa yang
diteliti oleh Sutrisno, V.T. mempunyai debit terbesar air sebanyak 9,8 liter
atau 0,000163 m3/s dengan heah 1,2 meter kolom air dan diameter sudu 0,75
meter pada putaran 178 rpm. Efisiensi tertinggi pompa sentrifugal yang
didapat pada penelitian tersebut sebesar 11,5 %.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Debit maksimum yang dapat dihasilkan dan unjuk kerja pompa
sentrifugal kecepatan rendah tergantung pada jumlah sudu, ketinggian
pompa, kecepatan putar, dan besar pipa output sudu. Selain itu, ujuk kerja
pompa sentrifugal kecepatan rendah ditentukan oleh pipa output atau sudu
dan katup. Unjuk kerja pipa output ditentukan oleh kemampuan pipa output
untuk menghisap air dengan gaya sentrifugal. Unjuk kerja katup pada pipa
output ditentukan oleh kemampuan katup untuk mencegah udara masuk
kedalam pipa output. Pada penelitian ini pompa sentrifugal digerakkan
menggunakan motor induksi sebagai pengganti kincir angin dan yang akan
divariasikan adalah putaran pompa.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Membuat pompa sentrifugal kecepatan rendah.
2. Mengetahui putaran minimal yang diperlukan pompa sentrifugal untuk
menaikan air dengan ketinggian 2,4 meter.
3. Mengetahui debit minimal dan maksimal dengan 2 pipa output.
4. Menghitung rugi-rugi gesekan yang terjadi pada pompa sentrifugal.
5. Mengetahui hubungan antara kecepatan putar dengan efisiensi.
1.4 Batasan Masalah
Pada penelitian ini, terdapat beberapa batasan masalah, antara lain :
1. Rugi-rugi akibat air yang terbuang dari tempat penampungan air
diabaikan.
2. Penggerak menggunakan motor listrik yang dapat diatur kecepatannya.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang ingin diperoleh dalam penelitian ini adalah :
1. Menambah kepustakaan teknologi pompa sentrifugal.
2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk
membuat prototype pompa sentrifugal yang dapat diterima.
3. Mengurangi ketergantungan penggunaan listrik sehingga ikut
mengurangi emisi karbondioksida di atmosfer.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
BAB II
DASAR TEORI
Agar pompa dapat bekerja membutuhkan daya dari motor penggerak
pompa. Didalam pompa fluida mendapat percepatan sedemikian rupa
sehingga fluida tersebut mempunyai kecepatan air keluar dari pipa output.
Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan berkurang dan berubah
menjadi kenaikan. Besarnya tekanan yang timbul tergantung pada besarnya
kerapatan fluida.
2.1 Hukum Kekekalan Energi
Persamaan energi untuk aliran tunak pada pompa air yang masuk
sistem di titik 1 dan keluar sistim di titik 2 dengan mengabaikan rugi-rugi
energi (karena sangat kecil) yang diakibatkan oleh gesekan fluida di dalam
saluran (White, Frank M.,1979, p.162)
2
222
1
211 z
g 2
V
g
Pz
g 2
V
g
P++=−++
ρρHL .....................................(2.1)
Dengan :
P = Tekanan fluida ( watt )
ρ = massa jenis air ( kg/m3 )
g = percepatan gravitasi ( m/s2 )
v = kecepatan aliran fluida ( m/s )
z = tinggi titik ( m )
HL = head lost ( m )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
Gambar 2.1 Arah aliran fluida pada pompa sentrifugal
2.2 Gaya Sentrifugal
Gambar 2.2 Gaya sentrifugal
Vn2
Vn1 Vt2
Vt1
r1
r2
Permukaan air bak 1
2 2
H
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
Setiap benda yang bergerak membentuk lintasan lingkaran harus
tetap diberikan gaya agar benda tersebut terus berputar. (Halliday, Resnick,
1985:84). Pada pompa sentrifugal, pompa diputar secara terus menerus
untuk menghasilkan gaya sentrifugal.
Besarnya gaya tersebut, dapat dihitung dengan Hukum II Newton
untuk komponen radial :
� � = � ∙ �
� �� = � ∙ ��
ar = v2/r
v = 2πr/T
� �� = �
� ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.2)
Dengan :
m = massa benda ( kg )
ar = percepatan sentripetal ( m/s2 )
r = jari-jari ( m )
v = kecepatan ( m )
2.3 Persamaan – Persamaan yang Bekerja pada Pompa
a. Debit air yang dihasilkan pompa :
Dengan menggunakan metode bucket (gelas ukur), maka didapat
volume air yang dihasilkan pompa per satuan waktu. Debit digunakan
untuk menghitung besar daya yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Debit air yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.3
(Giles R. V., 1986:79)
� = �� �� ���� �….…………...…………………………………..(2.3)
Dengan :
Q = debit air ( l/mnt )
V = volume air yang keluar ( l )
t = waktu ( mnt )
b. Torsi
Torsi atau momen putar adalah hasil perkalian antara gaya dengan
panjang lengan gaya. (Soedarjana,1962:32). Torsi yang dihasilkan oleh
poros digunakan untuk menghitung besar daya yang dihasilkan oleh
poros.
Keterangan gambar: 1. Poros penggerak.
2.Tali
Gambar 2.3 Tampak atas posisi lengan torsi terhadap tali untuk
pengukuran gaya.
F
1
2
r
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Keterangan gambar: 1.Poros penggerak.
2.Tali.
Gambar 2.4 Tampak samping posisi lengan torsi terhadap tali untuk
pengukuran gaya.
Gambar 2.5 Konstuksi alat untuk menghitung torsi pada pompa sentrifugal.
1
2
F
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Torsi yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan :
� = � ∙ � (��)……………………………………………………..(2.4)
Dengan :
F = gaya yang bekerja pada pompa ( N )
r = panjang lengan gaya ( m )
c. Kecepatan Angular
Kecepatan angular didefinisikan sebagai perbandingan pergeseran
sudut dengan waktu tempuh dan arah kecepatan sudut. (Ross, Robert
R,1910:335). Kecepatan angular yang dihasilkan oleh poros digunakan
untuk menghitung besar daya yang dihasilkan oleh poros.
� = ��� ! 2" ��#$
� ...........................................................................(2.5)
Dengan :
n = putaran poros ( rpm )
d. Daya yang dibutuhkan pompa
Pada poros, bekerja daya. Daya yang dibutuhkan poros akan
diberikan kepada pompa sentrifugal, dan digunakan untuk menghitung
efisiensi pompa sentrifugal. Daya yang dibutuhkan poros ditentukan
oleh persamaan di bawah ini. (Ross, Robert R,1910:335)
% = �. �(&).…………………………………...........................……(2.6)
Dengan :
T = torsi pada pompa ( Nm )
ω = kecepatan angular ( rad/s)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
e. Daya yang dihasilkan pompa :
Daya yang dihasilkan pompa adalah daya yang bisa digunakan dan
dipindahkan ke fluida. (Dietzel.F,1980:242). Daya yang dihasilkan
pompa digunakan untuk menghitung besar efisiensi pompa sentrifugal.
%'(� = ) ∙ * ∙ + ∙ �…………………………………………………(2.7)
Dengan :
ρ = massa jenis air ( kg/m3 )
g = percepatan gravitasi di atas bumi ( m/s2 )
H = tinggi kenaikan pada pompa ( m )
Q = debit air ( m3/s )
f. Efisiensi pompa
Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya yang dibutuhkan
pompa dengan daya yang dihasilkan pompa setelah dikurangi rugi-rugi.
, = -./0-12
∙ 100%……………………………………………………(2.8)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Skema Alat
Pompa sentrifugal pada penelitian ini mempunyai 2 komponen utama:
1. Pipa input
2. Pipa output
Skema alat dan gambar rancangan dapat dilihat pada Gambar 2.5, Gambar
3.1 dan Gambar 3.2.
3.2 Cara Kerja Alat
Pompa sentrifugal adalah bekerja berdasarkan gaya sentrifugal. Gaya
sentrifugal yang bekerja pada pipa output akan menyebabkan air naik ke
atas.
3.3 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan meliputi variasi putaran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Gambar 3.1. Skema Alat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
3.4 Peralatan Penelitian
3.4.1 Pompa sentrifugal kecepatan rendah
1. Pipa output
Merupakan tempat air keluar, jari-jari antar pipa output 70 cm.
Pipa output memiliki diameter luar D0 = 12,5 mm dan memiliki
diameter dalam D1 = 10,5 mm.
Gambar 3.2 Skema rangkaian pipa output
2. Pipa input
Digunakan sebagai pipa air masuk, memiliki diameter 1 ½ inchi.
Pipa input memiliki diameter luar D0 = 31,5 mm dan memiliki
diameter dalam D1 = 29 mm.
3. Bosch
Bosch dibuat menggunakan bahan alumunium. Digunakan untuk
menghubungkan pipa input dengan pipa output.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Gambar 3.3 Bosch dengan 2 pipa output
4. Motor Listrik
Motor listrik yang digunakan adalah motor listrik merk MEZ
UD0808/1163807-018-85, membutuhkan tegangan DC 220/380V
50 Hz dan dapat menghasilkan putaran 1720 rpm. Digunakan
untuk menggerakkan pompa sebagai pengganti angin.
Gambar 3.4 Motor listrik
5. Tempat penampungan
Tempat penampungan dibuat dengan bahan acrilyc yang dibentuk
tabung dengan diameter 90 cm. Digunakan untuk menampung air
keluar dan menghitung debit yang dihasilkan pompa sentrifugal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Gambar 3.5 Tempat penampungan
6. Katup output
Katup digunakan untuk mencegah udara masuk kedalam pipa
output pompa sentrifugal.
Gambar 3.6 Katup output
7. Katup input
Katup berfungsi menahan air dalam pompa sentrifugal agar tidak
mengalir keluar dari pipa input
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Gambar 3.7 Katup input
8. Micro Drive Controller
Digunakan sebagai alat untuk mengatur frekuensi pada
motor sehingga dapat mempengaruhi putaran motor.
Gambar 3.8 Micro Drive Controller
9. Tachometer
Digunakan untuk menghitung putaran pada poros. Tachometer
yang digunakan adalah jenis digital light tacho merk Fuji yang
memancarkan sinar untuk membaca sensor berupa pemantul
cahaya pada poros. Tachometer mempunyai skala 0,1 rpm ~ 5 –
999,9 rpm dan 1 rpm ~ 1000 – 9999 rpm.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Gambar 3.9 Digital Light Tachometer
10. Gelas Ukur
Digunakan untuk menghitung volume air yang dihasilkan pompa
pada selang waktu tertentu. Gelas ukur mempunyai kapasitas 1
liter.
Gambar 3.10 Gelas ukur
11. Timbangan Massa
Timbangan yang digunakan adalah Baby Spring Scale yang
mempunyai skala 1 kg. Digunakan untuk menghitung besar gaya
yang dihasilkan pompa. Gaya yang terukur digunakan untuk
menghitung torsi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Gambar 3.11 Timbangan massa
12. Pompa Air Aquarium
Digunakan untuk menjaga kesetabilan ketinggian air ember
pada pipa input.
Gambar 3.12 Pompa Aquarium
13. Stopwatch
Digunakan untuk menghitung selang waktu pengambilan data.
14. Ember
Digunakan sebagai penampung sumber air yang akan dipompakan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
15. Katrol
Digunakan sebagai alat bantu dalam pengukuran gaya yang
dihasilkan pompa.
Gambar 3.13 Katrol.
3.5 Variabel yang Diukur
Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah :
1. Volume air yang dihasilkan pompa sentrifugal
2. Massa yang bekerja pada motor listrik
3. Putaran poros
Pengukuran volume air yang dihasilkan pompa sentrifugal
menggunakan metode gelas ukur. Pengukuran massa yang bekerja pada
motor listrik menggunakan timbangan gaya. Pengukuran putaran poros
menggunakan tachometer.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
3.6 Analisa Data
a. Menghitung debit yang dihasilkan pompa (Q) dalam selang waktu
tertentu (t).
b. Menghitung gaya yang dihasilkan (F), menghitung torsi yang dihasilkan
(T), dan menghitung daya yang dibutuhkan poros (Pin).
c. Menghitung debit air (Q), dan daya yang dihasilkan pompa (Pout).
d. Menghitung efisiensi pompa (η)
Gaya yang terukur pada timbangan massa dilakukan pembulatan,
karena timbangan massa yang digunakan kurang presisi.
3.7 Jalannya Penelitian
Jalannya Penelitian
a. Menyiapkan pompa air sentrifugal dengan menggunakan jumlah pipa
output 2 buah dengan diameter antar pipa output 70 cm.
b. Mengatur pompa sentrifugal dengan head 2,4 meter.
c. Memancing pompa air sentrifugal dengan cara mengisi pipa output dengan
air hingga penuh.
d. Mengatur timbangan gaya agar tegak lurus dengan lengan torsi.
e. Atur motor listrik pada putaran maksimal dengan menggunakan micro
drive controller.
f. Setelah putaran motor dan debit air keluar stabil kemudian mengukur debit
air yang keluar dari pompa per 1 menit.
g. Membaca gaya yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
h. Mengukur jumlah putaran permenit.
i. Mengulangi langkah c sampai h dengan putaran 273 rpm, 261 rpm, 249,2
rpm, 237,3 rpm, 227,2 rpm, 215,3 rpm, 205,3 rpm, dan 196 rpm dengan
cara mengurangi frekuensi yang masuk pada motor.
j. Menghitung debit air yang dihasilkan.
k. Menghitung torsi yang dihasilkan motor.
l. Menghitung rugi-rugi daya pompa.
m. Menghitung daya input yang dibutuhkan pompa.
n. Menghitung daya output yang dibutuhkan pompa.
o. Menghitung efisiensi yang dihasilkan oleh pompa.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
BAB IV
DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data
Didapat data-data pengukuran seperti tabel 4.1
Tabel 4.1 Data percobaan pompa sentrifugal.
n(rpm) Q (debit) l/menit
Q (m3/s) data 1 data 2 data 3 data 4 Q rata-rata
273 1,90 1,90 1,85 1,85 1,88 0,00003125
257 1,75 1,70 1,70 1,75 1,73 0,00002875
249 1,65 1,60 1,65 1,60 1,63 0,00002708
238 1,45 1,45 1,40 1,40 1,43 0,00002375
230 1,25 1,20 1,20 1,20 1,21 0,00002021
218 0,80 0,80 0,80 0,78 0,79 0,00001323
204 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00000000
4.2 Perhitungan Data Percobaan
Sebagai contoh perhitungan data, digunakan perhitungan data tabel 4.1.
4.2.1 Debit Air yang Dihasilkan Pompa
Besarnya debit air yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan
persamaan 2.3
� = 6�
= 1,88 �1 �9�:�
= 1,88 � ��
4.2.2 Torsi
Perhitungan besar torsi yang dihasilkan penggerak :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Torsi yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.4
�;9�**9��< = � ∙ �
= 0,1 <* ∙ 0,166 � ∙ 9,806 � ?�
= 0,163 ��
Perhitungan besar torsi rugi-rugi yang dihasilkan :
Torsi yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.4
��A*: − �A*: = � ∙ �
= 0,06 <* ∙ 0,166 � ∙ 9,806 � ?�
= 0,098��
4.2.3 Kecepatan Angular
Kecepatan angular yang dihasilkan dapat dihitung dengan
persamaan 2.5.
� = �60? ! 2" C��D
? E
� = 27360? ! 2" C��D
? E
� = 28,57 (��D? )
4.2.4 Daya poros
Perhitungan Daya penggerak :
Melalui persamaan 2.6 dapat dihitung daya dengan air
%(;9�**9��<) = �. �
%(;9�**9��<) = 0,163 ! 28,57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
P(penggerak) = 4,648 &���
Perhitungan daya ( rugi-rugi) :
Melalui persamaan 2.6 dapat dihitung daya rugi-rugi
% (�A*: − �A*:) = �. �
%(�A*: − �A*:) = 0,098!2,857
%(�A*: − �A*:) = 2,789 &���
Perhitungan daya yang dibutuhkan poros (P in)
Melalui persamaan 2.6 dapat dihitung daya yang dibutuhkan poros
%Q� = % (;9�**9��<) − % (�A*: − �A*:)
= 4,648 &��� − 2,789 &���
= 1,859 &���
4.2.5 Perhitungan Daya Pompa
Daya yang dihasilkan pompa (P out) dihitung dengan persamaan
2.7
%'(� = ) ∙ * ∙ + ∙ �
= 1000 <*�R� ∙ 9,806 � ?� ∙ 2,4 � ∙ 0,00003125 �R ?�
= 0,735 &���
4.2.6 Perhitungan Besar Efisiensi
Besarnya efisiensi pompa dihitung melalui persamaan 2.8
, = %'(�%Q�
∙ 100%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
= 0,735 &���1,859 &��� × 100%
= 39,53%
Untuk perhitungan pada data yang lain menggunakan cara seperti di atas.
Hasil lengkap dapat dilihat pada tabel 4.2 dan table 4.3.
Tabel 4.2 Hasil perhitungan pompa.
n(rpm) Fpenggerak (N) Frugi-rugi (N) r (m) τpenggerak (Nm) τrugi-rugi (Nm)
273 0,1 0,06 0,166 0,163 0,098
257 0,09 0,06 0,166 0,146 0,098
249 0,084 0,055 0,166 0,137 0,089
238 0,075 0,053 0,166 0,122 0,086
230 0,07 0,05 0,166 0,114 0,081
218 0,055 0,045 0,166 0,089 0,073
204 0,045 0,043 0,166 0,073 0,070
Tabel 4.3 Lanjutan perhitungan dari Table 4.2.
ω (rad/s) Ppenggerak (w) Prugi-rugi (w) P in (w) P out (w) η (%)
28,57 4,648 2,789 1,859 0,735 39,530
26,90 3,938 2,626 1,313 0,676 51,508
26,06 3,561 2,332 1,230 0,637 51,808
24,91 3,039 2,148 0,892 0,559 62,655
24,07 2,741 1,958 0,783 0,475 60,683
22,82 2,042 1,670 0,371 0,311 83,824
21,35 1,563 1,494 0,069 0,000 0,000
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
4.3 Analisa Data Percobaan
Untuk memudahkan menganalisa maka dibuat grafik
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan putar.
Dari hasil perhitungan yang telah diubah dalam bentuk grafik
dapat diketahui bahwa semakin tinggi kecepatan putar maka efisiensi
semakin rendah.
.
Ƞ = 0,008n2 - 4,814n + 733,3
R² = 0,924
30
40
50
60
70
80
90
200 210 220 230 240 250 260 270 280
Ƞ(%
)
n ( rpm )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara debit dan kecepatan putar.
Dari hasil perhitungan yang telah diubah dalam bentuk grafik
dapat diketahui bahwa semakin tinggi kecepatan putar atau rpm maka
semakin besar pula debit yang dihasilkan. Sehingga kenaikan debit
berbanding lurus dengan kecepatan putar atau rpm.
Q = -0,000n2 + 0,170n - 21,75
R² = 0,998
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
200 210 220 230 240 250 260 270 280
Q (
de
bit
)
n (rpm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara rugi-rugi daya dan kecepatan putar.
Dari grafik hubungan antara rugi-rugi daya dan kecepatan
putar dapat diketahui bahwa semakin besar kecepatan putarnya maka
rugi-rugi daya yang terjadi akan bertambah besar.
P rugi-rugi = -0,000n2 + 0,074n - 9,382
R² = 0,987
1,5
2,0
2,5
3,0
200 210 220 230 240 250 260 270 280
P r
ug
i-ru
gi
n (rpm)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara debit dan daya input.
Dari grafik hubungan antara debit dan daya input dapat
diketahui bahwa semakin besar daya input yang bekerja pada pompa
maka besar debit yang dihasilkan juga akan semakin besar .
Q = -0,424Pin2 + 1,685Pin + 0,214
R² = 0,990
0,5
1,0
1,5
2,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Q (
ltr/
mn
t)
P in (w)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil data percobaan yang diperoleh kemudian dilakukan
perhitungan dan dibuat grafik dapat disimpulkan bahwa:
1. Pompa sentrifugal kecepatan rendah telah dibuat.
2. Kecepatan putar minimal yang diperlukan untuk memompa air dengan
head 2,4 meter adalah sebesar 218 rpm.
3. Debit maksimal dan minimal yang dihasilkan oleh pompa adalah 1,9
liter/menit dan 0,8 liter/menit.
4. Efisiensi maksimal yang dihasilkan pompa adalah sebesar 84 % pada
putaran 218 rpm dengan persamaan η = 0,008n2 - 4,814n + 733,3.
5. Besar rugi-rugi gesekan yang terjadi pada pompa dapat dihitung dengan
persamaan P rugi-rugi = -0,000n2 + 0,074n - 9,382.
5.2 Saran
Berdasarkan dari analisa data dan kesimpulan, saran yang dapat diajukan
adalah sebagai berikut:
1. Mencari alternatif lain dalam hal menyambung antara pipa input dan
pipa output.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
2. Membuat tempat penampungan air yang lebih baik untuk
meminimalisir rugi-rugi yang terjadi akibat air terbuang dari tempat
penampungan air.
3. Membuat katup pada pipa output yang ideal supaya udara tidak bisa
masuk ke dalam pipa output dan menghasilkan debit air yang besar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
DAFTAR PUSTAKA
[1] Cengel, Y.A./Boles.M.A. 2006. Thermodinamics:An Engineering
Approach. New York: McGraw- Hill.
[2] Dietzel, F.D. 1992. Turbin, Pompa dan Kompresor, terjemahan
Ir.Dakso Sriyono. Jakarta: PT. Erlangga.
[3] Giancoli, Douglas C. 1998. Fisika Edisi Kelima, terjemahan Dra.
Yuhilza Hanur, M.Eng. Jakarta: PT. Erlangga.
[4] Sutrisno, V.T. 2010. Pompa Sentrifugal 2 Pipa Output Dengan
Variasi Head dan Diameter Antar Pipa Output, Skripsi, Universitas
Sanata Dharma.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI