i

POMPA SENTRIFUGAL 2 PIPA OUTPUT DENGAN

VARIASI HEAD DAN DIAMETER

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Untuk

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Di

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

Veri Tri Sutrisno

NIM : 065214029

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2010

ii

TWO PIPE OUTPUT CENTRIFUGAL PUMP WITH

VARIATION OF HEAD AND DIAMETER

FINAL ASSIGNMENT

Presented as a partial fulfillment to obtain

the Sarjana Teknik degree

In Mechanical Engineering study program

by

Veri Tri Sutrisno

Student Number : 065214029

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

iii

iv

v

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini,

saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:

Nama : Veri Tri Sutrisno

Nim : 065214029

POMPA SENTRIFUGAL 2 PIPA OUTPUT DENGAN VARIASI HEAD DAN

DIAMETER

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun

memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 20 Mei 2010

Veri Tri Sutrisno

vii

ABSTRAK

Masyarakat di sebagian pantai utara Pulau Jawa sudah cukup lama

memanfaatkan energi angin. Energi angin ini dimanfaatkan oleh petani garam untuk

memompa air laut ke ladang garam. Kincir angin yang bentuknya sederhana

menggerakkan pompa torak. Penelitian ini bertujuan untuk memberikan alternatif

jenis pompa yang lebih sederhana dan diharapkan lebih mudah dalam pembuatannya.

Dalam penelitian ini dibuat pompa sentrifugal sederhana dengan 2 pipa

output. Pompa sentrifugal ini hanya tersusun dari pipa aluminium dengan

menggunakan 1 pipa input dengan ukuran diameter 32 mm dan keluaran

menggunakan 2 pipa output dengan ukuran diameter 7 mm yang dibentuk huruf Y

(ketapel). Bentuk pipa ini diputar dengan sumbu putarnya adalah bagian pipa vertikal.

Pada saat berputar, air akan keluar dari ujung pipa bagian atas karena adanya gaya

sentrifugal. Air masuk melalui bagian bawah pipa vertikal. Variasi yang dilakukan

adalah : diameter pompa (75 cm dan 80 cm), head pompa (0,8; 0,9; 1,0; 1,1 dan 1,2

meter) dan putaran motor penggerak.

Berdasarkan data diperoleh dan perhitungan yang dilakukan, diperoleh

kesimpulan :

1. Debit maksimal adalah 12,89 liter/menit pada head 0,8 meter dan putaran 181

rpm.

2. Efisiensi tertinggi adalah 7,83% pada head 1,2 meter dan putaran 182 rpm.

3. Torsi tertinggi 1,96 N-m pada head 0,9 meter dan putaran 178 rpm.

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan

karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir

dengan lancar dan tepat pada waktunya. Tugas akhir ini adalah salah satu syarat

untuk mencapai derajat sarjana S1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Sekarang telah memasuki era globalisasi sehingga banyak tenaga kerja yang

terampil dan berkualitas dibutuhkan oleh perusahaan-perusahaan. Oleh sebab itu,

program studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta telah mempersiapkan mahasiswa dengan melatih keterampilan

melalui Tugas Akhir ini sebagai bekal masuk dalam dunia kerja. Penulis

mengharapkan hasil yang maksimal dari Tugas Akhir yang dilaksanakan selama

kurang lebih 1 semester di kampus III Universitas Sanata Dharma Paingan,

Maguwoharjo Yogyakarta.

Penulis telah membuat laporan hasil dari Tugas Akhir yang telah diadakan

dan dilaksanakan di kampus III Universitas Sanata Dharma Paingan, Maguwoharjo

Yogyakarta. Dalam laporan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

2. Ir. YB Lukiyanto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan

bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis

dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta atas bimbingan dan fasilitas yang diberikan.

4. Orang tua yang memberi dukungan baik material maupun spiritual dalam

menyelesaikan Tugas Akhir.

5. Teman-teman yang memberikan masukan-masukan dan dukungannya.

6. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan dalam laporan ini.

ix

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak

kesalahan-kesalahan yang disengaja atau tidak disengaja sehingga masih jauh dari

harapan dan kesempurnaan. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik

yang membangun dari para dosen dan pembaca agar laporan ini berguna bagi penulis

pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Terima kasih.

Yogyakarta, 20 Mei 2010

Veri Tri Sutrisno

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .....................................................................................................i

TITLE PAGE ............................................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................ iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ................................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ...................................................................... v

PERNYATAAN PUBLIKSI ...................................................................................... vi

ABSTRAK ................................................................................................................ vii

KATA PENGANTAR .............................................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xii

DAFTAR TABEL .................................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN………………………………………………………...…1

1.1 Latar Belakang…………………………………………………………...1

1.2 Perumusan Masalah…………………………………………….………...2

1.3 Tujuan Penelitian………………………………………………………....3

1.4 Batasan Masalah……………………………………………………….…3

1.5 Manfaat Penelitian………………………………………………………..3

BAB II DASAR TEORI……………………………………………………..……....4

2.1 Hukum Kekekalan Energi…………………………...…………………...4

2.2 Gaya Sentrifugal…………………………………………………………6

2.3 Persamaan – Persamaan yang Digunakan……………………………….7

2.4 Tinjauan Pustaka………………………………………………………..11

BAB III METODOLOGI PENELITIAN………………………………………..….12

3.1 Skema Alat…………………………………………….........................12

3.2 Cara kerja alat…………………………………………….………..…..13

3.3 Variabel yang divariasikan……………………………...…………..…13

xi

3.4 Peralatan Penelitian…………………………………………………....13

3.5 Variabel yang diukur…………………………………………………..18

3.6 Analisa Data…………………………………………………………...19

3.7 Jalannya Penelitian………………………………………………….....19

BAB IV DATA dan PEMBAHASAN……………………………………………..21

4.1 Data Penelitian………………………………………………………...21

4.2 Perhitungan Data Percobaan…………………………………………..23

4.3 Penghitungan Analisa Data Percobaan…………………………….….27

BAB V KESIMPULAN…………………………………………………………..37

5.1 Kesimpulan……………………………………………………….…...37

5.2 Saran……………….………………………………………………….37

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………...39

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Arah aliran dan gaya pada pompa sentrifugal...........................................5

Gambar 2.2 Gaya sentrifugal.........................................................................................6

Gambar 2.3 Tampak atas menghitung torsi pada pompa sentrifugal............................7

Gambar 2.4 Tampak samping 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 4 pipa output.....................................................................14

Gambar 3.4 Motor listrik.............................................................................................15

Gambar 3.5 Tempat penampungan..............................................................................15

Gambar 3.6 Adaptor....................................................................................................16

Gambar 3.7 Digital Light Tachometer.........................................................................17

Gambar 3.8 Gelas ukur................................................................................................17

Gambar 3.9 Timbangan massa....................................................................................18

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan spesifik pada pompa

sentrifugal diameter 75 ............................................................................27

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara debit dan head pada pompa sentrifugal diameter

75 cm........................................................................................................28

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara Q’ dan kecepatan pada mulut isap pada pompa

sentrifugal diameter 75 cm.......................................................................29

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal

diameter 75 cm.........................................................................................29

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada pompa

sentrifugal diameter 80 cm...............................................................……30

Gambar 4.6 Grafik hubungan debit dan head pada pompa sentrifugal diameter 80

cm.............................................................................................................31

Gambar 4.7 Grafik hubungan Q’ dan kecepatan pada mulut isap pada pompa

sentrifugal diameter 80 cm.......................................................................32

xiii

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal

diameter 80 cm.......................................................................................32

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara kecepatan spesifik dan efisiensi pada variasi

diameter antar pipa output.....................................................................33

Gambar 4.10 Grafik hubungan antara debit dan head pada variasi diameter antar pipa

output.....................................................................................................34

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air masuk pada

variasi diameter antar pipa output.........................................................35

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada variasi diameter

antar pipa output..................................................................................36

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pada head 0,8 meter…………………………………….…………...21

Tabel 4.2 Data pada head 0,9 meter…………………………………………….…...21

Tabel 4.3 Data pada head 1 meter…………………………………………………...21

Tabel 4.4 Data pada head 1,1 meter………………………………………………....22

Tabel 4.5 Data pada head 1,2 meter………………………………………................22

Tabel 4.6 Data pada head 0,8 meter………………………………………………....22

Tabel 4.7 Data pada head 0,9 meter………………………………………………....22

Tabel 4.8 Data pada head 1 meter…………………………………………………...22

Tabel 4.9 Data pada head 1,1 meter………………………………………………....23

Tabel 4.10 Data pada head 1,2 meter………………………………………………..23

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Dalam rangka mengurangi atau menggantikan pemakaian listrik

untuk mempompa air telah banyak penelitian dilakukan untuk meningkatkan

efisiensi pompa dan mencari sumber energi alternatif untuk mempompa air.

Sebagai Negara khatulistiwa, Indonesia mempunyai energi angin yang

cukup dengan kecepatan rata-rata 3,5 – 5 m/s.

Cara pemanfaatan energi angin untuk memompa air adalah dengan

menggunakan pompa sentifugal yang mengkonversikan energi angin yang

datang menjadi energi mekanik. Penggunaan pompa ini juga sejalan dengan

target pengurangan emisi karbondioksida di atmosfer (berdasarkan protocol

KYOTO).

Penggunaan pompa 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 ini berbeda dengan kebiasaan di masyarakat yang masih

menggunakan pompa listrik.

Memompa air dengan pompa pipa hanya dapat dilakukan bila

ketinggian air kurang dari 2,5 meter, sehingga tidak dapat digunakan untuk

memompa air sumur dengan kedalaman 10 meter. Kelemahan lain dari

pompa pipa tersebut adalah hanya dapat dipakai pada saat kecepatan angin

2

yang cukup untuk memutar kincir angin. Pompa sentrifugal dapat digunakan

di pinggir pantai di mana angin bertiup cukup kencang.

Pemanfaatan bahan dasar yang tersedia di pasar lokal merupakan

cara untuk menekan biaya pembuatan pompa sentrifugal. Penyederhanaan

teknik pembuatan sampai tingkat teknologi yang dapat dikerjakan oleh

industri lokal merupakan cara mengatasi kendala teknologi pembuatan

pompa sentrifugal. Pemanfaatan bahan dan teknologi yang terdapat di pasar

dan industri lokal akan mempengaruhi unjuk kerja pompa sentrifugal ini.

Berdasarkan latar belakang di atas, peneliti ingin mengetahui

efisiensi dari pompa sentrifugal kecepatan rendah yang dapat diterapkan

pada masyarakat khususnya daerah pantai.

1.2 Perumusan Masalah

Untuk memompa air hingga ketinggian 1,2 meter menggunakan

pompa sentrifugal, dibutuhkan pipa-pipa yang terbuat dari alumunium. Pipa

input yang akan digunakan sebagai pipa air masuk, menggunakan pipa

alumunium dengan diameter luar 31,5 mm dan diameter dalam 29 mm.

Sedangkan pipa output yang akan digunakan sebagai pipa air keluar

menggunakan pipa alumunium dengan diameter luar 8,4 mm dan diameter

dalam 7 mm. Pompa sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ini

mempunyai 2 buah pipa output, dengan diameter antar pipa output yang

bervariasi. Dari penjelasan di atas peneliti menemukan beberapa

permasalahan, antara lain:

3

1. Membandingkan lebih efektif menggunakan diameter pompa pipa output

yang lebih kecil dengan diameter pipa output yang lebih besar.

2. Menganalisa kesamaan karakteristik pompa sentrifugal pada penelitian

ini dengan pompa sentrifugal pada umumnya.

1.3 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :

1. Mengetahui efisiensi dan membuat pompa sentrifugal dengan variasi

diameter antar pipa output.

2. Mengetahui karakteristik pompa sentrifugal dengan jumlah pipa output

2 buah.

1.4 Batasan Masalah

Pada penelitian ini, terdapat beberapa batasan masalah, antara lain :

1. Rugi-rugi gesekan yang terjadi di dalam pompa sentrifugal diabaikan.

2. Rugi-rugi akibat air yang terbuang dari tempat penampungan air

diabaikan.

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.

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)

P222

21

21

1 hz Vg 2

1 g

Pz Vg 2

1 g

P−++=++

ρρ (meter) ............................(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 )

hP = tinggi tekan (head) pompa air ( m )

5

Gambar 2.1 Arah aliran fluida pada pompa sentrifugal

Vn2

Vn1 Vt2

Vt1

r1

r2

Permukaan air bak 1

2 2

H

6

2.2 Gaya Sentrifugal

Gambar 2.2 Gaya sentrifugal

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 : = ∙

= ∙

= ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.2)

Dengan :

m = massa benda

ar = percepatan sentripetal

7

r = jari-jari

2.2 Persamaan – Persamaan Yang Bekerja Pada Pompa

• Debit air yang dihasilkan pompa :

Dengan menggunakan metode bucket, maka didapat volume air

yang dihasilkan pompa per satuan waktu. Debit digunakan untuk

menghitung besar daya yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal. Debit air

yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan 2.3 (Giles R.

V., 1986:79) = ….…………...………………………………………..(2.3)

Dengan :

V = volume air yang keluar ( l )

t = waktu ( m )

• 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.Motor listrik

2.Tali

Gambar 2.3 Tampak atas menghitung torsi pada pompa sentrifugal

F

1

2

r

8

Keterangan gambar: 1.Motor listrik

2.Tali

Gambar 2.4 Tampak samping menghitung torsi pada pompa sentrifugal

Torsi yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan persamaan : = ∙ ( )……………………………………………………..(2.4)

Dengan :

F = gaya yang bekerja pada pompa ( N )

r = panjang lengan gaya ( m )

• Daya yang dibutuhkan poros

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. (Cengel,2006:66) = ∙ ( )

= ∙ (2 ∙ ∙ ∙ ) ( )

= 2 ∙ ∙ ∙ ( ) ……………..……………………….……..(2.5) = ̇ = 2 ∙ ∙ ̇ ∙ ( ).………………………………………(2.6)

1

2

F

9

Dengan :

F = gaya terukur pada pompa sentrifugal ( N )

s = jarak tempuh ( m )

r = jarak antara gaya dan pusat motor ( m )

n = putaran poros ( rpm ) ̇ = jumlah putaran poros dalam selang waktu tertentu ( rpm )

T = torsi pada pompa ( Nm )

• 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 ( l/m )

• Efisiensi pompa

Efisiensi pompa adalah perbandingan antara daya yang dibutuhkan

pompa dengan daya yang dihasilkan poros. = ∙ 100%……………………………………………………(2.8)

• Menghitung kecepatan spesifik

10

Perhitungan kecepatan spesifik digunakan untuk membuat grafik antara

kecepatan spesifik dan head. Grafik yang dibuat akan dibandingkan

dengan grafik pompa sentrifugal pada umumnya. Kecepatan spesifik

dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.(Dietzel,1992:248)

= , ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.9)

Dengan :

n = putaran poros ( rpm )

Q = debit pompa ( l/m )

H = tinggi kenaikan pompa ( m )

• Menghitung kecepatan air masuk

Debit air masuk dihitung untuk membuat grafik antara debit air masuk

dan kecepatan air masuk. Grafik yang terbentuk digunakan untuk

menganalisa apakah terjadi kavitasi atau tidak. = 1,05 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.10)

Nilai 1,05 adalah nilai rugi-rugi maksimal yang terjadi di dalam pompa.

Kecepatan air masuk dihitung dengan persamaan berikut

(Dietzel,1992:261) = ∙

= ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ (2.11)

Dengan :

Q’ = debit air masuk ( l/m )

A = luas penampang pipa input ( m2 )

11

2.3 Tinjauan Pustaka

Penelitian yang dilakukan untuk membandingkan dari hasil penelitian

yang dilakukan oleh Pius Wiwit Prastyono. Pompa pipa yang diteliti oleh

Pius Wiwit Prastyono mempunyai debit terbesar 0,000327 m3/s yang

tercapai pada diameter pipa output 11 mm dan head 75 cm. Pompa pipa

tersebut menghasilkan efisiensi tertinggi sebesar 28,41 % pada kondisi

diameter pipa lengan 7 mm dan head 75 cm.(Prastyono,2008)

12

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 sebagai berikut :

Gambar 3.1. Skema Alat

Keterangan Gambar: 1. Pipa output

2. Pipa input

1

2

13

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 head yaitu 0,8 meter, 0,9

meter, 1 meter, 1,1 meter, dan 1,2 meter dan variasi diameter antar pipa

output yaitu 80 cm dan 75 cm.

3.4 Peralatan Penelitian

3.4.1 Pompa sentrifugal kecepatan rendah

1. Pipa output

Merupakan tempat air keluar, memiliki diameter ¼ inchi dan jari-

jari antar pipa output 80 cm. Pipa output memiliki diameter luar D0

= 8,4 mm dan memiliki diameter dalam D1 = 7 mm.

Gambar 3.2 Skema rangkaian pipa output

14

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.

Gambar 3.3 Bosch dengan 4 pipa output

4. Motor Listrik

Motor listrik yang digunakan adalah motor listrik tipe GMX-

8MC013A, membutuhkan tegangan DC 28 V dan dapat

menghasilkan putaran 175 rpm. Digunakan untuk menggerakkan

pompa sebagai pengganti angin.

15

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.

Gambar 3.5 Tempat penampungan

16

3.4.2 Alat-alat

1. Adaptor

Adalah alat yang digunakan untuk merubah arus AC menjadi arus

DC. Memiliki tegangan 12 Volt dan 24 Volt. Adaptor yang

digunakan adalah Telwin tipe Leader 400. Pada penilitian tegangan

yang digunakan adalah 24 Volt.

Gambar 3.6 Adaptor

2. 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.

17

Gambar 3.7 Digital Light Tachometer

3. Stopwatch

Digunakan untuk menghitung selang waktu pengambilan data.

4. Gelas Ukur

Digunakan untuk menghitung volume air yang dihasilkan pompa

pada selang waktu tertentu. Gelas ukur mempunyai kapasitas 1

liter.

Gambar 3.8 Gelas ukur

5. Ember

Digunakan untuk menampung air yang akan masuk ke pipa input.

18

6. Timbangan Massa

Timbangan yang digunakan adalah Baby Spring Scale yang

mempunyai skala 7 kg. Digunakan untuk menghitung besar gaya

yang dihasilkan pompa. Gaya yang terukur digunakan untuk

menghitung torsi.

Gambar 3.9 Timbangan massa

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 bucket. Pengukuran massa yang bekerja pada motor

19

listrik menggunakan timbangan gaya. Pengukuran putaran poros

menggunakan tachometer.

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

a. Menyiapkan pompa sentrifugal dengan menggunakan jumlah pipa output 4

buah, dan diameter antar pipa output 80 cm.

b. Menyeting pompa pipa pada head 1,2 meter.

c. Memancing pompa sentrifugal dengan cara mengisi pipa output dengan air

hingga penuh.

d. Menghidupkan motor listrik.

e. Menyeting timbangan gaya sedemikian hingga tegak lurus dengan motor

listrik.

f. Setelah putaran motor steady stade (stabil), mengukur volume air yang keluar

dari pompa dalam selang waktu 1 menit.

g. Membaca besar massa yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal.

20

h. Membaca besar putaran pada poros penggerak pompa sentrifugal.

i. Mengulangi langkah b sampai f dengan head 1,1 meter, 1 meter, 0,9 meter, 0,8

meter.

j. Mengganti pipa output dengan variasi diameter 75 cm

k. Mengulangi langkah b s.d. i

l. Menghitung debit air yang dihasilkan

m. Menghitung torsi yang dihasilkan motor

n. Menghitung daya input yang dibutuhkan pompa pipa

o. Menghitung daya output yang dibutuhkan pompa pipa

p. Menghitung efisiensi yang dihasilkan oleh pompa pipa.

21

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data

Didapat data-data pengukuran seperti tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.15

4.1.1 Untuk pompa sentrifugal diameter 80 cm dengan jumlah pipa

output 2 buah :

Tabel 4.1 Data pada head 0,8 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 12,802 12,953 13,304 12,705 12,70

1900 181

Tabel 4.2 Data pada head 0,9 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 12,352 12,053 12,154 12,355 12,50

2000 178

Tabel 4.3 Data pada head 1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 12,102 12,503 11,804 11,955 12,20

1800 184

22

Tabel 4.4 Data pada head 1,1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 11,702 11,903 11,904 11,705 11,70

1900 183

Tabel 4.5 Data pada head 1,2 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 11,302 11,153 11,104 11,355 11,00

1500 182

4.1.2 Untuk pompa sentrifugal diameter 75 cm dengan jumlah pipa

output 2 buah :

Tabel 4.6 Data pada head 0,8 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 11,352 11,353 11,254 11,405 11,50

300 171

Tabel 4.7 Data pada head 0,9 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 11,002 11,103 11,004 11,105 11,20

400 168

Tabel 4.8 Data pada head 1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 10,302 10,303 10,404 10,205 10,30

500 168

23

Tabel 4.9 Data pada head 1,1 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 9,902 9,903 10,004 10,005 10,00

500 175

Tabel 4.10 Data pada head 1,2 meter NO V (liter) F(gram) n (rpm)1 9,602 9,503 9,604 9,705 9,80

900 178

4.2 Perhitungan Data Percobaan

Sebagai contoh perhitungan data, digunakan perhitungan data tabel 4.1.

4.2.1 Menghitung debit air yang dihasilkan pompa

Besarnya debit air yang dihasilkan pompa dapat dihitung dengan

persamaan 2.3

=

= 0,01137 60

= 0,00019

= 11,37

4.2.2 Menghitung besar torsi yang dihasilkan

Torsi yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan 2.4 = ∙

24

= 300 ∙ 0,1 ∙ 1 1000 ∙ 9,806

= 0,2942

4.2.3 Menghitung daya yang dibutuhkan poros

Melalui persamaan 2.6 dapat dihitung daya yang dibutuhkan poros = 2 ∙ ∙ ̇ ∙

= 2 ∙ ∙ 171 ∙ 0,2942 ∙ 1 60 1 1 = 5,27 4.2.4 Menghitung daya yang dihasilkan pompa

Daya yang dihasilkan pompa dihitung dengan persamaan 2.7 = ∙ ∙ ∙ = 1000 ∙ 9,806 ∙ 0,8 ∙ 0,00019

= 1,49 4.2.5 Menghitung besar efisiensi

Besarnya efisiensi pompa dihitung melalui persamaan 2.8

= ∙ 100%

= 1,49 5,27 × 100%

= 28,23 %

4.2.6 Menghitung kecepatan spesifik

Kecepatan spesifik dapat diitung dengan persamaan 2.9

25

= √

= 171 √0,00019 0,8

= 2,78

4.2.7 Menghitung debit air masuk

Debit air masuk dapat dihitung dengan persamaan 2.10 = 1,05 ∙ = 1,05 ∙ 0,00019

= 0,00020

= 11,94

4.2.8 Menghitung kecepatan air masuk

Kecepatan air masuk dapat dihitung dengan persamaan 2.11 = ∙

= 0,00020 0,029

= 0,0069 ⁄

Untuk perhitungan pada data yang lain menggunakan cara seperti di

atas. Hasil lengkap dapat dilihat pada tabel 4.11

26

Tabel 4.11 Hasil perhitungan pada pompa sentrifugal diameter 75 cm dengan 2 buah pipa output

Head Q T Pin Pout η n nq Q' c0(m) (l/m) (Nm) (W) (W) (%) (rpm) (rpm) (l/m) (m/s)0,8 11,37 0,29 5,27 1,49 28,23 171 681,65 11,94 411,670,9 11,08 0,39 6,90 1,63 23,63 168 605,20 11,63 401,171,0 10,30 0,49 8,62 1,68 19,53 168 539,17 10,82 372,931,1 9,96 0,49 8,98 1,79 19,94 175 514,19 10,46 360,621,2 9,64 0,88 16,44 1,89 11,50 178 482,03 10,12 349,03

Tabel 4.12 Hasil perhitungan pada pompa sentrifugal diameter 80 cm dengan 2 buah pipa output

Head Q T Pin Pout η n nq Q' c0(m) (l/m) (Nm) (W) (W) (%) (rpm) (rpm) (l/m) (m/s)0,8 12,89 1,86 35,30 1,69 4,77 181 768,22 13,53 466,710,9 12,28 1,96 36,54 1,81 4,94 178 675,05 12,89 444,621,0 12,11 1,77 33,99 1,98 5,82 184 640,31 12,72 438,471,1 11,78 1,86 35,69 2,12 5,93 183 584,76 12,37 426,521,2 11,18 1,47 28,02 2,19 7,83 182 530,77 11,74 404,79

27

4.3 Analisa Data Percobaan

Untuk memudahkan menganalisa maka dibuat grafik

4.3.1 Grafik pompa sentrifugal diameter 75 cm

Gambar 1 Grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan putar

spesifik pada pompa sentrifugal diameter 75 cm

Pada grafik hubungan antara efisiensi dan kecepatan putar

spesifik didapat bahwa untuk kecepatan spesifik yang makin tinggi,

efisiensi akan bertambah besar dan mencapai efisiensi maksimum. Bila

dibandingkan dengan pompa sentrifugal putaran tinggi,maka bentuk

grafik di atas sesuai dengan grafik efisiensi efektif untuk 1 tingkat

pompa sentrifugal, 1 aliran aksial, dan pompa sentrifugal setengah

aksial (Dietzel,1992:243)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

460.00 510.00 560.00 610.00 660.00

Efis

iens

i (%

)

kecepatan putar spesifik (rpm)

28

Gambar 2 Grafik hubungan antara debit dan head pada pompa

sentrifugal diameter 75 cm

Pada grafik hubungan antara head dan debit didapatkan bahwa

untuk head debit akan semakin besar untuk head yang semakin rendah.

Bentuk grafik tersebut sesuai dengan bentuk grafik pada daerah

penggunaan pompa radial 1 sampai 14 tingkat (Dietzel,1992:253).

Pompa sentrifugal diameter 75 cm juga termasuk karakteristik

pompa sentrifugal yang stabil (Dietzel, 1992:317).

Menganalisa daerah kerja debit dan head, maka pompa

sentrifugal diameter 75 cm tidak termasuk dalam daerah kerja

konstruksi pompa sentrifugal (Pompa aksial, pompa saluran roda,

pompa radial bertingkat satu, pompa radial bertingkat banyak, pompa

diagonal) (Dietzel,1992:282)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

9.00 9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00

Hea

d (m

)

Debit (liter/menit)

29

Gambar 3 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan pada

mulut isap pada pompa sentrifugal diameter 75 cm

Dari grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air

masuk didapatkan bahwa besar kecepatan air masuk berbanding lurus

dengan kecepatan air masuk. Bentuk grafik sesuai dengan harga-harga

informatif untuk kecepatan pada mulut isap yang diijinkan

(Dietzel,1992:261)

10.00

10.50

11.00

11.50

12.00

12.50

340.00 360.00 380.00 400.00 420.00

Deb

it (l

iter

/men

it)

c0 (m/s)

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

9.00 9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00

Day

a O

utpu

t (W

)

Debit (liter/menit)

30

Gambar 4 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa sentrifugal diameter 75 cm

Dari grafik hubungan antara debit dan daya output didapat

bahwa bentuk grafik sesuai dengan perubahan karakteristik dari pompa

propeller akibat dari pengaturan posisi sudu jalan pada kecepatan putar

kerja yang konstan (Dietzel,1992:326)

Melihat bentuk grafik di atas, maka pompa sentrifugal diameter 75 cm

tidak termasuk pompa radial, pompa setengah aksial, dan pompa radial

(Dietzel 1992:314)

4.3.2 Grafik pompa sentrifugal diameter 80 cm

Gambar 5 Grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan

efisiensi pada pompa sentrifugal diameter 80 cm

Dari grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan

efisiensi didapatkan bahwa untuk kecepatan spesifik yang makin tinggi,

efisiensi akan menurun. Bentuk grafik ini tidak sesuai dengan efisiensi

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

500.00 550.00 600.00 650.00 700.00 750.00 800.00

Efis

iens

i (%

)

kecepatan putar spesifik (rpm)

31

efektif untuk pompa 1 tingkat, 1 aliran aksial, dan pompa sentrifugal

setengah aksial (Dietzel,1992:243)

Gambar 6 Grafik hubungan debit dan head pada pompa sentrifugal

diameter 80 cm

Dari grafik hubungan antara debit dan head didapat bahwa debit

akan semakin besar untuk head yang semakin rendah. Bentuk grafik di

atas termasuk karakteristik pompa sentrifugal yang stabil (Dietzel,

1992:317)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

11.00 11.50 12.00 12.50 13.00

Hea

d (m

)

Debit (liter/menit)

32

Gambar 7 Grafik hubungan debit air masuk dan kecepatan pada mulut

isap pada pompa sentrifugal diameter 80 cm

Pada grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air

masuk didapatkan bahwa bentuk grafik sesuai dengan harga-harga

informatif untuk kecepatan pada mulut yang diijinkan

(Dietzel,1992:261)

Gambar 8 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada pompa

sentrifugal diameter 80 cm

11.50

12.00

12.50

13.00

13.50

14.00

400.00 420.00 440.00 460.00 480.00

Deb

it (l

iter

/men

it)

c0 (m/s)

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50

Day

a O

utpu

t (W

)

Debit (liter/menit)

33

Pada grafik hubungan antara debit dan daya output didapat

bahwa untuk debit yang semakin besar, maka daya yang dibutuhkan

pompa sentrifugal akan semakin kecil. Bentuk grafik di atas sesuai

dengan perubahan karakteristik pompa propeller (Dietzel,1992:326)

4.3.3 Grafik gabungan pompa sentrifugal diameter 75 cm dan diameter 80 cm

Gambar 9 Grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan

efisiensi pada variasi diameter antar pipa output

Dari grafik hubungan antara kecepatan putar spesifik dan

efisiensi terlihat bahwa untuk daerah kerja kecepatan putar spesifik

yang sama, ternyata pompa sentrifugal diameter 75 cm memiliki

efisiensi yang lebih tinggi daripada diameter 80 cm. Hal ini dapat

disebabkan karena untuk diameter antar pipa output yang semakin kecil,

debit yang dihasilkan akan semakin rendah. Pompa sentrifugal dengan

diameter yang lebih besar menghasilkan torsi yang lebih besar. Daya

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

450.00 550.00 650.00 750.00 850.00

Efis

iens

i (%

)

kecepatan spesifik (rpm)

Diameter 75

Diameter 80

34

output yang dibutuhkan semakin besar akan membuat efisiensi semakin

turun.

Gambar 10 Grafik hubungan antara debit dan head pada variasi

diameter antar pipa output

Dari grafik hubungan antara debit dan head didapatkan bahwa

pompa sentrifugal dengan diameter antar pipa output yang semakin

besar akan menghasilkan debit yang lebih besar untuk daerah kerja head

yang sama. Gaya sentrifugal akan semakin besar untuk diameter yang

semakin besar.

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Hea

d (m

)

Debit (liter/menit)

Diameter 75

Diameter 80

35

Gambar 11 Grafik hubungan antara debit air masuk dan kecepatan air

masuk pada variasi diameter antar pipa output

Debit air masuk pada pompa sentrifugal berbanding lurus

dengan kecepatan air masuk. Pompa sentrifugal dengan diameter yang

lebih besar mempunyai debit air masuk yang semakin besar. Dengan

persamaan kontinuitas, untuk debit air masuk yang lebih besar akan

menghasilkan debit output yang semakin besar. Besar kecepatan air

masuk tidak boleh melebihi harga yang sudah ditentukan untuk

menghindari terjadinya kavitasi. Dari grafik didapat bahwa kecepatan

air masuk belum melebihi harga yang sudah ditentukan.

9.00

10.00

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 500.00

Deb

it (l

iter

/men

it)

c0 (m/s)

Diameter 75

Diameter 80

36

Gambar 12 Grafik hubungan antara debit dan daya output pada variasi

head dan diameter antar pipa output

Daya output yang dihasilkan akan semakin besar untuk debit

yang semakin kecil Debit yang semakin kecil dihasilkan pada head

yang semakin besar. Dengan head yang semakin besar dan debit yang

semakin kecil, maka daya output akan menjadi semakin besar.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

Day

a ou

tput

(W)

Debit (liter/menit)

Diameter 75

Diameter 80

1,2 m

0,8 m

37

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah :

1. Diameter antar pipa output yang lebih kecil mempunyai efisiensi yang

lebih baik daripada antar pipa output yang lebih besar.

2. Karakteristik pompa sentrifugal dalam penelitian ini :

• Pompa sentrifugal dengan diameter 75 cm memiliki karakteristik

yang sesuai dengan pompa sentrifugal 1 tingkat mendapatkan

efisiensi maksimal 28,23% dan debit maksimal 11,37 liter/menit.

• Pompa sentrifugal dengan diameter 80 cm memiliki karakteristik

yang sama dengan pompa propeller mendapatkan efisiensi

maksimal 7,83% dan debit maksimal 12,89 liter/menit.

• Pompa sentrifugal dalam penelitian ini termasuk pompa yang

mengalami penurunan head yang sama (stabil).

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.

38

2. Membuat tempat penampungan air yang lebih baik untuk

meminimalisir rugi-rugi yang terjadi akibat air terbuang dari tempat

penampungan air.

39

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, F., Turbin, Pompa, dan Kompresor, cetakan ke-4, Penerbit Erlangga,

Jakarta, 1993

Halliday dan Resnick, Fisika jilid 1, cetakan 2, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985

Giles, R.V., Mekanika Fluida dan Hidraulika, edisi 2, Penerbit Erlangga, Jakarta

Pusat, 1986

Pius Wiwit Prastyono, Tugas Akhir Pompa Pipa dengan Variasi Diameter Pipa

Lengan, Yogyakarta, 2008