ACARA I. UNIT PENGHISAP (POMPA VACUM)

I. Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum acara 1 Unit Penghisap (pompa vacum) ini adalah :

a. Mempelajari Unit Penghisap (Vacum Unit) dengan menggunakan prinsip-

prinsip dinamika fluida.

b. Mengkaji karakteristik Unit Penghisap.

II. Tinjauan Pustaka

a. Tinjauan Bahan

Alat ukur yang didesain atas dasar persamaan barometris ada dua yaitu

barometer dan manometer. Barometer adalah alat ukur tekanan udara terbuka

(udara bebas) sedangkan manometer alat ukur udara tertutup (udara dalam

ruangan). Pada dasarnya barometer dan manometer adalah pipa U, yang berisi

zat cair sebagai penunjuk pembacaan skala. Pada manometer, salah satu ujung

pipa U dihubungkan dengan ruangan yang hendak diukur tekanannya, satu

ujung yang lain terbuka (berhubungan dengan udara bebas).

(Raharjo dan Radiyono, 2008)

Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua adalah

manometer kolom cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat

dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran.

Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang

tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir). Alat ini digunakan secara

luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang

berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi

manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U (lihat Gambar 4-4)

yang diisi cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa)

dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang

mungkin terjadi karena atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya.

Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan tekanan yang diterapkan.

(Rahayu, 2009)

Reservoir digunakan pada sistem distribusi untuk meratakan aliran, untuk

mengatur tekanan, dan untuk keadaan darurat. Jenis pompa penyediaan air

yang banyak digunakan adalah: jenis putar (pompa sentrifugal, pompa diffuser

atau pompa turbin meliputi pompa turbin untuk sumur dan pompa submersibel

untuk sumur dalam), pompa jenis langkah positif (pompa torak, pompa

tangan, pompa khusus meliputi pompa vortex atau pompa kaskade, pompa

gelembung udara atau air lift pump, pompa jet, dan pompa bilah). Efisiensi

pompa umumnya antara 60% sampai 85% (Noerbambang, 2000).

(Arifiani, 2007)

b. Tinjauan Teori

Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang

mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelesaian

dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak

properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan, dan suhu, sebagai

fungsi ruang dan waktu. Dinamika fluida menawarkan struktur matematika

yang membawahi disiplin praktis tersebut yang juga seringkali memerlukan

hukum empirik dan semi-empirik, diturunkan dari pengukuran arus, untuk

menyelesaikan masalah praktikal. (Anonima, 2011)

Aliran air dikatakan steady (mantap) apabila kelajuan air pada setiap titik

tertentu setiap saat adalah konstan. Hal ini berarti pada titik tersebut

kelajuannya akan selalu konstan. Hal ini barati pada aliran steady (mantap)

kelajuan pada satu titik tertentu adalah tetap setiap saat, meskipun kelajuan

aliran secara keseluruhan itu berubah/berbeda. Aliran steady ini akan banyak

dijumpai pada aliran air yang memiliki kedalaman yang cukup, atau pada

aliran yang yang memiliki kecepatan yang kecil. (Anonimb, 2011)

Persamaan Bernoulli digunakan untuk menghitung aliran fluida dari pipa

yang lebih tinggi menuju ke pipa yang lebih rendah atau sebaliknya.

Persamaan Bernoulli merupakan persamaan energi untuk fluida incompresible

di mana terdapat tiga bentuk energi (yang dipengaruhi oleh gravitasi). Batas-

batas pemakaian persamaaan Bernoulli ideal adalah alirannya konstan

sepanjang lintasan dan mengabaikan segala kerugian yang terjadi dalam

lintasan fluida. Jika alirannya terjadi perubahan atau kerugian turut

diperhitungkan, maka hasilnya tidak akan ideal. (Mulyadi, 2010)

Tekanan pada sebuah titik dalam sebuah massa fluida dapat dimaksudkan

sebagai sebuah tekanan mutlak (absolute pressure). Tekanan mutlak diukur

relatif terhadap suatu keadaan hampa sempurna (tekanan nol mutlak),

sementara tekanan pengukuran diukur relatif relatif terhadap tekanan atmosfer

setempat. Tekanan mutlak selalu positif tapi tekanan pengukuran dapat positif

maupun negatif, tergantung pada apakah tekanan atmosfer tersebut di atas

tekanan atmosfer (bernilai positif) atau di bawah tekanan atmosfer (bernilai

negatif). (Munson, 2004)

Berdasarkan persamaan kontinuitas, laju aliran fluida dapat berubah-ubah

sepanjang jalur fluida. Tekanan juga dapat berubah-ubah; tergantung pada laju

aliran. Kita bisa mendapatkan hubungan penting yang disebut persamaan

bernoulli yang menghubungkan tekanan. laju aliran dan ketinggian untuk

aliran, fluida inkompresibel yang ideal. Persamaan Bernoulli merupakan alat

pokok dalam menganalisis sistem perpipaan, stasiun pembangkit ,listrik

tenaga air, dan penerbangan pesawat (Young, 2003)

Pengukuran tekanan dalam banyak alat yang digunakan untuk menentukan

kecepatan arus fluida atau laju alirannya, karena hubungan antara kecepatan

dan tekanan yang diberikan oleh persamaan energi. Tekanan statik suatu

fluida yang bergerak adalah tekanannya bila kecepatan tidak terganggu oleh

pengukuran. (Streeter, 1991)

Karena penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang

memungkinkan penentuan besarnya debit, maka pengukuran kecepatan

merupakan suatu fase yang penting dalam pengukuran aliran. Kecepatan dapat

diperoleh dengan mengukur waktu yang diperlukan suatu partikel yang dapat

dikenali untuk bergerak sepanjang suatu jarak yang diketahui. Hal ini

dilaksanakan bila mudah atau perlu. Teknik ini telah dikembangkan untuk

mempelajari daerah yang sangat kecil yang mengakibatkan aliran normalnya

terganggu dan mungkin akan lenyap bila disisipkan instrumen untuk

mengukur kecepatan. (Streeter, 1991).

Apabila benda berada dalam bentuk cair atau gas, benda dikenal sebagai

fluida. Sifat-sifat umum dari semua fluida ialah bahwa ia harus dibatasi

dengan dinding kedap supaya tetap dalam bentuknya yang semula. Apabila

dinding pengekang dipindahkan, fluida mengalir (mengembang) sampai

pembatas baru yang kedap ditemukan. Apabila disediakan cukup untuk

memenuhi ruangan yang dibatasi oleh dinding-dinding yang kedap, ia akan

selalu sesuai dengan bentuk geometris dari pembatas. Dengan kata lain, fluida

sendirinya memberikan tahanan yang tidak kekal dalam perubahan bentuk.

Fluida tersusun dari molekul-molekul yang mempunyai ruangan dengan ciri-

ciri tersendiri dalam gerakan dan tumbukan yang tetap. (Dake, 1985)

Kekentalan adalah salah satu sifat phisik fluida yang merupakan tahanan

terhadap aliran (Streeter L, 1981). Di dalam fluida selalu terjadi perpindahan

molekul terhadap suatu permukaan dan bilamana selapis molekul bergerak

terhadap lapis yang lain, perpindahan molekuler momentum membawa

moment dari satu sisi ke sisi lain sedemikian hingga tegangan geser terbentuk

yang menahan gerakan relatip ini yang cenderung menyamai kecepatan

lapisan yang berjajar tersebut. Pada tekanan biasa, kekentalan tidak tergantung

atas tekanan, namun tergantung atas suhu saja. Fluida yang berada pada

keadaan diam atau dalam keadaan bergerak sedemikian hingga tidak ada lapis

bergerak terhadap lapis yang lain, fluida tersebut tidak akan mempunyai

tegangan geser , tanpa memandang besarnya kekentalan sebagai kecepatan

(Streeter L., 1981) atau kekentalan tidak ditinjau pada statika fluida.

(Setiawati, 2006)

Besarnya kapasitas (debit) aliran yang terisap akibat tekanan vakum

(hampa udara) yang ditimbulkan oleh fluida penggerak tergantung pada

besarnya debit yang disuplai masuk tabung pancar serta dimensi (ukuran) dari

pompa pancar yang diteliti atau diuji. Dalam penelitian ini besarnya kapasitas

pompa dihitung dengan mengukur besarnya volume fluida (air) yang mengalir

dalam tangki pengukur selama selang waktu tertentu. jadi, besarnya kapasitas

aliran adalah volume per waktu (Q = v/t dalam lt/s atau m3/s) Perbandingan

antara kapasitas yang terisap oleh pompa pancar dengan kapasitas pompa

suplai yang masuk tabung pancar disebut sebagai perbandingan kapasitas

(capacity ratio). (Makhsud, 2008)

Pada 1661 fisikawan dan astronom Belanda Christian Huygens

menemukan manometer tabung U, yang merupakan modifikasi barometer

Torricelli untuk menentukan perbedaan tekanan gas. Meskipun manometer

adalah salah satu alat ukur tekanan awal, masih banyak digunakan karena

melekat akurasi dan kesederhanaan operasi. Ini adalah perangkat penting yang

digunakan untuk mengukur rendah perbedaan tekanan dan tekanan gauge

dengan menyeimbangkan tekanan terhadap berat kolom cairan pada skala

laboratorium dan industri . Menurut hidrostatik, perubahan dalam ketinggian

cairan adalah setara dengan perubahan tekanan sehingga kolom statis dari satu

atau lebih cairan yang digunakan untuk mengukur Tekanan perbedaan antara

dua titik. (Daood, 2007)

Ruang vakum adalah desikator plastik. Jaring ditempatkan pada

aluminium yang dialasi sebuah lempengan, dan ruangan sebagian dipindah

(yakni, 10-1 Torr-10p2) oleh mekanis pompa. Sebuah vakum frekuensi tinggi

tester (Tesla coil) yang terpasang pada paralel lempeng aluminium

(dipisahkan dari plat didasarkan oleh 20-30 mm) mengalami tegangan tinggi

debit udara sisa. Garis vakum untuk pompa ini kemudian ditutup oleh katup

jarum, dan udara diakui perlahan ke ruang melalui kapiler mikrometer katup.

(Pollard, 1987)

III. Metodologi

a. Alat dan Bahan

1. Pompa air, Selang-selang, Vacum Unit, Ember (besar, kecil)

2. Alat Ukur : tekanan (manometer pipa terbuka), volume, waktu

3. Sumber listrik, air

b. Cara Kerja

Gambar 1.1 Unit Penghisap

1. Ukur dimensi unit penghisap : Ø dalam pipa 2, Ø luar pipa 3, dan Ø

dalam pipa 3,

2. Susun peralatan dan bahan sesuai dengan susunan percobaan,

3. Hidupkan pompa air, buka kran mulai dari yang terendah,

4. Bila aliran sudah stabil (manometer juga stabil), segera adakan

pengukuran,

5. Pengukuran debit dilakukan bersamaan dengan pengukuran tekanan

(membaca manometer),

6. Ulangi pengukuran tersebut untuk 5 s/d 8 pengukuran yang berbeda,

7. Plotting dalam grafik, cari nilai C.

IV. Hasil dan Pembahasan

a. Hasil

NoP2

(cm Hg)Q

(m3/s) v (m/s) waktu (s) volume (m3)1 0,1 0,000083 1,034 12,01 0,0012 0,3 0,0002 2,491 5 0,0013 0,6 0,000333 4,145 3 0,0014 0,8 0,000452 5,629 2,21 0,0015 0,9 0,000476 5,928 2,1 0,0016 0,9 0,000645 8,032 1,55 0,0017 1 0,000714 8,892 1.4 0,0018 1,1 0,000833 10,374 1,2 0,001

Sumber : Laporan Sementara

Perhitungan-perhitungan :

Luas penampang aliran :

D = 1,07 cm

A = ¼ π (1,07)2

= ¼ (3,14) (1,449)

= 0,889 cm2

= 0,000089 m2

Luas penampang hisapan :

A =¼ π D2

A =¼ π D2

D = 0,35 cm

A = ¼ π (0,35)2

= ¼ (3,14) (0,1225)

= 0,096 cm2

= 0,0000096 m2

Luas selisih = luas penampang aliran – luas penampang hisapan

= 0,000089 m2 - 0,0000096 m2

= 0,0000803 m2

Debit (Q)

Q1 = 0,00112,01

= 0,000083 m3/s

Q2 = 0,001

5

= 0,0002 m3/s

Q3 = 0,001

3

= 0,000333 m3/s

Q4 = 0,0012,21

= 0,000452 m3/s

Q5 = 0,0012,10

= 0,000476 m3/s

Q = V1

t1

Q6 = 0,0011,55

= 0,000645 m3/s

Q7 = 0,0011,4

= 0,000714 m3/s

Q8 = 0,001

1,2

= 0,000833 m3/s

Kecepatan

v1 = 0,000083

0,0000803

= 1,034 m/s

v2 = 0,0002

0,0000803

= 2,491 m/s

v3 = 0,000333

0,0000803

= 4,145 m/s

v4 = 0,000452

0,0000803

= 5,629 m/s

v5 = 0,000476

0,0000803

= 5,928 m/s

v6 = 0,000645

0,0000803

v = Q

A

= 8,032 m/s

v7 = 0,000714

0,0000803

= 8,892 m/s

v8 = 0,000833

0,0000803

= 10,374 m/s

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

f(x) = 0.000698705035971225 x − 3.08273381294964E-05R² = 0.914716852223483

Grafik Tekanan dan Debit

Series2Linear (Series2)

Q(m3/s)

P2(c

m H

g)

Gambar 1.2 Grafik Hubungan Tekanan (P2) dengan Debit (Q)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

2

4

6

8

10

12

f(x) = 8.70128057553957 x − 0.38403741007195R² = 0.914676791747659

Grafik Tekanan dan Kecepatan

Series2Linear (Series2)

v (m/s)

P2(c

m H

g)

Gambar 1.3 Grafik Hubungan Tekanan (P2) dengan Kecepatan Aliran Air (v)

V. Pembahasan

Dari praktikum acara I. Unit Penghisap ini didapat debit aliran antara lain

0,000083 m3/s; 0,0002 m3/s; 0,000333 m3/s; 0,000452 m3/s; 0,000476 m3/s;

0,000645 m3/s; 0,000714 m3/s; 0,000833 m3/s. Debit terbesar yaitu 0,000833 m3/s

dan debit terkecil yaitu 0,000083 m3/s. Selain itu, juga didapat data kecepatan

1,034 m/s; 2,491 m/s; 4,145 m/s; 5,629 m/s; 5,928 m/s; 8,032 m/s; 8,892 m/s;

10,374 m/s10,374 m/s. Kecepatan yang terbesar yaitu 10,374 m/s sedangkan

yang terkecil 1,034 m/s.

Faktor yang mempengaruhi besarnya debit adalah luas penampang dan

kecepatan aliran air. Luas penampang didapat dari selisih luas penampang aliran

dan luas penampang hisapan. Debit (Q) berbanding lurus dengan luas penampang

(A) dan kecepatan aliran air (v). Maka, semakin besar luas penampang semakin

besar pula debitnya, begitu pula hubungan dengan kecepatan, semakin cepat

aliran air maka semakin besar pula debitnya.

Debit juga dipengaruhi oleh volume air dan waktu yang dibutuhkan. Debit (Q)

berbanding lurus dengan volume air (V). Sedangkan debit (Q) berbanding

terbalik dengan waktu yang dibutuhkan (t), maka semakin lama waktunya

semakin kecil debitnya.

Berdasar grafik di atas, dapat dilihat bahwa grafik hubungan antara tekanan

dengan debit dan tekanan dengan kecepatan tidak berupa garis linear lurus,

padahal seharusnya grafik berupa garis linear yang lurus karena jika tekanannya

diperbesar maka kecepatan aliran dan debitnya juga akan semakin besar dengan

kenaikan yang konstan. Kesalahan ini perlu di evaluasi agar didapat grafik linear

yang lurus.

Faktor-faktor tang berpengaruh pada penyimpangan percobaan ini antara lain,

kurang telitinya praktikan dalam membaca perbedaan tekanan pada manometer

pipa terbuka dan pemencetan tombol stopwatch tidak bersamaan dengan

membuka kran sehingga hal ini berpengaruh pada besar debit dan kecepatan

aliran.

VI. Kesimpulan

1. Data debit yang didapat dari praktikum acara I. Unit Penghisap antara lain

0,000083 m3/s; 0,0002 m3/s; 0,000333 m3/s; 0,000452 m3/s; 0,000476 m3/s;

0,000645 m3/s; 0,000714 m3/s; 0,000833 m3/s.

2. Debit terbesar yaitu 0,000833 m3/s dan debit terkecil yaitu 0,000083 m3/s.

3. Data kecepatan yang didapat 1,034 m/s; 2,491 m/s; 4,145 m/s; 5,629 m/s;

5,928 m/s; 8,032 m/s; 8,892 m/s; 10,374 m/s10,374 m/s. Kecepatan yang

terbesar yaitu 10,374 m/s sedangkan yang terkecil 1,034 m/s.

4. Kecepatan yang terbesar yaitu 10,374 m/s sedangkan yang terkecil 1,034

m/s.

5. Faktor yang mempengaruhi besarnya debit adalah luas penampang dan

kecepatan aliran air.

6. Debit (Q) berbanding lurus dengan luas penampang (A) dan kecepatan aliran

air (v). Maka, semakin besar luas penampang semakin besar pula debitnya,

begitu pula hubungan dengan kecepatan, semakin cepat aliran air maka

semakin besar pula debitnya.

7. Debit juga dipengaruhi oleh volume air dan waktu yang dibutuhkan.

8. Debit (Q) berbanding terbalik dengan waktu yang dibutuhkan (t), maka

semakin lama waktunya semakin kecil debitnya.

DAFTAR PUSTAKA

Anonima. 2011. Dinamika Fluida. http://id.wikipedia.org/wiki/Dinamika_fluida.

Diakses pada Hari Kamis tanggal 10 Maret 2011 pukul 10.20 WIB.

Anonimb. 2011. Fluida Dinamika. http://smkmuhi.110mb.com/fluida

%20dinamika.htm. Diakses pada Hari Kamis tanggal 10 Maret 2011 pukul

10.37 WIB.

Arifiani, Nur Fajri, Mochtar Hadiwidodo. 2007. Evaluasi Desain Instalasi

Pengolahan Air PDAM Ibu Kota Kecamatan Prambanan Kabupaten Klaten.

Jurnal PRESIPITASI Vol. 3 No.2 September 2007, ISSN 1907-187X

Daood, Syed. S et al. 2007. Study on a Concentric Tube Bulb Manometer and its

Performance Compared to U-shaped Manometer. Sensors ISSN 1424-

8220

Makhsud, Abdul. 2008. Desain dan Pengujian Prestasi Pompa Pancar (Jet Pump).

Al-Jibra, Vol. IX, No.29,Agustus 2008.

Mulyadi, Muhamad. 2010. Analisis Aerodinamika pada Sayap Pesawat Terbang

dengan Menggunakan Software Berbasis Computational Fluid Dynamics

(CFD).

Munson, Bruce R. 2004. Mekanika Fluida. Erlangga : Jakarta.

Pollard, Thomas D. dan Ueli Aebi. 1987. A Glow Discharge Unit to Render Electron

Microscope Grids and Other Surfaces Hydrophilic. Journal of Electron

Microscopy Technique 7x29-33 (1987)

Raharjo, Trustho dan Y. Radiyono. 2008. Fisika Mekanika. Sebelas Maret University

Press : Surakarta.

Rahayu, Suparni Setyowati. 2009. Manometer.

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/instrumentasi-

dan-pengukuran/manometer/. Diakses pada hari Rabu tanggal 16 Maret

2011 pukul 11.39 WIB

Setiawati, B. Budi. 2006. Kedelai Hitam sebagai Bahan Baku Kecap Tinjauan

Varietas dan Lama Fermentasi terhadap Mutu Kecap. Jurnal Ilmu-ilmu

Pertanian. Volume 2, Nomor 2, Desember 2006

Streeter, Victor L. dan E. Benjamin Wylie. Mekanika Fluida edisi Delapan. Erlangga

: Jakarta

Young, Hugh D. 2003. Fisika Universitas. Erlangga : Jakarta.