Jurnal Teknologi & Industri Faqih, ISSN. 1412-4165, Vol.6 No.3, September-Desember 2008.

DESAIN DAN PENGUJIAN POMPA UDARA TEKAN (AIR-LIFT PUMP)

Abdul Makhsud

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UMI

Jl. Urip Sumoharjo KM.05 Kampus II UMI Tlp. 0411 443685, Email: anchu03@yahoo.com / makhsud@telkom.net

Abstrak Pompa umumnya digunakan untuk transportasi fluida pada arah horizontal maupun

vertikal, dimana kerja pompa tergantung dari sifat dan jenis fluida yang dialirkan. Pemilihan

jenis pompa yang digunakan didasarkan pada nilai ekonomis jarak fluida yang akan

dipindahkan dan sifat cairan dan rating (debit dan head) yang diperlukan. Desain instalasi pompa udara tekan (air-lift pump) yang diuji dilengkapi dengan tabung atau pipa transparan

sepanjang 2,8 meter dan diameter pipa 50 mm. Pengujian dilakukan pada perbandingan

pencelupan (immersion ratio) = hs/T = 2,3/0,5 = 4,6. Laju aliran massa udara yang dialirkan menunjukkan hubungan linear terhadap laju aliran massa udara yang dihasilkan,

namun laju aliran massa air akan menurun pada kondisi laju aliran massa udara maksimum. Pompa yang diuji menunjukkan karakteristik yang sama dengan hasil penelitian terdahulu

dengan efisiensi pompa p = 0,29 ÷ 0,37, dan s = 0,31 ÷ 0,39.

Kata kunci: pompa, udara tekan, efisiensi, immersion ratio

PENDAHULUAN

Perkembangan sains dan teknologi yang begitu cepat seiring dengan tuntutan

akan kebutuhan hidup manusia yang lebih baik. Kebutuhan manusia terhadap sumber

daya alam sebagai sumber energi perlu dikelola dengan baik dan harus

memperhatikan kondisi lingkungan dan kelestarian alam. Sumber energi tersebut

disamping sebagai kebutuhan manusia secara langsung juga merupakan kebutuhan

untuk kegiatan industri (pabrik), misalnya air. Air merupakan sumber kehidupan

utama bagi manusia, disamping untuk kebutuhan dikomsumsi langsung, juga untuk:

campuran bahan makanan, mandi, cuci pakaian, pengairan lahan sawah, tambak dan

kebutuhan lainnya. Beberapa wilayah di Indonesia sering mengalami kekurangan air,

terutama ketika musin kemarau tiba. Berbagai cara dapat dilakukan untuk

mendapatkan air, misalnya dengan pengaliran sistem gravitasi atau menggunakan

pompa, dimana air dialirkan dari sumber melalui pipa (saluran) ke tempat atau lokasi

sesuai kebutuhan.

Pompa dalam industri biasanya digunakan untuk transportasi fluida, dimana

kerja dari pompa tersebut tergantung dari sifat fluida (cairan) dan rating (debit dan

head) yang diperlukan. Pemilihan jenis pompa yang digunakan didasarkan pada nilai

ekonomis jarak fluida yang akan dipindahkan. Pompa ini bertujuan sebagai alat

transportasi fluida (horizontal maupun vertikal), menaikkan tekanan dan kecepatan

atau debit aliran. Pompa dalam pemanfaatannya memerlukan suatu bentuk yang

sederhana dan sistem yang mudah dioperasikan dengan efisiensi yang lebih tinggi dan

dapat menghasilkan kapasitas atau debit aliran yang sebesar-besarnya. Banyaknya

kendala yang biasa ditemukan dalam sistem pengoperasian pompa, maka sangat

bijaksana jika masalah tersebut dapat ditemukan alternatif lain tanpa merubah fungsi

pompa itu sendiri dengan melakukan rekayasa teknologi pada sistem instalasinya.

Instalasi sistem pengisapan air pada pompa dengan memanfaatkan tenaga atau energi

dalam pompa tersebut dapat ditemukan pada sistem instalasi pompa udara tekan (air-

lift pump).

Pada langkah awal pengoperasian pompa udara tekan biasanya tidak langsung

stabil dan kapasitas atau debit aliran air yang dihasilkan tidak konstan dalam setiap

waktu. Untuk memperbaiki kelemahan tersebut, maka perlu dilakukan rekayasa

teknologi pada sistem instalasi perpipaannya dan mengatur kapasitas aliran udara

yang dibutuhkan. Parameter penting yang perlu diperhatikan dalam mendesain pompa

udara tekan, antara lain adalah: (1) Seberapa besar laju aliran massa air yang dapat

dihasilkan dengan laju aliran massa udara yang dialirkan sekecil mungkin. (2) Berapa

kecepatan rata-rata aliran dalam pipa untuk campuran udara-air, agar diperoleh

efisiensi total (slip efficiency) dan efisiensi pompa yang maksimal.

Berdasarkan uraian diatas, maka dicoba untuk mendesain dan membuat

instalasi pompa udara tekan dengan tabung atau pipa transparan sepanjang 2,8 meter

dan diameter pipa 50 mm. Tujuan yang diharapkan dari hasil pengujian instalasi

pompa udara tekan ini, antara lain adalah: (1) mendesain instalasi pompa udara tekan

untuk mendapatkan efisiensi pompa sebesar mungkin, (2) membandingkan hasil

pengujian yang diperoleh dengan teori atau hasil pengujian pompa udara tekan yang

telah dilakukan sebelumnya, dan (3) menganalisis pencapaian efisiensi dari pompa

yang diuji. Manfaat yang diharapkan dari pengujian pompa ini adalah: (1)

menemukan model pompa udara tekan berdasarkan teori dengan efisiensi yang

maksimal, agar dapat dijadikan dasar atau model desain dalam rangka pengembangan

teknologi tepat guna di pedesaan, dan (2) mendapatkan sistem instalasi pompa udara

tekan yang ideal, agar dapat diproduksi dalam jumlah besar untuk kebutuhan

masyarakat secara umum dan khususnya masyarakat pedesaan.

TINJAUAN PUSTAKA

Pompa adalah pesawat atau mesin yang berfungsi untuk memindahkan atau

mengalirkan fluida cair dari suatu tempat ketempat lain. Dalam memilih suatu pompa

untuk suatu tujuan tertentu, terlebih dahulu harus diketahui jumlah kapasitas aliran

dan head total yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair. Kadang-kadang pompa

harus didesain dan dibuat secara khusus sedemikan rupa sesuai dengan kebutuhan;

berdasarkan kapasitas pompa yang diperlukan, tinggi kenaikan, dan jenis fluida yang

akan dipompa. Selain hal itu, diperlukan juga persyaratan khusus masalah tempat

dimana pompa tersebut akan dipasang, kemungkinan pemilihan mesin penggerak

pompa dan masalah perawatan pompa tersebut.

Prinsip Udara Tekan dan Pemanfaatannya

Udara dengan tekanan tertentu yang dibutuhkan sebagai tenaga penggerak

umumnya dapat diperoleh dari suatu mesin atau pesawat kompressor. Besarnya

tekanan udara yang disuplai dari suatu pesawat atau instalasi kompressor pada

umumnya konstan, karena kompressor dilengkapi dengan suatu sistem pengaturan

untuk mendapatkan tekanan akhir yang konstan. Mesin penggerak dari sebuah

kompressor yang dilengkapi dengan elektro-motor, dapat menghasilkan putaran

konstan atau dengan perubahan yang relatif kecil. Prinsip kerja pesawat tersebut

haruslah diatur dengan baik terutama pada bagian saluran isap, karena dengan

susunan atau konstruksi yang benar, maka akan diperoleh hasil yang maksimal

dengan biaya yang murah. Diharapkan bahwa karakteristik instalasi kompressor yang

digunakan sedapat mungkin beroperasi pada kondisi tekanan konstan. Jika kondisi

tersebut tidak dapat dicapai, maka pada debit yang kecil akan terjadi kenaikan tekanan

dan menyebabkan kebutuhan udara penggerak akan semakin besar.

Prinsip kerja timbulnya tekanan gas (udara) yang menempati suatu bejana

tertutup adalah bahwa pada dinding bejana tersebut akan bekerja suatu gaya. Besarnya

gaya ini per satuan luas penampang dinding disebut sebagai tekanan. Telah diketahui

bahwa gas terdiri dari molekul-molekul yang bergerak terus-menerus secara

sembarang. Akibat dari gerakan tersebut, dinding bejana yang ditempati akan

mendapat tumbukan terus-menerus pula dari banyak molekul. Tumbukan antar

melekul yang terjadi akan menghasilkan suatu tekanan pada dinding bejana, dan jika

temperatur gas dinaikkan, maka gerakan molekul-molekul akan menjadi semakin

cepat. Pada kondisi tersebut, tumbuhan pada dinding akan menjadi semakin sering

dan tenaga impuls semakin besar, maka tekanan pada dinding akan menjadi lebih

besar, walaupun volume bejana tetap. Jika volume menjadi lebih kecil (luas dinding

berkurang) dan jumlah molekul tetap, maka tumbukan yang terjadi persatuan luas

dinding akan semakin besar hingga tekanannya juga akan naik. Dengan pemberian

atau pengaliran udara yang lebih banyak, maka tenaga dorongnya akan lebih besar.

Pemakaian udara tekan yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari

diantaranya adalah: (a) pesawat pengereman pada bus dan kereta api, serta sistem

pembuka atau penutup pintu dari kendaraan tersebut, (b) udara tekan yang digunakan

untuk pengecetan dan sebagai penggerak bor gigi pada peralatan dokter gigi, (c)

pemberian udara pada akuarium, dan sebagai pompa air panas pada sumber air panas,

serta (d) proses pembotolan untuk beberapa jenis minuman.

Pompa Udara Tekan (Air-Lift Pump)

Prinsip pompa udara tekan (air-lift pump) sama dengan pompa uap tekan

(vapor-lift pump), dan biasa juga disebut sebagai pompa gelembung (bubble pump),

dimana udara diinjeksikan untuk mengangkat fluida (cairan).

Gambar 1. Pompa udara tekan dan sistem Gambar 2. Pompa gelembung

aliran dua fase (Nicklin, 1963) (White, 2001)

Beberapa ilmuwan telah melakukan berbagai penelitian terkait dengan sistem

pompa udara tekan ini. Stepanoff (1929) telah menggunakan pendekatan

termodinamika dalam melakukan penelitian dan mampu menjelaskan dari tinjauan

fisika tentang prestasi pompa udara tekan. Pickert (1932) telah melakukan analisis

prestasi pompa udara tekan dan telah mengembangkan teori aliran dua fase.

Kemudian Nicklin (1963) secara spekulatif telah meningkatkan efisiensi pompa

dengan menggunakan pipa yang berdiameter kecil (d < 20 mm) pada laju aliran udara

yang rendah. Stenning dan Martin (1968) menjelaskan prinsip dasar momentum dan

aliran dua fase dengan menggunakan diameter pipa relatif kecil dan aliran udara tekan

yang rendah. Penelitian tentang aliran dua fase telah dijelaskan secara detail oleh

Wallis (1969). Dari model penelitian Stenning dan Martin selanjutnya dikembangkan

oleh Delano’s (1998) untuk pompa gelembung. Penelitian yang lebih mutakhir

tentang desain dan prestasi pompa gelembung (bubble pump) telah dilakukan oleh

White (2001). Pada gambar ( 1 dan 2) diperlihatkan prinsip pompa udara tekan dan

pompa gelembung.

Pada gambar berikut diperlihatkan hubungan antara laju aliran massa air (Ma)

dan laju aliran massa udara (Mu) untuk beberapa kondisi perbandingan pencelupan

(immersion ratio) = hs/T.

Gambar 3. Karakteristik pompa udara tekan

Karakteristik pompa udara tekan yang diperlihatkan pada gambar 3 diatas

menunjukkan bahwa:

- Air dapat mengalir atau terangkat ketika udara mengalir dalam pipa dan

membutuhkan sejumlah udara yang berbanding terbaik dengan perbandingan

pencelupan ().

- Pengaliran sejumlah udara dapat mengangkat sejumlah air, dan jumlah air

yang terangkat akan menurun jika perbandingan menurun.

- Untuk perbandingan yang konstan (tetap), maka banyaknya air yang dapat

dipompa atau dinaikkan meningkat, jika jumlah udara yang mengalir

meningkat.

Kecepatan air rata-rata pada saluran pipa (S) menurut Pickert (1932) dapat

dihitung berdasarkan persamaan berikut: o

a

A

M

aoV , [m/s] (1)

dengan: Ma= laju aliran massa air dalam [kg/s], A = luas penampang [m2], dan

o = massa jenis campuran [kg/m3]

ahuau

uaao

hsgPPLogP

PPLog

)/()/(.303,2

)/(.P..303,2 u

, [kg/m

3] (2)

dengan: a = massa jenis air [kg/m3], Pu= tekanan udara [N/m

2], ηh = efisiensi

hidrolik, Pa= tekanan udara pada bagian masuk pipa [N/m2], dan

hs = jarak dari permukaan air sampai dengan saluran keluar pipa

Kecepatan udara dalam pipa dapat dihitung melalui persamaan:

Vuo = uoa

au

A

M

)( , [m/s] (3)

dengan: Mu= laju aliran massa udara [kg/s], u = massa jenis udara [kg/m3]

Kecepatan udara Vuo selalu lebih tinggi dari kecepatan Vao, perbedaan antara Vuo dan

Vao adalah kecepatan udara relatif Vruo atau (Vruo = Vuo - Vao) yaitu kecepatan yang

menentukan efisiensi dari pompa. Besarnya nilai kecepatan relatif ini tergantung dari

besarnya jumlah udara yang dialirkan dari kompressor dan akan berpengaruh terhadap

besarnya efisiensi dari pompa udara tekan.

Pickert melakukan percobaan dengan menggunakan pipa yang mempunyai

diameter antara (30–100) mm, panjang pipa antara (6 – 42) m dan = (0,824 – 2,74).

Dari hasil penelitian tersebut Pickert memberikan persamaan empiris untuk

menghitung kecepatan relatif udara yaitu:

Vruo =

32,144,431

A

M u

oa , [m/s] (4)

Dari persamaan (3) dan (1) diperoleh persamaan:

Vruo = Vuo – Vao =

o

a

uoa

au

A

M

A

M

1

)(

(5)

Dengan menggabungkan persamaan (3), (4) dan (1), maka persamaan dapat ditulis:

32,1

44,431)/(303,2

A

M

A

M

hsg

PPLogPh

A

M uu

u

a

a

uaua

(6)

Dari ekspansi isotermal udara, diperoleh kerja yang diberikan oleh udara dalam

bentuk bersamaan:

Wu = )/(303,2

ua

u

uuPPLog

MP

(7)

Berdasarkan beberapa parameter dengan nilai: g, Ma, dan hs diketahui, maka

diperoleh efisiensi pompa:

p = 0,4343)/(.

...

uauu

ua

PPLogPM

hsgM (8)

Efisiensi pada persamaan diatas disebut sebagai efisiensi hidrolik (hydraulic

efisiency) dengan simbol h. Telah dijelaskan bahwa campuran aliran air dan udara

yang mengalir melalui pipa tidak homogen yang dalam kasus ini dianggap homogen.

Udara yang berbentuk gelembung dengan ukuran yang bervariasi, bergerak keatas

dalam pipa dengan kecepatan yang relatif tinggi dari air. Hal ini terjadi jika udara

mengalir lebih banyak dan campuran antara kedua fluida (air dan udara) homogen.

Kerugian akibat kenaikan kecepatan udara disebut sebagai efisiensi total atau efisiensi

slip (slip efficiency). Kecepatan relatif udara yang timbul dari adanya kerugian head

tekanan yang terjadi sangat kecil dan dapat diabaikan. Jika Vao dan Vuo adalah

kecepatan aliran fluida yang keluar pada pipa, maka slip efficiency dituliskan sebagai:

uoao VVs / (9)

METODOLOGI PENELITIAN

Desain dan pembuatan instalasi pengujian dilaksanakan pada Laboratorium

Proses Produksi Jurusan Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia.

Pengujian dan pengambilan data dilaksanakan pada Laboratorium Mekanika Fluida

Jurusan Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia. Media yang dipakai

dalam penelitian ini adalah air dan udara, serta bahan yang digunakan terdiri dari pipa

uji tranparan dan pipa paralon (PVC).

Prinsip kerja pompa udara tekan pada pengujian ini adalah dengan

memanfaatkan udara yang diperoleh dari pesawat kompressor yang diperlihatkan pada

gambar (4). Udara dengan tekanan dan kecepatan tertentu mengalir melalui pipa (R),

dan bergerak mendorong air yang berada dalam tabung. Tabung ini dilengkapi dengan

katup kaki (F) yang bekerja atau terbuka pada saat tekanan di dalam tabung rendah

(vakum) dan tertutup pada tekanan tertentu. Ketika dialirkan sejumlah udara dari

kompressor, maka air yang berada dalam tabung terdorong ke atas melalui pipa (S)

dan mengalir bersamaan dengan gelembung-gelembung udara hingga keluar pada

penampungan (reservoir) bagian atas. Kecepatan rata-rata aliran udara yang keluar

melalui pipa (S) adalah lebih besar dari kecepatan air. Hal ini dimungkinkan, jika

campuran udara dan air dianggap sama dan terangkatnya air akibat dari adanya

perbedaan densitas (massa jenis) fluida didalam maupun diluar pipa (S).

Gambar 3. Prinsip kerja pompa udara tekan

Instalasi pengujian pompa udara tekan dengan kelengkapannya dapat dilihat

pada gambar 5. Pengujian dilakukan pada perbandingan pencelupan (immersion ratio)

= hs/T = 2,3/0,5 = 4,6, dengan hs = tinggi pipa dari permukaan air sampai dengan

saluran keluar pada pipa dan T = tinggi pipa dari dalam tabung sampai dengan

permukaan air (lihat pada gambar 3).

Gambar 5. Instalasi pengujian pompa udara tekan Keterangan: 1. Kompressor, 2. Regulator, 3.Tangki udara, 4. Rotameter, 5. Tabung campuran udara &

air, 6. Katup kaki tabung, 7. Pipa uji transparan (fleksiglas), 8a. Bak penampung

bawah, 8b. Bak penampung atas, 9. Manometer Hg, 10. Penjebak tekanan.

Fungsi masing-masing komponen utama instalasi pompa udara tekan adalah

sebagai berikut:

- Kompressor, untuk menghasilkan udara penggerak yang dapat menekan air dalam

tabung dan air akan terangkat bersama udara melalui pipa ke bak penampung.

- Regulator udara, untuk mengatur tekanan udara yang masuk dalam saluran

instalasi pengujian agar tetap konstan.

- Tangki udara, sebagai penampung guna menstabilkan udara yang keluar dari

kompressor melalui regulator dan menekan air dalam tabung naik melalui pipa.

- Rotameter udara, untuk mengetahui laju aliran masa udara yang mengalir.

- Bak penampung air bawah, sebagai penampung air dengan kapasitas 200 liter.

- Tabung campuran air dan udara dengan diameter 15,5 cm (6 inch), sebagai

penampung air yang akan ditekan naik melalui pipa ke bak air atas.

- Katup kaki, mengatur masuknya air dari bak ke dalam tabung.

- Pipa transparan, untuk mengamati pola aliran pada saluran (pipa) uji dengan

diameter pipa 5 cm (2 inch) dan panjang 2,8 m.

- Penjebak tekanan, untuk memudahkan pembacaan tekanan pada manometer

karena aliran adalah dua fase (air dan udara).

- Manometer pipa U, yang terbuat dari selang dengan cairan manometer air raksa

(Hg). Manometer ini berfungsi untuk mengetahui perbedaan tekanan sepanjang

pipa uji (L = 1,5 m).

Prosedur pengujian untuk mendapatkan data penelitian adalah sebagai berikut:

- Mempersiapkan sejumlah udara dalam kompressor dan mempertahankan agar

tekanan udara selalu konstan.

- Mengatur pembukaan katup udara sesuai kebutuhan, mengamati dan mentatat alat

ukur pada selang udara (rotameter) untuk mengetahui jumlah udara yang

mengalir.

- Mengamati dan mencatat tekanan pada alat ukur manometer Hg yang terpasang

pipa uji, dan mengamati secara visual kondisi aliran campuran air dan udara dalam

pipa uji.

- Mengukur dan mencatat jumlah atau volume air yang dihasilkan tertampung pada

bak atas.

- Melakukan perubahan pembukaan katup udara penggerak untuk jumlah aliran

massa udara yang lain, dan mengikuti prosedur yang sama seperti diatas.

Salah satu kelebihan dari penggunaan instalasi pompa udara tekan adalah

karena pompa ini tidak menggunakan dan tidak memiliki bagian yang bergerak.

Selain itu, air yang dapat dipompa tidak harus bersih, dan dapat pula dalam bentuk

campuran debu, pasir dan lain-lain.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan hasil pengamatan, pengambilan data dan analisis perhitungan

dapat diuraikan beberapa hal sebagai berikut:

Laju Aliran Massa Air dan Udara

Besarnya laju aliran massa air sangat tergantung pada jumlah udara yang

dialirkan sebagai fluida penggerak. Hubungan antara jumlah udara yang dialirkan

dengan jumlah air yang ikut mengalir (terangkat) diperlihatkan pada gambar berikut.

Semakin besar laju aliran massa udara (Mu) maka semakin semakir besar pula laju

aliran massa air (Ma) yang dihasilkan dengan hubungan relatif linear. Laju aliran air

mencapai nilai maksimum pada pengaturan katup udara yang kelima (pembukaan

katup 80 %) dengan Ma = 0,75 kg/s pada Mu = 0,00233 kg/s. Pada penelitian ini

dilakukan pengujian dengan perbandingan pencelupan (immersion ratio) yang dipakai

adalah = 4,6, telah memperlihatkan karakteristik yang sama dengan hasil peneliti

sebelumnya (Pickert, 1963 pada gambar 3).

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0014 0,0018 0,0022 0,0026

Laju aliran massa udara, mu (kg/s)

Laju

alir

an m

assa

air,

ma

(kg/

s)

Gambar 5. Hubungan antara laju aliran massa air dan udara

Kecepatan Aliran

Dengan meningkatkan kecepatan udara (Vu) maka semakin kecil kecepatan air

(Va) yang terjadi, karena volume udara dalam aliran semakin besar yang

menyebabkan gesekan air dengan dinding lebih dominan untuk kecepatan udara

konstan. Kecepatan rata-rata aliran udara yang keluar melalui pipa Vuo = (1,46 ÷ 2,13)

m/s lebih besar dari kecepatan rata-rata air Voa = (0,57 ÷ 0,74) m/s, jika campuran

udara dan air dianggap sama dan terangkatnya air akibat dari adanya perbedaan massa

jenis fluida. Besarnya nilai kecepatan air yang dihasilkan oleh pompa udara tekan

sangat tergantung pada besarnya jumlah udara yang dialirkan dari kompressor.

Kecepatan relatif sangat berpengaruh pada efisiensi pompa karena besarnya nilai

kecepatan relatif (Vrao) tergantung pada besarnya nilai laju aliran massa udara (Mu).

Nilai laju aliran massa air (Ma), laju aliran massa udara (Mu), tekanan air (Pa), dan

tekanan udara (Pu) dapat mempengaruhi besar kecilnya efisiensi pompa.

Efisiensi Pompa

Banyaknya jumlah udara yang dialirkan dari kompressor akan mempengaruhi

besarnya efisiensi dari pompa udara tekan. Nilai efisiensi pompa yang dihasilkan

dapat dipengaruhi oleh beberapa kondisi, yaitu: perubahan tekanan, perubahan

kecepatan dan besarnya gesekan antara fluida dan dinding pipa.

20

25

30

35

40

0,0014 0,0018 0,0022 0,0026

Laju aliran massa udara, mu (kg/s)

Efis

ien

si p

om

pa

, η

p (

%)

Gambar 6. Hubungan antara laju aliran massa udara dan efisiensi pompa

Besarnya nilai efisiensi pompa udara tekan yang diperoleh dari hasil pengujian ini

adalah p = 0,29 ÷ 0,37, dan s = 0,31 ÷ 0,39. Hasil pengujian yang dilakukan oleh

Pickert, nilai efisiensi pompa yang diperoleh sebesar p = 0,46, dan s = 0,5. Kedua

hasil penelitian tersebut menunjukkan nilai yang relatif berbeda, karena diameter pipa

yang diuji tidak sama besarnya. Untuk pengujian dengan perbandingan pencelupan

(immersion ratio) yang sama akan menghasilkan efisiensi pompa yang relatif sama.

Hasil penelitian yang dilakukan oleh Pickert, menunjukkan bahwa kecepatan

relatif udara lebih kecil untuk pipa dengan diameter yang lebih kecil jika

dibandingkan dengan pipa yang berdiameter lebih besar. Nilai slip efficiency s lebih

baik untuk pipa yang berdiameter lebih kecil jika dibandingkan dengan pipa yang

berdiameter lebih besar dan sebaliknya h (efisiensi hidrolik) lebih baik untuk pipa

yang lebih besar. Hasil penelitian telah memperlihatkan bahwa efisiensi pompa

umumnya lebih baik jika menggunakan pipa lebih kecil. Nilai efisiensi s terbaik

yang dipeoleh oleh peneliti terdahulu adalah sekitar 0,5 dan efisiensi keseluruhan

pompa (overall efficiency) p adalah sekitar 0,46. Hasil penelitian yang dilakukan

oleh Stenning dan Martin (1968) telah memperbaiki hasil penelitian Pickert (1963),

yang secara khusus menyatakan bahwa diameter pipa yang lebih kecil tidak mutlak

menghasilkan efisiensi yang lebih baik. Efisiensi pompa yang dapat dicapai dari hasil

penelitian Stenning dan Martin adalah sekitar 70 %.

Visualisasi Aliran

Secara visual aliran gelembung dalam tabung atau pipa uji yang bergerak

keatas tampak jelas pada kecepatan rata-rata air untuk campuran Vao = (0,57 ÷ 0,74)

m/s dan kecepatan rata-rata udara untuk campuran Vuo = (1,46 ÷ 2,13) m/s. Untuk

pengujian pada pembukaan katub udara lebih kecil, maka gelembung udara yang

terlihat kecil dan tampak dengan jelas, dan bila pembukaan katub diperbesar akan

terjadi gelembung udara yang besar pula. Aliran gelembung udara yang terlihat pada

pipa uji dimulai dengan munculnya gelembung-gelembung kecil dan kemudian pecah

membentuk gelembung besar yang bergerak keatas hingga terjadi penurunan tekanan

yang terbaca pada manometer.

KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa:

- Desain instalasi pompa udara tekan yang diuji telah menghasilkan efisiensi pompa

yang relatif sama dengan peneliti terdahulu untuk pengujian dengan perbandingan

pencelupan (immersion ratio) yang sama.

- Jumlah aliran massa udara yang dialirkan sangat berpengaruh terhadap jumlah

aliran massa udara yang dihasilkan dan menunjukkan hubungan yang relatif

linear, namun laju aliran massa air akan menurun pada laju aliran massa udara

maksimum. Pompa yang diuji menunjukkan karakteristik yang sama dengan hasil

penelitian para peneliti sebelumnya.

- Efisiensi pompa yang dapat dicapai dari hasil penelitian ini yaitu p = 0,29 ÷ 0,37,

dan s = 0,31 ÷ 0,39, yang lebih kecil dari hasil penelitian Pickert dengan p =

0,46 dan s = 0,5, dan hasil yang diperoleh Stenning & Martin lebih baik dengan

s = 0,70.

DAFTAR PUSTAKA

Awari, G.K., 2004, Performance Analysis of Air-lift Pump Design, Proceedings of the

I MECH E Part C Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 218, No.10,

1155-1161

Delano, A.D., 1998, Design Analysis of the Einstein Refrigeration Cycle, PhD

Dissertation, Georgia Institute of Technology.

Kumar, E.A., Kumar, K. R. V., & Ramayya, A. V., 2003, Augmentation of Airlift

Pump Performance with Tapered Upriser Pipe an Experimental Study, IE (I)

Journal-MC.

Nicklin, D.J., 1963, The Air-lift Pump: Theory and Optimization, Trans. Instn. Chem.

Engrs., Vol. 41, pp 29-39.

Pickert, F., 1932, The Theory of the Air-lift Pump, Engineering, Vol. 34, pp. 19-20.

Reinemann, D.J., Parlange, J.Y., and Timmons, M.B., 1990, Theory of Small-

Diameter Air-lift Pumps, Int. J. Multiphase Flow, Vol. 16, pp. 113-122.

Stenning, A. and Martin, C., 1968, An Analytical and Experimental Study of Air-lift

Pump Performance, ASME Journal of Engineering for Power pp. 106-110.

Stepanoff, A.J., 1929, Thermodynamic Theory of the Air-lift Pump, ASME

Transactions, Vol. 51, pp.49-55.

Wallis, G.B., 1969, One-dimensional Two-phase Flow, McGraw-Hill, New York.

White, S.J., 2001, Bubble Pump Design and Performance, Master’s thesis, Georgia

Institute of Technology.

Wurts, W.A., et al., Performance and Design Characteristics of Airlift Pumps for

Field Applications, Research Report, World Aquaculture 25(4): 51-54, 1994.