4
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Peneliti Terdahulu
Adapun beberapa peneliti terdahulu yang telah dilaksanakan dan
membahas pompa antara lain, oleh Kadek Mekar Wismana Tahun 2003
merancang dan menguji tentang pompa torak dengan penggerak kincir air pada
rancangannya didapat debit maksimum pompa 3,486 lt/dt pada tinggi pemompaan
statis 1 m dan pada tinggi pemompaan 12 m pompa hanya mampu menghasilkan
debit 0,57 lt/min, efisiensi total rancangan ini memang kecil [2]. Dan rendahnya
efisiensi total rancangan kincir pompa torak di karenakan salah satunya oleh
rendahnya efisiensi kincir. Jumlah sudu sedikit menyebabkan banyak debit input
kincir yang terlewatkan dengan demikian daya input banyak yang terbuang
percuma.
I Made Suarsa tahun 2014 merancang dan menguji tentang pompa torak
yang digerakan kincir air tipe pitch back dengan diameter torak 3,7 cm, panjang
pompa 45 cm, dan pada efisiensi 36,73% pompa mampu menghasilkan debit
0,0636 lt/dt dan daya pemompaan 14,59 watt [3].
I Gusti Putu Wiryawan, tahun 2010 meneliti tentang analisis perfonmance
pompa jet dengan memvariasikan ketinggian nozzle terhadap permukaan air, dari
penelitian yang dilakukan di hasilkan bahwa Semakin rendah posisi nozel
terhadap permukaan air maka performansinya semakin menurun pada ketinggian
hisap 12 meter pada posisi nozzle 60 cm dibawah permukaan air menghasilkan
performaansi yang lebih tinggi dibandingkan dengan posisi nozel yang lebih
tinggi 40 cm di bawah permukaan air sampai 60 cm di atas permukaan air [4].
Kwinnonia Tri Marini Ginting pada tahun 2014 telah meneliti tentang
Pengujian pompa submersible sebagai turbin pembangkit daya tenaga mikro hidro
bahwa dari pengujian dan pembahasan yang telah di lakukan diketahui ujuk kerja
pompa submersible sebagai turbin head rendah pada ketinggian 7 meter
menghasilkan daya turbin sebesar 112,12 watt dan efisiensi pompa submersible
sebagai turbin yang telah di uji, menghasilkan efisiensi maksimum 29,47%. Dan
5
pengaruh ketinggian dan kapasitas terhadap performansi turbin yaitu berbanding
lurus artinya semakin tinggi terjunan sumber terhadap turbin maka semakin besar
daya output yang di hasilkan turbin [5].
Demikian beberapa judul tugas akhir yang dapat penulis temukan
mengenai pompa dan pengembangannya. Dari hasil penelitan diatas penulis
tertarik untuk meneliti bagaimana pengaruh variasi kapasitas kincir air bersudu
lurus terhadap unjuk kerja pompa torak. berawal dari topik tersebut sehingga
penulis mengambil tema pompa kincir sebagai materi tugas akhir dengan judul
“Pengujian Unjuk Kerja Pompa Torak Berpenggerak Kincir Air Sudu Lurus ”
2.2 Landasan Teori
2.2 .1 Pompa dan Kegunaannya
Pompa adalah suatu peralatan yang dipakai untuk mengubah energi
mekanik (dari mesin penggerak pompa) menjadi energi tekan pada fluida pompa
yang ditekan. Pada umumnya pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari
suatu tempat rendah ke tempat lain yang lebih tinggi tempatnya dan lebih tinggi
tekanannya ataupun untuk sirkulasi
2.2.2 Kapasitas Pompa (Q)
Kapasitas pompa torak merupakan positif (Positif Displacment Pump) dimana
pemindahan fluida kerja nya adalah volume per volume pompa ini mengeluarkan
cairan dalam jumlah terbatas selama pergerakan piston sepanjang langkahnya.
Akan tetapi tidak seluruh cairan dapat mencapai pipa buang yang di sebabkan
oleh kebocoran.
a. Kapasitas Teoritis (Qth)
Adalah laju aliran ideal pompa tanpa adanya kebocoran internal dan
eksternal (QL)- Kebocoran ini terjadi dalam celah antara silinder dan
piston/plunyer (pada pompa reciprocating), kebocoran di dalam gap antara
impeler dan shroud (pada pompa sentrifugal) dalam satuan volume per waktu.
b. Kapasitas Optimum (Qopt)
Adalah kapasitas pompa jika pompa bekerja pada efisiensi total
maksimum pompa (Qop) dalam satuan volume per waktu.
6
c. Kapasitas Aktual (Qact)
Adalah laju aliran volume fluida yang dialirkan melalui pipa tekan dalam
satuan volume per waktu.
d. Kapasitas Internal /Indikatif (Qi)
Adalah laju aliran di dalam pompa dalam satuan volume per waktu.
2.2.3 Head (H)
Head merupakan tekanan yang dihasilkan oleh pompa. Head pada
umumnya dinyatakan dalam tinggi kolam air dan umumnya dalam satuan meter.
Pressure gauge, vacuum gauge, atau compund gauge digunakan untuk mengukur
head pompa dalam operasinya
Gambar 2.1 Head PompaSumber : Sularso, 2000. hal. 27.
Persamaan energi persatuan berat fluida untuk sistem pompa gambar 2.1 adalah :
L
22
H2g
VdPdZdHP
2g
VsPsZS
dimana:
Zs = Head statis elevasi isap /suction pompa (m)
Zd = Head statis elevasi buang / discharge pompa (m)
Ps = Head statis tekanan isap / suction pompa (N/ni2)
Pd = Head statis tekanan buang / discharge pompa (N/m2)
6
c. Kapasitas Aktual (Qact)
Adalah laju aliran volume fluida yang dialirkan melalui pipa tekan dalam
satuan volume per waktu.
d. Kapasitas Internal /Indikatif (Qi)
Adalah laju aliran di dalam pompa dalam satuan volume per waktu.
2.2.3 Head (H)
Head merupakan tekanan yang dihasilkan oleh pompa. Head pada
umumnya dinyatakan dalam tinggi kolam air dan umumnya dalam satuan meter.
Pressure gauge, vacuum gauge, atau compund gauge digunakan untuk mengukur
head pompa dalam operasinya
Gambar 2.1 Head PompaSumber : Sularso, 2000. hal. 27.
Persamaan energi persatuan berat fluida untuk sistem pompa gambar 2.1 adalah :
L
22
H2g
VdPdZdHP
2g
VsPsZS
dimana:
Zs = Head statis elevasi isap /suction pompa (m)
Zd = Head statis elevasi buang / discharge pompa (m)
Ps = Head statis tekanan isap / suction pompa (N/ni2)
Pd = Head statis tekanan buang / discharge pompa (N/m2)
6
c. Kapasitas Aktual (Qact)
Adalah laju aliran volume fluida yang dialirkan melalui pipa tekan dalam
satuan volume per waktu.
d. Kapasitas Internal /Indikatif (Qi)
Adalah laju aliran di dalam pompa dalam satuan volume per waktu.
2.2.3 Head (H)
Head merupakan tekanan yang dihasilkan oleh pompa. Head pada
umumnya dinyatakan dalam tinggi kolam air dan umumnya dalam satuan meter.
Pressure gauge, vacuum gauge, atau compund gauge digunakan untuk mengukur
head pompa dalam operasinya
Gambar 2.1 Head PompaSumber : Sularso, 2000. hal. 27.
Persamaan energi persatuan berat fluida untuk sistem pompa gambar 2.1 adalah :
L
22
H2g
VdPdZdHP
2g
VsPsZS
dimana:
Zs = Head statis elevasi isap /suction pompa (m)
Zd = Head statis elevasi buang / discharge pompa (m)
Ps = Head statis tekanan isap / suction pompa (N/ni2)
Pd = Head statis tekanan buang / discharge pompa (N/m2)
7
Vs = Head dinamis kecepatan fluida pada ujung isap / suction pompa
(m/det).
Hp = Head pompa (m).
HL = Head losses total instalasi perpipaan sistem pompa (m).
= Berat jenis fluida
oleh karena itu head total pompa adalah:
)......(2.2....................H
2
Vs-VdPs-PdZs)-(ZdHP L
22
g
Unjuk kerja pompa umumnya digambarkan dalam kurva Q-H Seperti
gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kurva unjuk kerja pompaSumber : Sularso, 2000, hal. 10
2.2.4 Head Losses
Head Losses adalah kerugian-kerugian head pada aliran yang disebabkan oleh
adanya faktor gesek fluida pada dinding dalam pipa, adanya katup-katup, belokan,
dan lain-lainnya. Head Losses ada dua macam yaitu Mayor Losses dan Minor
Losses
Mayor Losses adalah kerugian head yang disebabkan oleh terjadinya gesekan
antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa. Mayor Losses dipengaruhi oleh
kekasaran permukaan dinding pipa bagfan dalam, kecepatan aliran fluida serta
7
Vs = Head dinamis kecepatan fluida pada ujung isap / suction pompa
(m/det).
Hp = Head pompa (m).
HL = Head losses total instalasi perpipaan sistem pompa (m).
= Berat jenis fluida
oleh karena itu head total pompa adalah:
)......(2.2....................H
2
Vs-VdPs-PdZs)-(ZdHP L
22
g
Unjuk kerja pompa umumnya digambarkan dalam kurva Q-H Seperti
gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kurva unjuk kerja pompaSumber : Sularso, 2000, hal. 10
2.2.4 Head Losses
Head Losses adalah kerugian-kerugian head pada aliran yang disebabkan oleh
adanya faktor gesek fluida pada dinding dalam pipa, adanya katup-katup, belokan,
dan lain-lainnya. Head Losses ada dua macam yaitu Mayor Losses dan Minor
Losses
Mayor Losses adalah kerugian head yang disebabkan oleh terjadinya gesekan
antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa. Mayor Losses dipengaruhi oleh
kekasaran permukaan dinding pipa bagfan dalam, kecepatan aliran fluida serta
7
Vs = Head dinamis kecepatan fluida pada ujung isap / suction pompa
(m/det).
Hp = Head pompa (m).
HL = Head losses total instalasi perpipaan sistem pompa (m).
= Berat jenis fluida
oleh karena itu head total pompa adalah:
)......(2.2....................H
2
Vs-VdPs-PdZs)-(ZdHP L
22
g
Unjuk kerja pompa umumnya digambarkan dalam kurva Q-H Seperti
gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kurva unjuk kerja pompaSumber : Sularso, 2000, hal. 10
2.2.4 Head Losses
Head Losses adalah kerugian-kerugian head pada aliran yang disebabkan oleh
adanya faktor gesek fluida pada dinding dalam pipa, adanya katup-katup, belokan,
dan lain-lainnya. Head Losses ada dua macam yaitu Mayor Losses dan Minor
Losses
Mayor Losses adalah kerugian head yang disebabkan oleh terjadinya gesekan
antara fluida yang mengalir dengan dinding pipa. Mayor Losses dipengaruhi oleh
kekasaran permukaan dinding pipa bagfan dalam, kecepatan aliran fluida serta
8
panjang pipa. Besarnya Mayor Losses dapat dihitung dengan rumus Darcy
Weisbach sebagai berikut :
2g
V.
D
Lf.h
2
MaL,
....................................................................(2.13)
Dimana:
hL,ma = Mayor Losses (m)
f = Faktor gesek pipa
L = Panjang pipa (m)
D = diameter pipa bagian dalam (m)
V = Kecepatan aliran fluida (m/s)
G = Percepatan gravitasi (m/s2)
a. Minor Losses
Minor Losses adalah kerugian-kerugian yang disebabkan oleh adanya
belokan-belokan, katup-katup, percabangan dan juga karena terjadinya perubahan
luas penampang pipa saluran. Besarnya minor losses dapat dihitung dengan
humus
2g
Vk.
2
, MiLh.......................................................................................(2.14)
Dimana :
hL,mi = Minor Losses (m)
k = faktor gesek
v = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)
g = Percepatan gravitas (m/s2)
2.2.5 Faktor Gesek pada Pipa
Faktor gesekan dalam pipa merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re )
dan kekasaran relatif permukaan (e/D). Kekasaran relatif permukaan merupakan
perbandingan antara kekasaran absolut dinding pipa bagian dalam dengan
diameter pipa. dengan mengetahui angka kekasaran absolut pipa, maka faktor
gesekan dapat dilihat pada diagram Moody, dengan cara menghubungkan ( e/D )
dengan bilangan Reynold (Re)
9
Gambar 2.3 : diagram mody mencari friction factorSumber : Victor s Dan Bejamin W
Bilangan Reynold di dapat dengan rumus
.V.D
Re...............................................................(2.15)
Dimana :
Ρ =Masa jenis zat cair (kg/m3)
V = kecepatan aliran (m/s)
D = diameter pipa (m)
= viskositas kinematis (m2/s)
Untuk aliran laminer, faktor gesekan dapat pula dihitung secara matematis
tetapi tidak ada hubungan dengan bilangan Reynols pada aliran turbulen, yaitu:
Re
64f
..................................................................................................(2.16)
Dimana:
F = faktor gesek
Re = bilangan Reynold
10
2.2.6 Aliran Air Dalam Pipa
Melalui persamaan kontinuitas hubungan antara kecepatan aliran fluida, luas
penampang pipa dan debit aliran zat cair dapat ditentukan dengan rumus:
....(2.17)......................................................................V.A.......Q
Dimana:
Q = debit zat cair (m3/s)
V = kecepatan aliran air dalam pipa ( m/s )
A = luas penampang pipa ( m2)
2.2.7 Daya
Gambar 2.4 Daya PompaSumber : Sularso.2000. hal,10
a. Daya Output Pompa (Water Horse Power)
Adalah daya efektif untuk Qact dan He.
.He.g.QWHP act .............................................................................(2.18)
opηPsh.Pe
Dimana :
Pe = daya output/efektif pompa (Watt)
WHP = daya air pompa/water horse power (Watt)
ηop = efisiensi total pompa
ᵧ = berat jenis fluida (N/m3)
Qact = kapasitas actual (m3/S)
H = head efektif (m)
11
b. Shaff Power
Daya poros adalah daya yang masuk poros pompa yang diberikan oleh
mesin penggerak mula (prime mover) seperti terlihat pada gambar 2.4. kurva daya
penggerak pompa dapat dilihat seperti gambar 2.5.
)19.2.....(............................................................η
WHPSHP
opo
c. Daya Motor
.PηPem mmot.
Dimana :
Pem = daya output moto (Watt)
Pm = daya listrik untuk motor (Watt)
ηmot= efisensi motor
Gambar 2.5 Daya Penggerak PompaSumber : Sularso.2000. hal,10
2.2.8 Effisiensi
a. Effisiensi Hidrolis
Adalah efisiensi yang disebabkan oleh adanya kerugian head akibat gesekan
antar partikel fluida dan dengan dinding rumah pompa.
)21.2..(........................................Hth
He
hpHe
hp-He
Hi
Heηh
........................................ (2.20)
12
g2
Vi-Voh
Pi-PoHe
22
ghpHHHi Leth
Dimana :
Η = efisiensi hidrolis
He = head efektif pompa (m)
Hi = head indikatif (m)
b. Efisiensi Volumetris
Adalah efisiensi yang disebabkan oleh adanya kebocoran (sejumlah QL) fluida
dari dalam rumah pompa keluar, misalnya lewat seal-seal pompa.
)22.2....(........................................QQ
Qa
Qi
QηLact
ctactv
Dimana :
vη = efisiensi volumetric
Qact = kapasitas actual (m3/S)
Qi = kapasitas indikatif (m3/S)
c. Efisiensi Internal/Indikatif
Akibat kerugian head dan kapasitas yang terjadi pada pompa maka akan
menyebabkan kerugian daya.
v11 .ηηPi
Pη ........................................................(2.23)
Dimana :
Η1= efisiensi internal
Pe = daya efektif pompa (Watt)
Pi = daya indikatif pompa (Watt)
d. Efisiensi Mekanis
Adalah efisiensi akibat kerugian gesekan antara bantalan dan poros
pompa.
Psh
PmfPsh
Psh
Piη m
............................................(2.24)
Dimana :
ηm = efesiensi mekanis
13
Pi = daya indikatif (Watt)
Psh = daya poros (Watt)
Gambar 2.6 Daya Penggerak PorosSumber : Sularso.2000.hal .10
e. Efisiensi Total atau Operasional
Adalah perbandingan antara daya air dengan daya yang masuk ke poros
pompa. Kurva efisiensi pompa dapat dilihat pada gambar 2.6.
)25.2.......(........................................η.η.ηPsh
Pe
SHP
WHPη mvhop
Di mana:
WHP = daya air pompa (Watt)
SHP = daya poros (Watt)
2.2.9 Net Positive Suction Head (NPSH)
NPSH adalah tinggi isap total dikurangi tekanan uap absolut (dalam
tinggikolom fluida yang dipompa)
a. NPSH yang tersedia (NPSHA)
NPSHA (dalam satuan meter kolom fluida) adalah head
yang dimiliki oleh fluida pada sisi isap pompa dikurangi tekanan uap
jenuh fluida ditempat tersebut.
2g
VshZ
v
PvPaNPSH
2
LssA
Dimana :
Pv = Tekanan penguapan dari fluida/zat cair pada terperatur cairan di
dalam impeler (N/m2)
................................ (2.26)
14
v= Berat jenis fluida/zat cair pada termperatur cairan di dalam impeler
(N/m3)
a. NPSH yang diperlukan (NPSHR)
(NPSHR) (dalam satuan meter kolom fluida) adalah head tekanan yang
besarnya sama dengan penurunan tekanan di dalam pompa. Grafik NPSHR ini
biasanya dapat diperoleh dari pabrik pembuat pompa.Sebagai pendekatan dapat
dihitung dengan persamaan berikut
3,0(NPSH R Q.60
n0,5).
Atau : 2g
VaPsPaNPSH R
Dimana :
N = Putaran pompa (rpm)
Q = Kapasitas pompa (m3/det)
Pa = Tekanan atmosfer (N/m2)
Ps = Tekanan ukur (N/m2)
Vs = Kecepatan fluida isap (m/det)
Pv = Tekanan fluida (N/m2)
NPSH tersebut diatas sangat penting untuk dihitung untuk mengecek
kemungkinan terjadinya kavitasi pada instalasi pompa. Syarat agar tidak terjadi
kavitasi adalah:
RA NPSHNPSH
Jadi NPSHA yang tersedia harus lebih besar dari NPSHR yang dibutuhkan pompa.
........... (2.27)
.................................... (2.28)
15
2.3. RECIPROCATING PUMP
2.3.1 Prinsip Kerja
Pompa reciprocating adalah pompa perpindahan positif (positive
displacement pump) yang merubah energi mekanis mesin/motor penggeraknya
menjadi energi aliran fluida dengan menggunakan bagian pompa yang bergerak
bolak-balik (piston/plunger di dalara silinder).
2.3.2. Klasifikasi
Pompa reciprocating dapat diklasifikasikan dalam berbagai tinjauan.
1) Berdasarkan gerakannya (action)
a. Single Acting Pump
b. Double Acting Pump
2) Berdasarkan tekanannya
a. Low Pressure Pump ( < 5 arm.)
b. Medium Pressure Pump ( 5 ~ 50 atm.)
c. High Pressure Pump ( > 50 atm.)
3)Berdasarkan kapasitasnya
a. Low Capacity Pump (< 20 mVjam)
b. Medium Capacity Pump (20-60 mVjam)
c. High Capacity Pump (> 60 m3/jam)
4) Berdasarkan putarannya (Rpm)
a. Low Rpm Pump (< 80 Rpm )
b. Medium Rpm Pump (80 ~ 150 Rpm)
c. High Rpm Pump (150-350 Rpm )
d. Extra-High Rpm Pump (350 ~ 750 Rpm)
5) Berdasarkan fluida yang dipompa
a. Water Pump
b. Oil Pump
c. Fuel Pump
d. Dsb.
6) Berdasarkan konstruksinya
a. Torak / Plunger Pump
b. Simplex, Duplex, Triplex Pump
16
c. Vertical, Inclined, Horizontal Pump
7) Berdasarkan cara menggerkarmya
a. Power Pump
b. Direct Acting Pump
2.3.3. Single Acting Pump
Piston/plunger digerakkan tidak langsung oleh prime-mover,
melainkan melalui mekanisme engkol
Gambar 2.7 Skema Single acting - Power PumpSumber : Nouwen 1994
Pada saat piston bergerak ke kanan akan terjadi langkah isap, dan
sebaliknya bergerak ke kiri terjadi langkah tekan/buang. Pada saat mula langkah
isap hanya udara yang terisap dan permukaan cairan di dalam pipa isap akan
makin naik, kemudian campuran cairan dan udara, selanjutnya cairan saja. Pada
umunya pada pipa isap dilengkapi dengan vacuum-chamber dan pada pipa
tekan/buang dilengkapi air-chamber.
Tinggi fluida dapat naik daiam pipa isap dalam satu siklus adalah:
Pa = Ps + Y.hs........................................................................(2.29)
ppp
asa
s
P
1
.PV
A.S1
PY
1
Y
PPh
Jika pp = pa, maka:...............................................................(2.30)
A.S
P1Y
Ph
p
as
17
Dimana:
Vp = Volume pipa isap yang tidak ditempati fluida sebelum dihubungkan
dengan silinder melalui klep isap (m3)
pp = Tekanan dalam pipa isap sebelum dihubungkan dengan silinder
melalui klep isap (N/ m2)
S = Stroke/panjang langkah (m)
A = Luas penampang plunger (m2)
Displacement pompa adalah:
dQ = Ads - A.c.dt
Jarak yang ditempuh plunger adalah:
x-r(l-cosß)
Kecepatan sesaat plunger adalah:
c = r.(ω. Sinß
Jadi untuk satu langkah plunger:
180
0
A.SβA.r.sinβ.rQ
Maka kapasitas teoritis pompa adalah:
/detm60
nA.S.zQ 3 .......................................(2.31)
Dimana:
Z = jumlah piston
n = putaran (rpm)
Kapasitas aktual pompa adalah:
Qact = nv.Qt (m3/det).........................................................(2.32)
Variabilitas aliran adalah:
43,1πQ
Qδratarata
maxv
........................................................(2.33)
18
2.3.4. Double Acting Pump
Gambar 2.8 : Skema pompa kerja gandaSumber: Nouwen 1994
Pada saat torak/piston bergerak ke kanan katup isap bagian dari kanan
tertutup, sedangkan katup isap bagian kiri terbuka maka air masuk pada katup isap
bagian kiri begitu juga sebalik nya katup buang kiri tertutup dan air keluar pada
katup buang kanan. Dan torak atau piston bergerak ke kiri, sehingga pompa
kerjaganda ini mampu mentransportasi air secara terus menerus. Apabila pompa
ini bekerja ganda artinya bila pompa menghisap pada satu sisi torak, zat cair di
balik torak akan di kempa ke seluruh kempa. Maka dari itu aliran zat cair mengalir
secara teratur bila di bandingkan dengan keadaan pompa kerja tunggal.
b. Menurut Kapasitas.
1. Pompa yang berkapasitas rendah (< 20 m3/jam)
2. Pompa yang berkapasitas medium (20-60 m3/jam)
3. Pompa yang berkapasitas tinggi (> 60 m3/jam)
c. Menurut cara pergerakan pompa
1. Pompa yang digerakan secara tidak langsung (a power pump)
2. pompa yang di gerakan langsung (a direct acting pump)
2.3.5 Dimensi Dasar Pompa Torak
Dalam menghitung diameter silinder pompa torak yang berdasarkan pada
kecepatan piston [Khetagurov,1974] maka diameer pompa adalah:
D= . . =..............................................................................................(2.34)
19
Untuk menentukan panjang langkahnya, maka:= , = . .............................................................................(2.35)
Nilai = dapat di lihat pada tabel (2.2)
Dimana :
Cm = mean piston velocity (m/dt), nilai Cm dapat dilihat pada tabel (2.1)
K = koefisien Langkah Tekan
= Efisiensi volumeterik, nilai dapa tdilihat pada tabel (2.1)
Nilai untuk koefisien langkah tekan (k) sudah ditentukan sebagai berikut:
Simplex single acting k=1
Simplex double acting k =2
Untuk menentukan putaran engkol pompa yang tepat supaya proses hisapnya
menjadi normal untuk pompa cairan yang kekentalannya bermacam macam dapat
dilihat pada tabel (2.1), (2.2) di bawah ini:
Tabel 2.11 efisiensi Volumetrik dan rata rata kecepatan piston menurut jenis dan
diameter pompa.
Type and cylinder of pump Volumetric eficinci Mean Piston Velocity
(Cm) m/dtNew pump Used Pump
Low capacity power pump 50 mm 0,85 to 0,95 0,8 to 0,85 0,2 to 0,5
Medium Capacity power 0,90 to 0,97 0,85 to 0,92 0,5 to 0,9
Pump 50 – 150 mm
High capacity power pumps 0,95 to 0,99 0,9 to 0,95 1 to 2
Over 150 mm
Direct acting pump 0,96 to 0,99 0,92 to 0,95 0,2 to 0,7
Hand pumps 0,90 to 0,95 0,85 to 0,9 0,05 to 0,15
Hand fire pump 0,95 to 0,99 0,80 to 0,95 0,3 to 0,5
Sumber : [Khetagurov 1974]
20
Tabel 2.12 Putaran poros dan tipe pompa
Type of pump N ,rpm =Low speed power pumps From 40 to 80 2,5 to 2,0
Moderate speed power pumps From 80 to 90 2.0 to 1,2
High speed power pump From 150 to 350 1,2 to 0,5
Extra high speed power pumps From 350 to 750 0,5 to 0,2
Direct acting pumps From 25 to 130 1,75 to 1,0
Hand pumps From 20 to 45 2,0 to 0,8
Hand fire pumps From 30 to 60 3,5 to 2,5
Sumber : [Khetagurov 1974]
2.4 Sistem Perpipaan
Sistem perpipaan sangat penting bagi sistem air bersih dimana sistem
perpipaan merupakan media untuk mengalirkan air. Pada sistem air bersih sistem
perpipaan meliputi pipa transmisi, pipa distribusi, perlengkapan pipa (valves,
fittings, flanges, dll)
2.4.1 Sistem Transmisi Air Bersih
Sistem transmisi air adalah sistem yang berfungsi mengalirkan air dari
sumber air menuju titik awal distribusi/reservoir. Perencanaan pipa transmisi
diusahakan lurus/tanpa belokan tajam, karena akan menambah head loss.
2.4.2 Sistem Distribusi Air bersih
Sistem distribusi air adalah sistem yang langsung berhubungan dengan
konsumen, yang mempunyai fungsi pokok mendistribusikan air yang telah
memenuhi syarat ke seluruh daerah pelayanan. Sistem ini meliputi unsur
perpipaan dan perlengkapan, tekanan yang tersedia, sistem pemompaan (bila
diperlukan), dan reservoir distribusi (Damanhuni, 1989).
2.4.3 Jenis-Jenis Pipa
Secara umum jenis-jenis pipa yang digunakan pada sistem transmisi dan
distribusi adalah :
1. Cast iron
2. Baja (steel)
3. Beton (concrete),
21
4. Asbestos cement
5. Plastic
a. low density polythene pipe (LDP)
b. high density polythene pipe (FIDP)
6. Polyvinyl Chloride Pipe (PVC /Unplasticed)
2.4.4 Katup dan Sambungan (Valves and Fittings)
Sistem perpipaan air mencakup beberapa perlengkapan sebagai bagian dari
sistem perpipaan. Katup, sambungan, dan perlengkapan-perlengkapan lain
dgunakan di dalam sistem perpipaan untuk mencapai beberapa kriteria dari
operasi perpipaan. Katup bisa digunakan untuk menghubungkan antara jalur
perpipaan dan fasilitas penampungan begitu pula antara sistem pemompaan
dengan tangki penampungan. Menurut (Soegiharto) pengertian katup sendiri
adalah komponen yang dapat digunakan untuk membuka, menutup, mengurangi,
mengontrol, menstabilkan fluida terhadap suhu, tekanan dan melindungi peralatan
proses dari kerusakan. Ada banyak jenis katup, dimana setiap katup mempunyai
fungsi khusus masing-masing, yang dapat dilihat pada tabel berikut.
22
Tabel 2.13 Jenis katup beserta fungsinya.
No. Jenis Katup Fungsi Katup1. Katup Gerbang
(Gate Valve)Membuka atau menutupaliran, dapat terbukasebagian atauseluuruhnya. Namunsebaiknya tidak untukmengatur aliran.
2. Katup Globe(Globlve)
Membuka atau menutupaliran sepenuhnya.
3. Katup Sudut(Angle Valve)
Mengatur aliran
4. Katup Bola (BallValve)
Membuka atau menutupaliran sepenuhnya.
5. Katup Sumbat(Plug Valve)
Membuka atau menutupaliran sepenuhnya.
6. Katup Jarum(Needle Valve)
Mengatur aliran.
7. Katup Diafragma(DiaphargmValve)
Mengatur, membukamaupun menutup aliran.Menghasilkan alirantanpa riak.
8. Katup Cek(Check Valve)
Mencegah aliran balik.
9. Katup Pengatur(Control Valve),terdapat duajenis yaitu SwingCheck Valve danHorizontal LiftCheck Valve
Mengatur tekanan, dimanatekanan dikurangi danuntuk menjaga terustekanan tertentu padabagian yang lebih kecil.
10. Katup kupu-kupu(Buterfly Valve)
Mengatur aliran.
11. Katup PelepasUdara (Air ReliefValve)
Untuk melepaskan udarayang terperangkap didalam aliran danmencegah terbentuknyakantung udara.
12. Katup PelepasTekanan(Pressure ReliefValve)
Untuk melindungi fasilitasdan sistem perpipaan darikelebihan tekanan sistemakibat gangguan yangterjadi pada sistem.
Sumber : (Raswari, 1986 dan T. Chrisopher Deckinson, 1999)
23
Sedangkan untuk sambungan umumnnya adalah menggunakan siku
(elbow) dan T (tee). Tee di bagi menjadi dua yaitu tee plane dan tee-Y, seperti
pada gambar 2.11. Untuk tabel panjang ekuivalen katup dan sambungan, akan
dilampirkan disini.
Tabel 2.14 Panjang Equivalen dari katup dan sambunganDeskripsi L/D
Katup Gerbang 8
Katup Globe 340
Katup Sudut 55
KatupBola 3
Katup sumbat 18
Katup Cek Berayun 90
Katup Cek Angkat 100
Siku Standar
90° 30
45° 16
90° dengan radius panjang 16
T standar
Melalui jalur utama 20
Melalui cabang 60
24
Gambar 2.14 Jenis - jenis tee
Sumber: (www.azpartsmaster.com dan www.atibaba.com
2.4.5 Pembesaran dan Pengecilan Pipa
Pembesaran dan pengcilan pipa ikut menyumbang losses dalam
bentuk minor losses. Dimana pembesaran ataupun pengecilan pipa
dapat dibedakan menjadi dua yaitu pembesaran dan pengecilan secara
tiba-tiba ataupun pembesaran dan pengcilan secara gradual (membentuk
sudut).
Gambar 2.15 Pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba
Sumber : (Menon, E.S, 2005)
24
Gambar 2.14 Jenis - jenis tee
Sumber: (www.azpartsmaster.com dan www.atibaba.com
2.4.5 Pembesaran dan Pengecilan Pipa
Pembesaran dan pengcilan pipa ikut menyumbang losses dalam
bentuk minor losses. Dimana pembesaran ataupun pengecilan pipa
dapat dibedakan menjadi dua yaitu pembesaran dan pengecilan secara
tiba-tiba ataupun pembesaran dan pengcilan secara gradual (membentuk
sudut).
Gambar 2.15 Pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba
Sumber : (Menon, E.S, 2005)
24
Gambar 2.14 Jenis - jenis tee
Sumber: (www.azpartsmaster.com dan www.atibaba.com
2.4.5 Pembesaran dan Pengecilan Pipa
Pembesaran dan pengcilan pipa ikut menyumbang losses dalam
bentuk minor losses. Dimana pembesaran ataupun pengecilan pipa
dapat dibedakan menjadi dua yaitu pembesaran dan pengecilan secara
tiba-tiba ataupun pembesaran dan pengcilan secara gradual (membentuk
sudut).
Gambar 2.15 Pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba
Sumber : (Menon, E.S, 2005)
25
Tabel 2.16 Koefisien pembesaran pipa secara tiba-tiba
A1/A2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Cc 0.585 0.624 0.632 0.643 0.695 0.681 0.712 0.755 0.813 0.892 1.000
Sumber : (Menon, E.S,2005)
Tabel 2.17 Koefisien pengecilan pipa secara tiba-tiba
A1/A2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Cc 0.50 0.48 0.45 0.41 0.36 0.29 0.21 0.13 0.07 0.01 0
Sumber : (Sularso dan Haruo Tahara, 1983)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba dapat dilihat pada
gambar 2.12. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
hf =g
v
Cc 21
1 22
...................………………………(2.49)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara gradual dapat dilihat pada
gambar 2.15. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
hf =
g
vvCc
2
221 ..............………………………(2.50)
Gambar 2.18 Pembesaran atau pengecilan pipa secara gradualSumber : (Menon, E.S, 2005)
25
Tabel 2.16 Koefisien pembesaran pipa secara tiba-tiba
A1/A2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Cc 0.585 0.624 0.632 0.643 0.695 0.681 0.712 0.755 0.813 0.892 1.000
Sumber : (Menon, E.S,2005)
Tabel 2.17 Koefisien pengecilan pipa secara tiba-tiba
A1/A2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Cc 0.50 0.48 0.45 0.41 0.36 0.29 0.21 0.13 0.07 0.01 0
Sumber : (Sularso dan Haruo Tahara, 1983)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba dapat dilihat pada
gambar 2.12. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
hf =g
v
Cc 21
1 22
...................………………………(2.49)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara gradual dapat dilihat pada
gambar 2.15. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
hf =
g
vvCc
2
221 ..............………………………(2.50)
Gambar 2.18 Pembesaran atau pengecilan pipa secara gradualSumber : (Menon, E.S, 2005)
25
Tabel 2.16 Koefisien pembesaran pipa secara tiba-tiba
A1/A2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Cc 0.585 0.624 0.632 0.643 0.695 0.681 0.712 0.755 0.813 0.892 1.000
Sumber : (Menon, E.S,2005)
Tabel 2.17 Koefisien pengecilan pipa secara tiba-tiba
A1/A2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Cc 0.50 0.48 0.45 0.41 0.36 0.29 0.21 0.13 0.07 0.01 0
Sumber : (Sularso dan Haruo Tahara, 1983)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba dapat dilihat pada
gambar 2.12. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
hf =g
v
Cc 21
1 22
...................………………………(2.49)
Pada pembesaran dan pengecilan pipa secara gradual dapat dilihat pada
gambar 2.15. Sehingga head loss dapat dicari dengan :
hf =
g
vvCc
2
221 ..............………………………(2.50)
Gambar 2.18 Pembesaran atau pengecilan pipa secara gradualSumber : (Menon, E.S, 2005)
26
Gambar 2.19 Diagram Koefisien pembesaran pipa secara gradualSumber: (Menon,E.S, 2005)
2.4.6 Reservoir
Reservoir adalah bangunan yang berfungsi untuk mengatasi beban puncak,
menampung air yang telah diolah dan memberi tekanan. Jenis reservoir meliputi :
1. Ground Reservoir
Bangunan penampung air bersih yang terletak di bawah permukaan tanah.
2. Elevated Reservoir
Adalah bangunan penampung air bersih yang terletak di atas tanah dengan
ketinggian tertentu sehingga tekanan air pada titik terjauh masih tercapai.
Volume tanki reservoir yang akan dibuat pada sistem air bersih yaitu :
Vtanki = 30% x Kebutuhan air penduduk ………..........……(2.42)
a. Pipa
Epanet mengasumsikan bahwa pipa selalu penuh setiap saat.
Input :
Diameter pipa (mm)
Panjang pipa (m)
Koefisien kekasaran pipa
Kondisi pipa (open, close, atau terpasang check valve)
Output :
Laju aliran (Flow) (liter/dt)
Kecepatan (Velocity) (m/dt)
Kehilangan tekanan (Head loss) (m)
Friction factor
27
Kehilangan tekanan (head loss) akibat gesekan air dengan dinding pipa pada
Epanet 2.0 dapat dihitung menggunakan persamaan Hazen Williams, Darcy-
Weisbach atau Chezzy-Manning.
a. Persamaan Hazen-Williams
Persamaan Hazen-Williams biasanya dipakai untuk menghitung kerugian
head pada pipa yang relativ panjang, tidak dapat digunakan untuk caiaran selain
air dan hanya untuk aliran turbulen.
HL =871,4852,1
852,1727,4
DC
LQ............……………………..….(2.51)
Dimana:
HL= headloss dalam (m)
Q = debit aliran dalam (liter/dt)
L = panjang pipa dalam (m)
D = diameter pipa dalam (mm)
C = koefisien kekasaran (faktor Hazen-Williams)
28
Tabel 2.20 Koefisien kekasaran pada pipa
Material Hazen-Williams C
(unitless)
Darcy-Weisba
ch (Feet x
103)
Chezzy-Manni
ng(unitles
s)
Cast iron 130 –140
0.85 0.012 –0.015
Concreteorconcretelined
120 –140
1.0 – 10 0.012 –0.017
Galvanized iron
120 0.5 0.015 –0.017
Plastic 140 –150
0.005 0.011 –0.015
Steel 140 –150
0.15 0.015 –0.017
Vatriviedclay
110 0.013 –0.015
Sumber: (Menon,E.S, 2005)
b. Pompa
Data pompa yang dimasukkan adalah kurva pompa, yaitu :
Input :
Laju aliran (flow) (liter/dt)
Head pompa (m)
c. Valve
Valve berfungsi utuk mengatur tekanan atau laju aliran pada titik khusus pada
sistem air.
Input :
Diameter valve (mm)
Tipe valve dan setting sesuai jenis katupnya
Kondisi valve (open close, none)
29
Output :
1. Laju aliran (flow) (liter/dt)
i. Kecepatan (velocity) (m/dt)
ii. Kehilangan tekanan (Headloss) (m)
2. Komponen - Komponen non-fisik
a. Pola Waktu (Time Pattern)
Pola waktu (Time Pattern) berupa kumpulan faktor
pengali yang dapat diaplikasikan sebagai kuantitas yang
bervariasi terhadap waktu.
b. Kurva (Curve)
Kurva adalah objek yang mengandung rangkaian data
yang menjelaskan hubungan antara dua besaran. Kurva pada
Epanet 2.0 terdiri dari :
i. pump curve
ii. head curve
iii. volume curve
iv. efisiensi curve
c. Kontrol (Controls)
Controls adalah pernyatan yang menjelaskan bagaimana
sistem dioperasikan sepanjang waktu. Secara khusus terdiri dari
status dan link yang terpilih sebagai fungsi dan waktu, level air
pada tanki, dan tekanan pada titik terpilih dalam sistem air.
30
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Sistem Pemompaan
`Seperti di bahas sebelum nya unjuk kerja pompa ini di dapatkan dari
daya yang di hasilkan oleh putaran kincir yang dapat menggerakan pompa. Daya
yang di hasilkan kincir air di transmisikan melalui sistem puli menuju ke pompa
torak sehingga dapat menjangkau head pemompaan yang diperlukan. Adapun
sekema dan alat2 yang di perlukan untuk melakukan pengambilan data:
Gambar 3.1 : Skema pengujian pompa Torak
Gambar 3.1 : kincir Air Sudu Lurus penggerak pompa torak
31
3.2 Spesifikasi Pompa
Pompa Yang di gunakan dalam pengujian ini adalah tipe pompa torak
merek Shanchin SCN 30 dengan 3 Plunger. Berikut adalah Spesifikasi nya
Merek : SANCHIN
Type : SCN 30
Dimension : 390 X 320 X 360 mm
Weight : 12 kg
Capacity : 30 L/min
Power Required : 1- 2,2 kw/ 1,5 – 3 Hp
Plunger : 30mm x 3
Max presure : 50 Kg/cm2
Normal Operating Pressure : 20 – 3kg/cm2
3.2 Pengukuran Debit Aliran Air
Adapun tujuan dari pengambilan data ini agar penulis bisa mengetahui
Q kapasitas pemompaan dengan pengaaruh loses di jaringan pipa daripipa ½ ke
pipa ¾.
a. material (per titik pengambilan)
Gambar 3.3: Contoh pengukuran debit air.
Gambar 3.2 :Pompa Shanchin SCN 30
32
- stop kran ball type ¾ ” 2 pcs.
- T ¾ 1 pcs.
- Knee 90 ‘ ¾ “ 1 pcs.
- Pipa ¾ “ 50 cm
- gergaji besi.
- selang flexible ¾” 15 cm
- Gelas ukur
- lem Kubota.- stop watch
b. metode pengukuran
1.tutup keran penstock ( gabung dengan pekerjaan pengukuran debit
penstock).
2. pasang assembly T + keran di 5 titik pengukuran dan biarkan pada
posisi terbuka
3. buka keran penstock ( gabung dengan pekerjaan pengukuran debit
penstock dan rpm berbeban )
4. buka keran atas pada assembly titik 1 dan tutup keran bawahnya.
5.ukur waktu yang diperlukan untuk mencapai volume 2 liter dimulai pada
titik 1.
6.tutup keran atas dan lanjutkan pada titik 2 dst.
3.3 Pengukuran ketinggian (Z) dan Panjang Pipa
a.Material
-gps
-meteran
b. metode pengukuran
1.siapkan alat GPS untuk mencatat ketinggian posisi pompa dan
titik pengujian debit air dan catat kordinat nya
2.Kemudian siapkan alat ukur meteran untuk mengetahui panjang
Pipa
c. Parameter
1.posisi ketinggian dari sea level.
33
2.panjang pipa.
3. data dapat di lihat di tabel hasil pengukuran
3.4 Pengukuran tekanan akibat panjang pipa dan bukaan penstok
a. Material
- 1 buah presure gauge yang suddah
di disain
- 2 buah cek valve di setiap titik
Pengujian
- sock drat ukuran ¼ dan 1/2
- pipa 2 pcs diameter ¼ dan
-gergaji besi.
lem pipa
b. Metode Pengukuran.
1.sama hal nya dengan pengujian data debit air ada 4 kali
pengujian
2. siapkan alat shock drat, chek valve searah pipa utama dan
tegak lurus mengarah ke atas
3. potongan pipa yang di siapkan pasang Presure gauge di atas
pipa T
4.dalam keadaan pompa hidup buka pada pen stock ¼,1/2,3/4,
full
5.kemudian tutp chek valve ke arah pipa utama
6.kemudian baca tekanan yang ada di alat presure gauge
7. lanjutkan pengujian tersebut hingga titik 5-
c. Parameter
- tekanan yang terbaca
- hasi uji bisa di lihat di tabel pengukuran
Gambar 3.3 PresureGauge
34
3.5 Diagram Alir Pengujian
Jika digambarkan dalam bentuk diagram alir,tahapan masing-masing
pengujian akan menjadi:
1. Pengujian debit air, pengujian tekanan pada pipa, pengambilan data
panjang pipa dan elevasi nya
Diagram alir pengujian:
A
Persiapan Alat Uji: 1 unitpompa,,meteran, gps, Stopwatch, presure gauge, gelasukur, chek valve,
Pengujian
Bukaan valve¼ FO
Bukaan valve1/2 FO
Bukaan Valve3/4 FO
Bukaan valveFO
Z1= 1084,2 M
Lp1 =439,5
Z2= 1127,1m
Lp2=900,55m
Z3= 1176,9m
Lp3=1301,16m
Z4=1222,5m
Lp4=1388,42mm
Pencatatan data:Q pemompaan.......?P......?
Mulai
Z5=1234.5m
Lp4=1234.5mm
35
A
Pengolahan data Daya Pemompaan?
Pp = .g. Q. Hp
Head pompa?HP= Hd-HS
ηm =
Analisa Grafik
Kesimpulan
Stop
Plot Grafik