bab iv hasil penelitan dan pembahasan 4.1...

BAB IV

HASIL PENELITAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Performance Alat Penjernih Air Sistem Gravitasi

Penelitian ini menitikberatkan pada parameter-parameter yang diperlukan

dalam perencanaan sistem distribusi air bersih, yakni: diameter pipa, kecepatan

aliran, kapasitas air, tekanan, perhitungan Head dan daya pompa dihitung

dengan menggunakan persamaan-persamaan analitik yang di contohkan

berupan :

Q = 222111 AVAV = konstan ......................... (1)

dimana : ρ1 = kerapatan fluida (kg/m3)

V 1,2 = kecepatan aliran fluida dititik 1 dan 2 (m/det)

A 1,2 = luas penampang pipa (m2)

Q = kapasitas aliran (liter/det)

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus mencari volume tabung alat

penjernih air sistem gravitasi :

Dik : π = 3,14.

r = 2 inci

r = 50,8 mm

r = 0,05 m

t = 2 m

Dit : Volume = ....... ?

Peny :

V = π r2xt.

V = 3,14 x (0,05)2 x 2 m

V = 3,14 x 0,0025 x 2 m

V = 0,0157 Liter

Setelah diketahui volume tabung, kemudian dilanjutkan dengan mencari

kapasitas aliran.

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus pertama yaitu perhitungan

kapasitas aliran (Q) :

1. Untuk Pengujian 1 :

Dik : ρ1 = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157

V1 = 25,33 m/det

A1 = 0,5 inci = 0,0125 m

Dit : Q1 = ....?

Peny :

Q1 = ρ1 x V1 x A1

= 63,7 kg/m3 x 25,33 m/det x 0,0125 m

= 20,17 Liter/detik


Dik : ρ2 = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157

V2 = 16,27 m/det

A2 = 0,5 inci = 0,0125 m

Dit : Q2 = ....?

Peny :

Q2 = ρ2 x V2 x A2

= 63,7 kg/m3 x 16,27 m/det x 0,0125 m

= 12,95 Liter/detik


Dik : ρ3 = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157

V3 = 16,87 m/det

A3 = 0,5 inci = 0,0125 m

Dit : Q3 = ....?

Peny : Q3 = ρ3 x V3 x A3

= 63,7 kg/m3x 16,87 m/det x 0,0125 m

= 13,43 Liter/detik


Dik : ρ4 = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157

V4 = 16,69 m/det

A4 = 0,5 inci = 0,0125 m

Dit : Q4 = ....?

Peny :

Q4 = ρ4 x V4 x A4

= 63,7 kg/m3 x 16,69 m/det x 0,0125 m

= 13,29 Liter/detik


Dik : ρ5 = 63,7 kg/m3 ρ=m/v, ρ=1/0,0157

V5 = 25,95 m/det

A5 = 0,5 inci = 0,0125 m

Dit : Q5 = ....?

Peny :

Q5 = ρ5 x V5x A5

= 63,7 kg/m3 x 25,95 m/det x 0,0125 m

= 20,66 Liter/detik

Tabel 3 : Data Hasil Perhitungan Kapasitas Aliran

1 63,7 25,33 0,0125 20,1690125

2 63,7 16,27 0,0125 12,9549875

3 63,7 16,87 0,0125 13,4327375

4 63,7 16,69 0,0125 13,2894125

5 63,7 25,95 0,0125 20,6626875

Untuk fluida incompressible, dimana besarnya adalah konstan, maka

Besarnya diameter pipa (D) adalah :

a. Pipa untuk penyalur air dari mesin dap ke head adalah pipa pvc dengan

diameter 0,0127 m

b. Pipa untuk tabung filter alat penjernih air dengan diameter 0,1016 m

Menurut (Fox dan McDonal, 1987) Setelah diketahui besarnya diameter

nominal pipa, kemudian dihitung pula kecepatan aliran berdasarkan diameter

dalam pipa (DI) sebagai berikut :

V = 2

I

2 D)0254,0(

)1000/Q(4

= 1,9735

2

ID

Q ......................... (2)

dimana : D = diameter pipa (inch)

Q = kapasitas aliran (liter/det)

V = kecepatan aliran (m/det)

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kedua yaitu perhitungan

kecepatan aliran (V) :


Dik : Q1 = 20,17 Liter/detik

DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m

Dit : V1 = ....?

Peny :

V1 = 1,9735

2

1

ID

Q

V1 = 1,9735 2)1016,0(

20,17

V1= 1,9735 01032256,0

20,17

V1 = 1,9735 x 1953,97

V1 = 3856,16 Liter



DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m

Dit : V2 = ....?

Peny : V2 = 1,9735

2

Q2

ID

V2 = 1,9735 2)1016,0(

12,95

V2= 1,9735 01032256,0

12,95

V2 = 1,9735 x 1254,53

V2 = 2475,82 Liter



DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m

Dit : V3 = ....?

Peny :

V3 = 1,9735

2

Q3

ID

V3 = 1,9735 2)1016,0(

13,43

V3= 1,9735 01032256,0

13,43

V3 = 1,9735 x 1301,03

V3 = 2567,59 Liter



DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m

Dit : V4 = ....?

Peny :

V4 = 1,9735

2

Q4

ID

V4 = 1,9735 2)1016,0(

13,29

V4 = 1,9735 01032256,0

13,29

V4 = 1,9735 x 1287,47

V4 = 2540,82 Liter



DI = 4 inch = 101,6 mm = 0,1016 m

Dit : V5 = ....?

Peny :

V5 = 1,9735

2

Q5

ID

V5 = 1,9735 2)1016,0(

20,66

V5 = 1,9735 01032256,0

20,66

V5 = 1,9735 x 2001,44

V5 = 3949,84 Liter .

Tabel 4 : Data Hasil Perhitungan Kecepatan Aliran

No v (m/det) Q (Liter/det) Di (Inch) Di² (Inch) V (Liter)

1 1,9735 20,17 0,1016 0,01032256 3856,16504

2 1,9735 12,95 0,1016 0,01032256 2475,822374

3 1,9735 13,43 0,1016 0,01032256 2567,590307

4 1,9735 13,29 0,1016 0,01032256 2540,82466

5 1,9735 20,66 0,1016 0,01032256 3949,844806

4.2. Persamaan Energi

Persamaan energi dihasilkan dari penerapan prinsip kekekalan energi pada

fluida. Energi yang dimiliki oleh suatu fluida yang mengalir terdiri dari energi

dalam dan energi akibat tekanan, kecepatan dan kedudukan (letak ketinggian).

a. Head Loss

Head loss adalah kerugian head pada aliran karena gesekan fluida pada

dinding pipa yang mempunyai luas penampang tetap, maupun disebabkan oleh

adanya perubahan luas penampang pipa, adanya katup-katup, belokan-belokan,

percabangan dan lain-lain. Head loss atau kerugian head ini dapat dibagi

menjadi 2 kelompok, yaitu :

1. Major Loss

2. Minor loss

Dalam penelitian ini di titik beratkan pada major loss karena alat penjernih

air sistem gravitasi yang di buat serta di teliti tidak mempunyai perbedaan

penampang atau saringan (filter).

1. Major loss

(hL) Menurut rumusan Darcy Weisback besarnya major loss dapat

dinyatakan dengan rumus (Fox dan McDonal, 1987) :

Lh = f D81,90254,02

LV 2

= 2,0066 f

D

LV 2

Dimana : Lh = major loss (m)

f = faktor gesekan fungsi Reynolds number

L = panjang pipa (m)

ID = diameter pipa bagian dalam (inch)

V = kecepatan aliran fluida (m/det2

)

= percepatan gravitasi (9.81 m/det2

)

Sehingga dengan memasukkan nilai tersebut di atas maka persamaan

diatas menjadi :

Re = V ID ............................................... (3)

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus ketiga yaitu perhitungan major

loss (Re) :

1) Untuk Pengujian 1 :

Dik : V1 = 3856,16 Liter

DI = 0,1016 m

Dit : Re = ....?

Peny :

Re = V1 x DI

= 3856,16 Liter x 0,1016 m

= 391,79 Liter/m


Dik : V2 = 2475,82 Liter

DI = 0,1016 m

Dit : Re = ....?

Peny :

Re = V2 x DI

= 2475,82 Liter x 0,1016 m

= 251,54 Liter/m


Dik : V3 = 2567,59 Liter

DI = 0,1016 m

Dit : Re = ....?

Peny :

Re = V3 x DI

= 2567,59 Liter x 0,1016 m

= 260,87 liter/m


Dik : V4 = 2540,82 Liter

DI = 0,1016 m

Dit : Re = ....?

Peny :

Re = V4 x DI

= 2540,82 Liter x 0,1016 m

= 258,15 Liter/m


Dik : V5 = 3949,84 Liter

DI = 0,1016 m

Dit : Re = ....?

Peny : Re = V5 x DI

= 3949,84 Liter x 0,1016 m

= 401,30 Liter/m

Tabel 5 : Data Hasil Perhitungan Major Loss

No V (Liter) Di (Inch) Re (Liter/m)

1 3856,16 0,1016 391,785856

2 2475,82 0,1016 251,543312

3 2567,59 0,1016 260,867144

4 2540,82 0,1016 258,147312

5 3949,84 0,1016 401,303744

4.3. Head Pompa

Adapun rumus menghitung head pompa adalah sebgai berikut :

HP = (Z2 – Z1) + 2g

V2

2 + HL(1-2) .........................................................(4)

dimana: Hp = head total pompa (m).

Z1 dan Z2 = Ketinggian titik 1 dan 2 (m)

V1,2 = Kecepatan fluida di titik 1 dan 2 (m/det)

g = gravitasi (m/det2)

∑ HL(1,2) = Jumlah kedua head loss (m)

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus keempat yaitu perhitungan

Head Total Pompa (Hp) :

Dik : Z1 = 50 cm = 0,5 m

Z2 = 150 cm = 1,5 m

V2 = 2475,82 liter

g = 9,8 m/det

∑HL = 120 cm = 1,2 m

Dit : Hp = ....?

Peny :

HP = (Z2 – Z1) + 2g

V2

2 + HL(1-2)

HP = (1,5 – 0,5) + 9,8 x 2

) 2475,82( 2

+ 1,2

HP = 1 + 19,6

6129684,7 + 1,2

HP = 1 + 312739,02 + 1,2

HP = 312741,22 Meter

4.4. Daya Pompa

Adapun rumus menghitung daya pompa adalah sebgai berikut :

Pp = γ Q Hp ......................................................................................(5)

Dimana : Pp = daya pompa (Watt)

= g = kerapatan fluida (kg/m3) x gravitasi (m/det2)

= berat jenis fluida (kg/m2det2)

Q = kapasitas air atau debit air (liter/det)

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kelima yaitu perhitungan Daya

Pompa (Pp) :

Dik : = g = 1 x 9,8 = 9,8 m/det

Q = 12,95 Liter/detik

Hp = 312741,22 m

Dit : Pp = ....?

Peny :

Pp = γ Q Hp

Pp = 9,8 m/det x 12,95 Liter/det x 312741,22 m

Pp = 126,91 x 312741,22

Pp = 39689988,2 Watt

4.5. Aliran Dalam Saluran Terbuka

Saluran terbuka adalah saluran di mana cairan mengalir dengan

permukaan bebas yang terbuka tserhadap tekanan atmosfir. Aliran itu

disebabkan oleh kemiringan saluran dan permukaan cairannya.

4.6. Aliran Lamier

Aliran lamier akan terjadi dalam aliran saluran terbuka untuk harga-harga

bilangan Reynolds RE yang besarnya 2000 atau kurang. Aliran bisa menjadi

lamier sampai ke RE = 10.000. Untuk aliran saluran terbuka, RE = 4 RV/v, di

mana R adalah jari-jari hidraulik.

Faktor Gesekan : dapat ditentukan secara matematis untuk aliran linier, tetapi

tak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi f dengan bilangan

Reynolds yang tersedia untuk aliran turbulen. Selanjutnya, Nikuradse dan lain-

lainnya telah menemukan bahwa kekasaran relatif pipa (perbandingan ukuran

ketidaksempurnaan permukaan € terhadap garis tengah sebelah dalam pipa)

mempengaruhi juga harga f , untuk aliran linier di semua pipa untuk semua

fluida harga f adalah :

f = 64/RE ........................................................................ (6)

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus keenam yaitu perhitungan

Faktor gesekan (f) :

f = 64 / RE

f = 64 / 39689988,2

f = 0,00000161

KOEFISIEN C dapat diperoleh dengan menggunakan salah satu dari

pernyataan berikut :

𝑪 = √𝟖𝒈

𝒇............................................. (7)

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus ketujuh yaitu perhitungan

Koefesien C :

𝑪 = √𝟖𝒈

𝒇

𝑪 = √𝟖 𝒙 𝟗, 𝟖

0,00000161

𝑪 = √𝟕𝟖, 𝟒

0,00000161

𝑪 = 𝟒𝟖𝟔𝟗𝟓𝟔𝟓𝟐, 𝟐

𝑪 = 𝟔𝟗𝟕𝟖, 𝟐𝟑 M1/2/dtk

HEAD TURUN (hL), yang dinyatakan dalam suku-suku rumus Manning, adalah

ℎ𝐿 = 𝑉𝑛

𝑅2/3 2L, menggunakan S = hL/L...............(8)

untuk aliran tak merata (berubah-ubah), harga rata-rata dari V dan R biasa

digunakan dengan ketelitian yang masuk akal. Untuk sebuah saluran yang

panjang, harus digunakan panjang saluran yang pendek di mana perubahan-

perubahan kedalamannya kira-kira sama besarnya.

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kedelapan yaitu perhitungan S :

S = hL / L

S = 1,2 / 2

S = 2,4 m

RUMUS CHEZY : untuk aliran mantap yang merata, adalah :

𝑉 = 𝐶√𝑅𝑆............................................................... (9)

Dimana : V = kecepatan rata-rata dalam m/dtk,

C = koefisien M1/2/dtk

R = jari-jari hidraulik

S = kemiringan dari permukaan air atau dari gradien energi atau

dari gradien energi atau dari dasar saluran; garis-garisnya

sejajar untuk aliran mantap yang merata.

Berikut ini adalah penyelesaian dari rumus kesembilan yaitu perhitungan V :

𝑉 = 𝐶√𝑅𝑆

𝑉 = 6978,23 0,05 𝑥 2,4

𝑉 = 6978,23 0,12

𝑉 = 6978,23 𝑥 0,35

𝑉 = 2442,38 m/detik

bab iv hasil penelitan dan pembahasan 4.1...

Documents