pengaruh rasio kedalaman pipa terendam terhadap kinerja
TRANSCRIPT
i
PENGARUH RASIO KEDALAMAN PIPA TERENDAM TERHADAP
KINERJA AIRLIFT PUMP
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan
Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh :
DAVID FRANSISKUS SIMARMATA
NIM : 165214130
PRODI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE EFFECT OF SUBMERGED PIPE DEPTH RATIO TO AIRLIFT
PUMP PERFORMANCE
FINAL PROJECT
Presented As Partial Fullfilment of the Requirement To
Obtain the Engineering Degree
In Mechanical Engineering
Arranged by :
DAVID FRANSISKUS SIMARMATA
Student Number : 165214130
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
UNIVERSITY OF SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
ABSTRAK
Airlift pump memiliki permasalahan yaitu berupa rendahnya efisiensi dan laju aliran
massa air yang dihasilkan daripada pompa lainnya. Rasio terendam merupakan
salah satu faktor yang mempengaruhi efisiensi dan laju aliran massa air. Tujuan
penelitian untuk mengetahui pengaruh rasio terendam terhadap efisiensi dan laju
aliran massa air yang dihasilkan. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental
dengan membuat ketinggian pipa terendam 50 cm dan ketinggian pipa tidak
terendam 150 cm, 125 cm, 100 cm, 75 cm, dan 50 cm. Penelitian menggunakan
kompresor dan dilakukan di laboratorium. Variabel yang divariasikan pada
penelitan ini adalah (1) Variasi rasio terendam 1 : 3, 2 : 5, 1 : 2, 2 : 3, 1 : 1. (2)
Variasi perbedaan tekanan pada orifice 1 cm, 1,5 cm dan 2 cm. (3) Variasi diameter
pipa 1 in dan ¾ in. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, efisiensi terbesar yaitu
28,524 % diperoleh pada rasio terendam 1 : 1 dengan diameter pipa 1 inchi serta
laju aliran massa udara sebesar 3,78 × 10−5 kg/s. Laju aliran massa air terbesar
yaitu 1,336 × 10−1 kg/s atau sebesar 8,016 l/m yang diperoleh pada rasio terendam
1 : 1 dengan diameter pipa 1 inchi serta laju aliran massa udara sebesar 5,34 × 10−5
kg/s. Penelitian ini menunjukkan semakin meningkatnya rasio perendaman, maka
akan meningkat juga efisiensi serta laju aliran massa air pada airlift pump.
Kata Kunci : airlift pump, rasio terendam, laju aliran massa air, efisiensi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
ABSTRACT
Airlift pumps have problems in the form of lower efficiency and mass flow rate of
water produced than other pumps. Submerged ratio is one of the factors that
influence the efficiency and mass flow rate of water. The purpose of this study was
to determine the effect of the submerged ratio on the efficiency and mass flow rate
of water produced. This study uses an experimental method by making the height
of the submerged pipe 50 cm and the height of the submerged pipe 150 cm, 125 cm,
100 cm, 75 cm and 50 cm. Variables that are varied in this research are (1) Variation
of submerged ratios of 1: 3, 2: 5, 1: 2, 2: 3, 1: 1. (2) Variation of pressure differences
in orifice 1 cm, 1.5 cm and 2 cm. (3) Variations in pipe diameter of 1 in and ¾ in.
Based on research conducted, the greatest efficiency of 28.524% was obtained at a
submerged ratio of 1: 1 with a 1 inch diameter pipe and an air mass flow rate of
3,78 × 10−5 kg/s. The largest mass water flow rate is 1,336 × 10−1 kg/s or equal
to 8,016 l / m obtained at a submerged ratio of 1: 1 with a pipe diameter of 1 inch
and an air mass flow rate of 5,34 × 10−5 kg/s. This study shows the increasing
immersion ratio, it will also increase efficiency and water mass flow rate at the
airlift pump.
Keywords: airlift pump, submerged ratio, water mass flow rate, efficiency
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................................... i
TITTLE PAGE.................................................................................................................. ii
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................................ iii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................. iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ........................................... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ........................................ vi
ABSTRAK ....................................................................................................................... vii
ABSTRACK ................................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ...................................................................................................... ix
DAFTAR ISI…………………………………………............………………….xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................ 2
1.3 Tujuan ................................................................................................................ 2
1.4 Manfaat ............................................................................................................. 3
1.5 Batasan Masalah .............................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................................... 4
2.1 Penelitian Sebelumnya ...................................................................................... 4
2.2 Landasan Teori ................................................................................................. 5
2.2.1 Pompa ......................................................................................................... 5
2.2.2 Airlift pump ................................................................................................. 6
2.2.3 Rasio Terendam ........................................................................................ 10
2.2.4 Orifice ....................................................................................................... 11
2.2.5 Plate Orifice .............................................................................................. 13
2.2.6 Jenis Orifice Plate ..................................................................................... 22
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................................ 27
3.1 Objek Penelitian .............................................................................................. 27
3.2 Variasi Penelitian ............................................................................................ 29
3.3 Metode Penelitian ............................................................................................ 29
3.4 Alur Penelitian ................................................................................................ 29
3.5 Alat dan Bahan ................................................................................................ 31
3.5.1 Alat yang digunakan ................................................................................. 31
3.5.2 Alat ukur yang digunakan ......................................................................... 31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
3.5.3 Bahan yang digunakan .............................................................................. 32
3.6 Proses Pembuatan ........................................................................................... 33
3.7 Cara Pengambilan Data ................................................................................. 34
3.8 Cara Memperoleh Data .................................................................................. 35
3.9 Cara Melakukan Pembahasan ....................................................................... 35
3.10 Cara Pembuatan Kesimpulan dan Saran ..................................................... 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................ 36
4.1 Data Penelitian ................................................................................................ 36
4.2 Hasil Perhitungan ........................................................................................... 39
4.3 Pembahasan ..................................................................................................... 43
4.3.1 Hubungan efisiensi dengan rasio terendam ............................................... 44
4.3.2 Hubungan laju aliran massa air dengan rasio terendam ............................ 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 52
5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 52
5.2 Saran ................................................................................................................ 54
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 55
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan Jenis Alat Ukur Laju Aliran ............ 12
Tabel 4.1 Data penelitian pada rasio terendam 1 : 3 .................................... 36
Tabel 4.2 Data penelitian pada rasio terendam 2 : 5 .................................... 36
Tabel 4.2 Data penelitian pada rasio terendam 2 : 5 (Lanjutan) .................. 37
Tabel 4.3 Data penelitian pada rasio terendam 1 : 2 .................................... 37
Tabel 4.4 Data penelitian pada rasio terendam 2 : 3 .................................... 38
Tabel 4.5 Data penelitian pada rasio terendam 1 : 1 .................................... 38
Tabel 4.6 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 1 : 3 ............................. 43
Tabel 4.7 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 2 : 5 ............................. 43
Tabel 4.8 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 1 : 2 ............................. 43
Tabel 4.9 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 2 : 3 ............................. 44
Tabel 4.10 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 1 : 1 ........................... 44
Tabel 4.11 Hasil perhitungan kenaikan efisiensi ......................................... 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja airlift pump.............................................................. 7
Gambar 2.2 Jenis Gelembung Udara ............................................................... 8
Gambar 2.3 Pompa udara rasio terendam ....................................................... 10
Gambar 2.4 Geometri Orifice plate secara umum ........................................... 11
Gambar 2.5 Orifice meter ................................................................................ 14
Gambar 2.6 Prinsip Kerja Orifice .................................................................... 14
Gambar 2.7 Tekanan Hidrostatis pada manometer ......................................... 15
Gambar 2.8 Diagram Coefficient of Discharge (Cd) ....................................... 18
Gambar 2.9 Diagram Koefisien Orifice (K) .................................................... 19
Gambar 2.10 Permanent Pressure Loss ............................................................ 22
Gambar 2.11 Standard concentric orifice......................................................... 23
Gambar 2.12 Counter bored orifice ................................................................. 23
Gambar 2.13 Eccentric orifice ......................................................................... 24
Gambar 2.14 Quadrant bore orifice ................................................................. 25
Gambar 2.15 Segmental orifice........................................................................ 25
Gambar 2.16 Restriction orifice ...................................................................... 26
Gambar 3.1 Objek Penelitian ........................................................................... 27
Gambar 3.2 Kompressor .................................................................................. 28
Gambar 3.3 Bak Penampung Air ..................................................................... 28
Gambar 3.4 Gentong Air .................................................................................. 29
Gambar 3.5 Alur Penelitian.............................................................................. 30
Gambar 3.6 Orifice meter ................................................................................ 32
Gambar 4.1 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio terendam pada
laju aliran massa udara 3,78 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in
dan (b) ¾ in ...................................................................................................... 45
Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio terendam pada
laju aliran massa udara 4,63 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in
dan (b) ¾ in ...................................................................................................... 45
Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio terendam pada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
laju aliran massa udara 5,34 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in
dan (b) ¾ in ..................................................................................................... 46
Gambar 4.4 Grafik hubungan rasio terendam dengan efisiensi pada
diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾ in ................................................................... 47
Gambar 4.5 Grafik hubungan laju aliran massa air dengan rasio
terendam pada laju aliran massa udara 3,78 𝑥 10−5kg/s dengan
diameter pipa (a) 1in dan (b) ¾in ..................................................................... 48
Gambar 4.6 Grafik hubungan laju aliran massa air dengan rasio
terendam pada laju aliran massa udara 4,63 𝑥 10−5kg/s dengan
diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾in .................................................................... 49
Gambar 4.7 Grafik hubungan laju aliran massa air dengan rasio
terendam pada laju aliran massa udara 5,34 𝑥 10−5kg/s dengan
diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾in .................................................................... 49
Gambar 4.8 Grafik perbandingan rasio terendam dengan laju aliran
massa air pada diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾ in .......................................... 50
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan air minum di zaman ini khususnya di daerah padat penduduk
semakin sulit. Hal ini disebabkan karena keringnya air tanah yang digunakan dalam
skala besar dan tercemarnya air tanah di daerah padat penduduk. Di Indonesia
sendiri selain di daerah padat penduduk, krisis air layak konsumsi ini juga dialami
pada daerah terpencil, khususnya daerah pesisir. Sulitnya mendapat akses air
minum ini, di karenakan berbagai faktor seperti kualitas air tanah yang buruk
ataupun jauhnya sumber air dari pemukiman warga.
Airlift pump adalah salah satu jenis pengembangan pompa yang efektif,
efisien dan minim perawatan untuk menyalurkan air. Sistem pengoperasian airlift
pump, hanya memerlukan udara dengan tekanan yang lebih tinggi daripada cairan
yang yang akan dipompa. Namun dalam beberapa praktiknya, airlift pump ini masih
memiliki permasalahan, berupa rendahnya efisiensi yang dihasilkan.
Ada 2 parameter yang mempengaruhi efisiensi dari airlift pump, yaitu
parameter geometris dan operasional. Parameter geometris di antaranya terdiri dari
tinggi pompa, diameter pipa, dan sistem injeksi udara. Parameter operasional di
antaranya kondisi udara yang disuntikkan dan rasio perendaman (Mahrous, 2013).
Mengatasi permasalahan-permasalahan yang terjadi pada airlift pump, maka
dilakukan modifikasi untuk meningkatkan efisiensi airlift pump.
Airlift pump jenis kompresor adalah jenis airlift pump yang paling
sederhana, namun efisiensi yang dihasilkan jenis ini masih rendah. Efisiensi yang
rendah ini terjadi akibat debit udara yang dihasilkan kompresor masih kecil, hal
tersebut mengakibatkan kecepatan aliran menjadi lambat. Modifikasi dilakukan
untuk meningkatkan efisiensi airlift pump jenis kompresor. (Abou Taleb & Al-
jarrah, 2017) sebelum-nya, yang dilakukan di Saudi Arab Northern Border
University, mengunakan airlift pump jenis kompresor dengan debit udara
maksimum 3,8 m/s. Penelitian ini, menggunakan airlift pump jenis kompresor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
dengan variasi rasio terendam 0,18 sampai 0,49. Hasil airlift pump dengan variasi
rasio terendam 0,49 memiliki efisiensi 19% lebih baik dari rasio terendam lainnya.
Airlift pump memiliki efisiensi dan laju aliran massa air yang lebih kecil
daripada pompa lainnya. Hal itu disebakan belum adanya ketentuan rasio
kedalaman pipa terendam maksimum dan minimum yang pasti untuk menghasilkan
sebuah efisiensi serta laju aliran massa air. Untuk mengembangkan penelitian dan
peningkatan efisiensi serta laju aliran massa air pada airlift pump jenis kompresor,
pada penelitian ini diberikan variasi rasio terendam dan diameter pipa. Penulis ingin
membahas mengenai pengaruh rasio kedalaman pipa terendam terhadap laju aliran
massa air beserta efisiensi dari airlift pump. Diharapkan dalam pengembangan
variasi rasio terendam dapat meningkatkan efisiensi airlift pump.
1.2 Identifikasi Masalah
Identifikasi Masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Belum adanya ketentuan rasio kedalaman pipa terendam maksimum dan
minimum yang pasti terhadap efisiensi.
2. Belum adanya ketentuan rasio kedalaman pipa terendam maksimum dan
minimum yang pasti terhadap laju aliran massa air.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh rasio kedalaman pipa terendam dengan efisiensi pada
airlift pump?
2. Bagaimana pengaruh rasio kedalaman pipa terendam dengan laju aliran
massa air pada airlift pump?
1.4 Tujuan
Tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh rasio kedalaman pipa terendam dengan efisiensi pada
airlift pump.
2. Mengetahui pengaruh rasio kedalaman pipa terendam dengan laju aliran
massa air pada airlift pump.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
1.5 Manfaat :
Manfaat dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Dapat digunakan sebagai sumber informasi bagi masyarakat untuk
mengembangkan kinerja dari airlift pump.
2. Memberikan data untuk pengembangan ilmu pengetahuan tentang airlift
pump.
3. Menambah kepustakaan di bidang pompa khususnya airlift pump.
1.6 Batasan Masalah :
Batasan masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
1. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui debit air dan efisiensi dari tiap
variasi pipa terendam.
2. Lima variasi rasio pipa terendam 1:1, 2:3, 1:2, 2:5, 1:3.
3. Tekanan kompresor yang digunakan sebesar 60 psi.
4. Ketinggian riser tube yang terendam 0.5 m.
5. Fluida yang akan diuji adalah air.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Sebelumnya
(Abou Taleb & Al-jarrah, 2017) melakukan penelitian yang membahas
tentang Airlift pump. Peneliti tersebut berpendapat airlift pump adalah pompa yang
digunakan untuk menaikkan fluida dari sumur atau tangki air melalui sebuah pipa
vertikal. Pipa vertikal tersebut sebagian ketinggian pipanya terendam dan sebagian
tidak. Pada bagian sisi terendam udara dikompresi dan dimasukkan pada bagian
bawah pipa tersebut. Media perantara untuk menaikkan fluida dapat menggunakan
pipa, selang, bambu dan lain-lain. Pada penelitian ini media perantara yang
digunakan adalah selang transaparan sebagai jalur untuk naiknya fluida.
Terdapat beberapa jenis airlift pump, dan salah satu yang paling mudah dan
cepat pembuatan dan penggunaanya adalah air lift pump dengan kompressor
sebagai pendorong fuida (Kassab dkk, 2009). Akan tetapi airlift pump jenis ini
masih memiliki kekurangan dari segi efisiensinya. Salah satu penyebab rendahnya
efisiensi airlift pump adalah debit air yang dihasilkan masih rendah. Oleh sebab itu
dilakukan berbagai penelitian dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi dari
airlift pump.
(Tighzert et al., 2013) melakukan penelitian yang bertujuan untuk
menyelidiki efek dari rasio perendaman, laju aliran massa gas pada laju aliran massa
cairan yang diinduksi, efisiensi dan fraksi void pada Airlift pump. Penelitian ini
dilakukan secara eksperimen dengan melakukan berbagai percobaan dengan
memberi variasi 8 rasio terendam dan percobaan dilakukan dengan menggunakan
pipa riser transparan dengan panjang 3,1 m dan diameter dalam 33 mm. Dari
penelitian tersebut menghasilkan beberapa kesimpulan diantara lain adalah (a) jarak
tertinggi rasio terendam untuk penggunaan sistem pompa udara-lift adalah antara
0,4 dan 0,75 (b) Efisiensi pompa akan meningkat seiring dengan meningkatnya
rasio perendaman. Dalam penelitian tersebut mencapai maksimum di 0,75.
(Korawan, 2019) telah melakukan penelitian tentang Airlift pump yang
bertujuan untuk mengetahui jumlah debit air dan pola aliran yang terjadi pada Airlift
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
pump. Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dengan melakukan berbagai
variasi penelitian terhadap diameter pipa penghantar. Pipa terbuat dari akrilik
dengan panjang 500 mm, pada bagian dasar pipa penghantar dipasang injektor
untuk memasukkan udara bertekanan dengan kapasitas 1,1 liter/menit. Hasil dari
penelitian ini adalah (a) Semakin besar diameter pipa penghantar semakin besar
pula debit air yang dihasilkan (b) Dengan bertambahnya diameter pipa penghantar
dari 16 mm ke 24 mm maka terjadi perubahan pola aliran dua fase dari annular flow
menjadi slug flow.
(Abou Taleb & Al-jarrah, 2017) penelitian tentang airlift pump yang
bertujuan menyelidiki efek rasio perendaman dan selimut udara terhadap
efisiensinya. Penelitian ini melakukan berbagai variasi rasio terendam dengan
selimut udara. Pada selimut udara, variasi yang digunakan adalah variasi jumlah
dan diameter lubang yang berbeda. Variasi Selimut udara berfungsi sebagai
penambah pemasukan udara yang disuntikkan dalam pipa terendam. Dari penelitian
tersebut, dengan variasi rasio terendam 49.2 % memperoleh hasil 20 %. (a) Semakin
kecil kecepatan udara yang disuntikkan maka akan berkurang juga dengan
besarnya rasio perendaman. (b) Semakin besar rasio perendaman dan kecepatan air
maka efisiensi pompa akan semakin besar untuk kecepatan udara yang sama.
Rasio terendam berpengaruh pada besar kecilnya debit air yang keluar dari
selang menuju bak penampung air. Pengaruh tersebut terjadi karena besar kecilnya
laju aliran massa udara berfungsi untuk mendorong fluida keluar. Rasio terendam
berpengaruh juga untuk meningkatkan efisiensi air lift pump. Semakin besar rasio
terendam yang digunakan maka efisiensinya akan semakin besar untuk debit udara
yang sama.
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Pompa
Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk mendistribusikan fluida dari
satu tempat ke tempat lainnya dengan cara memberi tekanan pada fluida tersebut.
Prinsip kerja pompa adalah mengkonversikan energi mekanik menjadi energi
kinetik. Energi mekanik yang diberikan alat tersebut digunakan untuk
meningkatkan kecepatan, tekanan atau elevasi (ketinggian).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
Pada umumnya pompa digerakkan oleh motor, mesin atau sejenisnya.
Banyak faktor yang menyebabkan jenis dan ukuran pompa serta bahan pembuatnya
berbeda, antara lain jenis dan jumlah bahan cairan tinggi dan jarak pengangkutan
serta tekanan yang diperlukan dan sebagainya. Dalam suatu pabrik atau industri,
selalu dijumpai keadaan dimana bahan-bahan yang diolah dipindahkan dari suatu
tempat ketempat yang lain atau dari suatu tempat penyimpanan ketempat
pengolahan maupun sebaliknya.
Pemindahan ini dapat juga dimaksudkan unuk membawa bahan yang akan
diolah dari sumber dimana bahan itu diperoleh. Kita tahu bahwa cairan dari tempat
yang lebih tinggi akan sendirinya mengalir ketempat yang lebih rendah, tetapi jika
sebaliknya maka perlu dilakukan usaha untuk memindahkan atau menaikkan fluida,
alat yang lazim digunakan adalah pompa.
Pemindahan fluida dengan menaikkan tekanan pada pompa adalah untuk mengatasi
hambatan-hambatan yang terjadi, antara lain:
a. Hambatan Kecepatan Hambatan ini terjadi karena aliran fluida didalam tabung
atau pipa mempunyai kecepatan tertentu, maka pompa harus memberikan tekanan
yang diinginkan.
b. Hambatan Gesekan Hambatan ini terjadi pada gesekan sepanjang pipa-pipa yang
dilaluinya.
2.2.2 Airlift pump
Airlift pump adalah salah satu jenis pompa yang digunakan untuk
mendistribusikan fluida dari sumur atau tangki air yang memanfaatkan udara
sebagai sumber pendorong air ke tempat lainnya. Jenis airlift pump paling umum
terdiri dari ketinggian pipa yang tidak terendam dan pipa yang terendam dalam
cairan dan udara disuntikkan kedalam pipa (G.J. Parker ,1980). Airlift pump
beroperasi karena perbedaan berat jenis antara fluida yang disuntikkan dan
campuran udara dengan air di bagian dalam pipa. Injeksi udara ke dalam
menyebabkan berat jenis campuran cairan dalam pipa menjadi mengecil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Gambar 2.1 Prinsip kerja Airlift pump (Makhsud, 2008)
Prinsip kerja airlift pump adalah dengan memanfaatkan udara yang
diperoleh dari kompressor (Husain, 1975). Udara dengan tekanan dan kecepatan
tertentu mengalir melalui pipa udara, dan bergerak mendorong air yang berada
dalam bak penampungan air. Bak penampung air ini dilengkapi dengan katup kaki
yang bekerja atau terbuka pada saat tekanan di dalam tabung rendah (vakum) dan
tertutup pada tekanan tertentu (Reinemann dkk ,1990).
Ketika disuntikkan sejumlah udara dari kompressor, maka air yang berada
dalam bak penampun air terdorong ke atas melalui pipa isap dan mengalir
bersamaan dengan gelembung-gelembung udara hingga keluar pada penampungan
(reservoir) bagian atas. Dari bentuknya, gelembung mempunyai lima macam pola
aliran gelembung. Lima jenis pola aliran gas-cair adalah bubbly flow, slug flow,
semi-annular flow, annular flow, dan mist flow (Morgado dkk., 2016).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.2 Jenis Gelembung Udara (Morgado dkk., 2016)
Pada aliran gelembung (bubbly flow) terdapat gelembung-gelembung gas
yang mempunyai ukuran uniform dan menyebar secara merata dalam pipa, aliran
sumbat liquid (slug flow), terjadi dimana gelembung yang mengalir membentuk
gelembung besar, tatapi masih terdapat gelembung-gelembung kecil terdistribusi di
cairan, pada pola aliran semi-annular flow biasanya terjadi gerakan osilasi sehingga
aliran menjadi tidak stabil, sedangkan pada annular flow terdapat sebagian fase
liquid berfungsi sebagai lapisan tipis di dinding saluran dan sebagian lagi berupa
tetesan yang terdistribusi dalam gas yang mengalir pada bagian tengah pipa, Pada
mist flow terdapat konsentrasi tetesan cairan dalam gas bertambah dan akhirnya
bergabung membentuk gumpalan. Pola gelembung udara dalam tabung dipengaruhi
dengan laju aliran gas. Sedangkan laju aliran debit air dipengaruhi oleh pola aliran
gelembung.
Kelebihan dari airlift pump adalah :
a. Prinsip yang sangat sederhana.
b. Hanya memerlukan udara dengan tekanan yang lebih tinggi daripada cairan yang
yang akan dipompa.
c. Cairan tidak bersentuhan dengan peralatan mekanis.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Kekurangan dari airlift pump adalah :
a. Dalam kasus tertentu, biayanya bisa sangat mahal.
b. Sistem pompa ini hanya cocok digunakan untuk head yang relatif rendah.
c. Karena prinsip kerjanya, banyak udara yang dibutuhkan dalam cairan yang
dalam kasus tertentu, hal ini bisa menimbulkan masalah.
Ada 2 parameter yang mempengaruhi kinerja dari airlift pump, yaitu
parameter geometris dan operasional, parameter geometris di antaranya terdiri dari
tinggi pompa, diameter pipa, dan sistem injeksi udara, sedangkan parameter
operasional di antaranya kondisi udara yang disuntikkan dan rasio perendaman
(Mahrous, 2013). Di samping itu, variabel operasi memiliki efek yang
menyebabkan terjadinya fenomena aliran, seperti ukuran dan bentuk gelembung,
pola aliran dan penurunan tekanan. (Oueslati dan Megriche, 2017).
Efisiensi airlift pump dapat dihitung pada sebuah keadaan perubahan
isotermal. Perubahan isotermal adalah keadaan di mana sistem tetap pada suhu
konstan. Oleh karena itu, dT = 0. Sebuah proses dapat isotermal, jika sistem dapat
bertindak seperti penyerap panas, di mana ia dapat mempertahankan suhu konstan
setelah menyerap panas.
Efisiensi airlift pump dapat dihitung dari rasio perendaman di dalam air
terhadap energy yang tersedia yang disebabkan oleh ekspansi isothermal udara dari
tekanan injector sampai ke tekanan atmosfer (Nicklin,1963) :
𝜂 =𝜌𝑔𝑄𝐿𝐻
𝑃𝛼𝑄𝑔 ln(𝑃𝑖𝑛
𝑃𝛼)
Keterangan :
𝑄𝐿 = Debit air (m³/s)
𝑄𝑔 = Debit udara (m³/s)
H = Head statis (m)
𝜌 = Massa jenis air (kg/m³)
(1)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
g = Percepatan gravitasi (m/s)
𝑃𝑖𝑛 = Tekanan masuk udara (N/m²)
𝑃𝛼 = Tekanan atmosfer (N/m²)
2.2.3 Rasio Terendam
Rasio terendam adalah perbandingan ketinggian antara pipa bagian yang
terendam dengan ketinggian pipa bagian yang tidak terendam. Rasio terendam
merupakan faktor yang sangat berpengaruh pada efisiensi pompa. Penggunaan rasio
terendam dilakukan pada bak terbuka untuk memudahkan pengambilan data.
Gambar 2.3 Pompa udara rasio terendam (Abou Taleb & Al-jarrah, 2017).
Untuk menghitung rasio terendam dapat dihitung melalui persamaan (2)
sebagai berikut (Nicklin,1963) :
𝑆𝑟 =𝑆ℎ
𝑆𝑙
Keterangan :
𝑆𝑟 = Rasio terendam.
𝑆ℎ = Ketinggian pipa yang tidak terendam (m).
𝑆𝑙 = Ketinggian pipa yang terendam (m).
(2)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
2.2.4 Orifice
Orifice adalah salah satu alat yang berfungsi untuk mengukur laju aliran
massa fluida di dalam saluran yang tertutup (pipa) berdasarkan prinsip beda
tekanan. Alat ini berupa plat tipis dengan gagang yang dipasang diantara flens pipa.
Fungsi dari gagang orifice adalah untuk memudahkan dalam proses pemasangan
dan penggantian. Orifice termasuk alat ukur laju aliran dengan metode rintangan
aliran (Obstruction Device). Karena geometrinya sederhana, biayanya rendah dan
mudah dilepas dan dipasang. Gambar 4.1 menunjukkan geometri orifice yang
umum digunakan.
Gambar 2.4 Geometri Orifice plate secara umum
(Sumber : Wikipedia.org)
Selain menggunakan orifice, untuk mengukur laju aliran dengan metode
rintangan aliran dapat juga menggunakan nozel dan venturi. Kelebihan dan
kekurangan dari ketiga alat ukur laju aliran tersebut dapat diliha pada Tabel 2.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan Jenis Alat Ukur Laju Aliran
Alat ukur Kelebihan Kekurangan
Orifice
Mudah dalam pemasangan
Biayanya rendah
Mudah dalam penggantian
Akurasi tergantung pada
kondisi instalasi dan kondisi
orifice
Venturi
Head loss rendah
Kapasitas aliran lebih besar dari orifice
pada beda tekanan yang sama
Akurasi tidak tergantung pada
pemakaian dan kondisi instalasi
Biaya awalnya besar
Nozel
Head loss rendah
Kapasitas aliran lebih besar dari orifice
pada beda tekanan yang sama
Sulit dalam penggantian
Adapun perangkat alat ukur orifice meter terdiri dari:
1. Plat Orifice
Plat orifice merupakan bagian dari alat orifice meter yang berfungsi
mengalirkan fluida yang akan diukur harga mass flownya. Plat orifice dapat dipakai
untuk menentukan aliran fluida dalam pipa berdiameter kurang dari satu inchi.
2. Lubang Tekanan
Lubang tekanan atau titik tekanan yang sering disebut juga pressure tapping
(PT), letaknya tidak sembarang. Lubang pengambilan beda tekanan biasanya
ditempatkan dalam bidang horizontal dari garis disambung dengan condensing
terjadi pada alat ukur sekunder. Dikenal 3 posisi pressure tapping, yaitu:
a. Corner Tapping, jenis ini akan menghasilkan perbedaan tekanan yang terkecil
dari ketiga jenis ini.
b. Dinamo dan D/2 Tapping, jenis ini menghasilkan perbedaan tekanan yang besar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
c. Flange Tapping, jenis ini menghasilkan perbedaan tekanan diantara kedua jenis
tapping pressure di atas.
3. Manometer dan Thermometer
Manometer diperluan untuk mengetahui tekanan fluida pada up stream
dalam menentukan densitas fluida tersebut. Metode yang diperlukan dalam
mengukur dan menunjukan besaran tekanan adalah tekanan atau gaya per satuan
luas bidang, terlebih dahulu diubah kedalam bentuk gerakan mekanik, kemudian
gerak ini dikalibrasikan kedalam skala angka. Manometer ini diletakkan setelah
separator (pada liquit dominated reservoir), sebelum orifice meter. Disamping itu
diperlukan pula sebuah manometer Hg (air raksa) untuk mengetahui selisih tekanan
fluida diantara dua sisi plat orifice.
Temperatur pada pressure tapping up stream perlu diketahui dalam
kaitannya untuk mengetahui densitas dan untuk koreksi plat orifice dan diameter
pipa karena adanya ekspansi panas. Prinsip pengukuran dari thermometer ada dua,
yaitu dengan metode pemuaian dan metode elektris. Dalam metode pemuiaian yang
diukur menghasilkan pemuaian. Pemuaian diubah kedalam bentuk – bentuk gerak
mekanik, kemudian dikalibrasikan kedalam angka – angka skala yang
menunjukkan nilai panas yang diukur. Sedangkan metode elektris, panas yang
diukur menghasilkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik kemudian dikalibrasikan
kedalam skala angka – angka yang menunjukkan nilai panas yang diukur. Dari
kedua metode tersebut, yang umumnya digunakan di lapangan geothermal adalah
metode pemuaian, tetapi thermometer tidak dipasang tepat pada up stream pressure
tapping, karena dapat mengganggu sifat aliran fluida yang masuk atau melalui
orifice, oleh karena itu thermometer harus ditempatan di up stream pada jarak
minimal 25 kali diameter pipa dari plat orifice.
2.2.5 Plate Orifice
Plate Orifice adalah satu set alat yang diletakan di suatu pipa untuk
menghambat aliran fluida dan menimbulkan pressure drop. Pada dasarnya orifice
plate berupa plat tipis dengan posisi lubang yang umumnya ditengah. Fluida yang
masuk dan mengalir melalui pipa ketika sampai pada orifice akan dipaksa untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
melewati lubang pada orifice. Hal itu menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan
dan tekanan.
Gambar 2.5 Orifice meter
(sumber : Rosemount, 2014)
Titik dimana terjadi kecepatan maksimum dan tekanan minimum disebut
vena contracta. Setelah melewati vena contracta kecepatan dan tekanan akan
mengalami perubahan lagi. Dengan mengetahui perbedaan tekanan pada pipa
normal dan tekanan pada vena contracta, laju aliran volume dan laju aliran massa
dapat diperoleh dengan persamaan Bernoulli.
Gambar 2.6 Prinsip Kerja Orifice
(Sumber : Streeter & Wylie, 1979)
Keterangan :
P3 P2 P1
D d
Vena contracta
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
P1 = tekanan upstream
P2 = tekanan downstream (pada vena contracta)
P3 = tekanan setelah terjadi pemulihan (setelah melewati vena contracta)
D = diameter dalam pipa
d = diameter orifice
a. Tekanan Hidrostatis
Setiap benda selalu mendapat pengaruh gaya gravitasi bumi sehingga benda
tersebut mempunyai berat. Untuk zat cair tekanan yang disebabkan oleh beratnya
sendiri disebut tekanan hidrostatis.
Gambar 2.7 Tekanan Hidrostatis pada manometer U
𝑃1 = 𝑃2
𝜌1𝑔ℎ1 = 𝜌2𝑔ℎ2
b. Persamaan Bernoulli
P1 + ρv1
2
2+ ρgh1 = P2 +
ρv22
2+ ρgh2
Karena aliran steam pada pipa horisontal maka h1 = h2, sehingga,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
P1 − P2
ρg=
v22
2g−
v12
2g
Misalkan, h =P1−P2
ρg
maka, h =v2
2
2g−
v12
2g
c. Persamaan Kontinuitas
a1v1 = a2 v2
v1 =a2
a1v2
v12 =
a2 2
a12 v2
2
Subtitusi pesamaan (4) ke persamaan (3),
h =v2
2
2g−
a2 2
a12
xv2
2
2g
=v2
2
2g(1 −
a2 2
a12
)
=v2
2
2g(
a12 a2
2
a12
)
v22 = 2gh (
a12
a12 a2
2)
v2 = √2gh (a1
√a12 a2
2)
d. Menghitung laju aliran volume
Q = a2 v2
Substitusi persamaan (5) ke (6), maka,
Q =a2 a1
√a12 a2
2√2gh
(3)
(4)
(5)
(6)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Untuk meyederhanakan maka dibagi dengan a1
a1, sehingga laju aliran volume
menjadi,
Q =a2
√1− a2
2
a12
√2gh
Substitusikan h =P1−P2
ρg ke persamaan (7)sehingga menjadi,
Q =a2
√1 − a2
2
a12
√2g( P1 − P2)
ρg
Q =a2
√1− a2
2
a12
√2(∆P)
ρ
2.2.5.1 Aliran Inkompresibel Melewati Orifice
Persamaan (8) merupakan persamaan untuk menghitung laju aliran volume
secara teoritik dimana aliran dianggap laminar sempurna dan inviscid
(viskositasnya nol). Akan tetapi dalam kondisi nyata akan muncul pengaruh
viskositas dan turbulensi. Untuk menghitung pengaruh dari kedua faktor tersebut
maka diperkenalkan coefficient of discharge Cd.
Untuk aliran yang melewati orifice, nilai dari Cd tergantung pada bilangan
Reynolds (Re) dan rasio diameter orifice dan diameter dalam dari pipa (β).
Bilangan Reynolds (Re) dirumuskan sebagai berikut,
Re =ρvD
μ=
4m
πμD
Nilai Cd standar yang dipakai pada aliran turbulen adalah 0.6 (Cabe dkk, 1993).
Hubungan Cd dengan bilangan Reynolds (Re) dan rasio diameter orifice dan
diameter dalam dari pipa (β) dapat digambarkan alam bentuk grafik pada Gambar
2.8.
(7)
(8)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Gambar 2.8 Diagram Coefficient of Discharge (Cd)
(Sumber : Streeter & Wylie, 1979)
Dengan memperhitungkan coefficient of discharge maka persamaan (8) akan
menjadi,
Qactual =Cda0
√1 − a0
2
a12
√2(∆P)
ρ
Dengan a0
2
a12 =
d4
D4 maka persamaan menjadi,
Qactual =Cda0
√1 −d4
D4
√2(∆P)
ρ
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Diketahui bahwa rasio diameter β =d
D persamaan menjadi,
Q = Cda0 √2(∆P)
ρ(1−β4)
1
√(1−β4)
merupakan velocity of approach factor. Coefficient of discharge dan
velocity of approach factor sering dikombinasikan ke dalam satu koefisien yang
disebut flow coefficient K.
K = Cd
√(1−β4)
Nilai K juga dapat diperoleh dari grafik pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Diagram Koefisien Orifice (K)
(Sumber : Streeter & Wylie, 1979)
(10)
(9)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa untuk bilangan Reynold Re > 105
nilai K tidak mengalami perubahan yang signifikan (dinggap konstan). Akan tetapi,
untuk bilangan Reynold kecil terjadi perubahan nilai K yang besar.
Dengan memasukkan persamaan (10) ke persamaan (9), maka persamaan
untuk mencari laju aliran volume dapat disedehanakan menjadi,
Q = Ka0 √2(∆P)
ρ
Sedangkan untuk menghitung laju aliran massa adalah sebagai berikut,
m = ρ 𝑄
Dengan substitusi persamaan (7) ke persamaan (10) maka laju aliran massa
menjadi,
m = Cda0 √2ρ(∆P)
(1−β4)
Atau dengan substitusi persamaan (9) ke persamaan (10) maka laju aliran massa
menjadi,
m = Ka0 √2ρ(∆P)
2.2.5.2 Aliran Kompresibel Melewati Orifice
Persamaan (8), (10), (12), dan (13) merupakan persamaan untuk
menghitung laju aliran inkompresibel yang melewati orifice. Perbedaan aliran
kompresibel dengan aliran inkompresibel yaitu pada aliran kompresibel mampu
mampat sedangkan aliran incompresibel tidak mampu mampat
Untuk aliran kompresibel yang melewati orifice laju aliran volumenya menjadi,
𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝐶𝑑𝑎0 √2(∆𝑃)
𝜌(1 − 𝛽4)
Atau,
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝐾𝑎0 √2(∆𝑃)
𝜌
Sedangkan untuk persamaan laju aliran massanya menjadi,
�� = ρ. 𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
Keterangan :
𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = Debit aliran udara ( m³/s)
m = Laju aliran massa (kg/s)
P1 = tekanan upstream (Pa)
P2 = tekanan downstream (pada vena contracta) (Pa)
ΔP = Beda Tekanan (N/ m²)
d = Diameter Orifice (m)
D = Diameter dalam Pipa (m)
a0 = Luas Penampang orifice (m²)
a1 = Luas penampang pipa (m²)
ρ = massa jenis (kg/ m³)
K = Flow Coefficient
Cd = Coefficient of Discharge
v = kecepatan fluida (m/s)
μ = viskositas fluida (kg/ms)
χ = isentropic coefficient (untuk gas ideal=1.4)
2.2.5.3 Permanent Pressure Loss
Pemasangan orifice akan menimbulkan terjadinya tekanan yang hilang
secara permanen ( permanent pressure loss ). Besarnya permanen pressure loss
dipengaruhi oleh rasio diameter orifice terhadap dimeter dalam pipa (β). Dari grafik
pada Gambar 2.12 dapat diketahui besarnya permanent pressure loss.
(16)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 2.10 Permanent Pressure Loss
(Sumber : Streeter & Wylie, 1979)
2.2.6 Jenis Orifice Plate
Banyaknya jenis aliran dan aneka ragam fluida, maka terdapat beberapa
jenis orifice plate,yaitu :
2.2.6.1 Concentric Orifice
Concentric Orifice merupakan jenis orifice yang paling banyak digunakan.
Profil lubang orifice ini mempuyai takik (bevel) dengan kemiringan 45° pada tepi
bagian downstream(lihat gambar di bawah). Hal ini akan mengurangi jarak tempuh
dari aliran tersebut mengalami perbedaan tekanan melintang. Setelah aliran
melewati orifice akan terjadi penurunan tekanan dan kemudian mencoba kembali
ke tekanan semula tetapi terjadi sedikit tekanan yang hilang permanen (permanent
pressure loss) sehingga perbedaan tekanan upstream dan downstream tidak terlalu
besar. Perbandingan diameter orifice dan diameter dalam pipa dilambangkan
dengan “β”. Orifice jenis ini memiliki ketentuan untuk nilai β yaitu antara 0.2-0.7
karena akurasinya akan berkurang untuk nilai diluar batas tersebut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Gambar 2.11 Standard concentric orifice
(Sumber : Rosemount, 2014)
2.2.6.2 Counter Bore Orifice
Counter bore orifice pada prinsipnya sama dengan concentric Orifice.
Perbedaanya terdapat pada profil lubangnya, orifice ini tidak mempuyai takik
(bevel) tapi diameter lubangya lebih besar pada bagian downstream daripada
diameter lubang pada bagian upstream (lihat gambar di bawah).
Gambar 2.12 Counter bored orifice
(Sumber : Rosemount, 2014)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
2.2.6.3 Eccentric Orifice
Eccentric orifice mempunyai profil lubang yang sama dengan concentric
orifice. Akan tetapi, pada eccentric orifice lubang tidak terletak tepat di tengah.
Diameter takik (bevel) bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam
dari pipa (lihat gambar di bawah).
Gambar 2.13 Eccentric orifice
(Sumber : Rosemount, 2014)
2.2.6.4 Quadrant Bore Orifice
Quadrant bore orifice digunakan untuk mengukur aliran fluida dengan
viscositas tinggi dan direkomendasikan untuk bilangan Reynold di bawah 10000.
Profil dari lubang Quadrant bore orifice dapat dilihat pada gambar di bawah. Radius
“R” merupakan fungsi dari β. Ketebalan orifice sebanding dengan kuadran radius
“R”.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Gambar 2.14 Quadrant bore orifice
(Sumber : Rosemount, 2014)
2.2.6.5 Segmental Orifice
Segmental orifice didesain untuk fluida dengan kandungan sedimen yang
tinggi. Profil dari lubang segmental orifice dapat dilihat pada gambar di bawah.
Diameter “D” bagian bawah hampir lurus (98%) dengan diameter dalam dari pipa.
“H” merupakan tinggi dari lingkaran lubang. Rasio β merupakan diameter lubang
“D” dibagi dengan diameter dalam dari pipa. Segmental orifice merupakan jenis
orifice yang paling sulit dalam proses manufaktur,diperlukan proses finishing
secara manual.
Gambar 2.15 Segmental orifice
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
(Sumber : Rosemount, 2014)
2.2.6.6 Restriction Orifice
Tujuan dari instalasi Restriction orifice adalah untuk menghasilkan presure
drop yang besar. Restriction orifice biasanya ditunjukkan dengan “RO” atau “FO”.
Restriction orifice dapat menghasilkan pressure drop sampai 50 % untuk fluida gas.
Profil lubang Restriction orifice berbeda dengan orifice yang lain (lihat gambar di
bawah). Profil lubangnya lurus sehingga tekanan yang hilang secara pemanen
cukup besar akibatnya perbedaan tekanan upstream dan tekanan downstream cukup
mencolok.
Gambar 2.16 Restriction orifice
(Sumber : Rosemount, 2014)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Pada penelitian ini, objek yang diteliti adalah Pompa tekan udara (airlift
pump) yang dibuat oleh mahasiswa. Alat yang digunakan ini memiliki ukuran tinggi
200 cm. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan rasio terendam,
perbandingan tekanan, dan diameter.
Gambar 3.1 Objek Penelitian
Airlift pump yang dirancang terdiri dari beberapa bagian antara lain :
a. Kompresor
Kompressor digunakan untuk penyedia udara yang difungsikan sebagai
tenaga pendorong air naik ke bak penampung air atas dari gentong air.
Spesifikasi kompressor yang digunakan :
Daya : 1 HP
Kapasitas : 138 L/min
Tegangan : 220V/50Hz
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
Tank : 24 L
Speed : 2850 Rpm
Tekanan : 8 Bar/116 Psi
Gambar 3.2 Kompressor
b. Bak penampung air
Bak penampung air digunakan sebagai tempat hasil penampungan air
selama penelitian airlift pump. Bak penampung air yang digunakan dengan ukuran
panjang 61 cm, lebar 43 cm, dan tinggi 38 cm dengan kapasitas 70 liter.
Gambar 3.3 Bak Penampung Air
c. Tong air
Tong air digunakan sebagai penampung air awal selama proses peneitian
airlift pump.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Gambar 3.4 Gentong Air
3.2 Variasi Penelitian
Terdapat beberapa jenis parameter yang akan divariasikan pada penelitian
ini, antara lain :
1. Variasi rasio terendam 1 : 3, 2 : 5, 1 : 2, 2 : 3, 1 : 1.
2. Variasi perbedaan tekanan pada orifice 1 cm, 1,5 cm dan 2 cm.
3. Variasi diameter pipa 1 in dan ¾ in.
3.3 Metode Penelitian
Metode penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium,
Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
3.4 Alur Penelitian
Alur penelitian Airlift pump yang dilakukan sebagai berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Gambar 3.5 Alur Penelitian
Mulai
Perancangan pompa udara tekan
Persiapan alat dan bahan
Pembuatan pompa udara tekan
Pengolahan data, pembahasan,
kesimpulan, dan saran
Pemilihan Variasi
Pengambilan data
Uji coba
Melanjutka
n variasi?
Tidak Baik
Ya
Selesai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
3.5 Alat dan Bahan
3.5.1 Alat yang digunakan
Alat yang diperlukan dalam penyusunan penelitian ini adalah sebagai
berikut :
a. Gerinda
Gerinda digunakan untuk memotong bahan berupa besi penyangga
kerangka Airlift pump.
b. Kunci Pas
Kunci pas digunakan untuk melakukan pengencangan pada baut baut
kerangka penyangga Airlift pump.
c. Bor Listrik
Bor listrik digunakan untuk membuat lubang pada pipa yang digunakan
serta lubang pada bak penampung air.
d. Obeng
Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut serta klem.
Obeng yang digunakan adalah obeng (-) dan obeng (+).
e. Gunting
Gunting digunakan untuk memotong kabel tis dan lakban.
3.5.2 Alat ukur yang digunakan
Dalam pengambilan data, alat ukur yang diperlukan dalam penyusunan
penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Orifice meter
Orifice meter ini digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan pada Airlift
pump serta untuk mengukur laju aliran massa udara.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Gambar 3.6 Orifice meter
b. Gelas ukur
Gelas ukur ini digunakan untuk mengukur volume air yang dihasilkan pada
Airlift pump. Gelas ukur yang digunakan ukuran 2 liter dan 3 liter. Dari volume
tersebut dapat dihasilkan debit air dengan cara :
c. Meteran
Meteran digunakan untuk mengukur panjang suatu benda. Dalam proses
pembuatan rangka, meteran banyak digunakan untuk mengukur panjang pipa, besi
siku dan rasio pipa .
d. Manometer
Manometer ini digunakan untuk mengukur tekanan yang digunakan pada
kompressor.
e. Stopwatch
Stopwatch berfugsi untuk mengukur lama waktu saat melakukan
pengambilan data penelitian.
f. Pengaris Segitiga
Pengaris segitiga digunakan untuk mengukur panjang perbedaan tekanan
pada selang U orifice.
3.5.3 Bahan yang digunakan
Bahan yang diperlukan dalam penyusunan penelitian ini sebagai berikut :
a. Besi siku
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Besi siku ini digunakan untuk membuat kerangka Airlift pump.
b. Baut dan mur
Baut dan mur berfungsi untuk mengencangkan antara besi siku terhadap
plat besi.
c. Selang air
Selang ini berfungsi untuk mengalirkan air dari tong air bagian bawah
menuju bak penampung air bagian atas. Ukuran selang yang digunakan dalam
penelitian ini yaitu 1 dan 3/4 inch.
d. Klem
Klem digunakan sebagai mengencangkan sambungan antara selang dengan
nipple.
e. Kabel ties
Kabel ties ini digunakan untuk mengikat selang air ke besi penyangga.
f. Nipple
Nipple fungsinya untuk menyambungkan selang ke pipa yang terendam.
g. Pipa
Pipa digunakan sebagai tempat untuk memudahkan pemasangan nipple dan
menghilangkan kebocoran udara
3.6 Proses Pembuatan
Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan Airlift pump, sebagai
berikut :
1. Sketsa Airlift pump dibuat.
2. Rangka penyangga selang dibuat dengan menggunakan besi siku.
3. Tutup gentong air dipotong sebagai tempat rangka penyangga diletakkan.
4. Rangka penyangga dikaitkan di pinggiran gentong menggunakan kabel ties.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
5. Selang air dipotong dengan panjang 2 meter dan pipa sepanjang 30 cm.
6. Selang air disambung dengan pipa menggunakan lem.
7. Dinding pipa dilubangi pada ketinggian 25cm menggunakan drill.
8. Nipple dipasang pada lubang dinding pipa tersebut.
8. Selang udara disambung dari output orifice ke nipple dan kaitkan dengan klem.
9. Selang kompresor disambungkan ke input orifice dan kaitkan dengan klem.
10. Selang air dikaitkan ke rangka penyangga menggunakan kabel ties.
11. Elbow dipasang pada ujung selang air bagian atas.
12. Bak penampung air dilubangi dan elbow dipasang pada lubang tersebut.
3.7 Cara Pengambilan Data
Pengambilan data pada penelitian Airlift pump ini didasarkan pada apa yang
ditampilkan pada alat ukur yang digunakan pada penelitian ini. Langkah-langkah
yang dilakukan untuk memperoleh data penelitian alat ini adalah :
1. Orifice disambungkan di selang kompresor dan selang input..
2. Manometer pada orifice dipasang.
3. Gentong penampung air bagian bawah diisi hingga penuh.
4. Bak penampung air atas dipasang.
5. Stopwatch , gelas ukur, penggaris.dan selang disiapkan.
6. Alat diatur sesuai variasi yang akan diamati.
7. Kompresor dinyalakan.
8. Kompresor diisi sampai tekanan 60 psi
9. Tinggi perbedaan tekanan pada manometer diukur.
10. Stopwatch diatur sesuai dengan waktu yang dibutuhkan.
11. Volume dari bak penampung air atas diukur dengan menggunakan gelas ukur.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
12. Setelah semua alat bekerja dengan baik, dan stabil maka dapat dilakukan
pengambilan data dengan mencatat variabel penelitian.
3.8 Cara Memperoleh Data
Data-data penelitian yang diperoleh dari nilai-nilai yang ditampilkan oleh
alat ukur.
1. Volume air yang dihasilkan, V (liter).
Data volume air diolah dan akan mendapatkan debit air dengan cara :
𝑄 =𝑉
𝑡
Q = debit air (m3/s)
V = volume (m3)
t = waktu (s)
Data debit air diolah dan akan mendapatkan laju aliran massa air dengan
cara :
ṁ𝑎𝑖𝑟 = 𝑄 𝑥 𝑝𝑎𝑖𝑟
ṁ𝑎𝑖𝑟 = Laju aliran massa air (kg/s)
𝑝𝑎𝑖𝑟 = Densitas air (1000 kg/m³)
2. Lama waktu pengambilan data, t (sekon)
3.9 Cara Melakukan Pembahasan
Setelah melakukan pengolahan data, dilakukan proses pembahasan.
Pembahasan dilakukan dengan memperhatikan data-data dan hasil penelitian yang
telah dihasilkan oleh peneliti-peneliti sebelumnya dan harus menjawab tujuan.
3.10 Cara Pembuatan Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan merupakan intisari dari hasil penelitian yang sudah dilakukan
dan kesimpulan harus menjawab tujuan dari penelitian yang dilakukan. Saran
dibuat dengan tujuan agar hasil dari penelitian yang akan dilakukan pada masa
mendatang menjadi lebih baik lagi dari penelitian yang sudah dilakukan.
(17)
(18)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Pada penelitian ini, dipaparkan hasil pengambilan data yang dilakukan
selama 2 jam menggunakan kompresor di luar ruangan. Data tersebut dicatat tiap
20 detik selama pengambilan data. Selanjutnya, data yang tercatat diambil nilai
rata-rata tiap 20 detik.
Tabel 4.1 Data penelitian pada rasio terendam 1 : 3
NO Waktu
(s)
Pipa 1 in Pipa 3/4 in
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
1 20 0,900 0,960 1,120 0,480 0,600 0,600
2 20 1,020 0,900 0,960 0,560 0,600 0,580
3 20 0,940 1,000 1,000 0,540 0,580 0,620
4 20 0,960 0,900 0,980 0,600 0,640 0,640
5 20 1,000 0,930 1,030 0,560 0,660 0,600
6 20 0,920 1,090 0,940 0,520 0,580 0,600
7 20 0,960 1,060 1,040 0,560 0,580 0,640
8 20 1,000 1,000 0,960 0,540 0,600 0,600
9 20 0,900 0,960 0,940 0,620 0,600 0,620
10 20 0,920 1,000 1,040 0,620 0,640 0,600
11 20 1,020 0,940 0,960 0,600 0,600 0,600
12 20 0,940 1,120 1,080 0,640 0,590 0,620
Rata-rata 0,957 0,988 1,004 0,570 0,606 0,610
Tabel 4.2 Data penelitian pada rasio terendam 2 : 5
NO Waktu
(s)
Pipa 1 in Pipa 3/4 in
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
1 20 1,160 1,040 1,240 0,700 0,720 0,720
2 20 1,180 1,050 1,100 0,680 0,720 0,730
3 20 1,060 1,260 1,080 0,660 0,710 0,760
4 20 1,140 1,240 1,220 0,720 0,720 0,760
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tabel 4.2 Data penelitian pada rasio terendam 2 : 5 (Lanjutan)
NO Waktu
(s)
Pipa 1 in Pipa 3/4 in
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
5 20 1,180 1,140 1,160 0,660 0,740 0,720
6 20 1,000 1,160 1,180 0,720 0,700 0,720
7 20 1,140 1,100 1,280 0,730 0,760 0,730
8 20 1,040 1,060 1,120 0,730 0,700 0,740
9 20 1,160 1,100 1,200 0,700 0,720 0,780
10 20 1,170 1,200 1,260 0,720 0,720 0,750
11 20 1,210 1,140 1,120 0,710 0,760 0,760
12 20 1,000 1,240 1,160 0,720 0,720 0,720
Rata-rata 1,120 1,144 1,177 0,704 0,724 0,741
Tabel 4.3 Data penelitian pada rasio terendam 1 : 2
NO Waktu
(s)
Pipa 1 in Pipa 3/4 in
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
1 20 1,560 1,560 1,500 0,920 0,900 0,940
2 20 1,270 1,500 1,490 0,960 0,920 0,970
3 20 1,360 1,600 1,550 0,900 0,920 1,000
4 20 1,400 1,480 1,500 0,940 1,000 0,980
5 20 1,410 1,420 1,500 0,920 0,960 0,960
6 20 1,380 1,500 1,480 0,900 0,940 0,920
7 20 1,520 1,420 1,560 0,880 0,940 1,020
8 20 1,420 1,560 1,500 0,900 0,940 0,900
9 20 1,420 1,490 1,540 0,910 0,960 0,960
10 20 1,450 1,440 1,530 0,880 0,940 0,920
11 20 1,540 1,600 1,580 0,860 0,960 0,960
12 20 1,580 1,580 1,560 0,930 0,950 0,940
Rata-rata 1,443 1,513 1,524 0,908 0,944 0,956
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Tabel 4.4 Data penelitian pada rasio terendam 2 : 3
NO Waktu
(s)
Pipa 1 in Pipa 3/4 in
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
1 20 1,960 2,120 2,080 1,120 1,100 1,160
2 20 1,980 2,000 2,100 1,140 1,140 1,200
3 20 1,900 2,100 2,070 1,150 1,200 1,200
4 20 1,890 2,000 2,090 1,090 1,200 1,220
5 20 2,000 2,100 2,050 1,090 1,200 1,200
6 20 2,000 2,000 2,030 1,140 1,140 1,200
7 20 1,860 2,200 2,070 1,200 1,160 1,140
8 20 2,000 2,100 2,070 1,160 1,200 1,200
9 20 1,960 2,070 2,100 1,090 1,160 1,180
10 20 2,000 2,040 2,070 1,180 1,120 1,180
11 20 1,940 2,050 2,050 1,160 1,180 1,210
12 20 1,880 2,090 2,100 1,150 1,200 1,180
Rata-rata 1,948 2,073 2,073 1,139 1,167 1,189
Tabel 4.5 Data penelitian pada rasio terendam 1 : 1
NO Waktu
(s)
Pipa 1 in Pipa 3/4 in
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Δh 1 cm
Δh 1,5 cm
Δh 2 cm
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
Volume (liter)
1 20 2,580 2,700 2,610 1,430 1,400 1,460
2 20 2,670 2,620 2,580 1,460 1,450 1,460
3 20 2,550 2,590 2,620 1,410 1,420 1,440
4 20 2,580 2,700 2,760 1,460 1,440 1,420
5 20 2,670 2,610 2,700 1,420 1,480 1,420
6 20 2,600 2,580 2,670 1,440 1,450 1,430
7 20 2,670 2,550 2,640 1,420 1,440 1,470
8 20 2,620 2,610 2,640 1,460 1,440 1,420
9 20 2,580 2,620 2,700 1,460 1,450 1,460
10 20 2,610 2,550 2,730 1,420 1,460 1,440
11 20 2,640 2,610 2,700 1,470 1,460 1,460
12 20 2,550 2,640 2,720 1,430 1,400 1,440
Rata-rata 2,610 2,615 2,673 1,440 1,441 1,443
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
4.2 Hasil Perhitungan
Berdasarkan data-data pada Tabel 1 sampai 5, dilakukan perhitungan
dengan menggunakan Persamaan (1) Sampai Persamaan (16). Hasil perhitungan
dijabarkan tersebut sebagai berikut :
a. Perbedaan tekanan (ΔP)
Perbedaan tekanan dapat dihitung menggunakan perbedaan ketinggian yang
diukur menggunakan manometer U. Perbedaan tekanan (ΔP) dengan variasi
perbedaan ketinggian (Δh) 1 cm dapat dihitung sebagai berikut :
∆𝑃 = 𝑝 × 𝑔 × ∆ℎ
= 1,2 kg/m³ × 9,808 m/s × 0,01 m
∆𝑃 = 0,1177 Pa
b. Debit Udara (𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎)
Variable yang tidak dapat diukur selama penelitian maka dapat dilakukan
beberapa asumsi untuk mempermudah perhitungan debit udara. Asumsi tersebut
dituliskan sebagai berikut :
Cd = 0,6 (standar, Mc Cabe. 1993:221)
Setelah mendapaatkan asumsi, maka dapat dilakukan perhitungan beberapa
koefisien pendukung perhitungan debit udara. Koefisien pendukung debit udara
adalah luas penampang orifice ( 𝑎0) dan perbandingan diameter orifice dengan
diameter pipa (𝛽). Untuk menghitung koefisien pendukung dapat dilakukan sebagai
berikut :
𝑎0 = 𝜋
4× 𝑑2
= 3,14
4 × (0,012m)²
= 0,00011 m²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
𝛽 = 𝑑
𝐷
= 0,012
0,022
= 0,54
Setelah mendapatkan 𝑎0 dan 𝛽 maka dapat dilakukan perhitungan debit
udara. Untuk menghitung debit udara dengan Δh 1 cm dapat dilakukan melalui
persamaan (15) sebagai berikut:
𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝐶𝑑𝑎0 √2(∆𝑃)
𝜌(1−𝛽4)
= 0,6 x 0,00011 m² × √2 (0,1177)
1,2 (1−0,544)
= 0,0000315 m³/s
c. Laju aliran massa udara (ṁ𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎)
Laju aliran massa udara dapat dihitung melalui persamaan (16). Laju aliran
massa udara pada Δh 1 cm adalah sebagai berikut.
ṁ𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎= 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 × 𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
= 1,2 kg/m³ × 0,0000315 m³/s
= 0,0000378 kg/s
d. Debit air (𝑄𝑎𝑖𝑟)
Debit air (𝑄𝑎𝑖𝑟) yang dihasilkan dapat dihitung melalui persamaan (16).
Contoh perhitungan debit air yang dihasilkan pada rasio 1 : 3 pada pipa 1 in serta
Δh 1 cm adalah sebagai berikut.
𝑄𝑎𝑖𝑟 = 𝑉
𝑡
= (0,957 / 20) × 1
1000
= 0,0000478 m³/s
e. Laju aliran massa air (ṁ𝑎𝑖𝑟)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Laju aliran massa air (ṁ𝑎𝑖𝑟) dapat dihitung melalui persamaan (17). Contoh
perhitungan laju aliran massa air yang dihasilkan pada rasio 1 : 3 pada pipa 1 in
serta Δh 1 cm adalah sebagai berikut.
ṁ𝑎𝑖𝑟 = 𝜌𝑎𝑖𝑟 × 𝑄𝑎𝑖𝑟
= 1000 kg/m³ × 0,0000478 m³/s
= 0,0478 kg/s
f. Efisiensi
Efisiensi airlift pump yang dihasilkan dapat dihitung melalui persamaan (1).
Contoh perhitungan efisiensi yang dihasilkan pada rasio 1 : 3 pada pipa 1 in serta
Δh 1 cm adalah sebagai berikut.
Efisiensi = (𝑝𝑎𝑖𝑟 𝑔 𝑄𝑎𝑖𝑟 )
(𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑄𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 ln(𝑃𝑖𝑛
𝑃𝑎𝑡𝑚))
= (1000 kg/m³ × 9,808 m/s × 0,0000478) / (101325 Pa ×
0,000315 m³/s × ln (413685
101325)
= 10,455 %
g. Persentase kenaikan laju aliran massa air
Persentase kenaikan laju aliran massa air dapat dihitung persamaan berikut.
Contoh perhitungan persentase kenaikan laju aliran massa air pada rasio 1 : 3
dengan 2 : 5 pada pipa 1 in dengan Δh 1 cm adalah sebagai berikut.
Persentase = (ṁ air2−ṁ air1
ṁ air1) × 100 %
= 0,056 − 0,0478
0,0478 × 100 %
= 17,073 %
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Tabel 4.6 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 1 : 3
Dpipa (in)
Δh (cm)
Volume (liter)
Qair
𝑥 10−5 (m³/s)
Q Udara
𝑥 10−5 (m³/s)
ṁ air (kg/s)
ṁ udara
𝑥 10−5 (kg/s)
Efisiensi (%)
1 in
1 0,957 4,78 3,15 0,0478 3,78 10,455
1,5 0,988 4,94 3,86 0,0494 4,63 8,819
2 1,004 5,02 4,45 0,0502 5,34 7,760
3/4 in
1 0,570 2,85 3,15 0,0285 3,78 6,229
1,5 0,606 3,03 3,86 0,0303 4,63 5,406
2 0,610 3,05 4,45 0,0305 5,34 4,714
Tabel 4.7 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 2 : 5
Dpipa
(in)
Δh
(cm)
Volume
(liter)
Q air
𝑥 10−5 (m³/s)
Q Udara
𝑥 10−5 (m³/s)
ṁ air
(kg/s)
ṁ udara
𝑥 10−5 (kg/s)
Efisiensi
(%)
1 in
1 1,120 5,6 3,15 0,0560 3,78 12,240
1,5 1,144 5,72 3,86 0,0572 4,63 10,210
2 1,177 5,88 4,45 0,0588 5,34 9,093
3/4 in
1 0,704 3,52 3,15 0,0352 3,78 7,696
1,5 0,724 3,62 3,86 0,0362 4,63 6,462
2 0,741 3,70 4,45 0,0370 5,34 5,725
Tabel 4.8 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 1 : 2
Dpipa
(in)
Δh
(cm)
Volume
(liter)
Q air
𝑥 10−5 (m³/s)
Q Udara
𝑥 10−5 (m³/s)
ṁ air
(kg/s)
ṁ udara
𝑥 10−5 (kg/s)
Efisiensi
(%)
1 in
1 1,443 7,21 3,15 0,0721 3,78 15,765
1,5 1,513 7,56 3,86 0,0756 4,63 13,497
2 1,524 7,62 4,45 0,0762 5,34 11,779
3/4 in
1 0,908 3,70 3,15 0,0370 3,78 8,096
1,5 0,944 4,72 3,86 0,0472 4,63 8,425
2 0,956 4,78 4,45 0,0478 5,34 7,387
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Tabel 4.9 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 2 : 3
Dpipa
(in)
Δh
(cm)
Volume
(liter)
Q air
𝑥 10−5 (m³/s)
Q Udara
𝑥 10−5 (m³/s)
ṁ air
(kg/s)
ṁ udara
𝑥 10−5 (kg/s)
Efisiensi
(%)
1 in
1 1,948 9,74 3,15 0,0974 3,78 21,284
1,5 2,073 10,36 3,86 0,1036 4,63 18,494
2 2,074 10,37 4,45 0,1037 5,34 16,022
3/4 in
1 1,139 5,70 3,15 0,0570 3,78 12,450
1,5 1,167 5,83 3,86 0,0583 4,63 10,411
2 1,189 5,95 4,45 0,0595 5,34 9,190
Tabel 4.10 Hasil perhitungan variasi rasio terendam 1 : 1
Dpipa
(in)
Δh
(cm)
Volume
(liter)
Q air
𝑥 10−5 (m³/s)
Q Udara
𝑥 10−5 (m³/s)
ṁ air
(kg/s)
ṁ udara
𝑥 10−5 (kg/s)
Efisiensi
(%)
1 in
1 2,610 13,05 3,15 0,1305 3,78 28,524
1,5 2,615 13,08 3,86 0,1308 4,63 23,335
2 2,673 13,36 4,45 0,1336 5,34 20,653
3/4 in
1 1,440 7,20 3,15 0,0720 3,78 15,738
1,5 1,441 7,21 3,86 0,0721 4,63 12,857
2 1,443 7,22 4,45 0,0722 5,34 11,154
Tabel 4.11 Hasil perhitungan kenaikan efisiensi
Dpipa
(in)
ΔP
(cm)
Rasio Terendam
1 : 3
(%)
2 : 5
(%)
1 : 2
(%)
2 : 3
(%)
1 : 1
(%)
1
1,0 - 17,073 28,795 35,009 34,018
1,5 - 15,767 32,192 37,025 26,176
2,0 - 17,178 29,533 36,031 28,899
3/4
1,0 - 23,538 5,207 53,768 26,408
1,5 - 19,532 30,380 23,566 23,500
2,0 - 21,448 29,021 24,412 21,374
4.3 Pembahasan
Hasil perhitungan pada Tabel 6 sampai Tabel 10 akan dipaparkan secara
lebih detail pada subbab 4.3 berikut. Laju aliran massa air yang dihasilkan
berbanding lurus dengan efisiensi airlift pump. Oleh karena itu, pada subbab ini
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
menganalisis efisiensi dan laju aliran massa air pada seluruh variasi yang dilakukan
pada airlift pump.
4.3.1 Hubungan efisiensi dengan rasio terendam
Gambar 4.1 sampai dengan gambar 4.4 menunjukkan perbandingan
efisiensi airlift pump pipa 1 in, dengan airlift pump ¾ in variasi rasio terendam.
Efisiensi pada gambar 4.1 sampai gambar 4.4 merupakan perhitungan dari
persamaan yang ada. Dari gambar tersebut, diperoleh efisiensi terbaik pada variasi
rasio terendam dengan menggunakan rasio terendam 1 pada diameter pipa 1 in dan
ṁudara 3,78 𝑥 10−5 kg/s sebesar 28,524%.
y = 26,642x + 2,7345R² = 0,9593
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
Pipa 1 in Linear (Pipa 1 in)
(a)
y = 13,992x + 2,2061R² = 0,9212
0
5
10
15
20
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
Pipa 3/4 in Linear (Pipa 3/4 in)
(b)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Gambar 4.1 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio terendam pada laju aliran
massa udara 3,78 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾ in
Gambar 4.2 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio terendam pada laju aliran
massa udara 4,63 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾ in
y = 21,475x + 2,845R² = 0,9287
0
5
10
15
20
25
30
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
Pipa 1 in Linear (Pipa 1 in)
(a)
y = 10,714x + 2,7123R² = 0,9275
0
5
10
15
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
Pipa 3/4 in Linear (Pipa 3/4 in)
(b)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Gambar 4.3 Grafik hubungan efisiensi dengan rasio terendam pada laju aliran
massa udara 5,34 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾ in
y = 19,003x + 2,4197R² = 0,9424
0
5
10
15
20
25
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
Pipa 1 in Linear (Pipa 1 in)
(a)
y = 9,2139x + 2,4741R² = 0,9167
0
5
10
15
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
Pipa 3/4 in Linear (Pipa 3/4 in)
(b)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Gambar 4.4 Grafik hubungan rasio terendam dengan efisiensi pada diameter pipa
(a) 1 in dan (b) ¾ in
(Abou Taleb & Al-jarrah, 2017) telah melakukan penilitian yang berkaitan
kinerja airlift pump dan menggunakan variasi rasio terendam yang terbatas 0,18 -
0,49. Hasilnya memiliki nilai efisiensi yang berbanding lurus dengan besarnya rasio
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
0,0000378 Kg/s 0,0000463Kg/s 0,0000534 Kg/s
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Efis
ien
si (
%)
Rasio Terendam
0,0000378 Kg/s 0,0000463Kg/s 0,0000534 Kg/s
(a)
(b)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
terendam. Oleh karena itu, penulis telah memperluas rasio terendam sebanyak 0,3
– 1. Pada Gambar 4.1 sampai dengan gambar 4.4 ditunjukkan bahwa rasio terendam
yang diperbesar sampai 1 maka efisiensi airlift pump akan semakin besar. Hal ini
sesuai pada penelitian sebelumnya yang dilakukan (Abou Taleb & Al-jarrah,2017)
Rasio terendam mempengaruhi ketinggian pada head statis. Hal ini
disebabkan semakin besarnya rasio terendam maka akan semakin kecil head statis
yang digunakan. Head statis juga mempengaruhi efisiensi airlift pump karena
dibutuhkan laju aliran massa udara yang tepat untuk menjaga jumlah air tetap stabil
ke head statis yang lebih rendah. Hal ini disebabkan laju aliran massa udara yang
terlalu besar pada head statis yang rendah mengakibatkan hanya jumlah fluida udara
yang terlalu banyak dan tidak diikuti dengan jumlah fluida air pada airlift pump.
Efisiensi didapatkan dari perbandingan laju aliran massa air dengan laju aliran
massa udara. Selain itu, nilai efisiensi pompa yang dihasilkan dapat dipengaruhi
oleh beberapa kondisi, yaitu: perubahan tekanan, perubahan kecepatan, perubahan
densitas fluida dan besarnya gesekan antara fluida dengan dinding pipa
(Makhsud,2008).
4.3.2 Hubungan laju aliran massa air dengan rasio terendam
Gambar 4.5 sampai dengan gambar 4.8 menunjukkan perbandingan laju
aliran massa air pada airlift pump pipa 1 in dengan airlift pump ¾ in variasi rasio
terendam. Laju aliran massa air pada gambar 4.5 sampai gambar 4.8 merupakan
perhitungan dari persamaan yang ada. Dari gambar tersebut, diperoleh laju aliran
massa terbaik pada variasi rasio terendam dengan menggunakan rasio terendam 1
pada diameter pipa 1 in dan laju aliran massa udara 5,34 𝑥 10−5 kg/s sebesar 0,1336
kg/s atau sebesar 8,016 l/m.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Gambar 4.5 Grafik hubungan laju aliran massa air dengan rasio terendam pada
laju aliran massa udara 3,78 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1in dan (b) ¾in
y = 0,1219x + 0,0125R² = 0,9593
0
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio terendam
Pipa 1 in Linear (Pipa 1 in)
(a)
y = 0,064x + 0,0101R² = 0,9212
0
0,03
0,06
0,09
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio terendamPipa 3/4 in Linear (Pipa 3/4 in)
(b)
y = 0,1203x + 0,0159R² = 0,9287
0
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio terendamPipa 1 in Linear (Pipa 1 in)
(a)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Gambar 4.6 Grafik hubungan laju aliran massa air dengan rasio terendam pada
laju aliran massa udara 4,63 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾in
Gambar 4.7 Grafik hubungan laju aliran massa air dengan rasio terendam pada
laju aliran massa udara 5,34 𝑥 10−5kg/s dengan diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾in
y = 0,06x + 0,0152R² = 0,9275
0
0,03
0,06
0,09
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio terendam
Pipa 3/4 in Linear (Pipa 3/4 in)
(b)
y = 0,123x + 0,0157R² = 0,9424
0
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio terendam
Pipa 1 in Linear (Pipa 1 in)
(a)
y = 0,0596x + 0,016R² = 0,9167
0
0,03
0,06
0,09
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio terendam
Pipa 3/4 in Linear (Pipa 3/4 in)
(b)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
Gambar 4.8 Grafik perbandingan rasio terendam dengan laju aliran massa air pada
diameter pipa (a) 1 in dan (b) ¾ in.
Pada Gambar 4.5 sampai gambar 4.8 ditunjukkan besarnya laju aliran massa
air berbanding lurus dengan semakin besarnya rasio terendam. Hal ini sesuai
dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh (Stenning & Martin, 1968).
Penelitian yang berkaitan tentang kinerja air lift pump dengan menggunakan variasi
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio Terendam
0,0000378 Kg/s 0,0000463Kg/s 0,0000534 Kg/s
0,02
0,04
0,06
0,08
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
ṁ a
ir (
kg/s
)
Rasio Terendam
0,0000378 Kg/s 0,0000463Kg/s 0,0000534 Kg/s
(b)
(a)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
rasio terendam 0,4 – 0,7 memiliki hasil semakin besarnya rasio terendam maka akan
semakin besar juga laju aliran massa air yang dihasilkan (Stenning & Martin, 1968).
Pada Gambar 4.7 juga ditunjukkan kenaikan laju aliran massa tertinggi terdapat
pada rasio 1 : 2 dengan 2 : 3 pada pipa 3/4 in serta laju aliran massa udara =
0,0000534 kg/s sebesar 53,768 %.
Hal –hal yang mempengaruhi laju aliran massa air yaitu diameter pipa, head
statis dan laju aliran massa udara. Dapat dilihat bahwa laju aliran massa air pipa 1
in lebih besar daripada laju aliran massa air. Hal ini dikarenakan semakin besar
diameter pipa maka akan semakin besar juga laju aliran massa air. Hal ini didukung
dengan pernyataan (Pickert, 1963), menunjukkan bahwa kecepatan relatif udara
lebih kecil untuk pipa dengan diameter yang lebih kecil jika dibandingkan dengan
pipa yang berdiameter lebih besar. Kecepatan relatif udara digunakan untuk
medorong air naik keatas.
Besarnya laju aliran massa air berbanding lurus dengan semakin besarnya
laju aliran massa udara. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang
dilakukan oleh (Riglin, 2011). Penelitian yang berkaitan tentang kinerja air lift
pump dengan menggunakan variasi laju aliran massa udara 0,007 m³/s -0,047 m³/s
memiliki hasil semakin besarnya laju aliran massa udara maka akan semakin besar
juga laju aliran massa air yang dihasilkan (Riglin, 2011)
Laju aliran massa udara dihasilkan dari tekanan udara yang dihasilkan
kompresor. Hal ini mempengaruhi tekanan udara yang diinjeksikan masuk dan
memberikan tekanan pada air ini mengakibatkan terjadi perubahan berat jenis
menjadi berat jenis campuran air dan udara. Pada penelitian ini, debit aliran udara
memiliki sifat kompresibel. Sifat kompresibel dipengaruhi terjadinya perubahan
densitas fluida yang melewati orifice. Hal ini juga berdampak pada besarnya laju
aliran massa air.
Selain itu, laju aliran massa udara saat tercampur dengan laju aliran massa
air membentuk sebuah pola aliran. Pola aliran dipengaruhi oleh injeksi udara yang
membentuk berat jenis campuran air dan udara (Oueslati & Megriche, 2017). Pola
aliran mempengaruhi sebuah debit udara dan debit air yang dihasilkan. Hal ini
didukung oleh penelitian yang dilakukan oleh (Korawan, 2019). Penelitian tersebut
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
menunjukkan bahwa pola aliran annular flow memiliki debit aliran yang lebih kecil
daripada debit aliran yang dihasilkan pola slug flow. Akan tetapi, gelembung udara
pada penelitian ini tidak di analisa.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian pada airlift pump, maka dapat disimpulkan
sebagai berikut :
1. Efisiensi terbesar adalah 28,524 % pada rasio terendam 1 : 1 dengan
diameter pipa 1 in serta laju aliran massa udara sebesar 3,78 𝑥 10−5 kg/s.
2. Laju aliran massa air terbesar adalah 0,1336 kg/s atau sebesar 8,016 l/m
pada rasio terendam 1 : 1 dengan diameter pipa 1 in serta laju aliran massa
udara sebesar 5,34 𝑥 10−5 kg/s
3. Pada penelitian ini, semakin meningkatnya rasio perendaman, maka akan
meningkat juga efisiensi serta laju aliran massa air pada airlift pump.
5.2 Saran
1. Untuk pengujian selanjutnya dapat dilakukan penambahan variasi tekanan
untuk mengetahui karakteristik gelembung udara dari airlift pump.
2. Pengujian rasio terendam menggunakan riser tube perlu diinvestigasi lebih
jauh karena airlift pump banyak digunakan sebagai pompa pada lingkungan
yang tercemar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
DAFTAR PUSTAKA
Abou Taleb, F., & Al-jarrah, J. (2017). Experimental Study of an Airlift Pump.
Engineering Technology and Applied Science Research, 7(3), 1676–1680.
https://doi.org/10.5281/zenodo.809261
Agus Dwi Korawan. 2019. “EFEK DIAMETER PIPA PENGHANTAR
TERHADAP DEBIT DAN POLA ALIRAN DUA FASE PADA AIR-LIFT-
PUMP”. Indonesia : Sekolah Tinggi Teknologi Ronggolawe Cepu.
A. Mahrous, “Experimental study of Airlift pump performance with Sshape riser
tube bend”, Int. J. of Eng. and Manuf., Vol. 1, pp. 1-12, 2013
D. J. Nicklin “The Airlift pump: theory and optimization”, Trans. Inst. Chem. Eng.,
Vol. 41, pp. 29-39, 1963
G. J. Parker, “The effect of footpiece design on the performance of a small air lift
pump,” International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 2, no. 4, pp. 245–252,
1980.
Husain, L. A. 1975 “On the gas-lift pump. A new approach., 2nd Syrup. on jet
pumps, ejectors and gas-lift techniques”, Cambridge.
Makhsud, A. (2008). Desain dan pengujian pompa udara tekan ( air-lift pump ).
Jurnal Teknologi & Industri Faqih, 6(3).
Morgado, A. O., Miranda, J. M., Araújo, J. D. P., & Campos, J. B. L. M. (2016).
Review on vertical gas–liquid slug flow. International Journal of Multiphase Flow,
85, 348–368. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.07.002
Mc Cabe, L. Waren, E. Jasifi. 1999. Operasi Teknik Kimia Jilid 2. Erlangga
Oueslati, A., & Megriche, A. (2017). The effect of liquid temperature on the
performance of an Airlift pump. Energy Procedia, 119, 693–701.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.096
Pickert, F., 1932, The Theory of the Air-lift Pump, Engineering, Vol. 34, pp. 19-
20.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
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.
Riglin, J. (2011). Performance Characteristics of Airlift Pumps with Vortex Induced
by Tangential Fluid Injection.
http://digitalcommons.bucknell.edu/honors_theses/28/
Rosemount. (2014). Flow Test Data Book and Flow Handbook for 405 Compact
Orifice Series and 1595 Conditioning Orifice Plate. 00821–0100(May).
Streeter, V. L., & Wylie, E. B. (1979). Fluid mechanics (seventh ed.).
Stenning, A.H., Martin, C.B., 1968. Analytical and experimental studies of air lift
pump performance. J. Eng. Power—Trans ASME 90, 106–110.
Streeter, V. L., & Wylie, E. B. (1979). Fluid mechanics (seventh ed.).
S. Z. Kassab, H. A. Kandil, H. A. Warda, W. H. Ahmed, “Air-lift pump
characteristics under two phase flow conditions”, Int. J. of Heat and Flow, Vol. 30,
pp. 88-98, 2009
Tighzert, H., Brahimi, M., Kechroud, N., & Benabbas, F. (2013). Effect of
submergence ratio on the liquid phase velocity, efficiency and void fraction in an
air-lift pump. Journal of Petroleum Science and Engineering, 110, 155–161.
https://doi.org/10.1016/j.petrol.2013.08.047
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI