-
LABORATORIUM TRANSPORTASI FLUIDA
Percobaan :
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2014
Kelompok :
Nama :
1. NRP.
2. NRP.
3. NRP.
4. NRP.
5. NRP.
Tanggal Percobaan :
Asisten Laboratorium :
Dosen Pembimbing :
Karakteristik Pompa
III-B
Shinta Hilmy Izzati Zandika Alfi Pratama Rahmani Amalia Ricky
Utama
29 Oktober 2014
2313 030 016 2313 030 035 2313 030 041
Muammar Rizky Ir. Agung Subyakto, MS
2313 030 050 Catur Puspitasari
2313 030 093
.
. . . . . . . . . .
. .
-
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata fluida mencakup zat
car, air dan gas
karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan
benda-benda keras atau seluruh
zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa
mengalir. Susu, minyak
pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair
itu dapat dikelompokan ke
dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu
tempat ke tempat yang lain.
Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga
dapat mengalir dari satu satu
tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara
yang berpindah dari satu
tempat ke tempat lain (Iskandar, 2013).
Pompa merupakan pesawat angkut yang bertujuan untuk memindahkan
zat cair
melalui saluran tertutup. Atas dasar kenyataan tersebut maka
pompa harus mampu
membangkitkan tekanan fluida sehingga sehingga dapat mengalir
atau berpindah. Fluida
yang dipindahkan adalah fluida incompresibel atau fluida yang
tidak dapat dimampatkan.
Prinsip kerja pompa adalah menghisap dan melakukan penekanan
terhadap fluida. Pada
sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam
ruang pompa sehingga
akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa dengan
permukaan fluida yang dihisap.
Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa
fluida ini akan
didorong atau diberikan tekanan sehingga fluida akan mengalir ke
dalam saluran tekan
(discharge) melalui lubang tekan. Untuk melakukan kerja hisap
dan menekan pompa
membutuhkan energi yang berasal dari pengerak pompa. Energi
mekanis dari pengerak
pompa oleh elemen pompa akan diubah menjadi energi tekan pada
fluida sehingga fluida
akan memiliki daya air. Energi dari pengerak pompa selain untuk
memberi daya alir pada
fluida juga digunakan untuk melawan perbedaan energi potensial,
mengatasi hambatan
dalam saluran yang diubah menjadi panas. Energi yang digunakan
untuk mengatasi
hambatan dan yang diubah menjadi panas merupakan kerugian energi
bagi pompa. Dari
keterangan diatas maka dapat disimpulkan fungsi pompa adalah
untuk mengubah energi
mekanis dari pengerak pompa menjadi energi tekan dalam fluida
sehingga akan menjadi
aliran fluida atau perpindahan fluida melalui saluran tertutup
(Sularso, 1983).
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
I-2
BAB I PENDAHULUAN
I.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada percobaan ini adalah:
1. Bagaimana cara mempelajari dan membuat kurva karakteristik
pompa sentrifugal ?
2. Bagaimana hubungan antara parameter-parameter kurva sistem
yang meliputi P, ,
BHP, WHP dengan Q pada konfigurasi aliran sistem?
I.3 Tujuan Percobaan
Adapun tujuan percobaan karakteristik pompa adalah
1. Mempelajari dan membuat kurva karakteristik pompa
sentrifugal
2. Mengetahui hubungan antara parameter-parameter kurva sistem
yang meliputi P, ,
BHP, WHP dengan Q pada konfigurasi aliran sistem.
-
II-1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori
II.1.1 Fluida
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata fluida mencakup zat
car, air dan gas
karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan
benda-benda keras atau seluruh
zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa
mengalir. Susu, minyak
pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair
itu dapat dikelompokan ke
dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu
tempat ke tempat yang lain.
Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga
dapat mengalir dari satu satu
tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara
yang berpindah dari satu
tempat ke tempat lain (Iskandar, 2013).
II.1.2 Jenis- Jenis Fluida
Menurut (Geankoplis, 1993), aliran dan perilaku cairan adalah
penting dalam banyak
unit operasi dalam proses rekayasa. Fluida dapat didefinisikan
sebagai zat yang tidak
secara permanen menolak distorsi dan akan mengubah
bentuknya.
Fluida (zat alir) adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat
cair dan gas. Fluida dapat
digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan
dinamis.
a. Fluida Statis (Fluida diam)
Mempelajari fluida pada keadaan diam dan fluida yang berada
dalam suatu tempat, dan
tidak ada gerakan diantara elemen-elemen sekitarnya.
b. Fluida Dinamis (Fluida bergerak)
Fluida ada gerakan antara elemen-elemen sekitarnya.
II.1.3 Hukum Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida
yang menyatakan
bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan
fluida akan menimbulkan
penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini diambil dari
nama ilmuwan
Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-2
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.1 Persamaan Kontinuitas Bernoulli
Dimana v adalah Kecepatan fluida (m/s),g adalah percepatan
gravitasi bumi
(m/s2),h adalah ketinggian relatif terhadap suatu referensi (m),
P adalah tekanan fluida
(atm), adalah densitas fluida (kg/m3). Persamaan umum di atas
berlaku untuk aliran tak
termampatkan dengan asumsi aliran bersifat steady state dan
tidak terdapat gesekan
(wikipedia, 2009).
II.1.4 Pompa
Pompa itu adalah pesawat pengangkut untuk zat-zat cair.
Pengangkutan atau
pemindahan zat-cair dilakukan dengan pekerjaan gaya-tekan, yang
gunanya mengatasi
hambatan-hambatan, yang dialami oleh zat=cair itu diwaktu
pemindahan.
Pemindahan zat-cair itu dapat terjadi menurut arah mendatar,
arah tegak, atau
menurut arah dengan komponen-komponen yang mendatar dan
tegak.
Pada pemindahan zat-cair yang mendatar, maka hambatan yang
disebutkan tadi
terdiiri atas gesekan dan pusaran. Hambatan gesekan itu
bertambah dengan pangkat dua
dari kecepatan pengangkutan dan dengan panjang pembuluh; pusaran
terutama bergantung
pada kecepatan, pada tikungan dan pada lain-lain sifat yang
tidak terus-menerus dalam
pembuluh.
Pada pemindahan zat-cair yang tegak harus pula diatasi
hambatan-hambatan seperti
yang terdapat juga pada pemindahan mendatar, tetapi tambahan
pula harus diatasi suatu
hambatan yang diakibatkan karena adanya perbedaan tinggi antara
muka-isap dan muka-
tekan (Hendardji, 1952).
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1.5 Klasifikasi Pompa
Menurut prinsip kerjanya pompa diklasifikasikan menjadi:
1. Positive Displacement pump ( Pompa perpindahan positif )
Pompa yang menghasilkan kapasitas intermitten karena fluidanya
ditekan dalam elemen-
elemen pompa dengan volume tertentu. Pompa perpindahan positif
selanjutnya
digolongkan berdasarkan cara perpindahannya:
a. Pompa Reciprocating
b. Pompa Piston
c. Pompa Diaphragm
d. Pompa Rotary
e. Pompa Single Rotor
f. Pompa Dinamik
Menurut (Karassik, 2008), pompa dinamik adalah pompa yang ruang
kerjanya tidak
berubah selama pompa bekerja. Pompa ini memiliki elemen utama
sebuah rotor dengan
satu impeller yang berputar dengan kecepatan tinggi. Fluida
masuk dipercepat oleh
impeller yang menaikkan kecepatan absolut fluida maupun
tekanannya dan melemparkan
aliran melalui volut.
Jenis pompa dinamik:
a. Pompa sentrifugal :
a) Pompa Axial
b) Pompa Mixed Flow dan Radial Flow
c) Pompa Peripheral
b. Pompa dengan efek khusus :
a) Pompa Jet
b) Pompa Gas Lift
c) Pompa Hydraulic RAM
d) Pompa Electromagnetic
II.1.6 Pompa Sentrifugal
Industri proses biasanya menggunakan pompa sentrifugal. Ukuran
pompa
sentrifugal sekitar 0.004-380 m3/ min (1~100.000 gal/menit).
Tekanan discharge dari kecil
sampai 5000 Kpa. Bentuknya sangat sederhana terdiri dari impeler
yang berada didalam
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-4
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
casing. Cairan masuk pompa secara aksial pada titik 1 di suction
dan kemudian masuk
melalui putaran impeler dan berputar secara radial. Pada
penyebarannya secara radial,
cairan masuk salura diantara van pada titik 2 dan mengalir pada
periphery dari impeller.
Cairan terkumpul diruang 4 dan mengalir keluar discharge pompa
pada ruang 5 pada
gambar dibawah. Rotasi impeller memberika high velocity head ke
fluida, yang diubah ke
tekanan head sebagai cairan yang lewat kedalam ruang volute dan
keluar ke discharge
(Geankoplis, 1997).
II.1.6.1 Cara Kerja Pompa Sentrifugal
Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan
impeler di dalam
zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeler, oleh dorongan
sudu-sudu ikut berputar.
Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari
tengah impeler ke luar melalui
saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cair
menjadi lebih tinggi. Demikian
pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami
percepatan. Zat cair
yang keluar dari impeler ditampung oleh saluran berbentuk volut
(spiral) di keliling
impeler dan disalurkan ke luar pompa melalui nosel. Di dalam
nosel ini sebagian head
kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.
Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair
sehingga energi yang
dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan
berat atau head total zat
cair antara flens isap dan flens keluar pompa disebut head total
pompa.
Dari uraian diatas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah
energi mekanik dalam
bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang
mengakibatkan pertambahan
head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair
yang mengalir secara
kontinyu (Sularso, 1983).
II.1.6.2 Bagian-Bagian Pompa sentrifugal
Menurut (awan, 2009), terdapat bagian-bagian pompa yang bergerak
dan tidak
bergerak.
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.2 Bagian Pompa Sentrifugal
Bagian pompa yang tidak bergerak :
1. Base Plate
Berfungsi untuk mendukung seluruh bagian pompa dan tempat
kedudukan pompa
terhadap pondasi.
2. Casing ( rumah pompa )
Casing adalah bagian terluar dari rumah pompa yang berfungsi
sebagai :
a) Pelindung semua elemen yang berputar
b) Tempat kedudukan diffuser guide vane, inlet dan outlet
nozzle
c) Tempat yang memberikan arah aliran dari impeller
d) Tempat mengkonversikan energi kinetic menjadi energi
tekan.
3. Wadah
Fungsi utama wadah adalah menutup impeler pada penghisapan dan
pengiriman
pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan.
4. Difuser guide vane
Bagian ini biasanya menjadi satu kesatuan dengan casing atau
dipasang pada
casing dengan cara dibaut. Bagian ini berfungsi untuk :
a) Mengarahkan aliran fluida menuju volute atau menuju stage
berikutnya.
b) Merubah energy kinetic fluida menjadi energy tekanan.
5. Stuffing box
Fungsi utama stuffing box adalah untuk mencegah terjadinya
kebocoran pada
daerah dimana pompa menembus casing.
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-6
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
6. Wearing ring ( Cincin penahan arus )
Adalah ring yang dipasang pada casing (tidak berputar) sebagai
wearing ring
casing dan dipasang pada impeler (berputar) sebagai wearing ring
impeler. Fungsi utama
wearing ring adalah untuk memperkecil kebocoran cairan dari
impeler yang masuk
kembali ke bagian eye of impeler.
7. Discharge nozzle
Adalah saluran cairan keluar dari pompa dan berfungsi juga untuk
meningkatkan
energi tekanan keluar pompa.
Bagian pompa yang bergerak :
1. Shaft (poros)
Shaft berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak
selama pompa
beroperasi, dan merupakan tempat kedudukan impeler dan bagian
yang berputar lainnya.
2. Shaft sleeve (selongsong poros)
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi shaft dari erosi, korosi
dan keausan
khususnya bila poros itu melewati stuffing box.
3. Wearing ring
Adalah cincin yang dipasang pada casing (tidak berputar) sebagai
wearing ring
casing dan dipasang pada impeler (berputar) sebagai wearing ring
impeler. Fungsi utama
wearing ring adalah untuk memperkecil kebocoran cairan dari
impeler yang masuk
kembali ke bagian eye of impeler.
4. Impeler
Impeler berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa
menjadi energi
kecepatan pada cairan yang di pompakan secara kontinyu, sehingga
cairan pada sisi hisap
secara terus menerus pula akan mengisi kekosongan akibat
perpindahan dari cairan
sebelumnya.
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.3 Ilustrasi Aliran Fluida dalam Impeller Sebuah Pompa
Sentrifugal.
Menurut (Geankoplis, 1997), banyak faktor untuk menetapkan
effisiensi aktual dan
kinerja karakteristik pompa. Oleh karena itu, maka perlu
menetapkan kinerja karakteristik
pompa secara eksperimen. Kinerja biasanya diekspresikan oleh
manufaktur pompa dengan
menggunakan kurfa yang disebut dengan kurva karakteristik pompa.
Head H (m) yang
dihasilkan akan menjadi sama untuk cairan apapun dari viskositas
yang sama. Tekanan
yang dihasilkan, P1 = H..g, akan proporsional terhadap densitas.
Viskositas kurang dari
0.05 Pa.s (50 cp) mempunyai sedikit efek terhadap head yang
dihasilkan.
II.1.6.3 Kelebihan dan Kekurangan Pompa Sentrifugal
Menurut (Rendi, 2007), terdapat kelebihan dan kekurangan pada
penggunaan pompa
sentrifugal.
Kelebihan pompa sentrifugal antara lain :
1. Harga yang lebih murah
2. Konstruksi pompa sederhana
3. Mudah pemasangan maupun perawatan
4. Kapasitas dan tinggi tekan (head) yang tinggi
5. Kehandalan dan ketahanan yang tinggi
Kekurangan pompa sentrifugal antara lain :
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-8
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
1. Terbatasnya tekanan pengembus (delivery pressure)
2. Tidak mampu memancing fluida sendiri. Sehingga digunakan
multingkat yang
biasanya bersumbu sama serta digerakkan oleh motor.
Pompa peripheral
Pompa peripheral atau pompa regeneratif merupakan pompa
sentrifugal dengan roda
bergerak sehingga disebut sebagai bentuk peripheral. Hampir
semua karakteristik roda
periferal berbeda sangat jauh dengan roda radial. Pada tekanan
tertinggi dan terendah laju
tertinggi dibutuhkan energi yang tinggi.
Cara kerja pompa peripheral
Cairan masuk dan keluar pompa selama beberapa periode.
Peningkatan kecepatan dan
tekanan cairan berangsur-angsur meningkat jika dibandingkan
dengan dengan pompa
sentrifugal.
Gambar pompa peripheral
Gambar II.4 Gambar Pompa Peripheral
Kelebihan pompa peripheral :
a) Ekonomis karena energi yang digunakan lebih sedikit daripada
pompa sentrifugal.
b) Mudah Digunakan karena memiliki design yang lebih sederhana
daripada pompa
sentrifugal.
c) Cocok untuk digunakan untuk rumah tangga dan industri.
Kekurangan pompa peripheral :
d) Biaya perawatan yang tidak murah.
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.5 Kurva Pompa Sentrifugal dan Pompa Peripheral
Perbandingan antara pumpa peripheral dengan pumpa
sentrifugal:
a) Pompa periferal dapat mengendalikan cairan dengan kandungan
20% gas. Pada kondisi
yang sama, pompa sentrifugal akan terbentuk rongga udara.
b) Jika sumber fluida mengering, rongga pompa periferal
mempertahankan isinya yang
berupa fluida, tidak seperti pompa sentrifugal.
II.1.7 Karakteristik Sistem Pemompaan
Tahanan sistem (head)
a) Head statik
Head static merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan
dari cairan yang
dipompakan (lihat Gambar II.1.2a). Head statik merupakan aliran
yang independen (lihat
Gambar II.1.2b). Head static pada tekanan tertentu tergantung
pada berat cairan dan dapat
dihitung dengan persamaan berikut:
gravity Specific
2,31 X (psi) Tekanan feet)(dalam Head
Gambar II.6 Persamaan Head Static
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-10
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Head statik terdiri dari:
a) Head hisapan statis (hS): dihasilkan dari pengangkatan cairan
relatif terhadap garis
pusat pompa. hS nilainya positif jika ketinggian cairan diatas
garis pusat pompa, dan
negatif jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa
(juga disebut
pengangkat hhisapan)
b) Head pembuangan statis (hd): jarak vertikal antara garis
pusat pompa dan permukaan
cairan dalam tangki tujuan.
Gambar II.7 Head Statik
b) Head Friksi
Ini merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan
untuk
mengalir dalam pipa dan sambungan-sambungan. Head ini tergantung
pada ukuran,
kondisi dan jenis pipa, jumlah dan jenis sambungan, debit
aliran, dan sifat dari cairan.
Head gesekan/ friksi sebanding dengan kwadrat debit aliran
seperti diperlihatkan dalam
gambar II.1.6. Loop tertutup sistim sirkulasi hanya menampilkan
head gesekan/ friksi
(bukan head statik).
Menghitung Head
Menurut (Geankoplis, 2003), head adalah jarak vertikal antara
garis pusat pompa dan
permukaan cairan dalam tangki tujuan.
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-11
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
g
hv2
1zg
Pf
2
Gambar II.8 Persamaan Head
c) Head Loss :
1) Fanning melakukan banyak percobaan untuk memberikan data
faktor friksi, tetapi
perhitungan head loss telah diterapkan dengan menggunakan
persamaan radius hidrolik
(bukan diameter pipa).
2) Perhitungan radius hidrolik melibatkan pembagian luas
penampang area dari aliran
oleh wetted perimeter.
3) Untuk pipa dengan aliran aliran penuh, radius hidrolik yaitu
sama dengan diameter
pipa, sehingga persamaan head loss menjadi:
hf = f f(L/Rh) x (v2/2g)
Gambar II.9 Persamaan Head Loss
Dimana Rh adalah hydraulic radius ( diameter pipa) dan f f
adalah fanning friction
factor (Geankoplis, 2003).
d) Faktor Friksi
Dalam mencari sebuah friksi atau head loss pada pipa lurus,
faktor friksi
dibutuhkan. Salah satu contoh faktor friksi, yaitu
Faktor Friksi Persamaan Chen (pada kondisi faktor friksi
darcy)
2
41010 log.Re
0452,5
7065,3
/log4/1
A
N
Df
Gambar II.10 Faktor Friksi Persamaan Chen pada Kondisi Persamaan
Darcy
Jika, pada kondisi faktor friksi fanning maka faktor friksi
persamaan Chen yaitu :
2
41010 log.Re
0452,5
7065,3
/log2/1
A
N
Df
Gambar II.11 Faktor Friksi Persamaan Chen pada Kondisi Persamaan
Fanning
Dimana :
f = Faktor friksi persamaan Chen
= Kekasaran Pipa (ft)
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-12
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
D = Diameter dalam Pipa (ft)
Gambar II.12 Data Grafik Kehilangan Friksi pada Macam-Macam
Valve
d) Nre (Bilangan Reynold)
Menurut (Geankoplis, 1997), mempelajari penunjuk transisi dari
aliran laminer ke
turbulen pada pipa yang tidak hanya fungsi dari kecepatan tapi
juga densitas dan
viskositas dari aliran dan diameter pipa. Variabel ini
dikombinasikan kedalam bilangan
reynold, yang didimensikan.
Gambar II.13 Persamaan Bilangan Reynold
Dimana Nre adalah bilangan reynold, D adalah diameter pada m,
adalah cairan densitas
pada kg/m3 , adalah cairan viskositas di Pa, dan v adalah
viskositas rata-rata pada aliran
di m/s.
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-13
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Untuk pipa circular yang lurus, ketika nilai dari Bilangan
Reynold kurang dari
2100, alirannya selalu laminer. Ketika nilainya diatas 4000,
alirannya akan turbulent,
kecuali untuk kasus yang amat khusus. Diantara 2100 dan 4000
disebut daerah transisi.
e) Kecepatan alir fliuda
Menurut (Geankoplis C. J., 1997), ada 2 macam kecepatan alir
fluida:
a. Kecepatan linier
Merupakan jarak yang ditempuh oleh fluida yang mengalir tiap
satuan waktu
tertentu dan tidak dipengaruhi oleh faktor luas penampang.
Satuan v adalah (m/s) dan
(cm/sec)
Gambar II.14 Persamaan Kecepatan Linier
b. Kecepatan volumetrik (debit)
Merupakan ukuran banyaknya volume air yang mengalir yang dapat
ditampung
selama waktu tertentu dan dipengaruhi oleh faktor geometris,
luas penampang dari tempat
fluida mengalir. Debit direpresentasikan oleh persamaan
berikut:
Gambar II.15 Persamaan Kecepatan Debit
Dimana satuan Q adalah m3/s (MKS) dan cm3/s (cgs),V adalah
volume satuannya
m3 (MKS) atau cm3 (cgs) dan t adalah selang waktu tertentu
satuannya (s).
f) Velocity Head
Istilah ini menurut (Wahren, 1997), mengacu pada energi kinetik
cairan yang
bergerak pada titik yang ditentukan dalam sistem pompa. yaitu
memindahkan cairan pada
titik yang ditetapkan didalam sistem pompa.
Gambar II.16 Persamaan Velocity Head
Dimana V adalah kecepatan alir cairan didalam pipa (m/s ) dan g
(m/s2) adalah
percepatan gravitasi
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-14
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
g) Friksi pada Pipa Lurus
Menurut (Campbell, 2007), kehilangan friksi dikarenakan gesekan
yang dialami oleh
gerakan fluida dalam pipa yang biasanya dapat dihitung melalui
hubungan persamaan
Darcy-Weisbach sebagai berikut:
Gambar II.17 Persamaan Friksi Pipa Lurus
Dimana :
F = Friksi pada pipa lurus (m)
f = Faktor friksi Darcy
L = Panjang Pipa Lurus (m)
D = Diameter Pipa dalam (m)
V = Kecepatan Linier Fluida (ft/s)
g = Percepatan Gravitasi (m/s2)
h) Friksi pada fitting
Valve dan Fitting mempunyai pengaruh kehilangan friksi pada
suatu aliran sistem
perpompaan dengan masing-masing koefisien friksi yang dimiliki,
biasanya dapat dihitung
melalui persamaan :
Gambar II.18 Persamaan Koefisien Friksi
Dimana :
Hf = Head loss atau friksi pada fitting (m)
Kf = Koefisien friksi
v = Kecepatan linier (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
= Velocity head (ft)
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-15
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
i) Perbedaan pipa dari pipa besar ke kecil
Berdasarkan keterangan (Geankoplis, 1997), sudden contraction
losses yaitu:
(sudden contraction losses)
hc = 0,55 2
v
A
A1
22
1
2
Gambar II.19 Persamaan Sudden Contraction
j) Perbedaan pipa dari pipa kecil ke besar
Berdasarkan keterangan (Geankoplis, 1997), sudden enlargement
losses yaitu:
(sudden enlargement losses)
hex =2
v
A
A1
21
2
2
1
Gambar II.20 Persamaan Sudden Enlargement
k) WHP (Water Horse Power)
Water Horse Power (WHP) adalah liquid horse power yang
disampaikan oleh
pompa.
Gambar II.21 Persamaan Water Horse Power
l) BHP (Brake Horse Power)
Ketika memilih pompa pertama-tama perlu menentukan kapasitas
aliran dan head
yang diperlukan pompa. Meskipun banyak pompa yang bisa memenuhi
kondisi operasi.
Kondisi operasi yang diperlukan yaitu tentang efisiensi pompa
dan ukuran motor yang
V1
A1
A2
A2
V2 A1
V2
V2
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-16
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
dibutuhkan. Sekarang daya yang dikirim dari motor untuk pompa
juga merupakan produk
dari torsi pada poros penggerak pompa dan kecepatan sudut poros
:
Gambar II.22 Persamaan BHP
Dimana :
BHP = Break Horse Power (kW)
= Torsi (Nm)
=
Gambar II.23 Persamaan Torsi
Dimana :
= Densitas fluida (kg/m3)
Q = Debit (m3/s)
= Kecepatan sudut (putaran/s)
Ri = Jari-jari impeler (m)
m) BEP (Best Eficiency Point)
Gambar II.24 Kurva Performansi Pompa
BEP (Best Efficiency Point) yaitu kondisi operasi dimana pompa
bekerja paling
optimum. Kurva performansi bermanfaat untuk menggambarkan
beberapa parameter unjuk
kerja dari pompa yang antara lain:
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-17
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
1. Besarnya head terhadap flow rate
2. Besarnya efisiensi terhadap flow rate
3. Besarnya daya yang dibutuhkan terhadap flow rate
4. Besarnya NPSHr terhadap flow rate
5. Besarnya minimum stable continuous flow
n) Menghitung Efisiensi
Efisiensi dinyatakan sebagai persentase yang mewakili sebuah
unit ukuran yang
menggambarkan perubahan gaya sentrifugal dan dinyatakan sebagai
perubahan kecepatan
menjadi energi tekanan.
= %100BHP
WHP
Gambar II.25 Persamaan Efisiensi
II.1.8 Jenis Jenis Valve dan Fitting
1. Globe valve
Gambar II.26 Globe Valve
Selain digunakan untuk mengontrol laju aliran fluida juga untuk
menutup laju
aliran fluida dengan cepat. Aplikasi valve jenis ini dapat kita
jumpai pada
outlet / discharge pump. Ketika handwheel diputar searah jarum
jam, disk mendorong
posisi globe hingga menutup laju aliran fluida. Begitu pula
sebaliknya.Valve jenis ini
didesain sedemikian rupa hingga semua komponen didalamnya
terhindar daritekanan yang
terus menerus dan juga mudah dalam hal perawatan, misalnya ada
tekanan yang terjebak (trap
pressure) di bawah globe.
2. Gate valve
Pada dasarnya digunakan untuk menutup laju aliran fluida dengan
kuat. Valve
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-18
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
jenis ini ada pada alat-alat pengetesan sumur minyak
(surfacewell testing) seperti
flowhead, cristmast tree dan choke manifold .Valve jenis ini
tidak boleh digunakan untuk
mengontrol/menekan laju aliran fluida dengan cara membuka
setengah atau seperempat
posisi gate. Jadi posisi gate pada valve ini harus fully open
atau fully close. Jika posisi gate
setengah membuka maka laju aliran fluida dapat mengikis
sudut-sudut gate yang dapat
menyebabkan erosi dan pada akhirnya valve
tidak dapat bekerja secara sempurna.
Gambar II.27 Gate Valve
1. Elbow
Aliran suatu fluida saat di elbow menjadi lebih turbulen, karena
hal itu akan cepat
terjadi korosi dan erosi
Gambar II.28 Elbow
2. Reducer
Jenis ini memiliki sudut kemiringan yang membentuk aliran
semakin horizontal,
karena itu jenis ini untuk mengalirkan fluida secara horizontal
dan menghilangkan aliran
bebas dari suatu gas (McCabe, 1993).
Gambar II.29 Reducer
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-19
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
3. Coupling
Ada banyak macam sambungan coupling, kebanyakan kekedapan
terhadap fluida
dengan mengencangkan suatu packing karet elastis.
Gambar II.30 Coupling
4. Union
Union biasanya digunakan untuk ukurran pipa yang kecil.
Gambar II.31 Union
5. Tee
Jenis ini memiliki aliran line dan branch. Pada aliran branch
sering dijumpai ukuran
mengecil saat keluar ataupun sama dengan ukuran masuk. Jenis ini
banyak dijumpai dan
tidak susah unuk dicari, selain mudah jenis ini ekonomis dan
tidak mudah terkikis
(McCabe, 1993).
Gambar II.32 Tee
II.1.9 Barometer (Bourdon Pressure Gauge)
Bourdon tube pressure gauge adalah alat pengukuran tekanan non
liquid. Bourdon
tube berbentuk tabung bulat lonjong dengan penampung serta
terdiri dari pipa pendek
lengkung berongga dan salah satu ujungnya tertutup.
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
II-20
I
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Gambar II.33 Bourdon Pressure Gauge
Prinsip kerjanya :
Perubahan yang dihasilkan sebanding dengan besarnya tekanan yang
diberikan. Perubahan
tekanan yang dideteksi oleh tabung Boudon akan menyebabkan
tabungnya bergerak.
Kemudian gerakan tabung tersebut ditransmisikan untuk
menggerakkan jarum meter.
Biasanya skala tekanan ini dikalibrasikan dalam beberapa ukuran
antara lain : psi, kPa, bar
dan kg/cm2.
Kelebihan :
1. Bersifat portabel (bisa dibawa kemana-mana).
2. Ketelitian cukup tinggi
3. Tidak mudah terpengaruh perubahan temperatur.
4. Baik dipakai untuk mengukur tekanan antara 30 100.000
Psi.
Kekurangan :
1. Pengukuran terbatas pada tekanan statis.
2. Terpengaruh shock dan vibrasi.
-
III-1
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
III.1 Variabel Percobaan
Debit air (Q) : 32, 38, 50, 70, 77, 105, dan 135 ml/s
III.2 Bahan Percobaan
1. Air
III.3 Alat Percobaan
1. Beaker Glass
2. Gelas ukur
3. Stopwatch
4. Thermometer
5. Rangkaian alat percobaan pompa sentrifugal
a. Pompa Sentrifugalpheriperal
DAB Model Aqua 100 Vista
Maximum Capacity : 34 L/m
Suction Head : 9 m
Discharge Head : 22 m
Total Head : 31 m
IP : 44
Widding: Class A
Size : 1 inch x 1 inch
Output : 100 watt
v/HZ/pH : 220/50/1
rpm : 2850
b. Barometer (Bourdon Pressure Gauge)
Skala psi: x Psig ; x kg/cm
c. kWhmeter
d. Pipa
Pipa Standard Comercial Steel Schedule 40
1. Pipa inch :
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
III-2
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
inside diameter : 0,0158 m
outside diameter : 0,02143m
luas penampang pipa : 1,961 x 10-4 m2
2. Pipa 1 inch :
inside diameter : 0,02664 m
outside diameter : 0,0334 m
luas penampang pipa : 5,574 x 10-4m2
e. Fitting :
1. Globe Valve (screwed)
Globe valve 1 inch
Globe valve inch
2. Tee
Tee 1 inch (screwed)
Tee inch (flanged)
3. Coupling
Coupling 1 inch
Coupling inch
4. Union
Union 1 inch
Union inch
5. Increaser pipa 1 inch ke pipa inch
6. Reducer pipa inch ke pipa 1 inch
7. Regular elbow 900 (screwed)
III.4 Prosedur Percobaan
III.4.1 Tahap Persiapan
1. Mengukur temperature air dengan menggunakan termometer.
2. Setelah mengetahui suhu fluida, mencari data viskositas dan
densitas pada
bukuTransport Processes and Unit Operations - Geankoplis
appendix A.2.
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
III-3
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
III.4.2 Tahap Percobaan
1. Melakukan pengaturan valve 2 hingga memperoleh Q sesuai
variabel yang
ditentukan dengan membuka penuh valve 3 dan menutup penuh valve
4 untuk
sirkuit 1. Melakukan hal yang sebaliknya untuk sirkuit 2.
2. Mengamati dan mencatat tekanan pada barometer untuk variabel
x ml/s.
3. Mencatat waktu putaran kWh meter untuk setiap putaran pada
variabel yang
diberikan yaitu x ml/s
4. Mengukur static head (SH) pada variabel yang diberikan yaitu
x ml/s.
5. Mengulangi percobaan nomer 2 sampai 4 pada sirkuit 2.
III.4.3 Tahap Perhitungan dari Data yang Diperoleh
a. Menghitung Kecepatan linier
b. Menghitung velocity head
c. Menghitung nilai Nre
d. Menghitung Friksi pada Pipa Lurus dengan menggunakan
persamaan Blasisus
untuk pipa 1 dan inch pada sirkuit 1 dan 2
e. Menghitung friksi pada setiap fitting yang ada pada sirkuit 1
dan sirkuit 2.
Keterangan :
Nilai Kf setiap sambungan berbeda, tergantung jenisnya. Dapat
dilihat di
Geankoplis. Jumlah sambungan disesuaikan dengan rangkaian alat
sesuai dengan
sirkuitnya.
f. Menghitung TSH (Total Suction Head) untuk sirkuit 1 dan
2.
g. Menghitung TdH (Total discharge Head) untuk sirkuit 1 dan
2.
h. Menghitung TDH (Total Diferential Head) untuk sirkuit 1dan
2.
i. Menghitung Work Horse Power (WHP) untuk sirkuit 1 dan 2.
j. Menghitung BHP (Break Horse Power) untuk sirkuit 1 dan 2.
k. Menghitung Efisiensi untuk sirkuit 1 dan 2.
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
III-4
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
III.5 Diagram Alir Percobaan
III.5.1 Tahap Persiapan
III.5.2 Tahap Percobaan
Mulai
Mengukur temperatur pada air percobaan dengan menggunakan
termometer
Setelah mengetahui suhu fluida, melihat data viskositas dan
densitas pada
buku Transport Processes and Unit Operations - Geankoplis
appendix
A.2.
Selesai
Mulai
Melakukan pengaturan globe valve 1 hingga memperoleh Q sesuai
variabel
yang ditentukan dengan membuka penuh globe valve 3 dan menutup
penuh
globe valve 2 untuk sirkuit 1. Melakukan hal yang sebaliknya
untuk sirkuit
2.
Mengamati dan mencatat tekanan pada barometer untuk variabel
Mencatat putaran KWH meter untuk setiap kondisi variabel yang
diberikan
yaitu mengulangi percobaan nomor 2 sampai 3 pada sirkuit 2.
Mengukur static head pada kondisi variabel yang diberikan
Selesai
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
III-5
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
III.5.3 Tahap Perhitungan dari Data yang Diperoleh
Menghitung Kecepatan linier
Menghitung velocity head
Menghitung nilai Nre
Menghitung Friksi pada Pipa Lurus dengan menggunakan
persamaan
Blasisus untuk pipa 1 dan inch pada sirkuit 1 dan 2
Menghitung friksi pada setiap fitting yang ada pada sirkuit 1
dan sirkuit 2.
Menghitung TSH (Total Suction Head) untuk sirkuit 1 dan 2.
Menghitung TdH (Total discharge Head) untuk sirkuit 1 dan 2.
Menghitung TDH (Total Diferential Head) untuk sirkuit 1dan
2.
Mulai
A
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
III-6
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
Menghitung Work Horse Power (WHP) untuk sirkuit 1 dan 2.
Menghitung BHP (Break Horse Power) untuk sirkuit 1 dan 2.
Menghitung Efisiensi untuk sirkuit 1 dan 2.
Selesai
A
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
III-7
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
III.6 Gambar Alat
Stopwatch
Barometer
(Bourdon Pressure Gauge)
Gelas Ukur
kWhmeter
Stopwatch
Termometer
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
III-8
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
III.7 Gambar Rangkaian Alat Percobaan Pompa Sentrifugal
V1 V2
-
IV-1
BAB IV
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
IV.1.Hasil Percobaan
Tabel IV.1.1 Hasil Percobaan pada Sirkuit 1
Tabel IV.1.2 Hasil Percobaan pada Sirkuit 2
IV.2. Hasil Perhitungan
IV.2.1. Hasil Perhitungan Kecepatan (v), Bilangan Reynolds
(Nre), Faktor Friksi(f), untuk
Ukuran Pipa dan 1" pada Sirkuit 1 dan 2
Debit
(ml/s)
Tekanan Kwh
(sekon)
Static Head (m)
N/m2 Psia
(lb/in2) Suction Discharge
32 151690 22 17 0.335 0.59
38 144795 21 17 0.33 0.59
50 144795 21 18 0.335 0.59
70 137900 20 18 0.315 0.59
77 131005 19 18 0.335 0.59
105 131005 19 18 0.335 0.59
135 124110 18 19 0.335 0.59
Debit
(ml/s)
Tekanan Kwh
(sekon)
Static Head (m)
N/m2 Psia
(lb/in2) Suction Discharge
32 151690 22 17 0.33 0.59
38 144795 21 17.8 0.33 0.59
50 144795 21 18.09 0.33 0.59
70 144795 21 18.09 0.33 0.59
77 144795 21 18.21 0.33 0.59
105 137900 20 18.31 0.33 0.59
135 131005 19 18.60 0.33 0.59
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
IV-2
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Tabel IV.2.1.1 Hasil Perhitungan Kecepatan (v), Bilangan
Reynolds (Nre), Faktor
Friksi(f), untuk Ukuran Pipa pada Sirkuit 1
Tabel IV.2.1.2 Hasil Perhitungan Kecepatan (v), Bilangan
Reynolds (Nre), Faktor
Friksi(f), untuk Ukuran Pipa 1 pada sirkuit 1
IV.2.2 Hasil Perhitungan WHP, BHP, dan Efisiensi pada Sirkuit 1
dan 2
Tabel IV.2.2.1 Hasil Perhitungan Tekanan, WHP, BHP, dan
Efisiensi pada Sirkuit 1
Q (ml/s) Tekanan
(N/m2) WHP (hp) BHP (hp) (%)
32 151690 4.722222222 0.16333238 3.458803346
38 144795 4.722222222 0.208360808 4.412346521
50 144795 5 0.312788202 6.255764049
70 137900 5 0.534162708 10.68325416
77 131005 5 0.616935344 12.33870687
Q (ml/s) v (m/s) Nre f
32 0.163265 3342.029167 0.012
38 0.193877 3968.659635 0.011
50 0.255102 5221.920573 0.0095
70 0.357142 7310.688802 0.0092
77 0.392857 8041.757682 0.009
105 0.535714 10966.0332 0.008
135 0.688775 14099.18555 0.007
Q (ml/s) v (m/s) Nre f
32 0.057409 1979.86538 0.0075
38 0.068173 2351.090139 0.014
50 0.089702 3093.539656 0.013
70 0.125583 4330.955519 0.012
77 0.138141 4764.051071 0.011
105 0.188374 6496.433278 0.0095
135 0.242195 8352.557072 0.0085
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
IV-3
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
105 131005 5 1.138979662 22.77959324
135 124110 5.277777778 1.958324385 37.1050936
Tabel IV.2.2.2 Hasil Perhitungan Tekanan, WHP, BHP, dan
Efisiensi pada Sirkuit 2
Q (ml/s) Tekanan
(N/m2) WHP (hp) BHP (hp) (%)
32 151690 4.722222222 0.179331642 3.797611244
38 144795 4.944444444 0.231233359 4.676629724
50 144795 5.022222222 0.359198222 7.152176992
70 144795
5.022222222 0.622986253 12.40459354
77 144795
5.055555556 0.755661119 14.94714301
105 137900
5.088888889 1.469659392 28.87976972
135 131005
5.166666667 2.610658701 50.52887808
IV.3. Grafik dan Pembahasan
Prosedur percobaan karakteristik pompa terdiri dari 2 tahap
yaitu tahap persiapan dan
tahap percobaan. Tahap persiapan meliputi persiapkan seluruh
alat dan bahan yang
digunakan dalam percobaan, mengidentifikasi sifat-sifat fisik
fluida, dan mencari
volumetric flow rate maksimum pada masing-masing sirkuit.
Kemudian mengidentifikasi
sifat-sifat fisik fluida yang meliputi densitas, viskositas dan
specific gravity menggunakan
pendekatan teoritis hasil pengukuran suhu fluida. Volumetric
flow rate maksimum
didapatkan dari pengukuran volume air yang keluar dari pipa
outlet setiap sirkuit selama 2
detik dengan membuka penuh valve 1, valve 2, dan menutup valve 3
untuk mendapatkan
aliran sirkuit 1. Sedangkan untuk sirkuit 2 didapatkan dengan
membuka penuh valve 1,
valve 2 dan menutup valve 4. Tahap percobaan dimulai dengan
melakukan pengaturan
valve 2 untuk mendapatkan volumetric flow rate sesuai variabel
yang telah diberikan yaitu
32 ml/s, 38 ml/s, 50 ml/s, 70 ml/s, 77 ml/s, 105 ml/s dan 135
ml/s pada masing-masing
sirkuit. Setelah mendapatkan volumetric flow rate yang sesuai,
melakukan pengamatan
tekanan yang ditunjukkan pada barometer Bourdon Pressure Gauge
dan mencatat waktu
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
IV-4
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
yang dibutuhkan oleh kWh meter untuk mencapai 1 putaran dan
static head (SH) pada tiap
variabel.
Grafik IV.1. Hubungan antara Q (m3/s) dengan Water Horse Power
(hp) pada Sirkuit 1
dan Sirkuit 2
Pada grafik IV.1. dapat diamati bahwa kurva hubungan antara Q
dengan Water
Horse Power (WHP) pada sirkuit 1 dan sirkuit 2 menunjukkan
adanya kenaikan nilai WHP
sebanding dengan bertambahnya nilai Q, sehingga semakin besar
volumetric flow rate (Q)
maka semakin besar pula nilai WHP.
Hasil percobaan yang didapat juga dapat dibandingkan dengan
rumus sebagai
berikut:
Dari rumus yang dibandingkan dapat disimpulkan bahwa hubungan
antara WHP
dengan volumetric flow rate (Q) adalah berbanding lurus. Semakin
besar nilai total Q,
maka semakin besar pula nilai WHPnya. Sehingga, hasil percobaan
yang didapat sesuai
dengan literatur yang menyebutkan bahwa hubungan antara Q dengan
WHP adalah
berbanding lurus (Igor J.Karassick, 2008)
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
IV-5
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Grafik IV.2. Hubungan antara Q (m3/s) dengan Break Horse Power
(hp) pada Sirkuit 1
dan Sirkuit 2
Pada grafik IV.2. dapat dilihat bahwa kurva hubungan antara Q
dengan Brake Horse
Power (BHP) pada sirkuit 1 dan sirkuit 2 menunjukkan kenaikan
nilai BHP seiring dengan
bertambahnya nilai Q, sehingga semakin besar volumetric flow
rate (Q) maka semakin
besar pula nilai BHP.
Hasil percobaan yang didapat juga dapat dibandingkan dengan
rumus sebagai
berikut:
BHP = Q x Ws x
Sehingga dapat disimpulkan bahwa hubungan antara Q dan BHP
adalah berbanding
lurus dan nilai BHP akan semakin besar jika nilai Q semakin
besar. Hasil percobaan yang
didapat sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa hubungan
antara Q dengan BHP
adalah berbanding lurus(Igor J.Karassick, 2008).
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
IV-6
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Grafik IV.3. Hubungan antara Q (ml/s) dengan Efisiensi ( pada
Sirkuit 1 dan Sirkuit 2
Pada grafik IV.3. dapat dilihat bahwa kurva hubungan antara Q
dengan efisiensi
pada sirkuit 1 menunjukkan kenaikan nilai efisiensi seiring
dengan bertambahnya nilai Q,
sehingga semakin besar volumetric rate (Q) maka akan semakin
besar pula nilai efisiensi pada kedua sirkuit.
Hasil percobaan yang didapat juga dapat dibandingkan dengan
rumus sebagai
berikut:
Dari rumus yang dibandingkan dapat disimpulkan bahwa hubungan
antara efisiensi
dan WHP adalah berbanding lurus, sedangkan hubungan antara
efisiensi dan BHP adalah
berbanding terbalik. Hasil percobaan yang didapat untuk sirkuit
1 sesuai dengan literatur
yang menyebutkan bahwa semakin besar nilai Q maka semakin besar
pula nilai
efisiensinya (Geankoplis, 1993).
-
Laboratorium Transpoertasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
IV-7
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Grafik IV.4. Hubungan antara Q (m3/s) dengan Tekanan (Psi) pada
Sirkuit 1 dan Sirkuit 2
Pada grafik IV.4. menunjukkan hubungan antara Q dengan tekanan
(P) dan dapat
dilihat bahwa pada sirkuit 1 dan sirkuit 2 nilai tekanan (P)
semakin rendah seiring dengan
bertambahnya nilai Q. Hubungan antara volumetric flow rate(Q)
dan tekanan (P) adalah
berbanding berbalik. Semakin besar nilai Q, maka tekanannya (P)
akan semakin rendah.
Hasil percobaan yang didapat untuk sirkuit 1 dan sirkuit 2 tidak
sesuai dengan literatur
yang menyebutkan bahwa semakin besar nilai Q (debit) maka
semakin besar pula nilai P
(tekanan) (Perry, 2008).
-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik
Kimia
FTI - ITS
IV-8
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Gambar IV.1. Hubungan antara Q dengan Tekanan pada perry_s
chemical engineering
Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya kesalahan antara
hubungan Q dengan
P adalah pencatatan hasil yang dilakukan pada keadaan pompa yang
belum mencapai
steady state, variabel debit yang digunakan terlalu dekat
sehingga penentuan nilai P pada
pressure gauge hanya sedikit mengalami perubahan. Akibatnya akan
membuat praktikan
membuat asumsi dalam pengamatan.
-
I-1
BAB V
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan dan hasil perhitungan diperoleh
kesimpulan sebagai
berikut:
1. Nilai Volumetric Flow rate (Q) dan Water Horse Power (WHP)
berbanding lurus.
Semakin besar nilai (Q), maka semakin besar pula nilai
WHPnya.
2. Nilai Volumetric Flow rate (Q) dan Brake Horse Power (WHP)
berbanding lurus.
Semakin besar nilai (Q), maka semakin besar pula nilai
BHPnya.
3. Nilai Volumetric Flow rate (Q) dan Efisiensi () berbanding
lurus. Semakin besar nilai
(Q), maka semakin besar pula nila efisiensinya.
4. Nilai Volumetric Flow rate (Q) dan Tekanan (P) berbanding
terbalik. Semakin besar
nilai (Q), maka semakin rendah nilai tekanannya.
-
Pipa ukuran A = 1,961 x 10-4 m2 = 1,96 cm2
(Geankoplis, 1983)
APPENDIKS
T air = 320C
air = 994.994 kg/m3
Viskositas = 0.000768 kg/m.s
(Geankoplis, 1983)
Static Suction Head
Q
(ml/s)
Sirkuit 1
(m)
Sirkuit 2
(m)
32 0.335 0.33
38 0.33 0.33
50 0.335 0.33
70 0.315 0.33
77 0.335 0.33
105 0.335 0.33
135 0.335 0.33
Static Discharge Head
Sirkuit 1 = 0.59 m.
Sirkuit 2 = 0.38 m
Nilai Kf
Elbow = 0,75
Tee = 1
Coupling = 0,04
Union = 0,04
Globe Valve = 6,0 (wide open)
= 9,5 (Half open)
Reducer = 0,55
(Geankoplis, 1983)
Perhitungan Sirkuit 1
Menghitung Kecepatan Alir Air pada Suhu 32C
Pipa dengan Diameter
-
Q = 0.000032 m3/s
m/s 1633.0
m2 0.000196
/3m 0.000032
A
Qv
AvQ
s
Untuk varibel Q = 38, 50, 70, 77, 105, dan 135 ml/s dapat
megikuti cara diatas. Kecepatan
linier (v) dari keenam variabel tersebut adalah 0.193878,
0.255102, 0.357143, 0.3928557,
0.535714, dan 0.688776 cm/s
Pipa dengan Diameter 1
Pipa ukuran 1 A = 5,57 cm2
(Geankoplis, 1983)
Q = 0.000032 m3/s
m/s 05745.0
m 0.000557
/sm 0.000032
A
Qv
AvQ
2
3
Untuk variabel Q = 38, 50, 70, 77, 105, 135 dapat megikuti cara
diatas. Kecepatan linier
(v) dari keenam variabel tersebut adalah 0.682226, 0.897666,
0.125673, 0.138241,
0.18851, dan 0.24237 cm/s
Menghitung Bilangan Reynold dan Faktor Friksi Dengan Menggunakan
diagram
moody.
Pipa (D=0.0158 m)
a) Q= 0.000032 m3/s
Menghitung D
0,0029113
0,0158
0,000046
D
Perhitungan bilangan reynold
= 4,6 x 10-5 m (Pipe commercial steel)
(Geankoplis, 1997, mody chart hal 96)
d = 1,58 cm (1/2 in), 2,664 cm (1 in)
(Geankoplis, 1997, Appendiks A,5-1, hal 892)
-
029167.3423
0,000768
632651.0994.9940.158
vDNre
Untuk variabel Q = 38, 50, 70, 77, 105, 135 dapat megikuti cara
diatas. Nre dari keenam
variabel tersebut adalah 3968,659635, 5221,920573, 7310,688802,
8041,757682,
10966,0332, dan 14099,18556.
Kemudian melihat moody chart pada buku Geankoplis hal 88 dengan
mencocokkan
nilai /D dan NRe. Maka untuk variabel V = 0.000032 m3/s
didapatkan nilai faktor
friksi = 0,012.
Untuk variabel Q = 38, 50, 70, 77, 105, 135 dapat megikuti cara
diatas. Faktor friksi (f)
dari keenam variabel tersebut adalah 0,011, 0,0095, 0,0092,
0,009, 0,008, dan 0,007.
Pipa 1 (D = 2,664 cm)
a) Q = 0.000032 m3/s
Menghitung D
0,0017267
0,0266
0,000046
D
Perhitungan bilangan reynold
86538.9791
0,000768
0574606.0994.9940.0266
vDNre
Untuk variabel Q = 38, 50, 70, 77, 105, 135 dapat megikuti cara
diatas. Nre dari keenam
variabel tersebut adalah 2351,090139, 3093,539656, 4330,955519,
4764,051071,
6496,433278, dan 8352,557072.
Kemudian melihat moody chart pada buku Geankoplis hal 88 dengan
mencocokkan
nilai /D dan NRe. Maka untuk variabel V = 32 m3/s didapatkan
nilai faktor friksi =
0,0075.
Untuk variabel Q = 38, 50, 70, 77, 105, 135 dapat megikuti cara
diatas. Faktor friksi (f)
dari keenam variabel tersebut adalah 0,014, 0,013, 0,012, 0,011,
0,0095, dan 0,0085 .
-
Sirkuit 1
Mencari Panjang Pipa lurus total pipa in
Berikut data Kf dan Le/D dari bebrapa fitting:
Jenis Fitting Kf Le/D
Elbow, 90o 0,75 35
Tee 1 50
Coupling 0,04 2
Union 0,04 2
Globe Valve
-Wide open
-Half open
6,0
9,5
300
475
Increaser 0,42005 -
Reducer 0,356 -
>Mencari konversi panjang dari fitting:
Le = D x (Koef Le/D)
Berikut perhitungan dari konversi panjang fitting dari variabel
debit 0,000032; 0,000038;
dan 0,00005 m3/s (half open) :
Le/D Jumlah Diameter Length
Elbow 35 6 0,0158 2,765
Union 2 4 0,0158 0,1264
Increaser - 2 0,0158 -
Globe Valve 475 2 0,0158 15,01
Coupling 2 2 0,0158 0,0632
Reducer - 1 0,0158 -
Pipa Lurus - - - 3,22
Total Length 21,1846 m
Untuk variabel debit 0,00007, 0,000077, 0,000105 dan 0,000135
m3/s (wide open) dapat
diselesaikan dengan cara diatas namun untuk Kf dari Globe Valve
diganti dengan 300.
Total length dari ketiga variabel tersebut adalah 16,229 m.
Mencari Total Hf pipa in
>Mencari besar total Hf pipa in
Hf = Kf x V2/2
Berikut perhitungan dari Total Hf dengan variabel debit 0,000032
m3/s :
-
Kf Vh Jumlah Hf
Elbow 0,75 0.01332 6 0.05997501
Union 0,04 0.01332 4 0.002132445
Increaser 0,42005 0.01332 2 0.011196668
Globe Valve 9,5 0.01332 2 0.25322782
Coupling 0,04 0.01332 2 0.001066222
Reducer 0,356 0.01332 1 0.00474469
Pipa Lurus 1 0.01332 21,1846 m 0.282343688
Total Hf 0.614686543
Elbow =
=
= 0.05997501 Joule/kg
Union =
=
= 0.002132445 Joule/kg
Increaser =
=
= 0.011196668
Globe Valve =
=
= 0.25322782 Joule/kg
Coupling =
=
= 0.001066222 Joule/kg
Reducer =
=
= 0.00474469 Joule/kg
Pipa Lurus =
=
= 0.282343688 Joule/kg
Total HF =
=
= 0.614686543 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005 m3/s (half open) dapat
diselesaikan dengan cara
diatas. Total Hf dari ketiga variabel tersebut adalah 0,8668,
1,5006996 Joule/kg.
Berikut perhitungan dari Total Hf dengan variabel debit 0,00007
m/s :
Kf Vh Jumlah Hf
Elbow 0,75 0,06377551 6 0,2869898
Union 0,04 0,06377551 4 0,0102040
Increaser 0,42005 0,06377551 2 0,0535778
Globe Valve 6,0 0,06377551 2 1,2117346
Coupling 0,04 0,06377551 2 0,0051020
-
Reducer 0,356 0,06377551 1 0,0227040
Pipa Lurus 1 0,06377551 26,7146 m 1,703737*
Total Hf 3,394049
*Menghitung dengan rumus : 4 f L/D Vh
Elbow =
=
= 0,2869898 Joule/kg
Union =
=
= 0,0102040 Joule/kg
Globe Valve =
=
= 1,2117346 Joule/kg
Coupling =
=
= 0,0051020 Joule/kg
Increaser =
=
= 0,0535778 Joule/kg
Reducer =
=
= 0,004951 Joule/kg
Pipa Lurus =
=
= 1,703737 Joule/kg
Total HF =
=
= 3,394049 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000077, 0,000105 dan 0,000110 m3/s (wide
open) dapat
diselesaikan dengan cara diatas. Total Hf dari kedua variabel
tersebut adalah 3,9858,
7,411612 dan 12,251848 Joule/kg.
Mencari Panjang Pipa lurus total pipa 1 in
Le/D Jumlah Diameter Length
Elbow 35 7 0,02664 6,5268
Union 2 4 0,02664 0,21312
Globe Valve 475 1 0,02664 12,654
-
Coupling 2 1 0,02664 0,05328
Tee 50 3 0,02664 3,996
Pipa Lurus 5,1
Total Length 28,5432 m
Untuk variabel debit 0,000066, 0,000081, 0,000110 m3/s (wide
open) dapat diselesaikan
dengan cara diatas namun untuk Kf dari Globe Valve diganti
dengan 300. Total length dari
ketiga variabel tersebut adalah 23,8812 m.
Mencari total Hf pipa 1 in
Berikut perhitungan dari Total Hf dengan variabel debit 0,000032
m/s :
Kf Vh Jumlah Hf
Elbow 0,75 0,001650287 7 0,00866401
Union 0,04 0.001650287 4 0,00026405
Globe Valve 9,5 0.001650287 1 0,01567773
Coupling 0,04 0.001650287 1 0,000066011
Tee 1 0.001650287 3 0,004951
Pipa Lurus 1 0.001650287 28,5432 m 0,047104*
Total Hf 0,07672679
*Menghitung dengan rumus : 4 f L/D Vh
Elbow =
=
= 0,00866401 Joule/kg
Union =
=
= 0,00026405 Joule/kg
Globe Valve =
=
= 0,01567773 Joule/kg
Coupling =
=
= 0,000066011 Joule/kg
Tee =
=
= 0,004951 Joule/kg
Pipa Lurus =
=
= 0,047104 Joule/kg
Total HF =
=
-
= 0,07672679 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005 m3/s dapat diselesaikan
dengan cara diatas. Total
Hf dari ketiga variabel tersebut adalah 0,108196, 0,18732132
Joule/kg.
Berikut perhitungan dari Total Hf dengan variabel debit 0,00007
m/s :
Kf Vh Jumlah Hf
Elbow 0,75 0,006186136 7 0,0414586
Union 0,04 0,006186136 4 0,0012635
Globe Valve 9,5 0,006186136 1 0,07502039
Coupling 0,04 0,006186136 1 0,00031588
Tee 1 0,006186136 3 0,02369065
Pipa Lurus 1 0,006186136 23,8812 m 0,18858704
Total Hf 0,3303360
Elbow =
=
= 0,0414586 Joule/kg
Union =
=
= 0,0012635 Joule/kg
Globe Valve =
=
= 0,07502039 Joule/kg
Coupling =
=
= 0,00031588 Joule/kg
Tee =
=
= 0,02369065 Joule/kg
Pipa Lurus =
=
= 0,1885870 Joule/kg
Total HF =
=
= 0,3303360 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000077, 0,000105 dan 0,000135 m3/s (wide
open) dapat
diselesaikan dengan cara diatas. Total Hf dari kedua variabel
tersebut adalah 0,39970665,
0,74325618 dan 1,22864798 Joule/kg.
Mencari Ws :
Variabel Q = 0,000032 m3/s
Hukum Bernaulli Ws = F + Z.g +P/ + V2/2
-
-Ws = 0.9158 + (0.43 x 9.8) + 0 + 0
-Ws = 5.1298 joule/kg
Untuk variabel debit 0,000038, 0,000050, 0,000070, 0,000077,
0,000105, dan 0,000135
m3/s dapat diselesaikan dengan cara diatas. Nilai Ws dari keenam
variabel tersebut adalah
5,51076, 6,28723, 7,662988, 8,05245, 10,9020, 14,57908
Joule/kg.
Mencari BHP
Variabel Q = 0,000032 m3/s
BHP = Ws x x Q
BHP = 5,12982 x 994,994 x 0,000032
BHP = 0,163332 watt
Untuk variabel debit 0,000038, 0,000050, 0,000070, 0,000077,
0,000105, dan 0,000135
m3/s dapat diselesaikan dengan cara diatas. Nilai BHP dari
keenam variabel tersebut adalah
0,208360; 0,312788; 0,53416270; 0,61693534; 1,138979662; dan
1,958324385 watt.
Mencari Efisiensi
Efisiensi = BHP x 100%
WHP
Data WHP dari percobaan pada sirkuit 1 :
Q (m3/s) WHP (Watt)
0,000032 4,7222
0,000038 4,7222
0,000050 5
0,00007 5
0,000077 5
0,000105 5
0,000135 5,2778
Efisiensi (Q=0,000032 m3/s) = 0,163332 x 100%
4,7222
= 3,458803346 %
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005, 0,00007, 0,000077,
0,000105, dan 0,000135 m3/s
dapat diselesaikan dengan cara diatas. Nilai efisiensi dari
keenam variabel tersebut adalah
4,412346521; 6,255764049; 10,68325416; 12,33870687; 22,77959324;
dan 37,105094 %.
Sirkuit 2
Mencari Panjang Pipa lurus total pipa in
Berikut perhitungan dari konversi panjang fitting dari variabel
debit 0,000032, 0,000038,
0,00005 m3/s (half open) :
Le/D Jumlah Diameter Length
Elbow 35 7 0,0158 3,871
Union 2 4 0,0158 0,1264
Increaser 2 0,0158 -
-
Globe Valve 475 3 0,0158 22,515
Coupling 2 2 0,0158 0,0632
Reducer 1 0,0158 -
Pipa Lurus 4,8
Total Length 32,2406 m
Untuk variabel debit 0,00007, 0,000077, 0,000105, dan 0,000135
m3/s (wide open) dapat
diselesaikan dengan cara diatas namun untuk Kf dari Globe Valve
diganti dengan 300.
Total length dari ketiga variabel tersebut adalah 23,9456 m.
Mencari Total Hf pipa in
Berikut perhitungan dari Total Hf dengan variabel debit 0,000032
m3/s :
Kf Vh Jumlah Hf
Elbow 0,75 0,013328 7 0,06997085
Union 0,04 0,013328 4 0,00213244
Increaser 0,42005 0,013328 2 0,01119667
Globe Valve 9,5 0,013328 3 0,37984173
Coupling 0,04 0,013328 2 0,00106622
Reducer 0,356 0,013328 1 0,00474469
Pipa Lurus 1 0,013328 23,8706 m 0,31814211*
Total Hf 0,78709471
*Menghitung dengan rumus : 4 f L/D Vh
Elbow =
=
= 0,06997085 Joule/kg
Union =
=
= 0,00213244 Joule/kg
Globe Valve =
=
= 0,37984173 Joule/kg
Coupling =
=
= 0,00106622 Joule/kg
Increaser =
=
= 0,01119667 Joule/kg
Reducer =
=
= 0,00474469 Joule/kg
-
Pipa Lurus =
=
= 0,31814211 Joule/kg
Total HF =
=
= 0,78709471 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005 m3/s (half open) dapat
diselesaikan dengan cara
diatas. Total Hf dari ketiga variabel tersebut adalah 1,1099265,
1,92161797 Joule/kg.
Berikut perhitungan dari Total Hf dengan variabel debit 0,00007
m/s :
Kf Vh Jumlah Hf
Elbow 0,75 0,063776 7 0,33482143
Union 0,04 0,063776 4 0,01020408
Increaser 0,42005 0,063776 2 0,05357781
Globe Valve 9,5 0,063776 3 1,81760204
Coupling 0,04 0,063776 2 0,00510204
Reducer 0,356 0,063776 1 0,02270408
Pipa Lurus 1 0,063776 23,9456 m 1,52235969
Total Hf 3,76637116
Elbow =
=
= 0,33482143 Joule/kg
Union =
=
= 0,01020408 Joule/kg
Increaser =
=
= 0,05357781
Globe Valve =
=
= 1,81760204 Joule/kg
Coupling =
=
= 0,00510204 Joule/kg
Reducer =
=
= 0,02270408 Joule/kg
Pipa Lurus =
=
= 1,52235969 Joule/kg
-
Total HF =
=
= 0.614686543 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000077, 0,000105 dan 0,000135 m3/s (wide
open) dapat
diselesaikan dengan cara diatas. Total Hf dari kedua variabel
tersebut adalah 4,5573091,
8,47433514, dan 14,0085948 Joule/kg.
Mencari Panjang Pipa lurus total pipa 1 in
Le/D Jumlah Diameter Length
Elbow 35 7 0,02664 6,5268
Union 2 4 0,02664 0,21312
Tee 50 3 0,02664 3,996
Pipa Lurus 5,1
Total Length 28,5432 m
Untuk variabel debit 0,000032, 0,000038, 0,00005, 0,00007,
0,000077, 0,000105,
0,000135 m3/s dapat diselesaikan dengan cara diatas. Untuk nilai
panjang total pipa lurus
sama yaitu 28,5432 m.
Mencari total Hf pipa 1 in
Berikut perhitungan dari Total Hf dengan variabel debit 0,000032
m/s :
Kf Vh Jumlah Hf
Elbow 0,75 0,000231739 7 0,00866401
Union 0,04 0,000231739 4 0,00026405
Globe Valve 9,5 0,000231739 1 0,01567773
Coupling 0,04 0,000231739 1 0,000066011
Pipa Lurus 1 0,000231739 28,5432 m 0,04710447*
Total Hf 0,07177626
*Menghitung dengan rumus : 4 f L/D Vh
Elbow =
=
= 0,00866401 Joule/kg
Union =
=
= 0,00026405 Joule/kg
Globe Valve =
=
= 0,05357781
Coupling =
=
-
= 0,000066011 Joule/kg
Pipa Lurus =
=
= 0,04710447 Joule/kg
Total HF =
=
= 0,07177626 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005, 0,00007, 0,000077,
0,000105, 0,000135 m3/s
dapat diselesaikan dengan cara diatas. Nlai total Hf dari keenam
variabel tersebut adalah
0,10121577, 0,17523506, 0,343436071, 0,41558744, 0,77278657, dan
1,27746352
joule/kg.
Mencari Ws :
Variabel Q = 0,000032 m3/s
Hukum Bernaulli Ws = F + Z.g +P/ + V2/2
-Ws = 1,418309154 + (0,32 x 9,8) + 0 + 0
-Ws = 5,632309154 Joule/kg
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005, 0,00007, 0,000077,
0,000105, dan 0,000135 m3/s
dapat diselesaikan dengan cara diatas. Nilai Ws dari keenam
variabel tersebut adalah
6,115703596, 7,220108308, 8,944580184, 9,863155719, 14,0671764,
19,43550674
Joule/kg.
Mencari BHP
Variabel Q = 0,000032 m3/s
BHP = Ws x x Q
BHP = 5,632309154x 994,994 x 0,000032
BHP = 0,179331642 watt
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005, 0,00007, 0,000077,
0,000105, dan 0,000135 m3/s
dapat diselesaikan dengan cara diatas. Nilai dari keenam
variabel tersebut adalah
0,231233359; 0,359198222; 0,622986253; 0,755661119; 1,469659392;
dan 2,610658701
watt.
Mencari Efisiensi
Efisiensi = BHP x 100%
WHP
Data WHP dari percobaan pada sirkuit 2 :
Q (m3/s) WHP (Watt)
-
0,000032 4,7222
0,000038 4,9444
0,00005 5,0222
0,00007 5,0222
0,000077 5,0556
0,000105 5,0889
0,000135 5,1667
Efisiensi (Q=0,000032 m3/s) = 0.179331642 x 100%
4,7222
= 3,797611244 %
Untuk variabel debit 0,000038, 0,00005, 0,00007, 0,000077,
0,000105, dan 0,000135 m3/s
dapat diselesaikan dengan cara diatas. Nilai efisiensi dari
keenam variabel tersebut adalah
4,676629724; 7,152176992; 12,40459354; 14,94714301; 28,87976972;
dan 50,528878 %.