Menghitung Efisiensi Pompa Aquarium.docx

MENGHITUNG EFISIENSI POMPA

(CALCULATE PUMP EFFICIENCY)

PROPOSAL TUGAS AKHIR Disusun sebagai syarat mata kuliah Penyusunan Karya Ilmiah dan Proposal Di Program Studi S1 Teknik Elektro

Disusun oleh : IMAS AGUSTIN (1104140125)

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS TELKOM BANDUNG 2017

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah subhanahu wa ta’ala yang telah melimpahkan kasih dan sayang-Nya kepada kita, sehingga penulis bisa menyelesaikan penyusunan karya ilmiah dan proposal dengan judul “Menghitung Efisiensi Pompa” Tujuan dari penyusunan karya ilmiah dan proposal ini guna memenuhi salah satu mata kuliah pada FakultasTeknik Elektro Program Studi Teknik Fisila di Universitas Telkom University. Didalam pengerjaan penyusunan karya ilmiah dan proposal ini telah melibatkan banyak pihak yang sangat membantu dalam banyak hal. Oleh sebab itu, disini penulis sampaikan rasa terima kasih sedalam-dalamnya kepada : 1.

Bapak Suwandi sebagai Pembimbing I. Terima kasih atas waktu, bimbingan dan nasihat yang Bapak berikan sehingga membantu saya dalam menempuh pendidikan di institusi yang kita cintai.

2.

Suami tersayang, Riandi Oktovian atas kasih sayang, do’a, dan dukungannya yang tidak pernah henti sampai saat ini.

3.

Orangtua tersayang Ibu Aisah dan Kamir Syarifudin (ALM) atas kasih sayang, do’a, dan dukungannya yang tidak pernah henti sampai saat ini. Semoga selalu diberi kesehatan dan perlindungan oleh Allah SWT.

4.

Kedua kakakku, Iis Sumarni dan Dewi Kartika karena telah menjadi kakak yang baik, selalu menghibur dan menyemangati selama ini.

5.

Sahabat dan rekan seperjuangan tercinta yang tiada henti memberi dukungan dan motivasi kepada penulis.Khususnya kepada Jaya Wikrama dan Youlanda Avisha.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .............................................................................................................. 2 DAFTAR ISI........................................................................... Error! Bookmark not defined. DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ 4 DAFTAR TABEL .................................................................................................................... 5 BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................................... 6 1.1.

Latar Belakang Masalah ........................................................................6

1.2.

Tujuan dan Manfaat ............................................................................... 7

1.3.

Rumusan Masalah ................................................................................... 7

1.4.

Batasan Masalah ..................................................................................... 7

1.5.

Metode Penelitian .................................................................................... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................. 8 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 15 3.1.

Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 15

3.2.

Bahan dan Alat ...................................................................................... 15

3.3.

Prosedur Penelitian ............................................................................... 16

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 18

DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Prinsip Kerja Pompa ....................................................................................... 12 Gambar 2. 2 Struktur Pompa ............................................................................................... 12 Gambar 2. 3 Konfigurasi PIN ATMEGA8 .......................................................................... 14

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konstanta Kerugiaan Pada Fitting........................................................................ 9 Tabel 3.1 Rencana Kegiatan ................................................................................................. 15 Tabel 3.2 Pengambilan data pada pompa 1 ........................................................................ 16 Tabel 3.3 Pengambilan data pada pompa 2 ........................................................................ 17

BAB I PENDAHULUAN 1.1.

Latar Belakang Masalah Pompa sebagai salah satu mesin aliran fluida hidrolik pada dasarnya digunakan untuk

memindahkan fluida yang tak mampat dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan cara menaikan tekanan fluida yang di pindahkan tersebut. Pompa akan memberikan energi mekanis pada fluida kerjanya, dan energi yang diterima fluida digunakan untuk menaikkan tekanan. Pada pompa akan terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi fluida., energi fluida ini yang disebut head, ada tiga bentuk head yang mengalami bentuk perubahan yaitu head tekanan, kecepatan dan potensial. Head ini berpengaruh kepada efisiensi. Dalam industri pompa , banyak pekerjaan yang melibatkan dua hal sederhana, yaitu efisiensi mesin pompa sentrifugal dan motor induksi AC. Pompa sentrifugal mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik (aliran, kecepatan dan tekanan) dan motor AC mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Banyak sentrifugal besar menghasilkan efisiensi sekitar 75%-90% dan yang kecil biasanya berkisar sekitar 50%-70%. Motor AC besar di sisi lain dapat mendekati efisiensi 97%. Efisiensi merupakan parameter yang penting dalam pemilihan pompa. Dengan kondisi sistem yang ada di pompa harus dirancang sedemikian hingga menghasilkan efisiensi yang optimal. Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya yang di berikan pompa kepada fluida dengan daya yang diberikan listrik kepada pompa. Efisiensi total pompa dipengaruhi oleh efisiensi darik mekanik dan elektrik. Banyak pompa yang beredar di kalangan masyarakat tidak mencantumkan berapa besar efisiensi pompa yang dapat dihasilkan. Maka Dalam penelitian ini, penulis bermaksud untuk menghitung efisiensi dari beberapa pompa, pompa yang penulis gunakan untuk mengambil data adalah pompa yang sering digunakan untuk aquarium. Pengambilan data dilakukan dengan sensor level ketinggian digital dimana terdapat dua metode untuk mengambil data. Metode pertama sensor ketinggian digital dihubungkan melalui port laptop, dan metode yang kedua hasil dari pengambilan data yang berupa ketinggian dan waktu langsung di tampilkan ke LCD sensor level. Setelah data dari hasil pengamatan diperoleh maka dilakukan perhitungan efisiensi pompa mengunakan persamaan daya Hukum Bernoulli.

1.2.

Tujuan dan Manfaat Tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui efisiensi sebenarnya dari sebuah pompa akuarium.

1.3.

Rumusan Masalah Berdasarkan batasan masalah yang sudah penulis pilih maka dapat dirumuskan permasalahan penelitian sebagai berikut : 1. Bagaimana cara menghitung efisiensi dari pompa akuarium? 2. Apa saja parameter yang dibutuhkan dalam menghitung efisiensi pompa akuarium?

1.4.

Batasan Masalah Agar penelitian ini dapat dilakukan lebih fokus, sempurna, dan mendalam maka penulis memandang permasalahan penelitian yang dibahas perlu dibatassi variabelnya. Oleh sebab itu penulis membatasi diri hanya : 1. Tidak melakukan pengkajian terkait perancangan dan pembuatan sensor level. 2. Tidak melakukan pengkajian dan perhitungan terhadap efisiensi pada perpipa 3. Membahas hal yang berkaitan mengenai efisiensi pompa secara riil. 4. Faktor-faktor yang berpengaruh dalam efisiensi pompa.

1.5.

Metode Penelitian 1. Pustaka Yaitu dengan mengumpulkan data-data yang berkaitan dengan tugas akhir untuk dijadikan landasan ataupun penunjang dari tugas akhir ini. 2. Diskusi Yaitu dengan melakukan diskusi atau konsultasi dengan dosen pembimbing ataupun dengan orang-orang yang mempunyai kompetensi yang berkaitan dengan tugas akhir yang akan dibuat.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.

Head Pompa Head pompa adalah energi per satuan berat yang berat yang harus disediakan

untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair, yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang. Menurut persamaan bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu energi tekanan, energi kinetik, dan energi potensial. Hal ini dapat dinyatakan sebagai berikut : 𝑉12 2𝑔

+

𝑃1 𝛾

+ 𝑍1 =

𝑉22 2𝑔

+

𝑃2 𝛾

+ 𝑍2 + ∑ ℎ𝑙 − ℎ𝑚 ...................................... 2.1

Dalam bentuk lain, persamaan bernaolli sebagai berikut : 𝑃 + 𝜌𝑔ℎ + 𝑊 + 𝑚𝑔ℎ +

1 2

𝜌𝑉 2 = 𝐾𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 .....................................................................2.2

1 2

𝑚𝑉 2 = 𝐾𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 ...................................................................2.3

̇ ̇1 𝑊̇ + 𝑚̇𝑔ℎ + 2 𝑚̇𝑉̇ 2 = 𝐾𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 ..................................................................2.4 Keterangan : 𝑉2 2𝑔 𝑃 𝛾

= head kecepatan / energi kinetik (m) = head tekanan (m)

𝑍 = head ketinggian (m) ∑ ℎ𝑙 = jumlah head loss yang disebabkan oleh gaya gesek (m)

ℎ𝑚 = head yang disebabkan oleh efek permesinan hidrolik seperti pompa dan turbin (m) 𝑃 = Tekanan (Pa) 𝑊 = Usaha (Joule) 𝑊̇ = Daya (watt) 𝑚̇ = Laju aliran (

𝐾𝑔⁄ 𝑠)

ℎ = Ketinggian (m) 𝑉 = Kecepatan aliran (𝑚⁄𝑠 2 )

Jika dua variabel terakhir disebelah kanan tidak ada, maka persamaan 2.1 menjadi persamaan Bernoulli. Karena pada perancangan sistem perpipaan ini dapat kita asumsikan tidak membutuhkan turbin maka ℎ𝑚 = ℎ𝑝 . Head kecepatan pada sistem perpipaan atau pada umumnya sistem yang memiliki kerugian yang besar ialah presentasi kecil dari head total atau juga dapat diasumsikan untuk nilainya tidak berpengaruh terhadap perhitungan energi. Nilai dari head tekanan dapat dihilangkan dari sistem perpipaan ketika diasumsikan tekanan statik pada titik masuk sama dengan tekanan statik pada titik keluar. Head ketinggian ialah perbedaan ketinggian antara sisi masuk dan sisi keluar pada sistem, Karena nilai head ini berfungsi sebagai energi yang harus dimiliki oleh aliran agar tetap dapat mengalir pada sistem perpipaan. Pada persamaan Bernaolli 2.2 satuannya berupa Pascal, pada persamaan Bernaolli 2.3 satuannya berupa Joule, sedangkan pada persamaan Bernaolli 2.4 satuannya berupa Watt.

2.2.

Kerugian – Kerugian Head

Kerugian head adalah merupakan kerugian energi dari setiap fluida yang mengalir melalui saluran pipa. Kerugian head umumnya terdiri dari dua tipe yaitu kerugian head minor dan kerugian head major. 2.2.1. Minor Loss Pada suatu jalur pipa terjadi kerugian yang disebabkan seperti belokan, sambungan, katup dan sebagianya yang disebut sebagai kerugian kecil (minor loss). Minor loss secara sederhana dapat dihitung dari persamaan :

ℎ𝑙 = 𝐾𝑙

𝑉2 2𝑔

..................................................................................2.5

Dimana 𝐾𝑙 merupakan konstanta kerugian pada katup dan fitting pada pipa yang dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 2. 1 Konstanta Kerugiaan Pada Fitting

Fitting

𝐾𝑙

Globe valve, fully open

10,0

Angle valve, fully open

5,0

Butterfly valve, fully open

0.4

Gate valve, fully open

0,2

3⁄ open 4 1⁄ open 2

1,0 5,6 1⁄ open 4

17,0

Check valve, swing type, fully open

2,3

Check valve, lift type, fully open

12,0

Check valve, ball type, fully open

70,0

Foot valve, fully open

15,0

Elbow, 45o

0,4

Long radius elbow, 900

0,6

Medium radius elbow. 900

0,8

Short raadius elbow, 900

0,9

Close return bend, 1800

2,2

Pipe entrance, rounded, 𝑟⁄𝐷 < 0.6

0,1

Pipe entrance, square-edged

0,5

Pipe entrance, re-entrant

0,8

2.2.2. Major Loss Aliran fluida yang melalui suatu pipa akan mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida. Berikut persamaan head loss yang yang ditimbulkan akibat gesekan pada aliran fluida adalah :

ℎ𝑙 = 𝑓

𝐿 𝑉2 𝐷 2𝑔

....................................................................................2.6

Keterangan : 𝐿 = panjang pipa 𝑑 = diameter pipa 𝑓 = faktor gesek / faktor tahanan Pada aliran laminer, nilai faktor gesek tidak bergantung pada kekasaran dinding pipa, faktor gesek hanya fungsi dari dari bilangan reynold :

𝑓=

64 𝑅𝑒

.................................................................................2.7

Sedangkan pada aliran turbulent, nilai faktor gesek merupakan fungsi dari

bilangan reynold dan kekasaran relatif

𝜀⁄ , dimana 𝜀 merupakan 𝐷

kekasaran absolut pada suatu pipa. 1 √𝑓

= −1.8 𝐿𝑜𝑔 [

6.8

𝜀⁄

1.11

+ ( 𝐷)] 𝑅𝑒 3.7

..................................................2.8

Untuk mencari jenis aliran pada sistem perpipaan, di cari bilangan reynold nya terlebih dahulu.

𝑅𝑒 =

𝑉𝑎𝑣𝑔 𝐷 𝑣

=

𝜌𝑉𝐷 𝜇

........................................................................2.9

Jika : 𝑅𝑒 ≤ 2300 laminer flow 2300 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 4000 transitional flow 𝑅𝑒 ≥ 4000 turbulent flow

2.3.

Efisiensi Pompa

Efisiensi pompa adalah perbandingan daya yang diberikan pada pompa kepada fluida dengan daya yang diberikan listrik kepada pompa. Dengan adanya head loss, daya pompa yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida dapat ditentukan : ̇ ̇ 𝐿 .............................................................2.10 𝑊𝑝𝑢𝑚𝑝 = 𝑉∆𝑃𝐿 = 𝑉𝜌𝑔ℎ𝐿 =̇ 𝑚𝑔ℎ Sedangkan untuk mengetahui daya yang diberikan listrik kepada pompa dapat digunakan alat ukur wattmeter.

2.4.

Prinsip Kerja Pompa

Prinsip kerja pompa aquarium sebagai berikut : 1. Mekanisme awal Cara kerjanya adalah bagian dynamo pada pompa aqurium akan bergerak dengan adanya inputan daya listrik yang masuk pada pompa. Fungsinya untuk menarik air agar masuk ke mesin filter, dan air akan berputar-putar di bagian tersebut. 2. Mekanisme pertengahan Setelah dynamo bekerja maka akan terjadi stabilitas perputaran air secara berkala. Maka pada saat itu, proses penyaringan air kotor pun terjadi, proses penyaringan tersebut sangat penting agar air didalam aquarium tetap bersih. 3.

Mekanisme akhir

Setelah air disaring, maka hasil hasil air yang sudah disaring akan kembali masuk ke dalam aquarium. Jadi air dalam aquarium tersebut akan tetap dalam kondisi bersih.

Gambar 2. 1 Prinsip Kerja Pompa

2.5.

Struktur Pompa Struktur utama dari pompa yang digunakan sebagai berikut :

Gambar 2. 2 Struktur Pompa

1. Valve adalah impeller yang berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

2. Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi kebocoran cairan dari casing pompa yang berhubungan dengan poros. 3. Shaft atau poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat tumpuan impeller dan bagian-bagian lainnya yang berputar. 4. Discharge nozzle adalah bagian dari pompa yang berfungsi sebagai tempat keluarnya fluida hasil pompaan. 5. Casing adalah bagian luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen di dalamnya. 6. Impeller berfungsi mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada fluida yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosangan akibat perpindahan dari fluida yang masuk sebelumnya. 7. Bearing atau bantalan berfungsi untuk menumpu atau menahan beban dari poros agar dapat berputar, bearing juga berfungsi untuk mempelancar putaran poros dan menahan poros agar tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek dapat diperkecil. 8. Eye of impeller adalah bagian masuk dari arah isap impller.

2.6.

ATMEGA8 ATmega8 adalah micro controller keluaran Atmel yang merupakan anggota dari keluarga AVR 8-bit. Mikro kontroller ini memiliki kapasitas flash (program memory) sebesar 8 Kb (8.192 bytes), memori (static RAM) 1 Kb (1.024 bytes), dan EEPROM (non-volatile memory) sebesar 512 bytes. Kecepatan maksimum yang dapat dicapai adalah 16 MHz. Rancangan khusus dari keluarga prosesor ini memungkinkan tercapainya kecepatan eksekusi hingga 1 cycle per instruksi untuk sebagian besar instruksinya, sehingga dapat dicapai kecepatan mendekati 16 juta instruksi per detik. ATmega8 adalah prosesor yang kaya fitur. Dalam chip yang dipaketkan dalam bentuk DIP-28 ini terdapat 20 pin Input/Output (21 pin bila pin reset tidak digunakan), dengan 6 di antaranya dapat berfungsi sebagai pin ADC (analog-to-digital converter), dan 6 lainnya memiliki fungsi PWM (pulse width modulation). Pemrograman

(proses uploadkode program dari komputer ke IC) dapat dilakukan dengan mudah menggunakan programmer serial (contoh: USBASP) atau dengan parallel programming modemelalui port parallel (LPT port) komputer Anda. Kode dapat ditulis dalam bahasa C/C++ ataupun assembler. C compiler (avr-gcc, bagian dari Atmel AVR Toolchain) tersedia untuk diunduh secara gratis dari website produsen baik untuk versi windows atau versi linux. Alternatif lainnya untuk pengguna Windows dapat menggunakan (open source, gratis juga). Selain itu, untuk pemula dapat juga menggunakan Arduino IDE (bahasa C dengan library terintegrasi yang sangat mudah digunakan). Bila Anda lebih memilih untuk menulis kode dalam bahasa Assembler, selain menggunakan assembler standar dari Atmel (unduh Atmel AVR Toolchain), dapat juga menggunakan AVRA (open source, gratis) yang memiliki lebih banyak fitur.

Gambar 2. 3 Konfigurasi PIN ATMEGA8

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1. Tempat Penelitian Penelitian akan dilaksanakan di beberapa tempat sebagai berikut : 1. Laboratorium Teknik Instrumentasi Program Teknik Fisika Universitas Telkom. 2. Rumah penulis yang bertempat di Komplek Griya Bandung Asri Blok I No 81, Dayeuhkolot, Kab Bandung. 3.1.2. Waktu Penelitian Waktu yang dibutuhkan untuk penelitian ini kurang lebih 5 bulan yang di mulai pada bulan Agustus 2017 hingga bulan Desember 2017. Berikut rincian rencana kegiatan yang akan di laksanakan dalam kurun waktu tersebut. Tabel 3. 1 Rencana Kegiatan

No

Kegiatan

1

Tahap persiapan

2

Perakitan media

Bulan ke-i 1

2

pengambilan data 3

Pengambilan data

3.2. Bahan dan Alat Bahan dan alat yang dibutuhkan dalam tugas akhir adalah : 1. Pompa akuarium 2. Sensor level ketinggian 3. Akuarium 4. Wattmeter 5. Air 6. ATMEGA8

3

4

5

3.3. Prosedur Penelitian Dalam perhitungan efisiensi pompa yang dilakukan terdapat beberapa tahapan yang akan dilaksanakan adalah sebagai berikut : 3.3.1. Persiapan Tahap ini merupakan langkah awal dalam melakukan perhitungan efisiensi pompa. Kegiatan yang dilakukan dalam tahap ini adalah menyiapkan alat dan bahan yang di butuhkan. Selain menyiapkan alat dan bahan dalam tahap ini juga penulis mempersiapkan materi yang berkaitan dengan cara menghitung efisiensi pompa. 3.3.2. Perakitan Media Pengambilan Data Pada tahap ini dilakukan perakitan media pengambilan data yang dimana terdiri dari : 1.

Integrasi sensor level ketinggian dengan aquarium.

2.

Integrasi sensor level ketinggian dengan pompa.

3.

Integrasi sensor level ketinggian dengan aquarium.

4.

Integrasi pompa dengan wattmeter.

5.

Integrasi sensor level ketinggian dengan relay.

3.3.3. Pengambilan Data Pada tahap ini dilakukan pengambilan data pada pompa 1 dan pompa 2 , dimana level ketinggian air di ubah-ubah, karena level air di ubah-ubah maka volume nya juga ikut berubah untuk setiap level ketinggian, untuk data daya dan waktu juga di dapat setelah level ketinggian yang di inginkan tercapai. Setelah itu dilakukan perhitungan efisiensi pada pompa 1 dan pada pompa 2 (dibandingkan). Tabel 3. 2 Pengambilan data pada pompa 1

Level No

ketinggian air

1 2 3

Volume

Waktu

Daya

Daya

mekanik

Listrik

Efisiensi

4 5 6 7 8 9 10 4. Tabel 3. 3 Pengambilan data pada pompa 2

Level No

ketinggian air

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Volume

Waktu

Daya

Daya

mekanik

listrik

Efisiensi

DAFTAR PUSTAKA Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2006). Fluid Mechanics FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS. New York: McGraw-Hill Companies. vcc2gnd.com/sku/ATMEGA8-16PU.

2016.

ATMEGA8.

8

November

2017.

http://www.vcc2gnd.com/sku/ATMEGA8-16PU teknikmesinzone. 10 Juni 2016. Fungsi dan bagian dari pompa sentrifugal. 8 November 2017. http://teknikmesinzone.blogspot.co.id/2016/03/pengertian-pompa-sentrifugal-dan-fungsi.html