UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER …

UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER BERDIAMETER

1,5 INCI MENGGUNAKAN AERATOR 60 LPM

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan

Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh:

SAMUEL SETYA PRAYOGA

NIM : 175214016

HALAMAN JUDUL

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2021

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

THE PERFORMANCE OF AIR LIFT PUMP WITH 1,5 INCH DIAMETER

OF RISER PIPE AND 60 LPM OF AERATOR

FINAL PROJECT

Presented As Partial Fullfilment of the Requierement To

Obtain the Engineering Degree

In Mechanical Engineering

Arranged by:

SAMUEL SETYA PRAYOGA

Student Number: 175214016

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

UNIVERSITY OF SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2021



Andreas Riandy

Rectangle

Andreas Riandy

Rectangle


v

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir

dengan judul:

Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Pipa Riser Berdiameter 1,5 Inci

Menggunakan Aertor 60 Lpm

dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1,

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma. Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan merupakan tiruan dari

tugas akhir maupun penelitian yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata

Dharma atau di Perguruan Tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang

dicantumkan dalam Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 23 Juli 2021

Penulis,

Samuel Setya Prayoga

175214016


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma:

Nama : Samuel Setya Prayoga

Nomor Mahasiswa : 175214016

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada

perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul:

Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Pipa Riser Berdiameter 1,5 Inci

Menggunakan Aertor 60 Lpm

Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama

masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.


Penulis


175214016


vii

ABSTRAK

Penduduk desa di dataran tinggi kesulitan mendapatkan pasokan air bersih

saat musim kemarau. Pada umumnya penduduk menggunakan pompa air diesel

untuk menyupali air dari mata air. Semakin sering pompa air diesel akan rusak,

karena adanya endapan pasir dan lumut di mata air. Salah satu cara

menanggulanginya ialah dengan menggunakan pompa pengangkut udara atau

airlift pump. Airlift pump dapat dijadikan solusi karena tidak adanya komponen

mekanis yang bergerak dan perawatanya yang tidak sulit. Namun efisiensi dan

debit yang dihasilkan lebih rendah dibandingkan jenis pompa lainya, sehingga

dapat dilakukan modifikasi pada rasio terendam dan letak nosel injeksi.

Pada penelitian ini mengguanakan variabel yang divariasikan adalah

ketinggian pipa riser 12cm, 24cm, 36cm, 48cm dan 60cm dan penempatan nosel

pada pipa 1,5 inci dan reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Penelitian ini menggunakan

pipa terendam 100 cm dan sumber udara berasal dari aerator dengan kapasitas 60

liter/menit dan memiliki tekanan 0,020 Mpa.

Hasil dari penelitian ini dapat diketahui bahwa memperbesar rasio

terendam akan memperbesar debit air yang dihasilkan. Debit terbesar dengan letak

nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci

sebesar 35,77 liter/menit dan 36,04 liter/menit pada rasio terendam 89,28%.

Memperbesar rasio terendam akan meningkatkan nilai efisiensi hingga mencapai

nilai optimum. Nilai efisiensi terbesar dengan letak nosel injeksi pada pipa 1,5

inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar 4,785% dan 4,045% yang pada rasio

terendam 80,64%. Debit air yang dihasilkan dengan letak nosel injeksi pada pipa

1,5 inci lebih besar daripada menggunakan nosel pada pipa reducer socket 2 inci x

1,5 inci pada rasio rendah. Pada rasio tertinggi 89,28% debit air yang dihasilkan

lebih besar menggunakan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Pola aliran yang

terbentuk pada nosel injeksi pada pipa 1,5 inci memliki variasi pola aliran churn

dan slug-churn. Pola aliran yang terbentuk pada nosel injeksi dengan pipa reducer

socket 2 inci x 1,5 inci memiliki bentuk slug-churn.

Kata kunci : aerator, airlift pump, debit air, efisiensi, pola aliran, rasio terendam.


viii

ABSTRACT

Villagers in the highlands have difficulty getting clean water supplies

during the dry season. In general, residents use diesel water pumps to supply

water from springs. The more often the diesel water pump will be damaged, due

to the presence of sand deposits and moss in the springs. One way to overcome

this is by using an airlift pump. Airlift pump can be used as a solution due to the

absence of mechanical components that move and maintenance that is not

difficult. However, the efficiency and discharge produced are lower than other

types of pumps, so modifications can be made to the submerged ratio and location

of injection nozzles.

In this study, variable use was the height of riser pipe 12cm, 24cm, 36cm,

48cm, and 60cm and the placement of nozzles on pipes 1.5 inches and reducer

socket 2 inches x 1.5 inches. The study used a 100 cm submerged pipe and the air

source came from an aerator with a capacity of 60 liters /min and has a pressure of

0.020 Mpa.

The results of this study can be known that enlarging the submerged ratio

will enlarge the resulting water discharge. The largest discharge with injection

nozzles in 1.5-inch pipes and 2-inch x 1.5-inch reducer socket pipes at 35.77

liters/minute and 36.04 liters/minute at a submerged ratio of 89.28%. Enlarging

the submerged ratio increases the efficiency value to the optimum value. The

largest efficiency value with injection nozzles in 1.5-inch pipes and 2-inch x 1.5-

inch pipes was 4.785% and 4.045% at a submerged ratio of 80.64%. The resulting

water discharge with the location of the injection nozzle on the pipe is 1.5 inches

larger than using the nozzle on the reducer socket pipe 2 inches x 1.5 inches at a

low ratio. At the highest ratio of 89.28%, the resulting water discharge is greater

using a 2-inch x 1.5-inch reducer socket pipe. The flow pattern formed in the

injection nozzle in the 1.5-inch pipe has variations in the flow patterns of churns

and slug churns. The flow pattern formed in the injection nozzle with a 2-inch x

1.5-inch reducer socket pipe has a slug-churn shape.

Keywords: aerator, airlift pump, water discharge, efficiency, flow pattern,

submerged ratio.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Mahe Esa, atas berkat, dan kasih yang telah Ia

berikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian, dan penulisan naskah

Skripsi yang berjudul “Unjuk Kerja Airlift pump Dengan Pipa Riser

Berdiameter 1,5 Inci Menggunakan Aertor 60 Lpm”

Penulisan Skripsi ini dilakukan sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa

Program Studi Teknik Mesin di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta untuk mendapat gelar Sarjana Teknik. Penyusunan Skripsi

ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, baik material maupun

spiritual. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas SanataDharma.

2. Budi Setyahandana, S.T., M.T.,selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas SanataDharma.

3. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku Dosen

Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan,

dan dukungan kepada penulis.

4. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing

skripsi yang telah banyak meluangkan waktu dan tenaga untuk

membantu, memberikan bimbingan, dukungan, dan masukan kepada

penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini.

5. Sukarjo dan Wuryanti sebagai orang tua penulis yang telah

mendukung penulis dengan memberikan perhatian, semangat, dan

doa.

6. Bety Cahyaning Lestari sebagai saudara penulis yang dengan penuh

perhatian memberikan perhatian, semangat, dan dukungan kepada

penulis.


x

7. Soemiyati yang telah yang telah mendukung penulis dengan

memberikan semangat dan doa.

8. Teman – teman seperjuangan laju jogja – solo yang telah menemani

penulis selama masa perkuliahan.

9. Teman – teman Pompa dan Kompresor 2020 yang pernah

berdinamika dengan saya.

10. Seluruh teman dekat yang selalu menemani dan berjuang sama,

Gigih, Wakhid, Nasrun, Tedy, Kecil, Danu, Dadang, Jepri, Wems,

Tepo, Didik, Andre, Cahyo, Yan, Kenichy, Timus, Nino, dan Gaga.

11. Segenap teman-teman angkatan 2017 dan keluarga besar Teknik

Mesin yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

12. Segenap dosen, dan laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah

membagikan pengalaman, dan ilmu yang berharga selama

perkuliahan.

13. Staff karyawan Sekertariat Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi yang telah membantu memudahkan proses administrasi,

dan kesuksesan penulis. Serta semua pihak dengan tidak mengurangi

rasa terima kasih yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari

kesempurnaan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan

saran yang membangun demi kesempurnaan penyusunan skripsi ini.

Semoga naskah ini dapat menambah informasi pembaca dan membawa

kemajuan di bidang teknologi.


Penulis


175214016


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS ............................................................ ii

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ................................... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI................................. vi

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ......................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.1.

Identifikasi Masalah .......................................................................................... 2 1.2.

Rumusan Masalah ............................................................................................. 2 1.3.

Tujuan Penelitian .............................................................................................. 2 1.4.

Batasan Masalah ............................................................................................... 3 1.5.

Manfaat Penelitian ............................................................................................ 3 1.6.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 4

Penelitian Terdahulu ......................................................................................... 4 2.1.

Landasan Teori .................................................................................................. 6 2.2.

2.2.1. Pompa ........................................................................................................ 6

2.2.2. Pompa Pengangkat Udara (Airlift Pump) .................................................. 6

2.2.4. Rasio terendam........................................................................................... 8

2.2.5. Efisiensi...................................................................................................... 9

2.2.6. Gaya Apung ............................................................................................... 9

2.2.7. Prinsip Bernoulli ...................................................................................... 10

BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 11

3.1. Objek Penelitian .............................................................................................. 11


xii

3.2. Variasi Penelitian ............................................................................................ 14

3.3. Tempat Penelitian ........................................................................................... 14

3.4. Alur Penelitian ................................................................................................ 15

3.5. Alat dan Bahan ................................................................................................ 16

3.5.1. Alat yang digunakan ................................................................................ 16

3.5.2. Alat ukur yang digunakan ........................................................................ 16

3.5.3. Bahan yang digunakan ............................................................................. 17

3.6. Proses Pembuatan Alat ................................................................................... 18

3.7. Cara Pengambilan Data ................................................................................... 20

3.8. Cara Memperoleh Data ................................................................................... 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 23

4.1. Data Penelitian ................................................................................................ 23

4.2. Hasil Perhitungan ............................................................................................ 27

4.3. Pembahasan ..................................................................................................... 32

4.3.1. Hubungan rasio terendam terhadap debit dan efisiensi. .......................... 32

4.3.2. Perbandingan Penempatan Nosel Injektor Pada Pipa 1,5 inci dan Pipa

Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit dan efisiensi yang

dihasilkan. ................................................................................................ 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 38

5.1. Kesimpulan ..................................................................................................... 38

5.2. Saran ............................................................................................................... 39

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 40

LAMPIRAN .......................................................................................................... 42


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa 1,5 inci ............................................ 23

Tabel 4.2. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci ..... 24

Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Air yang Dihasilkan ..................................... 30

Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Efisiensi yang Dihasilkan ....................................... 31


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Sederhana Airlift Pump oleh (Stenning & Martin, 1968) ....... 7

Gambar 2.2. Pola Aliran Pada Penelitian (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012) .......... 7

Gambar 2.3. Skema Gaya Apung .......................................................................... 10

Gambar 3.1. Skema Airlift Pump Pada Penelitian ................................................ 11

Gambar 3.2. Nosel Injeksi Pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci ........................ 12

Gambar 3.3. Nosel Injeksi Pada Pipa 1,5 inci ....................................................... 12

Gambar 3.4. Pipa Bening ...................................................................................... 13

Gambar 3.5. Pipa Variasi Ketinggian ................................................................... 13

Gambar 3.6. Aerator .............................................................................................. 14

Gambar 3.7. Alur Penelitian.................................................................................. 15

Gambar 4.1. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 89,28% ....................................... 24




Gambar 4.5. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 62,5% ......................................... 26

Gambar 4.6. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air ............................... 32

Gambar 4.7. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi ................................ 33

Gambar 4.8. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5

inci Terhadap Debit Air .................................................................... 34

Gambar 4.9. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5

inci Terhadap Efisiensi ..................................................................... 36


1

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang 1.1.

Dalam kehidupan manusia pompa sangat berguna dalam berbagai

bidang. Pompa sangat penting perananya dalam kehidupan manusia untuk

mempermudah semua kegiatan manusia yang berkaitan dengan perpindahan

fluida cair. Pompa adalah mesin untuk menggerakan fluida dari tempat yang

bertekanan rendah ke tempat yang bertekenan tinggi. Pompa memiliki

berbagai macam jenis dan variasi tergantung dari kapasitasnya, tinggi isap,

jenis zat cair yang diangkat, penggeraknya, tempat instalasi dan kondisi

lainnya (Sularso & Tahara, 2000).

Salah satunya pada bidang kehidupan rumah tangga, pompa digunakan

untuk penyediaan air bersih. Pada bidang rumah tangga, biasanya digunakan

untuk memompa air bersih dari sumur rumah tangga untuk kebutuhan air

sehari hari. Akan tetapi penduduk desa yang berada di dataran tinggi kesulitan

mendapatkan pasokan air bersih saat musim kemarau. Penduduk dataran

tinggi pada umumnya menggunakan pompa air diesel untuk menyuplai air dari

mata air ke pemukiman penduduk. Penggunaan pompa air diesel untuk waktu

yang lama dan sering akan mengakibatkan kerusakan dan biaya perawatan

yang tidak sedikit, karena umumnya kandungan mata air tercampur dengan

tanah dan lumut. Salah satu cara menanggulanginya ialah dengan

menggunakan pompa pengangkut udara atau airlift pump karena dapat

menaikan cairan atau campuran dan bahan padat. Pada pembuatan pompa ini

digunakan untuk mengangkat air, kemudian sekarang berkembang dan

digunakan untuk mengangkat cairan korosif, radioaktif dan minyak tanah.

Pompa ini juga sering dipakai pada proses pemompaan yang sulit seperti

eksplorasi bawah air atau menaikkan partikel yang kasar pada pengerukan

muara sungai dan pelabuhan dan penambangan mineral dari dasar samudra

(Khalil et al., 1999). Cairan dinaikkan melalui pipa vertikal yang terendam


2

sebagian dalam cairan, melalui udara tekan yang dimaksukkan kedalam pipa.

Permasalahan yang sering dialami pada pompa ini adalah debit dan efisienya

yang rendah diantara pompa yang lain.

Identifikasi Masalah 1.2.

Identifikasi masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut :

1. Pengaruh variasi rasio terendam terhadap debit air yang dihasilakan

dan efisiensi airlift pump.

2. Pengaruh perbandingan letak nosel pada pipa 1,5 inci dengan pipa

reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit air yang dihasilkan dan

efisiensi airlift pump.

Rumusan Masalah 1.3.

Dari penelitian ini, didapatkan rumusan masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh variasi rasio terendam terhadap debit air dan

efisiensi yang dihasilkan ?

2. Bagaimana pengaruh perbandingan letak nosel pada pipa 1,5 inci

dengan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit air dan

efisiensi yang dihasilkan ?

Tujuan Penelitian 1.4.

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui debit air dan efisiensi dari airlift pump terhadap variasi

rasio terendam.

2. Mengetahui perbandingan debit air dan efisiensi yang dihasilkan dari

perbedaan letak nosel pada pipa 1,5 inci dan pipa reducer socket 2

inci x 1,5 inci.

3. Mengetahui bentuk pola aliran setiap variasi rasio terendam.


3

Batasan Masalah 1.5.

Agar topik penelitian tidak meluas, dalam penelitian ini penulis membuat

batasan-batasan yaitu:

1. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui debit air dan efisiensi dari tiap

variasi rasio terendam dan penempatan nosel pada pipa reducer socket dan

pipa vertikal.

2. Pipa yang digunakan berdiameter 1,5 inci

3. Penempatan nosel injeksi udara pada pipa reducer socket 2 inci ke 1,5 inci

dan pipa vertikal 1,5 inci.

4. Lima variasi ketinggian pipa yaitu 1:12 cm, 1:24 cm, 1:36 cm, 1:48 cm

dan 1:60 cm.

5. Tekanan aerator yang digunakan 60 liter/menit.

6. Ketinggian pipa terendam 100 cm.

7. Fluida yang akan diuji adalah air.

Manfaat Penelitian 1.6.

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini yaitu:

1. Dapat digunakan untuk tambahan referensi pengembangan air lift pump

pada masyarakat.

2. Dapat digunakan untuk tambahan referensi pada data kepustakaan di

bidang pompa.

3. Memberikan tambahan data untuk penelitian tentang air lift pump yang

selanjutnya di masa depan.


4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian Terdahulu 2.1.

(Kassab et al., 2009) dalam penelitan ini dapat diketahui bahwa

kapasitas dan efisiensi dipengaruhi oleh laju aliran massa udara, rasio

terendam dan panjang pipa riser dari titik injeksi ke titik air keluar. Jika rasio

terendam ditambahkan maka efisiensi dari airlift pump juga akan bertambah

sampai titik optimum. Variasi panjang pipa riser mempengaruhi kinerja airlift

pump untuk rasio terendam yang sama. Pola aliran terbaik dalam penelitian

airlift pump ini adalah pola aliran slug dan slug churn.

(Khalil et al., 1999) Dalam penelitian ini efisiensi dipengaruhi oleh laju

aliran udara. Bertambahnya laju aliran udara akan menyebabkan

bertambahnya laju aliran air sampai kondisi maksimum. Efisiensi pompa

akan menurun jika rasio terendam juga menurun. Selain itu efek metode

injeksi pada performa airlift pump berpengaruh pada pembentukan

gelembung awal dan distribusi gelembung di pipa upriser yang mempunyai

pengaruh besar pada performa air lift pump, dimana campuran homogen yang

baik yang terbentuk pada pipa riser mengurangi slip dan nantinya akan

menambah efisiensi air lift pump.

(Hanafizadeh, 2011) dalam penelitianya diketahui bahwa empat jenis

aliran utama yaitu aliran bubbly, aliran slug, aliran churn, dan aliran annular.

Pada sistem airlift pump ini pola aliran terbaik adalah aliran slug.

(Hanafizadeh & Ghorbani, 2012) pada penelitiannya diketahui bahwa

kerja airlift pump menggunakan gaya apung dari gelembung dan perbedaan

tekanan antara titik injeksi dan titik keluarnya fluida. Udara diinjeksikan pada

bagian bawah pipa terendam. Gelembung udara didalam cairan tertahan

kemudian densitas campuran udara dan air didalam pipa menjadi lebih kecil

daripada fluida disekitarnya. Maka dari itu gaya apung bekerja dan

menyebabkan pompa juga bekerja.


5

(Hanafizadeh dkk., 2013) Hanafizadeh dkk. (2013) menunjukkan

bahwa untuk tekanan udara yang diinjeksikan konstan dan rasio perendaman

konstan, penurunan densitas dua fase menyebabkan penurunan head pompa.

Jelas dari studi mereka bahwa head akan berkurang dengan meningkatkan

rasio perendaman.

(Gajanan K. Awari et al., 2007) pada penelitiannya diketahui bahwa

efisiensi pompa bertambah dengan bertambahnya rasio terendam. Efisiensi

maksimum diamati terjadi selama pola aliran slug.

(G. K. Awari et al., 2004) menemukan bahwa parameter geometri yang

paling signifikan adalah diameter dari pipa riser yang memiliki efek yang

besar pada efisiensi pompa.

(Reinemann et al., 1990) Pada penelitianya diketahui bahwa gelembung

gas yang tertahan di air ketika udara diinjeksikan membuat densitas rata-rata

campuran udara dan air menjadi lebih rendah daripada sekitarnya. Sehingga

gaya apung menyebabkan campuran air dan udara terangkat. Pengangkatan

bisa terjadi apabila gaya apung lebih besar dari gaya gravitasi yang dialami

campuran udara dan air.

(Wang et al., 2018) pada penelitiannya dikatehui bahwa aliran slug

menjadi aliran terbaik untuk memompa air karena hanya lapisan tipis air yang

jatuh. Pada aliran churn, fase gas dalam bentuk inti gas menempati bagian

tengah pipa yang tidak mengalami gesekan dengan dinding. Air yang bisa

keluar menurun karena lemahnya gaya Tarik. Pada aliran annular, hanya

lapisan tipis yang naik di sepanjang pipa.lapisan air jenis ini menjadi lebih

tipis dengan bertambahnya laju aliran udara. Oleh karena itu dapat diprediksi

bahwa laju aliran air akan menurun dengan tajam ketika terus menambah laju

aliran udara pada aliran annular.


6

Landasan Teori 2.2.

2.2.1. Pompa

Pompa adalah sebuah alat yang digunakan untuk memindahkan fluida

dari suatu tempat ketempat lainya. Di dunia industri pompa digunakan

sebagai sebuah peralatan untuk proses produksi. Pompa digunakan untuk

mengalirkan air ataupun pelumas pada mesin–mesin industri. Prinsip kerja

pompa adalah memberikan perbedaan tekanan antara bagian hisap dan

bagian tekan melalui sumber energi luar. Sumber energy luar yang dapat

digunakan pada pompa contohnya adalah motor listrik ataupun motor

diesel. Jadi fluida dapat mengalir dari suatu tempat yang bertekanan

rendah ke tempat yang bertekanan tinggi.

2.2.2. Pompa Pengangkat Udara (Airlift Pump)

Airlift pump adalah alat sederhana yang digunakan untuk mengangkat

cairan dan campuran zat cair maupun partikel padat dengan menggunakan

udara bertekanan dan pada dasarnya sistem operasi pompa ini

menggunakan hukum Archimedes. Pompa ini juga memiliki banyak

keunggulan, meskipun tingkat efisiensinya yang rendah dari pompa

mekanis lainya.

Prinsip kerja airlift pump adalah dengan memanfaatkan udara yang

diperoleh dari aerator. Udara dengan tekanan dan kecepatan tertentu

mengalir melalui pipa udara, kemudian akan bergerak mendorong air yang

berada dalam bak penampungan air. Ketika udara diinjeksikan dari aerator,

maka air yang berada dalam bak penampungan air akan terdorong naik ke

atas melalui pipa riser, kemudian akan mengalir bersama dengan

gelembung-gelembung udara hingga keluar pada bak penampungan.


7

2.2.3. Pola aliran

Udara yang diinjeksikan ke pipa beraliran air akan membentuk pola

aliran dua fase (gas dan cair). Terdapat empat jenis pola aliran dua fase

(gas dan cair) pada saluran vertikal yaitu Bubbly flow, slug flow, churn

flow dan annular flow (P. Hanafizadeh & Ghorbani, 2012).

Bubbly Slug churn annular

Gambar 2.1. Skema Sederhana Airlift Pump oleh (Stenning & Martin, 1968)

Gambar 2.2. Pola Aliran Pada Penelitian (Hanafizadeh & Ghorbani, 2012)


8

Pengertian dari setiap pola aliran yang terbentuk sebagai berikut :

a. Aliran bubbly adalah gelembung udara yang memiliki bentuk

bulat kecil dengan ukuran seragam dan menyebar secara

merata dalam pipa.

b. Aliran slug adalah gelembung udara yang memiliki bentuk

peluru dengan ukuran sama dengan diameter pipa riser dan

memiliki panjang yang bervariasi.

c. Aliran churn adalah gelembung udara yang rusak dan akan

membentuk aliran churn. Aliran ini bersifat sementara yang

terpecah karena ketidak seragaman aliran udara.

d. Aliran annular adalah gelembung udara yang terbentuk pada

dinding pipa. Pada rasio terendam tinggi gelombang ini bisa

pecah menjadi tetesan kecil di udara yang mengalir pada

bagian tengah pipa.

2.2.4. Rasio terendam

Rasio terendam merupakan perbandingan ketinggian antara pipa

bagian yang terendam dengan ketinggian pipa riser dari titik injeksi udara

ke titik keluarnya fluida. Rasio terendam memiliki pengaruh besar

terhadap debit dan efisiensi pompa. Untuk perhitungan rasio terendam

dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :

(1)

Dimana :

= Rasio terendam.

= Panjang pipa dari titik injeksi ke titik keluar (m).

= Tinggi rasio terendam / tinggi bagian pipa yang

terendam (m).

= Tinggi lifting / tinggi pengangkatan (m).


9

2.2.5. Efisiensi

Efisiensi airlift pump dapat dihitung dari rasio perendaman terhadap

energi yang tersedia yang disebabkan oleh ekspansi isotermal udara dari

tekanan injektor sampai ke tekanan atmosfer (Nicklin, 1963). Untuk

perhitungan efisiensi airlift pump dapat menggunakan persamaan :

2.2.6. Gaya Apung

Gaya apung adalah gaya ke atas yang diberikan oleh fluida yang

melawan berat benda yang sebagian atau seluruhnya tenggelam. Gaya

apung terjadi karena adanya perbedaan tekanan fluida pada kedalaman

yang berbeda. Perbedaan tekanan akan mengakibatkan gaya ke atas pada

benda. Ketika sebuah benda dimasukkan ke dalam fluida, maka akan

terdapat perbedaan tekanan antara fluida bagian atas benda dan fluida

bagian bawah benda. Besar gaya apung pada suatu benda, sangat

dipengaruhi oleh volume benda yang tercelup ke dalam air. Semakin besar

gaya apung, maka akan besar juga volume benda yang tercelup, hal ini

seperti yang dijelaskan oleh prinsip Archimedes. Skema gaya apung dapat

dilihat pada Gambar 2.3.

(2)

Dimana :

= Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).


= Debit aliran udara yang diinjeksikan (lpm).

= Tekanan Atmosfer (Pa).

= Tekanan udara total yang diinjeksikan oleh

aerator (Pa).

Ρ = Masa jenis air ( )


10

Jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis cairan, maka gaya

tersebut akan mampu menyebabkan benda mengapung. Hal ini dapat

terjadi hanya dalam kerangka acuan non-inersia yang memiliki medan

gravitasi atau mengalami percepatan. Pusat daya apung suatu benda adalah

pusat massa dari volume fluida yang dipindahkan.

2.2.7. Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida,

peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan

pada aliran tersebut. Prinsip ini merupakan penyederhanaan dari

persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu

titik didalam suatu aliran tertutup sama dengan besarnya jumlah energi di

titik lain pada jalur aliran yang sama.

Gambar 2.3. Skema Gaya Apung (Cengel, 2006)


11

BAB III

METODE PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Objek Penelitian

Pada penelitian ini, objek yang diteliti adalah airlift pump yang dibuat

dan dirancang oleh mahasiswa dengan aerator 60 liter/menit dan pipa

berdiameter 1,5 inci. Alat yang digunakan ini memiliki ukuran tinggi 130

cm. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan rasio terendam dan

variasi penemapatan nosel terhadap debit air yang dihasilkan dan efisiensi

airlift pump.

Keterangan skema airlift pump :

1. Bak penampung air

2. Nosel injeksi pada reducer socket

2 inci x 1,5 inci

3. Nosel injeksi pada pipa 1,5 inci

4. Pipa bening

5. Pipa variasi ketinggian

6. Selang aerator

7. Aerator

Gambar 3.1. Skema Airlift Pump Pada Penelitian


12

Berikut adalah komponen – komponen dari desain airlift pump diatas :

1. Bak penampung air.

Bak Penampung digunakan untuk tempat air sebelum tersuplai

pada pipa upriser yang diangkat dengan udara dari aerator. Bak

penampung selalu dipenuhi air agar tinggi air selalu konstan

dengan tinggi 1 meter dari titik injeksi udara. Bak penampung

berdiameter 4 inci.

2. Nosel injeksi pada reducer socket 2 inci x 1,5 inci

Nosel digunakan untuk mengalirkan udara dari aerator ke pipa.

Nosel injeksi ini terletak pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci.

3. Nosel injeksi pada pipa 1,5 inci

Nosel digunakan untuk mengalirkan udara dari aerator ke pipa.

Nosel injeksi ini terletak pada pipa pipa 1,5 inci.

Nosel injeksi

Nosel injeksi

Gambar 3.2. Nosel Injeksi Pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci

Gambar 3.3. Nosel Injeksi Pada Pipa 1,5 inci


13

4. Pipa bening

Pipa bening ini terbuat dari bahan akrilik dengan ukuran

diameter 1,5 inci dan dengan panjang 50 cm. Pipa bening

digunakan untuk melihat bentuk pola aliran selama airlift pump

bekerja.

5. Pipa dengan variasi ketinggian

Pipa ini digunakan untuk mengetahui perbedaan debit dan

efisiensi dengan variasi rasio terendam. Pipa yang digunakan

adalah pipa PVC. Pipa ini memiliki ketinggian 12cm, 24cm, 36cm,

48cm dan 60cm.

Gambar 3.4. Pipa Bening

Gambar 3.5. Pipa Variasi Ketinggian


14

6. Selang aerator

Selang aerator digunakan mengalirkan udara yang dihasilkan

aerator ke pipa.

7. Aerator

Aerator digunakan sebagai penyedia udara yang berfungsi

untuk mendorong air naik ke pipa upriser. Pada penelitian ini

menggunakan aerator dengan spesifikasi :

Daya : 32 Watt.

Tekanan udara : 0.020 Mpa.

Pengeluaran udara : 60 liter/menit.

3.2. Variasi Penelitian

Terdapat dua jenis parameter yang akan divariasikan pada penelitian

airlift pump ini, antara lain :

1. Variasi rasio terendam yaitu 1:12 cm, 1:24 cm, 1:36 cm, 1:48 cm

dan 1:60 cm.

2. Variasi penempatan nosel injeksi udara pada pipa reducer socket 2

inci x 1,5 inci dan pipa 1,5 inci.

3.3. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium, Teknik

Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta di Jl. Paingan, Kel.

Maguwoharjo, Kec. Depok. Kab. Sleman, D.I. Yogyakarta.

Gambar 3.6. Aerator


15

3.4. Alur Penelitian

Alur dari penelitian airlift pump yang dilakukan adalah sebagai berikut :

.

Mulai

Perancangan skema airlift

pump

Persiapan alat dan bahan

Pembuatan airlift pump

Uji coba

Pemilihan variasi

Pengembilan data

Melanjutkan

variasi

Pengolahan, analisa data,

pembahasan, kesimpulan dan saran

Selesai

Tidak

Ya

Gambar 3.7. Alur Penelitian


16

3.5. Alat dan Bahan

3.5.1. Alat yang digunakan

Alat yang digunakan dalam penelitian airlift pump adalah sebagai berikut :

a. Gerinda Tangan

Gerinda tangan digunakan untuk memotong bahan berupa pipa

paralon kerangka airlift pump.

b. Amplas

Amplas berfungsi untuk membuat permukaan pipa lebih halus dari

bekas pemotongan.

c. Bor

Bor digunakan untuk membuat lubang berdiameter tempat nosel.

d. Spidol

Spidol digunakan untuk memberikan tanda pada bahan yang akan

dipotong, dilubang, dll.

3.5.2. Alat ukur yang digunakan

Alat ukur yang digunakan dalam perancangan airlift pump adalah

sebagai berikut :

a. Gelas ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur debit air yang dihasilkan

oleh airlift pump.

b. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur bahan berupa pipa peralon

dalam proses pembuatan airlift pump.

c. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu saat melakukan

pengambilan data debit air yang dihasilkan selama penelitian.


17

3.5.3. Bahan yang digunakan

Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Pipa Paralon

Pipa paralon digunakan untuk membuat bak penampungan air dan

variasi rasio terendam. Ukuran pipa paralon yang digunakan adalah 4

inci dan 1,5 inci.

b. Pipa Bening

Pipa bening yang terbuat dari bahan akrilik digunakan untuk

melihat gelembung pola aliran selama airlift pump bekerja. Ukuran

pipa bening yang digunakan adalah 1,5 inci.

c. Pipa Shock

Pipa shock digunakan untuk penyambungan pipa lurus dengan

ukuran diameter pipa yang sama. Ukuran pipa socket yang digunakan

adalah 1,5 inci.

d. Pipa Elbow

Pipa elbow merupakan jenis komponen pada sistem pipa dengan

bentuk yang membungkuk pada sudutnya. Pipa elbow sering disebut

sebagai sambungan “L” dan digunakan untuk membelokan aliran air.

Ukuran pipa elbow yang digunakan adalah 4 inci dan 1,5 inci.

e. Pipa Reducer socket

Pipa reducer socket digunakan untuk penyambungan pipa lurus

dengan ukuran diameter pipa yang berbeda. Ukuran pipa reducer

socket yang digunakan adalah 2 inci x 1,5 inci.

f. Pipa Tee Stuck

Pipa tee stuck digunakan untuk membuat saluran keluarnya hasil

air dan udara sisa. Ukuran pipa tee stuck yang digunakan adalah 1,5

inci.

g. Pipa SDD dan SDL (Shocket Drat Dalam dan Shocket Drat Luar)

Pipa SDD dan SDL merupakan sambungan pipa lurus yang

memiliki ulir. Pipa SDD dan SDL digunakan untuk penyambungan

pipa 2 inci dan reducer socket 2 inci x 1,5 inci.


18

h. Nosel

Nosel digunakan sebagai perantara selang udara dan pipa untuk

mengalirkan udara. Nosel yang digunakan memiliki ukuran 3/8 inci

dan 3/4 inci.

i. Selang udara.

Selang udara digunakan untuk mengalirkan udara dari aerator ke

nosel injeksi.

j. Selang air

Selang air digunakan untuk mengalirkan air menuju bak penampung.

k. Klem selang

Klem selang digunakan untuk pengikat antar sambungan agar tidak

mudah terlepas

l. Lem Pipa

Lem yang digunakan khusus pipa berfungsi untuk menyatukan dan

merekatkan pipa, selain itu lem juga berfungsi sebagai pencegah

kebocoran pipa.

m. Seal Tape Pipa

Seal tape atau isolasi pipa digunakan untuk mencegah kebocoran

pada sambungan pipa yang memiliki ulir.

n. Lem plastic steel

Lem ini berguna untuk menyambungkan nosel injeksi dengan pipa.

3.6. Proses Pembuatan Alat

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan airlift pump adalah

sebagai berikut :

1. Merancang dan memeriksa sketsa airlift pump

2. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan airlift

pump.

3. Merangkai alat penelitian airlift pump sesuai dengan sketsa.


19

4. Mengukur dan memotong pipa paralon berukuran 4 inci dengan

panjang 110 cm dan 130 cm sebagai bak penampungan.

5. Pemasangan sambungan pipa Knee L berukuran 4 inci dengan lem

pipa pada tiap sudut siku dari pipa paralon berukuran 4 inci dapat

dilihat pada Gambar 4.

6. Pemasangan reducer socket ukuran 4 inci x 2 inci dengan lem pipa.

7. Lubangi pipa SDD (Socket Drat Dalam) ukuran 2 inci dengan

diameter nosel. sebagai tempat nosel injektor udara dari aerator,

kemudian pasang SDD dan SDL (Socket Drat Dalam dan Socket

Drat Luar) pada reducer socket ukuran 4 inci x 2 inci menggunakan

lem pipa.

8. Pemasangan nosel pada lubang pipa SDD (Socket Drat Dalam)

menggunakan lem plastic steel.

9. Lubangi reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci pada ukuran 1,5 inci

dengan diameter 5 ml sebagai tempat nosel injektor udara dari

aerator. Hal tersebut menjadi variasi penempatan nosel pada

penelitian ini.

10. Pemasangan nosel pada lubang pipa reducer socket ukuran 2 inci x

1,5 menggunakan lem plastic steel.

11. Pemasangan reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci pada SDL

(Socket Drat Luar) dengan lem pipa.

12. Pemasangan pipa akrilik ukuran 1,5 inci dengan panjang 50 cm pada

reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci.

13. Pemasangan pipa paralon ukuran 1,5 inci menggunakan shock pada

pipa akrilik ukuran 1,5 inci. Sehingga tinggi dari nosel pada SDD

(Socket Drat Dalam) sampai ujung pipa paralon adalah 100 cm. Hal

tersebut sebagai acuan untuk variasi rasio terendam.

14. Lubangi pipa bak penampung air pada ketinggian 100 cm dihitung

sejajar dari nosel pada SDD ukuran 2 inci. Hal ini sebagai acuan

nilai konstan rasio terendam.


20

15. Lubangi pipa bak penampung air pada ketinggian 100 cm dihitung

sejajar dari nosel pada reducer socket ukuran 2 inci x 1,5 inci pada

ukuran 1,5 inci. Hal ini sebagai acuan nilai konstan rasio terendam

variasi penempatan nosel.

16. Membuat variasi rasio terendam menggunakan pipa paralon ukuran

1,5 inci dengan panjang 12 cm, 24 cm, 36 cm, 48 cm, 60 cm. Pada

bagian ujung pipa variasi rasio terendam disambung dengan pipa tee

stuck dan dihubungkan dengan pipa knee L kebawah untuk

mempermudah penampungan hasil debit air.

17. Pengecekan kebocoran terhadap alat yang sudah dibuat.

18. Setelah selesai dapat dilakukan pengambilan data yang

direncanakan.

3.7. Cara Pengambilan Data

Metode pengambilan data pada penelitian airlift pump ini adalah

sebagai berikut:

1. Pasang komponen airlift pump seperti pada sketsa.

2. Pasang selang udara dengan klem dari aerator ke nosel injeksi pada

SDD (Socket Drat Dalam) ukuran 2 inchi.

3. Pasang variasi rasio terendam dari yang paling rendah ke paling

tinggi, yaitu 1:12 cm, 1:24 cm, 1:36 cm, 1:48 cm dan 1:60 cm.

4. Bak penampungan air diisi sampai air keluar dari lubang rasio

terendam 100 cm dan diatur supaya tetap konstan selama

pengambilan data.

5. Hidupkan aerator.

6. Tunggu sampai air keluar secara stabil dari pipa variasi terendam.

7. Setelah airlift pump bekerja dengan baik tanpa adanya kebocoran,

maka dapat dilakukan pengambilan data.

8. Siapkan ember dan stopwatch untuk pengukuran debit air.

9. Tampung air yang keluar dari pipa variasi rasio terendam dengan

ember bersamaan menyalakan stopwatch.


21

10. Tunggu selama 60 detik lalu ukur debit air pada ember

menggunakan gelas ukur.

11. Catat hasil pengukuran.

12. Setiap variasi pipa rasio terendam dilakukan pengukuran sebanyak

10 kali untuk dirata-rata.

13. Merekam pola aliran yang terbentuk setiap pipa variasi rasio

terendam pada pipa akrilik.

14. Lakukan pengulangan langkah tiga sampai sebelas pada setiap pipa

variasi rasio terendam. Hal tersebut juga dilakukan pada variasi

penempatan nosel injektor dengan memindah selang udara pada

nosel injektor reducer socket ukuran 1,5 inci dan menutup lubang

pada bak penampung air ketinggian 100 cm dihitung sejajar dari

nosel injektor pada SDD (Socket Drat Dalam).

15. Matikan keran dan aerator.

3.8. Cara Memperoleh Data

Data-data penelitian yang telah diperoleh dari nilai-nilai yang

ditampilkan oleh alat ukur kemudian diolah dengan menggunakan rumus-

rumus :

1. Rasio Terendam

(3)

Dimana :

= Rasio terendam.

= Panjang pipa dari titik injeksi ke titik keluar (m).

= Tinggi rasio terendam / tinggi bagian pipa yang

terendam (m).



22

2. Efisiensi Air Lift Pump

3. Debit air

(4)

Dimana :

= Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).


= Debit aliran udara yang diinjeksikan (lpm).

= Tekanan Atmosfer (Pa).

= Tekanan udara total yang diinjeksikan oleh

aerator (Pa).

Ρ = Masa jenis air ( )

(5)

Dimana :

Q = Debit aliran air yang dapat dihasilkan (lpm).

= Volume air (𝑚3)

= Waktu (s)


23

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Penelitian

Pada penelitian ini berisi mengenai hasil penelitian ditampilkan pada

Tabel 4.1 dan 4.2. Pada penelitian ini dimulai dari variasi rasio terendam

paling rendah yaitu 89,28% dan diakhiri pada rasio terendam yang paling

tinggi yaitu 62,5%. Pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali setiap

satu variasi rasio terendam, kemudian dari kesepuluh data tersebut diambil

rata – ratanya. Debit terukur merupakan jumlah debit air yang diperoleh saat

pengambilan data. Waktu terukur merupakan jumlah lamanya waktu

pengambilan data setiap variasi rasio terendam.

Tabel 4.1. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa 1,5 inci

Data ke- Waktu

(menit)

Variasi Nosel Pada Pipa 1,5"

Rasio Terendam (%)

89,28 80,64 73,52 67,56 62,5

Volume Terukur (liter/menit)

1 1 35,2 21,0 11,0 3,70 0,52

2 1 34,5 22,5 11,0 3,70 0,40

3 1 39,5 22,6 10,9 3,70 0,38

4 1 36,5 22,5 10,7 3,70 0,42

5 1 34,5 22,1 10,9 3,80 0,39

6 1 35,0 21,8 10,8 3,90 0,40

7 1 36,0 22,0 11,0 4,00 0,54

8 1 36,5 22,5 11,0 3,70 0,50

9 1 35,0 23,0 11,0 3,80 0,58

10 1 35,0 22,7 11,0 3,70 0,50

Rata-Rata 35,8 22,3 10,9 3,77 0,46


24

Tabel 4.2. Hasil Penelitian Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci

Data ke- Waktu

(menit)

Nosel Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci

Rasio Terendam (%)

89,28 80,64 73,52 67,56 62,5

Volume Terukur (liter/menit)

1 1 34,6 18,05 8,70 2,25 0,25

2 1 37,0 18,5 9,10 2,20 0,20

3 1 37,7 19,2 9,00 2,05 0,15

4 1 36,2 19,2 9,10 2,10 0,20

5 1 35,0 18,3 9,45 2,10 0,10

6 1 35,0 19,3 8,90 2,20 0,15

7 1 37,0 18,8 8,90 2,15 0,25

8 1 36,2 19,2 9,00 2,15 0,15

9 1 36,0 19,0 8,70 2,20 0,15

10 1 35,7 18,7 9,15 2,10 0,20

Rata-Rata 36,0 18,8 9,00 2,15 0,18

Selanjutnya, adalah gambar pola aliran pada setiap variasi rasio

terendam.

1. Pola aliran pada rasio terendam 89,28%

Pipa 1,5 inci Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci

Churn

Slug

Churn

Aliran Churn Aliran Slug-Churn

Gambar 4.1. Pola Aliran Pada Rasio Terendam 89,28%


25





Churn

Aliran Churn

Churn

Slug

Aliran Slug-Churn

Churn

Aliran Churn

Churn

Slug

Aliran Slug-Churn




26





Slug

Churn

Aliran Slug-

Churn

Slug

Churn

Aliran Slug-Churn

Slug

Churn

Aliran Slug-

Churn

Slug

Churn

Aliran Slug-Churn




27

4.2. Hasil Perhitungan

Berdasarkan data pada penelitian, selanjutnya dapat dilakukan

perhitungan menggunakan persamaan (1) sampai persamaan (4). Persamaan

pehitungan dapat dilakukan sebagai berikut :

a. Presentase Rasio terendam

Presentase rasio terendam dapat diketahui dengan membandingkan

tinggi bagian pipa yang terendam dengan ketinggian pipa variasi rasio

terendam keseluruhan dari nosel injeksi udara. Perhitungan rasio

terendam 1 m : 1,6 m adalah sebagai berikut :

b. Debit air yang dihasilkan

Debit air yang dihitung berdasarkan jumlah volume air dibagi

waktu. Contoh perhitungaan debit air yang dihasilkan pada rasio 62,5%

dengan variasi penempatan nosel pada pipa 1,5 inci adalah sebagai

berikut :

Untuk mempermudah pembacaan pada grafik pengaruh letak nosel

injeksi terhadap debit air yang dihasilkan satuan debit air ini

menggunakan satuan lps (liter per detik). Kemudian satuan dari debit

(6)

= 0,01 liter/s

(7)


28

air dikonversi menjadi yang akan digunakan untuk menghitung

efisiensi. Debit air setelah dikonversikan yaitu 0,000007716667 .

c. Tinggi Pengangkatan ( )

Tinggi pengangkatan merupakan selisih dari panjang total (

dikurangi dengan tinggi bagian pipa yang terendam dalam air ( .

Contoh perhitungan pada rasio terendam 62,5% adalah sebagai berikut :

(8)

d. Percepatan gravitasi

Pada penelitian ini menggunakan percepatan gravitasi bumi

sebesar 9,806 .

e. Massa jenis air

Pada penelitian ini menggunakan masa jenis air sebesar 1000 .

f. Debit udara yang diinjeksikan

Pada penelitian kali ini debit udara aerator adalah 60 lpm. Debit ini

bisa diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan

produk aerator. Kemudian debit udara ini dikonversi satuannya ke

dalam satuan m3/s supaya bisa dimasukkan ke dalam rumus efisiensi.

Maka setelah dikonversi didapat debit udara yang diinjeksikan sebesar

0,001 .

g. Tekanan atmosfer

Pada penelitian kali ini digunakan tekanan atmosfer sebesar

101325 Pascal.

h. Tekanan yang diinjeksikan (Pin)

Besar dari tekanan yang diinjeksikan bisa diketahui dari

penjumlahan antara tekanan atmosfer dengan tekanan terukur atau

tekanan gauge yang dihasilkan oleh aerator. Tekanan terukur dapat


29

diketahui dari spesifikasi alat yang tercantum dalam kemasan produk

aerator. Besar dari tekanan injeksi dapat dihitung sebagai berikut :

𝑚

(

)

121325 Pa

(9)

i. Efisiensi

Perhitungan efisiensi airlift pump pada rasio 62,5% dengan variasi

penempatan nosel pada pipa 1,5 inci adalah sebagai berikut :

(10)

𝑚 𝑚 𝑚 𝑚

𝑚

= 0,25%


30

Perhitungan dilakukan dengan cara dan persamaan yang sama untuk

setiap variasi. Data hasil seluruh perhitungan disajikan pada Tabel 4.3

dan Tabel 4.4.

Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Air yang Dihasilkan

No.

Rasio

Terendam

(%)

Letak Nosel

Waktu

Terukur

(detik)

Volume

Terukur

Rata-rata

(liter)

Debit Air

(𝑚 )

1 89,28 Pada Pipa 1,5" 60 35,77 0,60

2 89,28 Pada Pipa Reducer

Socket 2" x 1,5" 60 36,04 0,60

3 80,64 Pada Pipa 1,5" 60 22,27 0,37


Socket 2" x 1,5" 60 18,825 0,31

5 73,52 Pada Pipa 1,5" 60 10,925 0,18


Socket 2" x 1,5" 60 9 0,15

7 67,56 Pada Pipa 1,5" 60 3,77 0,06


Socket 2" x 1,5" 60 0,685 0,01

9 62,5 Pada Pipa 1,5" 60 0,463 0,1


Socket 2" x 1,5" 60 0,18 0,003


31

Tabel 4. 4. Hasil Perhitungan Efisiensi yang Dihasilkan

No.

Rasio

Terendam

(%)

Letak Nosel Debit Air

(m3/s)

Tinggi

Pengangkatan

(meter)

Efisiensi

(%)

1 89,28 Pada Pipa 1,5" 0,000596 0,12 3,84


Socket 2" x 1,5" 0,000600 0,12 3,87

3 80,64 Pada Pipa 1,5" 0,000371 0,24 4,79


Socket 2" x 1,5" 0,000313 0,24 4,05

5 73,52 Pada Pipa 1,5" 0,000182 0,36 3,52


Socket 2" x 1,5" 0,000150 0,36 2,90

7 67,56 Pada Pipa 1,5" 0,000062 0,48 1,62


Socket 2" x 1,5" 0,000011 0,48 0,29

9 62,5 Pada Pipa 1,5" 0,000007 0,6 0,25


Socket 2" x 1,5" 0,000003 0,6 0,10


32

0

5

10

15

20

25

30

35

40

60 65 70 75 80 85 90

Deb

it (

lite

r/m

emit

)

Rasio Terendam %

Nosel Pipa 1,5" Nosel Pipa 2 x 1,5"

4.3. Pembahasan

4.3.1. Hubungan rasio terendam terhadap debit dan efisiensi.

Gambar 4.1 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap debit

air yang dihasilkan. Berdasarkan gambar grafik tersebut, maka dapat dilihat

nilai rasio terendam dikonversikan ke persen. Hal ini menunjukan bahwa

semakin tinggi nilai persen rasio terendam maka akan tinggi nilai debit air

yang dihasilkan. Pada variasi penempatan nosel injeksi pipa vertikal 1,5

inci memperoleh nilai debit air terendah. Hal ini terjadi pada rasio terendam

62,5% sebesar 0,46 liter/menit dan nilai debit air tertinggi yang terjadi pada

rasio terendam 89,28% sebesar 35,8 liter/menit. Sementara itu, variasi

penempatan nosel injeksi pada reducer socket 2 inci x 1,5 inci mendapatkan

nilai debit air terendah. Hal ini terjadi pada rasio terendam 62,5% sebesar

0,18 liter/menit dan nilai debit air tertinggi yang terjadi pada rasio terendam

89,28% sebesar 36,0 liter/menit.

Dengan memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air

yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh

Gambar 4.6. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Debit Air


33

0

1

2

3

4

5

60 65 70 75 80 85 90

Efi

sise

nsi

(%

)

Rasio Terendam %

Nosel Pipa 1,5" Nosel Pipa 2 x 1,5"

(Khalil dkk., 1999). Selain itu memperbesar rasio terendam akan

memperkecil head statis. Sehingga, memperkecil head statis akan

memperbesar debit yang dihasilkan.

Gambar 4.2 merupakan grafik pengaruh rasio terendam terhadap

efisiensi. Berdasarkan gambar grafik tersebut, maka dapat dilihat nilai rasio

terendam dikonversikan ke persen. Hal ini menunjukan bahwa memperbesar

rasio terendam akan memperbesar efisiensi hingga mencapai nilai

optiumum. Pada grafik Gambar 4.2 menunjukan bahwa nilai efisiensi

optimum terjadi pada nilai rasio terendam 80,64%. Pada variasi penempatan

nosel injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai efisiensi sebesar 4,79%

dan pada variasi penempatan nosel injeksi pada Reducer Socket 2 inci x 1,5

inci mendapatkan nilai 4,05%. Selanjutnya nilai efisiensi akan menurun

dengan penambahan rasio terendam 89,28%. Pada variasi penempatan nosel

injeksi pipa vertikal 1,5 inci memperoleh nilai efisiensi sebesar 3,84% dan

pada variasi penempatan nosel injeksi pada Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci

mendapatkan nilai efisiensi sebesar 3,87%.

Gambar 4.7. Pengaruh Rasio Terendam Terhadap Efisiensi


34

0,46

3,77

10,925

22,3

35,8

0,18 0,69

9,00

18,8

36,0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

62,50% 67,56% 73,52% 80,64% 89,28%

Deb

it (

lite

r/m

enit

)

Rasio Terendam (%)

Pada Pipa 1,5 inci Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci

Dengan memperbesar rasio terendam akan memperbesar efisiensi

pemompaan hingga mencapai nilai optimum. Selanjutnya nilai efisiensi

akan menurun dengan penambahan rasio terendam lebih lanjut. Dapat

disimpulkan bahwa memperbesar rasio terendam akan memperbesar nilai

efisiensi hingga mencapai nilai optimum. Hal ini sesuai dengan hasil

penelitian yang dilakukan oleh Kassab dkk. (2009), Awari dkk. (2007) dan

Khalil dkk. (1999).

4.3.2. Perbandingan Penempatan Nosel Injektor Pada Pipa 1,5 inci dan Pipa

Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit dan efisiensi yang

dihasilkan.

Gambar 4.8. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2

inci x 1,5 inci Terhadap Debit Air


35

Pada Gambar 4.3 merupakan grafik perbandingan pipa 1,5 inci dan

pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap debit air yang dihasilkan.

Berdasarkan gambar grafik tesebut, dari rasio terendam 62,50% hingga

rasio terendam 80,64% menunjukkan bahwa debit yang dihasilkan dari

variasi pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan variasi pipa Reducer

Socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena pada pipa 1,5 inci udara yang

diinjeksikan tidak melalui pengecilan luas penampang, karena Pengecilan

diameter pipa air akan menurunkan tekanan air seperti pada pipa reducer

socket 2 inci x 1,5 inci. Akan tetapi, pada rasio terendam 89,28% debit air

yang dihasilkan pada pipa 1,5 inci lebih kecil daripada debit air yang

dihasilkan pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena

pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci akan menambah kecepatan aliran

air, namun akan mengurangi tekanan air untuk naik.

Semakin besar rasio terendam maka semakin kecil static head yang

terdapat pada pipa begitu juga sebaliknya. Pada rasio terendam terbesar

89,28% kecepatan air bertambah dengan kecilnya static head akan

menambah debit air yang dihasilkan walaupun tekanan air akan berkurang.

Debit optimum pada rasio terendam 62,5%, 67,56%, 73,52% dan

80,64% yaitu sebesar 0,46 liter/menit, 3,77 liter/menit, 10,9 liter/menit dan

22,3 liter/menit pada pipa 1,5 inci. Debit optimum pada rasio terendam

89,28% yaitu sebesar 36,0 liter/menit pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5

inci.


36

0,25

1,62

3,52

4,79

3,84

0,10 0,29

2,90

4,05 3,87

0

1

2

3

4

5

62,50% 67,56% 73,52% 80,64% 89,28%

Efi

sien

si (

%)

Rasio Terendam (%)

Pada Pipa 1,5 inci Pada Pipa Reducer Socket 2 inci x 1,5 inci

Pada Gambar 4.4 merupakan grafik perbandingan pipa 1,5 inci dan

pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci terhadap efisiensi yang dihasilkan.

Berdasarkan gambar grafik tesebut, dari rasio terendam 62,50% hingga

rasio terendam 80,64% menunjukkan bahwa efisiensi yang dihasilkan dari

variasi pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan variasi pipa Reducer

Socket 2 inci x 1,5 inci. Hal ini terjadi karena nilai efisiensi berbanding lurus

dengan debit. Debit merupakan salah satu komponen yang digunakan untuk

mengetahui nilai efisiensi. Penggunaan reducer socket 2 inci x 1,5 inci akan

memperbesar efisiensi pada rasio tertinggi. Akan tetapi pada efisiensi pada

rasio terendam rendah akan mengurangi debit yang dihasilkan. Hal ini

mengakibatkan efisiensi pada rasio terendam rendah lebih besar

menggunakan nosel pada pipa 1,5 inci. Pada rasio terendam 89,28%

Gambar 4.9. Perbandingan Pipa 1,5 inci dan Pipa Reducer Socket 2 inci

x 1,5 inci Terhadap Efisiensi


37

efisiensi yang dihasilkan pada pipa 1,5 inci lebih kecil daripada

menggunakan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci. Efisiensi optimum pada

rasio terendam 62,5%, 67,56%, 73,52% dan 80,64% yaitu sebesar 0,25%,

1,62% , 3,52% dan 4,79% pada pipa 1,5 inci. Debit optimum pada rasio

terendam 89,28% yaitu sebesar 3,87% pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5

inci.


38

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian unjuk kerja airlift pump dengan pipa riser

berdiameter 1,5 inci menggunakan aerator 60 liter/menit, diperoleh

kesimpulan sebagai berikut :

1. Memperbesar rasio terendam akan memperbesar debit air yang

dihasilkan dari setiap variasi. Nilai debit tertinggi dengan letak nosel

injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar 35,77

liter/menit dan 36,04 liter/menit yang terdapat pada rasio terendam

89,28%. Memperbesar rasio terendam akan meningkatkan nilai efisiensi

hingga mencapai nilai optimum. Nilai Efisiensi tertinggi dengan letak

nosel injeksi pada pipa 1,5 inci dan pada pipa 2 inci x 1,5 inci sebesar

4,785% dan 4,045% yang terdapat pada rasio terendam 80,64%.

2. Pengecilan diameter pipa akan menambah kecepatan air, namun akan

mengurangi tekanan air ke atas. Debit air yang dihasilkan dengan letak

nosel injeksi pada pipa 1,5 inci lebih besar daripada menggunakan nosel

pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci pada rasio rendah. Pada rasio

tertinggi 89,28% debit air yang dihasilkan dengan letak nosel injeksi

pada pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci lebih besar.

3. Pola aliran yang terbentuk pada rasio terendam 89,28%, 80,64% dan

73,52% dengan nosel injeksi pada pipa 1,5 inci memliki pola aliran

churn. Sedangkan pada rasio terendam 67,56% dan 62,5% memiliki pola

aliran slug-churn. Pola aliran yang terbentuk menggunakan nosel injeksi

dengan pipa reducer socket 2 inci x 1,5 inci menghasilkan bentuk slug-

churn pada setiap rasio terendam.


39

5.2. Saran

Saran dari penulis untuk memperbaiki penelitian berikutnya, antara lain :

1. Pengujian selanjutnya dapat dilakukan penambahan variasi fluida yang

digunakan.

2. Pengujian selanjutnya dapat dilakukan penambahan variasi bentuk pipa

riser.


40

DAFTAR PUSTAKA

Awari, G. K., Ardhapurkar, P. M., Wakde, D. G., & Bhuyar, L. B. (2004).

Performance analysis of air-lift pump design. Proceedings of the Institution

of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering

Science, 218(10), 1155–1161. https://doi.org/10.1243/0954406042369099

Awari, Gajanan K., Bhuyar, L. B., & Wakde, D. G. (2007). A generalized gas-

liquid two-phase flow analysis for efficient operation of airlift pump.

Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering,

29(3), 307–312. https://doi.org/10.1590/S1678-58782007000300011

Hanafizadeh, P., & Ghorbani, B. (2012). Review study on airlift pumping

systems. Multiphase Science and Technology, 24(4), 323–362.

https://doi.org/10.1615/MultScienTechn.v24.i4.30

Kassab, S. Z., Kandil, H. A., Warda, H. A., & Ahmed, W. H. (2009). Air-lift

pumps characteristics under two-phase flow conditions. International

Journal of Heat and Fluid Flow, 30(1), 88–98.

https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.09.002

Khalil, M. F., Elshorbagy, K. A., Kassab, S. Z., & Fahmy, R. I. (1999). Effect of

air injection method on the performance of an air lift pump. International

Journal of Heat and Fluid Flow, 20(6), 598–604.

https://doi.org/10.1016/S0142-727X(99)00051-X

Reinemann, D J. (1990). Q ’ L = A ( gD ) I / 2 ; Q ’ c = A ( gD ) l / 2 ; V ~= ( gD

) l / 2 ; Co ( Q [. + Q ’ c ) + V ~ rs ". 16(I), 113–122.


https://doi.org/10.1243/0954406042369099

https://doi.org/10.1590/S1678-58782007000300011

https://doi.org/10.1615/MultScienTechn.v24.i4.30

https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.09.002

https://doi.org/10.1016/S0142-727X(99)00051-X

41

Reinemann, Douglas Joseph. (1987). A Theorethical and experimental study of

airlift pumping and aeration with reference to aquacultural applications.

August, 111. 41

Stenning, A. H., & Martin, C. B. (1968). An analytical and experimental study of

air-lift pump performance. Journal of Engineering for Gas Turbines and

Power, 90(2), 106–110. https://doi.org/10.1115/1.3609143

Sularso & Haruo Tahara. (2000). Pompa dan Kompresor. PT Pradnya Paramita :

Jakarta.

Wang, Z., Kang, Y., Wang, X., Li, D., & Hu, D. (2018). Investigating the flow

characteristics of air-lift pumps operating in gas–liquid two-phase flow.

Chinese Journal of Chemical Engineering, 26(2), 219–227.

https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.09.011

Yunus A. Cengel. (2006). Fluid Mechanics Fundamentals And Applications. New

York.


https://doi.org/10.1115/1.3609143

https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.09.011

42

LAMPIRAN


Documents

UNJUK KERJA AIRLIFT PUMP DENGAN PIPA RISER …