Teknik Industri: ANALISIS POMPA AIR UNTUK RUMAH KACA GROWTH CENTRE KOPERTIS WILAYAH I NAD-SUMUT

ANALISIS POMPA AIR UNTUK RUMAH KACA GROWTH CENTRE KOPERTIS WILAYAH I NAD-SUMUT

Silvi Ariyanti

Jurusan Teknik Industri, Universitas Islam Sumatera Utara

Abstrak

Rumah kaca Growth Center Kopertis Wil I NAD SUMUT merupakan suatu tempat yang digunakan dalam kegiatan penelitian bagi bidang ilmu pertanian. Untuk menghasilkan suatu sistem pengairan yang baik maka diperlukan suatu analisis tentang sistem pompa dan perpipaan yang merupakan alat penunjang didalam rumah kaca. Untuk menghasilkan sistem pompa yang baik didalam rumah kaca Growth Center Kopertis Wil I NAD-SUMUT diperlukan sistem pengairan dengan kecepatan, tekanan dan debit air yang sesuai dengan kebutuhan rumah kaca. Penggunaan pompa yang sesuai juga dapat menghemat energi listrik karena kapasistas pompa yang berlebihan selain pemborosan energi juga dapat terjadi supplay air yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan bagi tanaman. Untuk menghasilkan sistem pompa dan perpipaan yang baik maka dirumuskan beberapa masalah yang perlu dianalisa. Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah: bagaimana disain instalasi perpipaan yang sesuai, berapa loses-loses (Head) pada disain instalasi perpipaan, berapa daya dan putaran pompa yang sesuai dengan kebutuhan rumah kaca Growth Centre Kopertis Wilayah I SUMUT-NAD. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan secara umum yaitu: disain perpipaan yang sesuai untuk rumah kaca Growth Center Kopertis Wil I, kapasitas pompa yang sesuai adalah 0,2277 m³/jam dengan kapasitas sprinkler sebesar 0,9108 m³/jam, perbedaan Head tekanan pompa sebesar 14,1834 m, Head total pompa 39,6951598 m, daya pompa yang sesuai untuk rumah kaca Growth Center Kopertis Wil I adalah sebesar 0,1693 Hp atau 126,249 watt, daya motor untuk pompa yang sesuai digunakan adalah sebesar 0,224 Hp

Kata-kata kunci: Rumah kaca, instalasi perpipaan, loses, kapasitas springkler.

1. Pendahuluan

Banyaknya penemuan-penemuan baru pada bidang teknologi, selalu didasari oleh kebutuhan manusia serta didorong oleh ilmu pengetahuan yang bersifat dinamis dari waktu ke waktu. Manusia selalu berusaha untuk mengefisiensikan seluruh pekerjaannya baik efisiensinya terhadap waktu maupun tenaga. Bantuan teknologi dalam bidang pertanian seperti pompa sangat membantu petani dalam kegiatan pertanian seperti membantu petani dalam peningkatan hasil panen dan mengefisienkan waktu dalam proses penyiraman tanaman.

Penggunaan teknologi pompa dalam penyiraman tanaman didalam rumah kaca juga sangat membantu dalam proses penyiraman tanaman yang terdapat didalam rumah kaca. Sistem penyiraman yang baik selain berguna untuk mensupplay air kepada tanaman juga untuk menjaga kelembaban udara didalam rumah kaca.

1.2. Perumusan Masalah

Untuk menghasilkan sistem pompa dan perpipaan yang baik maka dirumuskan beberapa masalah yang perlu dianalisa. Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimana disain instalasi perpipaan yang sesuai untuk rumah kaca Growth Centre Kopertis Wilayah I SUMUT-NAD

2. Berapa loses-loses (Head) pada disain instalasi perpipaan pada kaca Growth Centre Kopertis Wilayah I SUMUT-NAD.

3. Berapa daya dan putaran pompa yang sesuai dengan kebutuhan rumah kaca Growth Centre Kopertis Wilayah I SUMUT-NAD.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengetahuan Perpipaan

Pengetahuan perpipaan merupakan sarana dan dasar pengetahuan di dalam perhitungan, perencanaan dan pelaksanaan perpipaan berikutnya. Hal apa saja yang perlu diketahui pada teknik perpipaan ini akan dapat dilihat pada keterangan berikut ini.

2.1.1 Jenis Pipa

Dari sekian jenis pembuatan pipa secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu :

1. Jenis pipa tanpa sambungan (pembuatan pipa tanpa sambungan pengelasan).

2. Jenis pipa dengan sambungan (pembuatan pipa dengan pengelasan).

2.1.2 Bahan-Bahan Pipa Secara Umum

Bahan-bahan pipa yang dimaksudkan di sini adalah struktur bahan pipa tersebut yang dapat dibagi secara umum sebagai berikut:

1. Carbon steel.

2. Carbon moly

3. Galvanees.

4. Ferro nikel.

5. Stainless steel.

6. PVC (paralon).

7. Chrome moly.

Sedang bahan-bahan pipa yang secara khusus dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Vibre glass.

2. Aluminium (aluminum).

3. Wrought iron (besi tanpa tempa).

4. Copper (tembaga).

5. Red brass (kuningan merah).

6. Nickel copper monel (timah tembaga).

7. Nickel chrom iron inconel (besi timah chrom).

2.1.3 Komponen Perpipaan

Komponen perpipaan harus dibuat berdasarkan spesifikasi, standar yang terdaftar dalam simbol dan kode yang telah dibuat atau dipilih sebelumnya.

Komponen perpipaan yang dimaksud di sini meliputi:

1. Pipes (pipa-pipa).

2. Flanges (flens-flens)

3. Fittings (sambungan).

4. Valves (katup-katup).

5. Boltings (baut-baut).

6. Gasket.

7. Special items (bagian khusus).

2.1.4 Pemilihan Bahan

Pemilihan bahan perpipaan haruslah disesuaikan dengan pembuatan teknik perpipaan dan hal ini dapat dilihat pada ASTM serta ANSI dalam pembagian sebagai berikut:

1. Perpipaan untuk pembangkit tenaga.

2. Perpipaan untuk industri bahan gas.

3. Perpipaan untuk penyulingan minyak mentah.

4. Perpipaan untuk pengangkutan minyak.

5. Perpipaan untuk proses pendinginan.

6. Perpipaan untuk tenaga nuklir.

7. Perpipaan untuk distribusi dan transmisi gas.

Selain dari penggunaan instalasi atau konstruksi seperti diterangkan di atas perlu pula diketahui jenis aliran temperatur, sifat korosi, faktor gaya serta kebutuhan lainnya dari aliran serta pipanya.

2.1.5 Macam Sambungan Perpipaan

Sambungan perpipaan dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Sambungan dengan menggunakan pengelasan.

2. Sambungan dengan menggunakan ulir.

Selain sambungan seperti di atas, terdapat pula penyambungan khusus dengan menggunakan pengeleman (perekatan) serta pengkeleman (untuk pipa plastik dan pipa vibbre glass). Pada pengilangan umumnya pipa bertekanan rendah dan pipa di bawah 2" sajalah yang menggunakan sambungan ulir.

2.1.6 Tipe Sambungan Cabang

Tipe sambungan cabang (brance conection) dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Sambungan langsung (stub in).

2. Sambungan dengan menggunakan fittings (alat penyamb Ling).

3. Sambungan dengan menggunakan flanges (flens-flens).

Tipe sambungan cabang dapat pula ditentukan pada spesifikasi yang telah dibuat sebelum mendisain atau dapat pula dihitung berdasarkan perhitungan kekuatan, kebutuhan, dengan tidak melupakan faktor efektivitasnya. Sambungan cabang itu sendiri merupakan sambungan antara pipa dengan pipa, misalkan sambungan antara header dengan cabang yang lain apakah memerlukan alat bantu penyambung lainnya atau dapat dihubungkan secara langsung, hal ini tergantung kebutuhan serta perhitungan kekuatan.

2.1. 7 Diameter, Ketebalan, Schedule

Spesifikasi umum dapat dilihat pada ASTM (American Society of Testing Materials). Di mana di situ diterangkan mengenai diameter, ketebalan serta schedule pipa. Diameter luar (out side diameter), ditetapkan sama, walaupun ketebalan (thickness) berbeda untuk setiap schedule. Diameter dalam (inside diameter), ditetapkan berbeda untuk setiap schedule. Diameter nominal adalah diameter pipa yang dipilih untuk pemasangan ataupun perdagangan (commodity). Ketebalan dan schedule, sangatlah berhubungan, hal ini karena ketebalan pipa tergantung daripada schedule pipa itu sendiri.

Schedule pipa ini dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Schedule: 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 160.

2. Schedule standard.

3. Schedule extra strong (XS).

4. Schedule double extra strong (XXS).

5. Schedule special.

Perbedaan-perbedaan schedule ini dibuat guna:

1. Menahan internal pressure dari aliran.

2. Kekuatan dari material itu sendiri (strength of material).

3. Mengatasi karat.

4. Mengatasi kegetasan pipa.

5. Sistem Perpipaan

Perancangan sistem perpipaan yang kompleks yang digunakan untuk mengangkut air pada suatu daerah tertentu, hal yang paling penting yang ingin diketahui adalah mengenai masalah distribusi alirannya. Dalam perancangan suatu jaringan, aliran diberbagai titik merupakan prasyarat dan dari sanalah ukuran pipa ditentukan, ini juga merupakan masalah yang rumit karena kita harus memecahkannya dengan cara coba-coba yang berurutan atau iterasi.

Metode iterasi yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan jaringan pipa adalah metode Hardy-Cross koreksi untuk setiap loop dihitung sebagai berikut (Jack B. Evert, 1988);

Dimana :

= Koreksi kapasitas aliran untuk tiap loop

= Jumlah rugi head netto untuk aliran yang di andaikan

n = 1.85 (jika menggunakan persamaan Hazen-Williems)

n = 2.0 (jika yang digunakan adalah persamaan Darcy-Weisbach).

= Jumlah dari head loss dibagi oleh kapasitas aliran untuk tiap loop.

Maka kapasitas sebenarnya dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut ini (Jack B. Evert, 1988);

Q =

+ Qo

Dimana :

Q_o = Kapasitas yang ditaksir

2.2 Pompa

Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida cair dari tempat yang rendah ke tempat lain yang lebih tinggi. Fluida cair tersebut dapat berpindah atau mengalir karena adanya beda tekanan tertentu yang dihasilkan oleh pompa. Dengan kata lain agar pompa dapat mengalirkan air maka pompa harus membuat perbedaan pada sisi isap pompa dengan sisi tekan pompa.

2.2.1 Spesifikasi Pompa

Dalam memilih suatu pompa untuk suatu maksud tertentu, terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair yang akan dipompa.

Selain dari pada itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yang terpasang pada instalasinya. Atas dasar tekanan isap ini maka putaran pompa dapat ditentukan. Kapasitas aliran, head, dan putaran pompa dapat ditentukan seperti tersebut di atas. Tetapi apabila perubahan kondisi operasi sangat besar (khususnya perubahan kapasitas dan head) maka putaran dan ukuran pompa yang akan dipilih harus ditentukan dengan memperhitungkan hal tersebut.

Selanjutnya, untuk menentukan penggerak mula yang akan dipakai, harus lebih dahulu dilakukan penyelidikan tentang jenis sumber tenaga yang dapat dipergunakan di tempat yang bersangkutan. Contoh data yang umumnya diperlukan untuk memilih pompa disajikan dalam Tabel 2.1.

Cara untuk menentukan spesifikasi pompa seperti jenis, diameter pompa, dan daya yang diperlukan, akan diuraikan seperti berikut ini.

Tabel 2.1 Data yang diperlukan untuk pemilihan pompa.

No	Data yang diperlukan	Keterangan
1	Kapasitas	Diperlukan juga keterangan mengenai kapasitas maksimum dan minimum.
2	Kondisi isap	Tinggi isap dari permukaan air isap ke level pompa. Tinggi fluktuasi permukaan air isap. Tekanan yang bekerja pada permukaan air isap. Kondisi pipa isap.
3	Kondisi keluar	Tinggi permukaan air keluar ke level pompa. Tinggi fluktuasi permukaan air keluar. Besarnya tekanan pada permukaan air keluar. Kondisi pipa keluar.
4	Head total pompa	Harus ditentukan berdasarkan kondisi-kondisi diatas.
5	Jenis zat cair	Air tawar, air laut, minyak, zat cair khusus (zat kimia), temperatur, berat jenis, viskositas, kandungan zat padat, d1l.
6	Kondisi kerja	Kerja terus-menerus, terputus-putus, jumlah jam kerja seluruhnya dalam setahun.
7	Penggerak	Motor listrik, motor bakar torak, turbin uap.
8	Poros tegak atau Mendatar	Hal ini kadang-kadang ditentukan oleh pabrik pompa yang bersangkutan berdasarkan instalasinya.
9	Tempat instalasi	Pembatasan-pembatasan pada ruang instalasi, ketinggian di atas permukaan laut, di luar atau di dalam gedung, fluktuasi temperatur.
10	Lain-lain

2.2.2 Kapasitas Aliran

Laju aliran yang menentukan kapasitas pompa ditentukan menurut kebutuhan pemakaiannya. Di bawah ini akan diberikan cara menentukan laju aliran untuk berbagai pemakaian yang wring dijumpai dalam praktek.

Pengairan rumah kaca

Rumah kaca umumnya digunakan digunakan untuk kegiatan penelitian. Dalam pelaksanaan pengoperasiannya rumah kaca juga banyak membutuhkan air. Air yang dibutuhkan rumah kaca digunakan untuk membantu pertumbuhan tanaman dan juga menjaga tempertur didalam rumah kaca.

Penentuan kapasitas pompa ini merupakan fungsi dari banyaknya air yang dibutuhkan didalam rumah kaca .

Qp = Qrk .....................

Dimana :

Qp = Kapasitas pompa ( m³/jam )

Qrk = Kapasitas air yang dibutuhkan rumah

kaca ( m³ /jam)

2.2.3 Jumlah Pompa

Jika laju aliran keseluruhan (yaitu jumlah konsumsi air bersih atau drainase) telah ditentukan maka kapasitas pompa dapat dihitung dengan membagi laju aliran total tersebut dengan jumlah pompa yang dipakai. Dalam menentukan jumlah pompa, hal-hal berikut ini harus diperhatikan.

(1) Pertimbangan ekonomi

Pertimbangan ini menyangkut masalah biaya, baik biaya investasi untuk pembangunan instalasi maupun biaya operasi dan pemeliharaannya.

(a) Biaya instalasi

Pada umumnya untuk laju aliran total yang sama, biaya keseluruhan untuk pembangunan fasilitas mekanis kurang lebih tetap sama meskipun dipakai jumlah pompa yang berbeda.

Juga dapat dikatakan bahwa jumlah biaya untuk fasilitas mekanis kurang lebih proposional terhadap laju aliran asalkan head, NPSH tersedia, model dan jenis pompa tetap sama.

Namun, jika jumlah pompa diambil sedemikian rupa (dalam batas-batas tertentu) hingga memungkinkan dipakainya pompa standar yang murah, maka biaya keseluruhan untuk fasilitas mekanis kadang-kadang dapat menjadi lebih rendah.

(b) Biaya operasi dan pemeliharaan

Komponen biaya operasi yang terpenting adalah biaya untuk energi atau daya. Biaya ini dapat dibuat ekonomis apabila diambil langkah-langkah berikut.

1) Jika kebutuhan air berubah-ubah, maka beberapa pompa dengan kapasitas sama, yaitu sebesar atau hampir sebesar konsumsi minimum, harus dipakai. Atau dapat juga dipakai beberapa pompa dengan lebih dari satu macam kapasitas.

2) Pada umumnya jika kapasitas pompa menjadi besar, efisiensi pompa juga menjadi lebih tinggi. Jadi penggunaan daya menjadi lebih ekonomis.

Agar biaya pemeliharaan dan pengelolaan dapat ditekan, jumlah pompa tidak boleh terlalu banyak. Selain itu sedapat mungkin pompa-pompa yang dipakai sama antara yang satu dengan yang lain agar suku cadangnya dapat saling dipertukarkan. Hal ini akan memudahkan pemeliharaan.

(2) Batas kapasitas pompa

Sebagai akibat dari kemajuan dalam teknologi permesinan dan teknik sipil, pompa-pompa dengan kapasitas sangat besar dapat dibuat akhir-akhir ini. Batas atas kapasitas suatu pompa pada umumnya tergantung pada kondisi berikut

a. Berat dan ukuran terbesar yang dapat diangkut dari paberik ke tempat pemasangan.

b. Lokasi pemasangan pompa dan cara pengangkatannya.

c. Jenis penggerak dan cara mentransmisikan daya dari penggerak ke pompa.

d. Pembatasan pada besarnya mesin perkakas yang dipakai untuk mengerjakan bagian-bagian pompa.

e. Pembatasan pada performansi pompa (seperti kavitasi dll).

(3) Pembagian resiko

Menggunakan hanya satu pompa untuk melayani laju aliran keseluruhan dalam suatu instalasi yang penting adalah besar resikonya. Instalasi akan tidak berfungsi samasekali jika pompa satu-satunya itu rusak. Jadi untuk memperkecil resiko, perlu dipakai dua pompa atau lebih, tergantung pada pentingnya instalasi. Selain dari pada itu, untuk memperbesar keandalan instalasi, perlu disediakan sedikitnya satu pompa cadangan, tergantung pada kondisi kerja dan pentingnya instalasi.

Setelah jumlah pompa dan kapasitas masing-masing dapat dipilih dengan mempertimbangkan hal-hal di atas maka diameter isap pompa dapat ditentukan. Dalam tabel 2.2 dan 2.3 diberikan diameter isap untuk berbagai kapasitas pompa.

Diameter isap pompa tidak perlu sama dengan diameter pipa isap atau pipa air yang ada. Dalam hal ini diameter pipa isap tidak boleh lebih kecil dari pada diameter isap pompa. Besarnya diameter pipa isap ditentukan menurut pertimbangan ekonomis berdasarkan biaya instalasi dan operasi. Jika diameter pipa isap lebih besar dari pada diameter isap pompa, dapat dipakai reduser untuk menyambungkannya.

2.2.4 Karakteristik Sistem Pemompaan

Tahanan Sistem: Head

Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu. Tekanan ini harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistim, yang juga disebut “head”. Head total merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan/ friksi.

a). Head Statik

Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang Dipompakan. Head statik merupakan aliran yang independen.

Head statik terdiri dari:

§ 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 hisapan”)

§ Head pembuangan statis (hd): jarak vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan.

Gambar 2.1. Head Statik Pompa

b). Head Gesekan/Friksi

Ini merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa dan sambungan, debit aliran, dan sifat dari cairan. Head gesekan/friksi sebanding dengan kwadrat debit aliran.

Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Darcy, menurut (Jack B. Evert, 1988) yaitu :

hf = f

Dimana :

hf = Kerugian head karena gesekan

f = Faktor gesekan

d = Diameter pipa

L = Panjang pipa

V = Kecepatan aliran

g = Percepatan gravitasi

Selain kerugian yang diakibatkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga terjadi kerugian karena belokan, siku, sambungan, katup, dan sebagainya, yang disebut kerugian kecil. Dalam hampir semua ikhwal, kerugian kecil ditentukan dengan eksperimen. Namun suatu kekecualian untuk kerugian tinggi tekan yang disebabkan oleh pembesaran mendadak pada jalur pipa, menurut (Victor L. Streeter, 1985) dapat dihitung dengan persamaan :

he = K

Besarnya konstanta K dapat dicari dari perbandingan diameter yang menurut Victor L. Streeter, (1985) dinyatakan sebagai :

K =

3. METODE PENELITIAN

Perincian dan langkah-langkah yang akan dilakukan dalam melaksanakan penelitian ini diuraikan sebagai berikut:

Studi dan tinjauan pustaka
Mendesain Sistem Instalasi perpipaan
Menentukan formula-formula matematis dan software komputer untuk perhitungan.
Menghitung loses-loses instalasi perpipaan.
Menghitung kapasitas pompa dengan metode Hardy-Cross.
Pemasangan instalasi pipa dan pompa
Pengujian, Pengukuran dan Pencatatan Data
Analisa Data.
Membuat Kesimpulan dan Saran
Membuat laporan akhir.

4. ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Kebutuhan Air

Besarnya air yang digunakan untuk kebutuhan penyiraman tanaman dalam rumah kaca dipengaruhi oleh kelembaban dan temperatur. Apabila kelembaban dan temperatur tidak sesuai dengan kebutuhan tanaman yang ada maka disinilah pompa dihidupkan untuk mensuplai air ke Sprinkler untuk disemprotkan ketanaman dan ruangan sehingga kembali kekeadaan seperti semula.

Pada Rumah kaca Growth Centre sistem operasi Sprinkler masih manual yaitu apabila kelembaban dan temperatur tidak sesuai maka operator akan menghidupkan pompa air untuk dialiri ke sprinkler yang terpasang sehingga besarnya kebutuhan air yang harus disuplai pompa adalah sama dengan jumlah kebutuhan air untuk sprinkler yang terpasang.

4.2. Sistem Instalasi Perpipaan

Secara umum rancangan istalasi perpipaan dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut ini.

Dalam perencanaan ini perlu diperhatikan beberapa hal berikut :

- Pompa digunakan untuk menghisap air dari Bak Penampung dan kemudian distribusikan ke sprinkler.

- Sistem perpipaan dipasang menjadi 3 bagian yaitu pipa utama, pipa sub utama dan pipa service. Pipa utama mengalirkan air dari pompa ke pipa sub utama, pipa sub utama mengalirkan air dari pipa utama ke pipa service sedangkan pipa service mengalirkan air dari pipa sub utama ke sprinkler.

- Sprinkler dipasang 4 buah dengan sistem Iverted Mount (posisi diatas) dengan jangkauan air mencapai 17.5 Feet = 5.3 m seperti terlihat pada gambar 4.1 berikut.

Gambar 4.1. Rancangan Instalasi Sprinkler untuk Rumah Kaca Growth Centre

4.3. Kapasitas Pompa

Penentuan kapasitas pompa ini merupakan fungsi dari banyaknya air yang dibutuhkan tanaman (kapasitas sprinkler) dan jumlah sprinkler yang dibutuhkan untuk mengaliri lahan.

Qp = QS . N

Dimana :

Qp = Kapasitas pompa ( m³/jam )

Qs = Kapasitas Sprinkler ( m³ /jam)

N = Jumlah sprinkler yang dibutuhkan

Dari Spesifikasi Sprinkler yang terpasang yaitu : S 10 Spinner diperoleh kapasitas sprinkler adalah 0,79 – 5 GPM dan jumlah sprinkler yang dibutuhkan adalah 4 sprinkler. Maka kapasitas pompa adalah :

Qs = 2,5 GPM (direncanakan)

= 0,00378 m³/menit

= 0,2277 m³/jam.

Maka :

Qp = 0,2277 m³/jam . (4)

= 0,9108 m³/jam

= 0.000253 m³/detik

Maka banyaknya air yang harus disuplai adalah 0,9108 m3/jam.

4.4. Tinggi Tekanan (Head) Pompa

Head pompa adalah energi persatuan berat yang khusus disediakan oleh pompa untuk memindahkan fluida yang direncanakan. Dapat juga dikatakan bahwa head pompa adalah energi persatuan berat yang diberikan pompa untuk mengatasi energi tekanan, perbedaan ketinggian, kerugian sepanjang pipa dan kerugian pada kelengkapan instalasi pompa. Jadi head pompa harus disediakan untuk memindahkan air seperti yang direncanakan atau ditentukan oleh instalasi. Untuk itu, menentukan head pompa dapat digunakan rumus :

H = Ha + DHP + HI +

Dimana :

H = Head total pompa

Ha = Head statis pompa

DHP = Perbedaan tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air

HI = Berbagai kerugian head di dalam pipa dari peralatan lainnya

= Head kecepatan keluar

4.4.1. Head Statis

Gambar 4.2. Head Statis

Head statis dalam suatu instalasi pompa sering juga disebut sebagai head aktual yaitu perbedaan tinggi antara permukaan air pada sisi hisap dengan permukaan air pada sisi keluar. Jadi head statis pada sistem instalasi pompa yang direncanakan adalah 3,875 m, yaitu perbedaan permukaan air dari bak penampung dengan permukaan air pada ujung sprinkler, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.2 diatas.

4.4.2 Perbedaan Head Tekanan

Perbedaan head tekanan timbul karena adanya perbedaan tekanan permukaan pada sisi hisap dengan sisi keluar. Pada sistem instalasi ini terdapat perbedaan tekanan yang bekerja pada kedua permukaan yang dipompakan. Besarnya perbedaan head dapat dituliskan sebagai berikut :

DHP =

Dimana :

DHP= Perbedaan head tekanan

hpl = Tekanan yang bekerja pada saat air keluar melalui sprinkler

= 2,4 Bar

hp2 = Tekanan yang bekerja pada sumber air sebesar tekanan atmosfir karena sisi atas sumber air terbuka

= 1,013 . 10⁵ Bar

g = Berat jenis zat cair pada suhu 25° C

= 9779 N/m³

Tekanan permukaan pada sisi hisap sama dengan tekanan uap jenuhnya (tekanan kerja bak penampung), sedangkan tekanan permukaan pada sisi tekan adalah tekanan kerja.

DHP =

= 14,1834 m

4.4.3. Head Akibat Kecepatan

Head kecepatan adalah head akibat adanya perbedaan kecepatan aliran fluida pada pipa tekan dan pipa hisap. Diameter pipa akan mempengaruhi kecepatan masuk dan keluarnya fluida. Ukuran pipa pada perencanaan instalasi Ini adalah sebagai berikut :Diameter pipa hisap : 1 inchi

· Diameter pipa tekan terdiri dari :

- Pipa utama (1 bagian): 1 inchi= 0,0254 m

- Pipa sub utama (2 bagian): 3/4 inchi

= 0,01905 m

- Pipa service (4 bagian): ½ inchi

= 0,0127 m

Dari data diatas dapat ditentukan kecepatan aliran dari sisi hisap dan kecepatan aliran dari sisi tekan. Menurut Sularso (1987), bahwa kecepatan aliran fluida ( dalam pipa ) pada umumnya berkisar antara 1,5 – 3 m/det untuk pipa besar, sehingga untuk keamanan pipa, kecepatan aliran dalam pipa tidak boleh melebihi angka diatas.

Kecepatan masing - masing aliran dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :

Q = A . V

V =

( 4.2) ( 4.2)

Dimana. :

Q = Kapasitas pompa (m³/jam

A = Luas Penampang ( m² )

V = Kecepatan aliran fluida dalam pipa ( m/det)

Maka :

Kecepatan aliran pada pipa utama (1 bagian) :

Vpu =

= 0,5 m/det

Kecepatan aliran pada sub utama ( 2 bagian)

Vpu =

= 0,444 m/det

Kecepatan aliran pada pipa service (4 bagian)

Vser =

= 0,5 m/det

Kecepatan aliran pada pipa utama sama dengan kecepatan aliran pada pipa service sehinga beda kecepatan pada masing – masing pipa adalah :

AV = 0,5 - 0,444

= 0,056 m/ det

Maka :

Hv =

= 0,0001598 m

4.4.4. Head Loses

Head loses adalah kerugian head akibat terjadinya gesekan antara fluida dengan dinding pipa dan akibat adanya peralatan - peralatan tambahan seperti belokan, katup dan lain sebagainya. Jadi head loses pada pipa dan peralatan tambahan tersebut dapat dibagi kedalam dua golongan yaitu :

Kerugian Mayor (mayor loses, Hf)
Kerugian minor ( minor loses, Hm).

Kerugian mayor adalah kerusakan akibat adanya gesekan antara fluida dan dinding pipa yang menurut Streeter Victor (1992), dapat dituliskan :

Hf = f x

Dimana :

Hf = Kerugian mayor

F = Koefisien gesekan pipa

L = Panjang pipa

Dp = Diameter pipa

Vp = Kecepatan aliran dalam pipa

G = Gaya gravitasi bumi (9,81 m/det²)

Kerugian minor adalah kerugian yang ditimbulkan oleh peralatan tambahan pada saluran fluida seperti elbow, T flange, gate valve, sprinkler dan lain-lain, yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

Hm = Sk x

Dimana :

k = Kerugian gesekan/kerugian peralatan tambahan

Dengan demikian head loses adalah jumlah kerugian mayor ( Hf ) dan kerugian minor (Hm) yang dapat dituliskan sebagai berikut :

Hl = Hf + Hm

Hl = f x

+ Sk x

Kerugian mayor yang disebut juga kerugian gesekan merupakan fungsi dari koefisien gesek, panjang pipa, diameter pipa dan kecepatan aliran fluida. Sedangkan koefisien gesek merupakan fungsi dari bilangan reynold dan kekasaran relatif pipa, dimana harga koefsien gesek ini dapat dilihat dari diagram moody berikut.

Gambar 4.3. Diagram Mody

Sedangkan rancangan Instalasi pipa, panjang pipa dan jumlah pipa yang dipergunakan pada rumah kaca growth centre seperti diperlihatkan pada gambar 5.4 berikut

Gambar 4.4. Instalasi perpipaan

Menurut Sularso (1987), jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold terbagi atas 3 bagian yaitu :

1. Re < 2300 jenis aliran laminar

2. Re > 4000 Jenis aliran turbulen, dan

3. 2300 < Re < 4000 jenis aliran transisi

Beranjak dari klasifikasi aliran maka aliran fluida dalam perencanaan ini adalah aliran turbulen. Bilangan reynold dicari dengan rumus :

Re =

Dimana :

Re = Bilangan Reynold

m = Koefisien kekentalan kinematik flnida

= 0,897 x 10^-6 m²/det, ( kekentalan air pada suhu 25°C)

Vp = Kecepatan aliran dalam pipa

Dp = Diameter pipa

Dalam perencanaan ini pipa diambil dari tabung/pipa tarik dengan kekasaran absolut e = 0,0015 mm. Maka besarnya kekesaran relatif pipa adalah :

Tabel 4.1. Kekasaran rata-rata pipa-pipa komersial

Untuk perhitungan total kerugian mayor selanjutnya akan dihitung dengan bantuan Software Microsoft Excel seperti tabel 4.3.

Untuk menghitungkan kerugian minor harus terlebih dahulu mengetahui peralatan tambahan yang menyebabkan kerugian tersebut ( Tabel 4.2).

Tabel 4.2. Jenis dan koefisien peralatan tambahan

Jenis peralatan	Jumlah	K	K total
T flange Nozle Gate valve	3 4 5	0.25 0.25 0.6	0.75 1 3

Dalam Instalasi perpipaan ini pada sisi hisap terdapat satu buah elbow 90°, pada sisi tekan terdapat 3T flange, 3 elbow 90°, satu gate valve.

Tabel 4.3. Hasil perhitungan kerugian mayor (Hf)
No	Panjang	Diameter	Kecepatan	Re	Jenis Aliran	Kekasaran Relatif	Faktor Gesekan	Hf
	(m)	(m)	(m/s)			D	f	(m)
1	3.325	0.0254	0.5	557413.6009	Turbulen	5.90551E-05	0.0115	1.846013164
2	3.812	0.01905	0.444	494983.2776	Turbulen	7.87402E-05	0.0125	2.418649166
3	1.712	0.0127	0.5	557413.6009	Turbulen	0.00011811	0.012	1.983628346
4	3.925	0.01905	0.444	494983.2776	Turbulen	7.87402E-05	0.0125	2.490345744
5	1.712	0.0127	0.5	557413.6009	Turbulen	0.00011811	0.012	1.983628346
6	1.712	0.0127	0.5	557413.6009	Turbulen	0.00011811	0.012	1.983628346
7	3.925	0.01905	0.444	494983.2776	Turbulen	7.87402E-05	0.0125	2.490345744
8	1.712	0.0127	0.5	557413.6009	Turbulen	0.00011811	0.012	1.983628346
9	3.812	0.01905	0.444	494983.2776	Turbulen	7.87402E-05	0.0125	2.418649166
10	3.671	0.0254	0.5	557413.6009	Turbulen	5.90551E-05	0.0115	2.038109572
Total Kerugian Mayor (Hf)								21.63662594

Maka total harga koefisien minor loses sepanjang instalasi pipa adalah :

Sk = 0,75 + 1 + 3

= 4,75

Maka besarnya kehilangan minor adalah :

Hm = Sk x

= 4,75 x

= 0,0606 m

Total head kerugian (HI) adalah :

HI = Hf + Hm

= 21,6366 + 0,0606

= 21,6972 m

Maka head total pompa adalah :

H = Hs + DHp + Hl + Hv

=3,875+ 14,1834 + 21,6366 + 0,0001598

= 39,6951598 m.

Dalam merencanakan head pompa, head rencana harus dilebihkan dari head perhitungan untuk mengatasi pertambahan head loses pada instalasi pipa akibat kotoran pipa dan kemungkinan kurang telitinya perhitungan head pompa tersebut.

Menurut Igor J. Karassik (1987), biasanya diberi penambahan 10 – 25% dari head pompa. Dengan demikian head pompa yang akan direncanakan menjadi:

H = 39,6952 + 10%

= 43,6647 m

Dalam perencanaan ini diambil head sebesar 43,6647 m dan head inilah yang selanjutnya akan diperhitungkan.

5.5. Pemilihan Jenis Pompa

Tipe pompa atau jenis pompa yang akan digunakan tergantung kepada karakteristik pemompaan dan ketersediaan pompa di pasaran. Berdasarkan karakteristik pemompaan dengan head total = 43,6647 m dan kapasitas pompa = 0,9108 m³/jam, pengoperasian dan pemeliharaan yang sederhana, perawatan yang mudah serta keamanan selama operasi, maka pemakaian pompa sentrifugal akan lebih efisien daripada jenis pompa yang lain.

5.6. Daya Pompa dan Daya Penggerak Pompa

Daya pompa menurut Fritz Dietzel, dihitung dengan rumus :

Np=

( 4.7 )

Dimana :

g = Berat jenis air (1000 kg/m³)

Qp = 0,9108 m³/jam = 0,000253 m³/s

H = 43,6647 m

hp = Efisiensi pompa (87%)

Maka :

Np =

= 0,1693 Hp

= 126,249 watt.

Daya penggerak pompa menurut Sularso (1987), dihitung dengan rumus:

Nk =

…. ( 4.8 )

Dimana :

Nk = Daya penggerak pompa

a = Faktor cadangan daya, antara 0,1–0,2

= 0,15 (direncanakan)

ht = Efisiensi transmisi

= 0,87 (asumsi)

Np = 4,04 Kw

Daya motor yang dipergunakan adalah :

Nk =

= 0,224 Hp.

Daya sebesar inilah yang harus disuplai oleh motor untuk dapat menggerakan pompa air bagi penyediaan kebutuhan pengairan sebanyak 0,9108 m³/jam.

6. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan secara umum yaitu:

1. Disain perpipaan yang sesuai untuk rumah kaca Growth Center Kopertis Wil I ada adalah disain perpipaan yang ditunjukkan pada gambar 5.1.

2. Kapasitas pompa yang sesuai untuk rumah kaca Growth Center Kopertis Wil I adalah 0,2277 m³/jam dengan kapasitas sprinkler sebesar 0,9108 m³/jam.

3. Perbedaan Head tekanan pompa sebesar 14,1834 m

4. Head total pompa 39,6951598 m

5. Daya pompa yang sesuai untuk rumah kaca Growth Center Kopertis Wil I adalah sebesar 0,1693 Hp atau 126,249 watt.

6. Daya motor untuk pompa yang sesuai digunakan adalah sebesar 0,224 Hp

DAFTAR PUSTAKA

Fritz Dietzel (1993), “ Turbin, Pompa dan Kompressor ”, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Jack B. Evert, Cheng Liu (1988), “ Fundamental Of Fluid Mechanics ”, Mc Graw-Hill, Singapore.

US Department of Energy (DOE), Office of Industrial Technologies. Pump Life Cycle Costs:A guide to LCC analysis for pumping systems. DOE/GO-102001-1190.2001.http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/techpubs_motors. html

US Department of Energy (US DOE), Office of Industrial Technologies. Variable Speed Pumping – A Guide to Successful Applications. Executive Summary. 2004.

http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/techpubs_motors.html

US Department of Energy (US DOE), Office of Industrial Technologies. Improving Pump System performance, A Source Book for Industry. As part of: Motor Challenge Program. 1999. http://www1.eere.energy.gov/industry/

bestpractices/techpubs_motors.html

Victor L.Streeter, E.Benjamin Wylie, Arko Prijono (1985 ), “ Mekanika Fluida ”, Edisi 8, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Teknik Industri

Rabu, 11 Januari 2012

ANALISIS POMPA AIR UNTUK RUMAH KACA GROWTH CENTRE KOPERTIS WILAYAH I NAD-SUMUT

Tidak ada komentar:

Posting Komentar