Download - Acara 1 Unit Penghisap Jadi
ACARA I. UNIT PENGHISAP (POMPA VACUM)
I. Tujuan Praktikum
Tujuan dari praktikum acara 1 Unit Penghisap (pompa vacum) ini adalah :
a. Mempelajari Unit Penghisap (Vacum Unit) dengan menggunakan prinsip-
prinsip dinamika fluida.
b. Mengkaji karakteristik Unit Penghisap.
II. Tinjauan Pustaka
a. Tinjauan Bahan
Alat ukur yang didesain atas dasar persamaan barometris ada dua yaitu
barometer dan manometer. Barometer adalah alat ukur tekanan udara terbuka
(udara bebas) sedangkan manometer alat ukur udara tertutup (udara dalam
ruangan). Pada dasarnya barometer dan manometer adalah pipa U, yang berisi
zat cair sebagai penunjuk pembacaan skala. Pada manometer, salah satu ujung
pipa U dihubungkan dengan ruangan yang hendak diukur tekanannya, satu
ujung yang lain terbuka (berhubungan dengan udara bebas).
(Raharjo dan Radiyono, 2008)
Manometer adalah alat ukur tekanan dan manometer tertua adalah
manometer kolom cairan. Alat ukur ini sangat sederhana, pengamatan dapat
dilakukan langsung dan cukup teliti pada beberapa daerah pengukuran.
Manometer kolom cairan biasanya digunakan untuk pengukuran tekanan yang
tidak terlalu tinggi (mendekati tekanan atmosfir). Alat ini digunakan secara
luas pada audit energi untuk mengukur perbedaan tekanan di dua titik yang
berlawanan. Jenis manometer tertua adalah manometer kolom cairan. Versi
manometer sederhana kolom cairan adalah bentuk pipa U (lihat Gambar 4-4)
yang diisi cairan setengahnya (biasanya berisi minyak, air atau air raksa)
dimana pengukuran dilakukan pada satu sisi pipa, sementara tekanan (yang
mungkin terjadi karena atmosfir) diterapkan pada tabung yang lainnya.
Perbedaan ketinggian cairan memperlihatkan tekanan yang diterapkan.
(Rahayu, 2009)
Reservoir digunakan pada sistem distribusi untuk meratakan aliran, untuk
mengatur tekanan, dan untuk keadaan darurat. Jenis pompa penyediaan air
yang banyak digunakan adalah: jenis putar (pompa sentrifugal, pompa diffuser
atau pompa turbin meliputi pompa turbin untuk sumur dan pompa submersibel
untuk sumur dalam), pompa jenis langkah positif (pompa torak, pompa
tangan, pompa khusus meliputi pompa vortex atau pompa kaskade, pompa
gelembung udara atau air lift pump, pompa jet, dan pompa bilah). Efisiensi
pompa umumnya antara 60% sampai 85% (Noerbambang, 2000).
(Arifiani, 2007)
b. Tinjauan Teori
Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang
mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelesaian
dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak
properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan, dan suhu, sebagai
fungsi ruang dan waktu. Dinamika fluida menawarkan struktur matematika
yang membawahi disiplin praktis tersebut yang juga seringkali memerlukan
hukum empirik dan semi-empirik, diturunkan dari pengukuran arus, untuk
menyelesaikan masalah praktikal. (Anonima, 2011)
Aliran air dikatakan steady (mantap) apabila kelajuan air pada setiap titik
tertentu setiap saat adalah konstan. Hal ini berarti pada titik tersebut
kelajuannya akan selalu konstan. Hal ini barati pada aliran steady (mantap)
kelajuan pada satu titik tertentu adalah tetap setiap saat, meskipun kelajuan
aliran secara keseluruhan itu berubah/berbeda. Aliran steady ini akan banyak
dijumpai pada aliran air yang memiliki kedalaman yang cukup, atau pada
aliran yang yang memiliki kecepatan yang kecil. (Anonimb, 2011)
Persamaan Bernoulli digunakan untuk menghitung aliran fluida dari pipa
yang lebih tinggi menuju ke pipa yang lebih rendah atau sebaliknya.
Persamaan Bernoulli merupakan persamaan energi untuk fluida incompresible
di mana terdapat tiga bentuk energi (yang dipengaruhi oleh gravitasi). Batas-
batas pemakaian persamaaan Bernoulli ideal adalah alirannya konstan
sepanjang lintasan dan mengabaikan segala kerugian yang terjadi dalam
lintasan fluida. Jika alirannya terjadi perubahan atau kerugian turut
diperhitungkan, maka hasilnya tidak akan ideal. (Mulyadi, 2010)
Tekanan pada sebuah titik dalam sebuah massa fluida dapat dimaksudkan
sebagai sebuah tekanan mutlak (absolute pressure). Tekanan mutlak diukur
relatif terhadap suatu keadaan hampa sempurna (tekanan nol mutlak),
sementara tekanan pengukuran diukur relatif relatif terhadap tekanan atmosfer
setempat. Tekanan mutlak selalu positif tapi tekanan pengukuran dapat positif
maupun negatif, tergantung pada apakah tekanan atmosfer tersebut di atas
tekanan atmosfer (bernilai positif) atau di bawah tekanan atmosfer (bernilai
negatif). (Munson, 2004)
Berdasarkan persamaan kontinuitas, laju aliran fluida dapat berubah-ubah
sepanjang jalur fluida. Tekanan juga dapat berubah-ubah; tergantung pada laju
aliran. Kita bisa mendapatkan hubungan penting yang disebut persamaan
bernoulli yang menghubungkan tekanan. laju aliran dan ketinggian untuk
aliran, fluida inkompresibel yang ideal. Persamaan Bernoulli merupakan alat
pokok dalam menganalisis sistem perpipaan, stasiun pembangkit ,listrik
tenaga air, dan penerbangan pesawat (Young, 2003)
Pengukuran tekanan dalam banyak alat yang digunakan untuk menentukan
kecepatan arus fluida atau laju alirannya, karena hubungan antara kecepatan
dan tekanan yang diberikan oleh persamaan energi. Tekanan statik suatu
fluida yang bergerak adalah tekanannya bila kecepatan tidak terganggu oleh
pengukuran. (Streeter, 1991)
Karena penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang
memungkinkan penentuan besarnya debit, maka pengukuran kecepatan
merupakan suatu fase yang penting dalam pengukuran aliran. Kecepatan dapat
diperoleh dengan mengukur waktu yang diperlukan suatu partikel yang dapat
dikenali untuk bergerak sepanjang suatu jarak yang diketahui. Hal ini
dilaksanakan bila mudah atau perlu. Teknik ini telah dikembangkan untuk
mempelajari daerah yang sangat kecil yang mengakibatkan aliran normalnya
terganggu dan mungkin akan lenyap bila disisipkan instrumen untuk
mengukur kecepatan. (Streeter, 1991).
Apabila benda berada dalam bentuk cair atau gas, benda dikenal sebagai
fluida. Sifat-sifat umum dari semua fluida ialah bahwa ia harus dibatasi
dengan dinding kedap supaya tetap dalam bentuknya yang semula. Apabila
dinding pengekang dipindahkan, fluida mengalir (mengembang) sampai
pembatas baru yang kedap ditemukan. Apabila disediakan cukup untuk
memenuhi ruangan yang dibatasi oleh dinding-dinding yang kedap, ia akan
selalu sesuai dengan bentuk geometris dari pembatas. Dengan kata lain, fluida
sendirinya memberikan tahanan yang tidak kekal dalam perubahan bentuk.
Fluida tersusun dari molekul-molekul yang mempunyai ruangan dengan ciri-
ciri tersendiri dalam gerakan dan tumbukan yang tetap. (Dake, 1985)
Kekentalan adalah salah satu sifat phisik fluida yang merupakan tahanan
terhadap aliran (Streeter L, 1981). Di dalam fluida selalu terjadi perpindahan
molekul terhadap suatu permukaan dan bilamana selapis molekul bergerak
terhadap lapis yang lain, perpindahan molekuler momentum membawa
moment dari satu sisi ke sisi lain sedemikian hingga tegangan geser terbentuk
yang menahan gerakan relatip ini yang cenderung menyamai kecepatan
lapisan yang berjajar tersebut. Pada tekanan biasa, kekentalan tidak tergantung
atas tekanan, namun tergantung atas suhu saja. Fluida yang berada pada
keadaan diam atau dalam keadaan bergerak sedemikian hingga tidak ada lapis
bergerak terhadap lapis yang lain, fluida tersebut tidak akan mempunyai
tegangan geser , tanpa memandang besarnya kekentalan sebagai kecepatan
(Streeter L., 1981) atau kekentalan tidak ditinjau pada statika fluida.
(Setiawati, 2006)
Besarnya kapasitas (debit) aliran yang terisap akibat tekanan vakum
(hampa udara) yang ditimbulkan oleh fluida penggerak tergantung pada
besarnya debit yang disuplai masuk tabung pancar serta dimensi (ukuran) dari
pompa pancar yang diteliti atau diuji. Dalam penelitian ini besarnya kapasitas
pompa dihitung dengan mengukur besarnya volume fluida (air) yang mengalir
dalam tangki pengukur selama selang waktu tertentu. jadi, besarnya kapasitas
aliran adalah volume per waktu (Q = v/t dalam lt/s atau m3/s) Perbandingan
antara kapasitas yang terisap oleh pompa pancar dengan kapasitas pompa
suplai yang masuk tabung pancar disebut sebagai perbandingan kapasitas
(capacity ratio). (Makhsud, 2008)
Pada 1661 fisikawan dan astronom Belanda Christian Huygens
menemukan manometer tabung U, yang merupakan modifikasi barometer
Torricelli untuk menentukan perbedaan tekanan gas. Meskipun manometer
adalah salah satu alat ukur tekanan awal, masih banyak digunakan karena
melekat akurasi dan kesederhanaan operasi. Ini adalah perangkat penting yang
digunakan untuk mengukur rendah perbedaan tekanan dan tekanan gauge
dengan menyeimbangkan tekanan terhadap berat kolom cairan pada skala
laboratorium dan industri . Menurut hidrostatik, perubahan dalam ketinggian
cairan adalah setara dengan perubahan tekanan sehingga kolom statis dari satu
atau lebih cairan yang digunakan untuk mengukur Tekanan perbedaan antara
dua titik. (Daood, 2007)
Ruang vakum adalah desikator plastik. Jaring ditempatkan pada
aluminium yang dialasi sebuah lempengan, dan ruangan sebagian dipindah
(yakni, 10-1 Torr-10p2) oleh mekanis pompa. Sebuah vakum frekuensi tinggi
tester (Tesla coil) yang terpasang pada paralel lempeng aluminium
(dipisahkan dari plat didasarkan oleh 20-30 mm) mengalami tegangan tinggi
debit udara sisa. Garis vakum untuk pompa ini kemudian ditutup oleh katup
jarum, dan udara diakui perlahan ke ruang melalui kapiler mikrometer katup.
(Pollard, 1987)
III. Metodologi
a. Alat dan Bahan
1. Pompa air, Selang-selang, Vacum Unit, Ember (besar, kecil)
2. Alat Ukur : tekanan (manometer pipa terbuka), volume, waktu
3. Sumber listrik, air
b. Cara Kerja
Gambar 1.1 Unit Penghisap
1. Ukur dimensi unit penghisap : Ø dalam pipa 2, Ø luar pipa 3, dan Ø
dalam pipa 3,
2. Susun peralatan dan bahan sesuai dengan susunan percobaan,
3. Hidupkan pompa air, buka kran mulai dari yang terendah,
4. Bila aliran sudah stabil (manometer juga stabil), segera adakan
pengukuran,
5. Pengukuran debit dilakukan bersamaan dengan pengukuran tekanan
(membaca manometer),
6. Ulangi pengukuran tersebut untuk 5 s/d 8 pengukuran yang berbeda,
7. Plotting dalam grafik, cari nilai C.
IV. Hasil dan Pembahasan
a. Hasil
NoP2
(cm Hg)Q
(m3/s) v (m/s) waktu (s) volume (m3)1 0,1 0,000083 1,034 12,01 0,0012 0,3 0,0002 2,491 5 0,0013 0,6 0,000333 4,145 3 0,0014 0,8 0,000452 5,629 2,21 0,0015 0,9 0,000476 5,928 2,1 0,0016 0,9 0,000645 8,032 1,55 0,0017 1 0,000714 8,892 1.4 0,0018 1,1 0,000833 10,374 1,2 0,001
Sumber : Laporan Sementara
Perhitungan-perhitungan :
Luas penampang aliran :
D = 1,07 cm
A = ¼ π (1,07)2
= ¼ (3,14) (1,449)
= 0,889 cm2
= 0,000089 m2
Luas penampang hisapan :
A =¼ π D2
A =¼ π D2
D = 0,35 cm
A = ¼ π (0,35)2
= ¼ (3,14) (0,1225)
= 0,096 cm2
= 0,0000096 m2
Luas selisih = luas penampang aliran – luas penampang hisapan
= 0,000089 m2 - 0,0000096 m2
= 0,0000803 m2
Debit (Q)
Q1 = 0,00112,01
= 0,000083 m3/s
Q2 = 0,001
5
= 0,0002 m3/s
Q3 = 0,001
3
= 0,000333 m3/s
Q4 = 0,0012,21
= 0,000452 m3/s
Q5 = 0,0012,10
= 0,000476 m3/s
Q = V1
t1
Q6 = 0,0011,55
= 0,000645 m3/s
Q7 = 0,0011,4
= 0,000714 m3/s
Q8 = 0,001
1,2
= 0,000833 m3/s
Kecepatan
v1 = 0,000083
0,0000803
= 1,034 m/s
v2 = 0,0002
0,0000803
= 2,491 m/s
v3 = 0,000333
0,0000803
= 4,145 m/s
v4 = 0,000452
0,0000803
= 5,629 m/s
v5 = 0,000476
0,0000803
= 5,928 m/s
v6 = 0,000645
0,0000803
v = Q
A
= 8,032 m/s
v7 = 0,000714
0,0000803
= 8,892 m/s
v8 = 0,000833
0,0000803
= 10,374 m/s
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
0.0006
0.0007
0.0008
0.0009
f(x) = 0.000698705035971225 x − 3.08273381294964E-05R² = 0.914716852223483
Grafik Tekanan dan Debit
Series2Linear (Series2)
Q(m3/s)
P2(c
m H
g)
Gambar 1.2 Grafik Hubungan Tekanan (P2) dengan Debit (Q)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20
2
4
6
8
10
12
f(x) = 8.70128057553957 x − 0.38403741007195R² = 0.914676791747659
Grafik Tekanan dan Kecepatan
Series2Linear (Series2)
v (m/s)
P2(c
m H
g)
Gambar 1.3 Grafik Hubungan Tekanan (P2) dengan Kecepatan Aliran Air (v)
V. Pembahasan
Dari praktikum acara I. Unit Penghisap ini didapat debit aliran antara lain
0,000083 m3/s; 0,0002 m3/s; 0,000333 m3/s; 0,000452 m3/s; 0,000476 m3/s;
0,000645 m3/s; 0,000714 m3/s; 0,000833 m3/s. Debit terbesar yaitu 0,000833 m3/s
dan debit terkecil yaitu 0,000083 m3/s. Selain itu, juga didapat data kecepatan
1,034 m/s; 2,491 m/s; 4,145 m/s; 5,629 m/s; 5,928 m/s; 8,032 m/s; 8,892 m/s;
10,374 m/s10,374 m/s. Kecepatan yang terbesar yaitu 10,374 m/s sedangkan
yang terkecil 1,034 m/s.
Faktor yang mempengaruhi besarnya debit adalah luas penampang dan
kecepatan aliran air. Luas penampang didapat dari selisih luas penampang aliran
dan luas penampang hisapan. Debit (Q) berbanding lurus dengan luas penampang
(A) dan kecepatan aliran air (v). Maka, semakin besar luas penampang semakin
besar pula debitnya, begitu pula hubungan dengan kecepatan, semakin cepat
aliran air maka semakin besar pula debitnya.
Debit juga dipengaruhi oleh volume air dan waktu yang dibutuhkan. Debit (Q)
berbanding lurus dengan volume air (V). Sedangkan debit (Q) berbanding
terbalik dengan waktu yang dibutuhkan (t), maka semakin lama waktunya
semakin kecil debitnya.
Berdasar grafik di atas, dapat dilihat bahwa grafik hubungan antara tekanan
dengan debit dan tekanan dengan kecepatan tidak berupa garis linear lurus,
padahal seharusnya grafik berupa garis linear yang lurus karena jika tekanannya
diperbesar maka kecepatan aliran dan debitnya juga akan semakin besar dengan
kenaikan yang konstan. Kesalahan ini perlu di evaluasi agar didapat grafik linear
yang lurus.
Faktor-faktor tang berpengaruh pada penyimpangan percobaan ini antara lain,
kurang telitinya praktikan dalam membaca perbedaan tekanan pada manometer
pipa terbuka dan pemencetan tombol stopwatch tidak bersamaan dengan
membuka kran sehingga hal ini berpengaruh pada besar debit dan kecepatan
aliran.
VI. Kesimpulan
1. Data debit yang didapat dari praktikum acara I. Unit Penghisap antara lain
0,000083 m3/s; 0,0002 m3/s; 0,000333 m3/s; 0,000452 m3/s; 0,000476 m3/s;
0,000645 m3/s; 0,000714 m3/s; 0,000833 m3/s.
2. Debit terbesar yaitu 0,000833 m3/s dan debit terkecil yaitu 0,000083 m3/s.
3. Data kecepatan yang didapat 1,034 m/s; 2,491 m/s; 4,145 m/s; 5,629 m/s;
5,928 m/s; 8,032 m/s; 8,892 m/s; 10,374 m/s10,374 m/s. Kecepatan yang
terbesar yaitu 10,374 m/s sedangkan yang terkecil 1,034 m/s.
4. Kecepatan yang terbesar yaitu 10,374 m/s sedangkan yang terkecil 1,034
m/s.
5. Faktor yang mempengaruhi besarnya debit adalah luas penampang dan
kecepatan aliran air.
6. Debit (Q) berbanding lurus dengan luas penampang (A) dan kecepatan aliran
air (v). Maka, semakin besar luas penampang semakin besar pula debitnya,
begitu pula hubungan dengan kecepatan, semakin cepat aliran air maka
semakin besar pula debitnya.
7. Debit juga dipengaruhi oleh volume air dan waktu yang dibutuhkan.
8. Debit (Q) berbanding terbalik dengan waktu yang dibutuhkan (t), maka
semakin lama waktunya semakin kecil debitnya.
DAFTAR PUSTAKA
Anonima. 2011. Dinamika Fluida. http://id.wikipedia.org/wiki/Dinamika_fluida.
Diakses pada Hari Kamis tanggal 10 Maret 2011 pukul 10.20 WIB.
Anonimb. 2011. Fluida Dinamika. http://smkmuhi.110mb.com/fluida
%20dinamika.htm. Diakses pada Hari Kamis tanggal 10 Maret 2011 pukul
10.37 WIB.
Arifiani, Nur Fajri, Mochtar Hadiwidodo. 2007. Evaluasi Desain Instalasi
Pengolahan Air PDAM Ibu Kota Kecamatan Prambanan Kabupaten Klaten.
Jurnal PRESIPITASI Vol. 3 No.2 September 2007, ISSN 1907-187X
Daood, Syed. S et al. 2007. Study on a Concentric Tube Bulb Manometer and its
Performance Compared to U-shaped Manometer. Sensors ISSN 1424-
8220
Makhsud, Abdul. 2008. Desain dan Pengujian Prestasi Pompa Pancar (Jet Pump).
Al-Jibra, Vol. IX, No.29,Agustus 2008.
Mulyadi, Muhamad. 2010. Analisis Aerodinamika pada Sayap Pesawat Terbang
dengan Menggunakan Software Berbasis Computational Fluid Dynamics
(CFD).
Munson, Bruce R. 2004. Mekanika Fluida. Erlangga : Jakarta.
Pollard, Thomas D. dan Ueli Aebi. 1987. A Glow Discharge Unit to Render Electron
Microscope Grids and Other Surfaces Hydrophilic. Journal of Electron
Microscopy Technique 7x29-33 (1987)
Raharjo, Trustho dan Y. Radiyono. 2008. Fisika Mekanika. Sebelas Maret University
Press : Surakarta.
Rahayu, Suparni Setyowati. 2009. Manometer.
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/instrumentasi-
dan-pengukuran/manometer/. Diakses pada hari Rabu tanggal 16 Maret
2011 pukul 11.39 WIB
Setiawati, B. Budi. 2006. Kedelai Hitam sebagai Bahan Baku Kecap Tinjauan
Varietas dan Lama Fermentasi terhadap Mutu Kecap. Jurnal Ilmu-ilmu
Pertanian. Volume 2, Nomor 2, Desember 2006
Streeter, Victor L. dan E. Benjamin Wylie. Mekanika Fluida edisi Delapan. Erlangga
: Jakarta
Young, Hugh D. 2003. Fisika Universitas. Erlangga : Jakarta.