3.3 SIFAT-SIFAT ZAT CAIR 3.4 HEAD Performasi sebuah pompa dapat berubah-ubah tergantung pada karakteristik zat cair yang dialirkan. 3.3.1 Sifat-sifat zat cair Berat per satuan volume, viskositas kinematik, dan tekanan uap untuk berbagai temperatur diberikan di dalam Tabel 3.12. 3.3.2 Sifat-sifat zat selain air Sifat-sifat fisik zat cair yang banyak dijumpai dalam teknik diberikan dalam Tabel 3.13 dan Gb.3.1. 3.4 HEAD 3.4.1 Head total pompa Head total pompa harus diberikan untuk mengalirkan jumlah air seperti direncanakan, dapat ditentukan dari kondisi yang akan dilayani oleh pompa. Seperti diperhatikan dalam Gb.3.2, head total pompa dapat ditulis sebagai berikut :

(3.6) Dengan H : Head total pompa (m) Ha : Head statis toal (m), Head ini adalah perbedaaan tinggi antara muka air disisi keluar dan disisi isap; tanda positif (+) dipakai apabila muka air disisi ke luar lebih tinggi daripada sisi isap. hp : Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan (m), hp = hp2 – hp1, h1 : Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan dll (m), V2/2g : Head kecepatan keluar (m) g: Percepatan gravitasi (9,8 m/s2)

Dalam hal pompa menerima energi dan aliran yang masuk ke sisi isapnya, seperti pada pompa penguat (pompa booster), maka head total pompa dapat dihitung dengan rumus : (3.7) Dengan : ha : Perbedaan tinggi antara titik seberang (A) di pipa keluar dan sembarang titi (B) dipipa isap (m) (lihat Gb. 3.3). hp : Perbedaan tekanan statis antara statis antara titik (A) dan titik (B) (m) h1 : Berbagai kerugian head pipa, katup, belokan dll, antara titik (A) dan titik (B) Vd : Kecepatan aliran rata-rata dititik (A) (m/s) Vs : Kecepatan aliran rata-rata dititik (B) (m/s) Untuk pompa tegak yang mempunyai pipa isap, h1 = hd

Apabila permukaan air berubah-ubah dengan perbedaan besar, d statis total harus ditentukan dengan mempertimbangkan karatkteristik pompa, besarnya selisih perubahan permukaan air, dan dasar yang dipakai untuk menentukan jumlah air yang harus dipompa. Adapun hubungan antara tekanan dan head tekanan dapat diperoleh dari rumus berikut : (3.8) dimana hp : Head tekanan (m) p : Tekanan (kgf/cm2)  : Berat per satuan volume zat cair yang dipompa (kgf/l)

Gambar 3.1. Sifat-sifat berbagai zat cair

Gambar 3.2.

Viskositas kinematik (m2/s) Tekanan uap jenuh (kgf/cm2) Tabel 3.12. Sifat-sifat air (Air di bawah 1 atm, dan air jenuh di atas 100o C) Temperatur (oC) Kerapatan (kg/l) Viskositas kinematik (m2/s) Tekanan uap jenuh (kgf/cm2) 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 0,9998 1,0000 0,9983 0,9957 0,9923 0,9980 0,9832 0,9777 0,9716 0,9652 0,9581 0,9431 0,9261 0,9073 0,8869 0,8647 0,8403 0,814 0,784 0,751 0,712 1,792 x 10-6 1,520 1,307 1,004 0,801 0,658 0,554 0,475 0,413 0,365 0,326 0,295 0,244 0,211 0,186 0,168 0,155 0,150 0,136 0,131 0,128 0,127 0,00623 0,00889 0,01251 0,02383 0,04325 0,07520 0,12578 0,20313 0,3178 0,4829 0,7149 1,0332 2,0246 3,685 6,303 10,224 15,855 23,656 34,138 47,869 65,468 87,621

Tabel 3.13. Sifat-sifat fisik beberapa zat cair a. Berat per satuan volume Zat cair Berat per satuan volume (kgf/m3) Minyak linseed Minyak ikan (cod-liver) Minyak ikan paus Minyak wijen Minyak kedelai Minyak lobak Minyak jarak Minyak kelapa 931 – 936 941 – 926 922 – 941 917 – 927 922 – 924 925 – 927 913 – 918 961 – 974 925 – 938 Minyak bumi Titik didih : 40o–70o (petroleum ether) - //- 70o – 90o (bensin) - // - 90o – 110o (benzole) - // - 110o – 120o - // - 120o – 170o - // - 170o – 245o (kerosene) - // - 245o – 310o - // - 310o – 350o (minyak pelumas) 650 – 660 660 – 690 690 – 700 700 – 730 730 – 760 760 – 800 800 – 830 830 –880

Zat cair  (kgf/m3) 107v (m2/s) Liquid b. Berat per satuan volume dan viskositas kinematik zat cair pada C Zat cair  (kgf/m3) 107v (m2/s) Liquid Benzole Toluene Xylene Ammonia Pentane Hexane Heptane 884 870 868 617 627 658 683 7,96 7,17 7,86 3,65 3,73 5,12 6,40 Octane Benzene Minyak zaitun Terpentin Bir Susu Anggur 700 700 – 740 920 875 1020 – 1040 1030 990 - 1000 8,27 8,0 – 7,6 1075 18,6 11,5 29,0 c. Berat per satuan volume dan viskositas kinematik minyak Minyak  (15oC) (kgf/m3) 107v(20oC) (m2/s) Diesel 857 41,4 mesin 911 940

Apabila tekanan diberikan dalam kPa, dapat dipakai rumus berikut : (3.9) . Dimana p' : Tekanan (Pa) p : Rapat masa (kg/l) 3.4.2. Head Kerugian ( 1 ). Head kerugian gesek dalam pipa Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat dipakai salah satu dari rumus berikut :

v = C Rp Sq (3.10) (3.11) di mana v : Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s) C,p,q : Koefisien-koefisien R : Jari-jari hidrolik (m) R : Luas penampang pipa tegak lurus aliran ( m2 ) / KeIiling pipa atau saluran yang dibasahi (m) S : Gradien hidrolik, hf : Head kerugian gesek dalam pipa (m)  : Koefisien kerugian gesek g : Percepatan grafitasi (9,8 m/s2) L : Panjang pipa (m) D : Diameter dalam pipa (m)

Selanjutnya, untuk aliran yang laminer dan turbulen, terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminer atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds: (3.12) Dimana Re : bilangan Reynolds (tak berdimensi)  : kecepatan rata-rata di dalam pipa (m/s) D : Diameter dalam pipa (m) v : Viskositas kinematik zat cair ( m2 ) Pada Re < 2300, aliran bersifat laminer. Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen. Pada Re = 2300 – 4000 terdapat daerah transisi, dimana aliran dapat bersedia bersifat laminer atau turbulen tergantung kondisi pipa dan aliran.

Aliran laminer (3.13) dimana D adalah diameter dalam pipa (m). Rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Jika pipa telah dipakai selama bertahun-tahun harga  akan menjadi 1,5 sampai 2,0 kali harga barunya. Aliran laminer Formula Darcy (3.14)

Rumus Hazen –Williams atau  = 0,849 C R0,63 S0,54 (3.15) (3.16) ( 2 ). Kerugian head di dalam jalur pipa (3.17) Ujung masuk pipa Koefesien kerugian pada belokan pip Kerugian karena pembesaraan penampang secara gradual Pembesaran penampang pipa secara mendadak Pengecilan penampang pipa secara mendadak Orifis dalam pipa

Percabangan dan pertemuan pipa Ujung keluar pipa Kerugian head di katup Panjang pipa ekivalen dari peralatan pipa Dalam menghitung kerugian pada pipa dengan diameter kecil, akan sangat mudah apabila dipakai panjang pipa lurus ekivalen Lf. Besaran ini menyatakan kerugian dalam peralatan pipa (sambungan, belokan, katup, dsb) dalam ukuran panjang ekivalen dari pipa lurus. Harga-harga Lf untuk berbagai peralatan pipa yang umum, diberikan dalam Tabel. Contoh Sebuah instalasi pompa diperlukan untuk menaikkan air dengan selisih permukaan antara sisi isap dan sisi keluar sebesar 25 m. Tekanan yang bekerja pada kedua permukaan tersebut adalah tekanan atmosfir. Air dipompakan dengan kapasitas 0,7 m3/menit melalui pipa baja dengan diameter dalam 100 mm.

Panjang pipa seluruhnya 40 m dimana terdapat lima buah belikan 90o (R/D = 1). Pada ujung isap pipa dipasang katup isap dengan saringan. Ditanyakan berapakah head total pompa yang diperlukan ? Jawaban (1) Head kerugian gesek untuk pipa lurus Dengan : Q = 0,7 m3/menit = 0,01167 m3/menit C diambil = 100 (untuk pipa tua) D = 100 mm = 0,1 m L = 40 mm

(2) Kerugian pada satu belokan 90o Menurut pers. 2.19 Maka : Hasil ini juga dapat diperoleh dari Gb. 3.5 di mana untuk Q = 0,0116 m3/g dan D = 100 mm, didapat hf = 40 m per 1000 m panjang pipa, atau hf = 1,6 m untuk L = 40 m. (2) Kerugian pada satu belokan 90o Menurut pers. 2.19 Dengan D/R = 1

dan  = 90o ,maka (3) Kerugian pada katup isap dengan saringan Dari Tabel 3.20, untuk diameter 100 mm diperoleh f = 1,97. Maka (4) Head kecepatan keluar

(5) Head total pompa Tanda kasih sayang dari Dosen ke Mahasiswa (1): Sebuah instalasi pompa diperlukan untuk menaikkan air dengan selisih permukaan antara sisi isap dan sisi keluar sebesar lAB m. Tekanan yang bekerja pada kedua permukaan tersebut adalah tekanan atmosfir. Air dipompakan dengan kapasitas 0,7 m3/menit me1alui pipa baja dengan diameter dalam 10A mm. Panjang pipa seluruhnya 4B m di manaa terdapat lima buah belokan 900 (R/D =1). Pada ujung isap pipa dipasang katup isap dengan saringan. Ditanyakan berapakah head total pompa yang diperlukan ? Catatan : A = angka terakhir nomor mahasiswa B = angka kedua dari belakang no. Mhs. Contoh : 96130064 , maka A = 4 dan B = 6

Kampus I Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl Kampus I Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Hos Cokroaminoto 17 Yogyakarta pada tahun akademik ini dipakai kuliah untuk Fakultas-Fakultas berikut : a. Teknik = 15AB mahasiswa b. Pertanian = 10AB mahasiswa c. Ekonomi = 12AB mahasiswa Diasumsikan banyaknya Dosen yang mengajar untuk Fakultas : T eknik = 15A orang Pertanian = 10B orang Ekonomi = 12B orang Jika banyaknya karyawan yang bekerja untuk Kampus I diasumsikan ada 50 orang, tentukan berapa banyaknya jumlah air bersih minimum per hari yang harus disediakan dan berapa sebaiknya kapasitas minimum pompa yang harus dibeli untuk memenuhi kebutuhan di atas dan berapa jumlahnya. Hal- hal yang tidak diketahui boleh diasumsikan sendiri, tetapi harus dengan alasan yang tepat.