I. UNIT PENGHISAP (POMPA VACUM)

I. Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum acara I Unit Penghisap (Pompa Vacum) ini

adalah :

a. Mempelajari unit penghisap (pompa vacum) yang menggunakan prinsip-

prinsip dinamika fluida.

b. Mengkaji karakteristik unit penghisap.

II. Tinjauan Pustaka

a. Tinjauan Bahan

Fluida adalah suatu zat yang terus menerus berubah bentuk apabila

mengalami laju geser. Fluida tidak mampu menahan laju geser tanpa

berubah bentuk. Pipa air saluran fluida yang bergerak mempunyai

viskositas untuk menyatakan hambatan fluida terhadap deformasi

(Wright, 1993).

Ada dua macam fluida yaitu fluida ideal dan fluida sejati. Saluran

air merupakan fluida ideal yaitu mempunyai sifat-sifat compresibel,

artinya tidak mengalami perubahan volume karena tekanan, tidak

mengalami gaya gesekan selama mengalir, serta alirannya stasioner

(Soetarmo, 1998).

Air merupakan kebutuhan yang sangat penting bagi manusia,

hewan dan tumbuh-tumbuhan. Kebutuhan air yang cukup banyak

seringkali menimbulkan permasalahan baru bagi manusia, khususnya

bagi masyarakat yang tinggal jauh dari sumber air atau berada di tempat

yang berada diatas sumber air. Masyarakat biasa menggunakan pompa

air untuk memompakan air dari sumber air ke tempat tinggal mereka.

Penggunaan pompa air ini juga masih mengalami kesulitan, antara lain

tidak tersedianya sumber tenaga listrik atau sulitnya mendapatkan bahan

bakar dan mahalnya biaya operasional pompa. Sehingga pompa

hidraulik ram dinilai cukup tepat untuk mengatasi permasalahan

tersebut, sebab mempunyai beberapa keuntungan jika dibandingkan

dengan jenis pompa yang lain, yaitu tidak membutuhkan energi listrik

atau bahan bakar, tidak membutuhkan pelumasan, biaya pembuatan dan

pemeliharaannya relatif murah dan pembuatannnya cukup mudah

(Yosef, 2008)

Dalam dunia industri pengolahan bahan pangan dan hasil

pertanian, unit penghisap (pompa vacum) merupakan salah satu alat

yang sangat vital keberadaannya. Seiring dengan berkembangnya

teknologi, pompa vacum dapat dimodifikasi dalam bentuk yang

beraneka ragam. Akan tetapi, pada dasarnya prinsip kerja dari pompa

vacum yang beraneka ragam itu tidaklah jauh berbeda yaitu dengan

membuat tekanan pada suatu lokasi jauh lebih rendah dari tekanan

atmosfir (Hall, 1998).

Berbagai jenis peralatan diciptakan untuk mengukur tekanan yang

paling sederhana yaitu manometer tabung, tabung berbentuk U ini

sebagian diisi cairan, air raksa atau air. Tekanan (P) yang diukur

dihubungkan dengan perbedaan ketinggian kedua permukaan cairan

dengan hubungan P = P0 + ρ.g.h (Giancoli, 1997).

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).  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 (Anonim, 2010).

Dalam sistem kerjanya sebuah unit penghisap sering menggunakan

prinsip-prinsip dinamika fluida sehingga perhitungan debit maupun

kecepatan aliran fluida dapat dihubungkan dengan unit penghisap.

Biasanya zat yang dihisap oleh pompa vacum berupa zat alir (fluida)

dengan viskositas tertentu. Dalam hal ini yang dimaksud dengan fluida

adalah zat yang dapat berubah bentuk secara kontinyu apabila terkena

tegangan geser, sehingga fluida dapat dikatakan sebagai zat yang dapat

mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya (Anonim, 2010).

Pompa Sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum

digunakan untuk pemompaan air dalam berbagai penggunaan industri.

Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah

pompa sentrifugal. Kedua Pompa dengan efek khusus terutama

digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri. Pada pompa

sentrifugal cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir,

atau dalam hal jet pump oleh tekanan buatan. Baling-baling impeler

meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan

berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi.Impeler

dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan

cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah

energi kinetik menjadi energi tekanan (Anonim, 2010).

b. Tinjauan Teori

Pengukuran debit dengan menggunakan pompa yang telah

mempunyai luas A persatuan waktu suatu jumlah zat cair, dimana

Q=A.V (m3/dt). Bila kecepatan dalam sebuah pipa dengan perkalian dari

penampang pipa dan panjang pipa yang bersangkutan, yang dilalui oleh

bagian zat cair yang mengalir akan sama dengan perkalian penampang

pipa dan panjang pipa yang bersangkutan, yang dilalui oleh bazat cair

persatuan waktu (Krist, 1999).

Aliran stasioner fluida yang kontinyu sering kali menerapkan

prinsip “Persamaan Bernoulli”. Persamaan tersebut dapat digunakan jika

terdapat dua buah titik yang berbeda pada kurva aliran. Misalkan titik I

berada pada ketinggian h1 sedangkan v1, ρ1 serta P1 adalah kecepatan,

rapat massa dan tekanan fluida di titik itu. Demikian pula h2 dan v2 serta

ρ2 serta P2 untuk titik kedua. Maka dapat mengandalkan fluida itu tidak

dapat dimampatkan dan tidak memiliki viskositas (Beiser, 1996).

Aliran air dari sumber masuk melalui pipa pemasukan atau pipa

penghubung dan keluar dari katup limbah. Gaya tekan air yang masuk ke

dalam pompa akan mendorong katup-katup tersebut sehingga memaksa

katup tersebut menutup dan menghentikan aliran di pipa pemasukan.

Kondisi ini menyebabkan adanya gaya tekan dari pipa pemasukan dan

memaksa air untuk mengalir ke pipa pengeluaran dengan tekanan tinggi

sehingga mampu dialirkan ke lokasi yang lebih tinggi. Tekanan tinggi

dalam pompa juga akan mengatasi tekanan dalam ruang udara pada katup

penghantar sehingga katup akan terbuka dan air akan terus mengalir lagi

dari pipa penghubung. Perputaran ini berlangsung berulang-ulang dengan

frekuensi yang sangat cepat (Imam, 2008)

Persamaan dasar dalam hidrodinamika telah dapat dirintis dan

dirumuskan oleh Bernoulli secara baik, sehingga dapat dimanfaatkan

untuk menjelaskan gejala fisis yang berhubungan dengan dengan aliran

air. Persamaan dasar tersebut disebut sebagai persamaan Bernoulli yakni

persamaan yang menjelaskan berbagai hal yang berkaitan dengan

kecepatan, tinggi permukaan zat cair dan tekanannya. Persamaan yang

telah dihasilkan oleh Bernoulli tersebut juga dapat disebut sebagai

Hukum Bernoulli, yakni suatu hukum yang dapat digunakan untuk

menjelaskan gejala yang berhubungan dengan gerakan zat alir melalui

suatu penampang pipa. Hukum tersebut diturunkan dari Hukum Newton

dengan berpangkal tolak pada teorema kerja-tenaga aliran zat cair

dengan beberapa persyaratan antara lain aliran yang terjadi merupakan

aliran steady (mantap,tunak),tak berolak (laminier, garis alir streamline),

tidak kental dan tidak termampatkan (Anonim, 2010)

Tekanan dapat diukur dengan berbagai alat. Semua peralatan

sedemikian pada dasarnya mengukur perbedaan diantara dua tekanan,

hanya jika salah satu dari tekanan itu vakum barulah alat itu mengukur

tekkanan yang sebenarnya. Sebagai contoh, manometer yang digunakan

untuk mengukur beda tekanan di tempat yang berbeda. Analisa tekanan

di dalam suatu fluida yang diam disebut hidrostatika dan tidak asing lagi

bagi kita yang telah mengikuti kuliah mekanika fluida. Hidrostatika

digunakan untuk menentukan berbagai hubungan di antara berbagai

perbedaan tekanan dan ketinggian suatu manometer (William dan Henry,

1996).

Penerapan prinsip unit penghisap dalam teknologi pengolahan

pangan dan hasil pertanian adalah proses pengisian produk dalam suatu

kemasan, misalnya pengisian kecap, sirup, saos, dll. Unit penghisap

yang hendak digunakan untuk mengisikan produk ke dalam kemasan

harus didesain sedemikian rupa serta perlu diperhitungkan mengenai

luas penampang, tekanan, debit dan kecepatan aliran sehingga proses

pengisian dapat berjalan dengan lancar dengan efektivitas yang tinggi

(Anonim, 2010).

Untuk membangun teori dasar tentang unjuk kerja pompa, kita

mengandalkan bahwa alirannya satu dimensi, dan kita gabungkan

vektor-vektor kecepatan fluida yang diperoleh dengan pengidelan ini

dalam bilah-bilah pendesak itu dengan teorema momentum sudut untuk

suatu volume kendali. Tujuan pokok perancangan-perancangan pompa

adalah membuat efisiensi setinggi mungkin untuk rentang debit Q yang

selebar-lebarnya. Pada dasarnya daya guna terdiri atas tiga bagian yaitu

volumetrik, hidrolik, dan mekanis (Frank, 1991).

Persamaan Bernoulli berlaku untuk aliran stasioner fluida yang

kontinyu. Jika ada dua buah titik yang berbeda pada kurva aliran,

persamaan ini dapat digunakan. Misalkan titik I berada pada ketinggian

h1 dan v1, ρ1 serta P1 adalah kecepatan, rapat massa dan tekanan fluida di

titik itu. Demikian pula h2 dan v2 serta ρ2 serta P2 untuk titik kedua.

Maka dapat mengandalkan fluida itu tidak dapat dimampatkan dan tidak

memiliki viskositas (Frederick, 1994).

III. Metode Percobaan

a. Alat dan Bahan

1. Satu set pompa airbeserta selang-selangnya

2. Vacum unit

3. Ember (besar dan kecil)

4. Alat pengukur tekanan (manometer pipa

terbuka)

5. Alat pengukur waktu (stopwatch)

6. Gelas ukur

7. Sumber listrik

8. Jangka sorong

9. Air

1. mpa air

2. Keran

3. Pengukur volume

4. Peredam kecepatan air

5. Manometer pipa terbuka

6. Vacum unit

7. Penampung air

Gambar 1.1 Rangkaian Percobaan Unit Penghisap (Pompa Vacum)

Pipa 3

Luas penampang hisapan

Pipa 2

12 3

Luas penampang aliran

Gambar 1.2 Pipa Unit Penghisap

b. Cara Kerja

Diukur dimensi unit penghisap :Ǿ dalam pipa 2, Ǿ luar pipa 3, dan Ǿ dalam pipa 3

Peralatan dan bahan disusun sesuai dengan susunan percobaan

Pompa air dihidupkan, kran dibuka mulai dari yang terendah

Diadakan pengukuran bila aliran sudah stabil (manometer stabil)

Diukur debit bersamaan dengan pengukuran tekanan

Diulangi hingga 8 pengukuran yang berbeda

Diplot dalam grafik, dicari nilai C

IV. Hasil dan Pembahasan

a. Hasil

Tabel 1.1 Hasil Pengukuran Debit dan Tekanan

NoP2

(cmHg)

T

(detik)

Volume

(m3)Q (lt/dt) v (m/s)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

0,5

1,8

3,8

5,3

5,8

6,2

6,4

6,5

8,69

5,13

3,48

3,00

2,99

2,84

2,83

2,79

10-3

10-3

10-3

10-3

10-3

10-3

10-3

10-3

0,115.10-3

0,195.10-3

0,287.10-3

0,333.10-3

0,334.10-3

0,352.10-3

0,353.10-3

0,358.10-3

1,456

2,468

3,632

4,215

4,228

4,456

4,468

4,531

Sumber : Laporan Sementara

b. Pembahasan

Pada percobaan Unit Penghisap atau Pompa vacum ini digunakan

alat yang berupa pompa air, manometer pipa terbuka, selang, penampung,

alat ukur waktu, dan alat ukur volume. Dalam percobaan ini akan

ditentukan hubungan antara tekanan, kecepatan dan besar debit aliran dari

unit penghisap dengan prinsip-prinsip dinamika fluida.

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa

penghisapan dapat terjadi apabila terjadi perbedaan tekanan di antara dua

lokasi. Apabila ada sebuah aliran fluida suatu melewati penampang yang

mengecil atau menciut, maka pada sisi penciutan akan terjadi tekanan yang

rendah atau bahkan lebih rendah dari tekanan atmosfir.

Pompa vakum merupakan suatu alat yang didesain sedemikian

rupa sehingga tekanan pada suatu lokasi lebih rendah dari tekanan

atmosfer. Dengan adanya perbedaan tekanan ini maka akan terjadi aliran

dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah yang bertekanan rendah.

Dalam mekanisme kerjanya unit penghisap sering menggunakan prinsip-

prinsip dinamika fluida sehingga penghitungan debit maupun kecepatan

suatu aliran fluida dapat dihubungkan dengan unit penghisap. Debit,

kecepatan, penampang, dan tekanan merupakan dimensi yang saling

berhubungan.

Hubungan antara luas penampang, tekanan dan kecepatan adalah

bahwa semakin besar luas penampangnya maka tekanannya semakin kecil

sehingga kecepatan aliran yang melewatinya juga semakin kecil. Hal ini

berlaku sebaliknya yaitu jika luas penampangnya kecil atau menciut maka

pada sisi penciutan akan terjadi tekanan yang lebih tinggi sehingga

kecepatan alirannya menjadi besar.

Dalam percobaan ini dipergunakan bermacam-macam alat

meliputi, pompa air dengan selang-selangnya, vacum unit, ember besar

dan kecil, manometer pipa terbuka sebagai alat ukur tekanan, stopwatch

sebagai alat ukur waktu, dan alat ukur volume, jangka sorong, sumber

listrik, dan air. Percobaan kali ini dilakukan sebanyak 8 kali dengan posisi

putaran kran yang berbeda, semakin lama semakin membesar. Hal ini

bertujuan untuk membandingkan kecepatan aliran yang berbeda dan

tekanan pada debit.

Faktor yang mempengaruhi perbedaan tekanan adalah diameter

aliran, diameter penghisap, kecepatan aliran dan debit. Hubungan beda

tekanan dengan debit aliran adalah berbanding lurus, artinya semakin

besar debit dan kecepatan aliran yang digunakan maka semakin besar pula

tekanan yang dihisap. Sedangkan jika diameter pipa aliran dan diameter

penghisap diperbesar maka beda tekanannya akan lebih kecil.

Dari hasil perhitungan luas penampang diperoleh diameter aliran

(D2) sebesar 0,0105 m dan diameter penghisap (D3) sebesar 0,00031 m.

Dengan menggunakan rumus ¼.π.D2 diperoleh A (luas penampang)

sebesar 7,90.10-5 m2 dengan mengurangkan luas penampang aliran (D2)

dikurangi luas penampang hisapan (D3).

Nilai debit (Q) dari hasil bagi volume (V) dengan waktu (t) sebesar

0,115.10-3 m3/dt; 0,195.10-3 m3/dt; 0,287.10-3 m3/dt; 0,333.10-3 m3/dt;

0,334.10-3 m3/dt; 0,352.10-3 m3/dt; 0,353.10-3 m3/dt; dan 0,358.10-3 m3/dt.

Nilai debit berbanding terbalik dengan waktu, semakin besar waktu, debit

akan semakin kecil.

Diperoleh kecepatan aliran (v) dari hasil bagi debit (Q) dengan luas

penampang (A) sebesar 1,456 m/dt; 2,468 m/dt; 3,632 m/dt; 4,215 m/dt;

4,228 m/dt; 4,456 m/dt; 4,468 m/dt; dan 4,531m/dt. Kecepatan aliran

berbanding lurus dengan debit, semakin besar debit semakin besar pula

kecepatan alirannya. Dan sesuai dengan persamaan Bernoulli “semakin

besar kecepatan aliran fluida maka semakin kecil tekanan, dan semakin

kecil kecepatan aliran fluida

Dari hasil percobaan, diperoleh grafik hubungan antara tekanan

dengan debit dengan persamaan garisnya y = 25,25x – 2,808 dengan R2 =

0,973. Nilai konstanta debit aliran dengan tekanan (C1) adalah 25,25.

Sedangkan dari grafik hubungan tekanan dengan kecepatan aliran

diperoleh persamaan garisnya y = 1,995x – 2,808 dengan R2 = 0,973. Nilai

konstanta kecepatan aliran dengan tekanan (C2) adalah 1,995.

Grafik hubungan antara tekanan dengan debit dan tekanan dengan

kecepatan yang diperoleh dari percobaan ini tidak berupa garis linear yang

lurus, padahal seharusnya grafik yang tergambarkan berupa garis linear

yang lurus karena jika tekanannya diperbesar maka kecepatan aliran dan

debitnya juga akan bertambah besar dengan kenaikan yang konstan.

Kesalahan ini perlu di evaluasi agar dapat diperoleh grafik linear yang

lurus.

Beberapa hal yang berpengaruh pada penyimpangan percobaan ini

antara lain, kurang akuratnya praktikan dalam membaca perbedaan

tekanan pada manometer pipa terbuka, pemencetan tombol stopwatch

tidak bersamaan dengan membuka kran air dan terjadinya pusaran air

ketika air masuk ke dalam wadah. Sehingga hal ini akan berpengaruh pada

debit dan kecepatan aliran.

Gambar 1.3 Grafik hubungan antara Tekanan dengan Debit

Gambar 1.4 Grafik hubungan antara Tekanan dengan Kecepatan

V. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari praktikum acara I Unit Penghisap

(Pompa Vacum) ini adalah :

1. Besarnya luas penampang 7,90.10-5 m2 yang diperoleh dari selisih luas

penampang aliran sebesar 8,66.10-5 m2 dengan luas penampang hisapan

sebesar 7,55.10-6 m2.

2. Besarnya debit aliran :

Q1 = 0,115.10-3 m3/dt Q5 = 0,334.10-3 m3/dt

Q2 = 0,195.10-3 m3/dt Q6 = 0,352.10-3 m3/dt

Q3 = 0,287.10-3 m3/dt Q7 = 0,353.10-3 m3/dt

Q4 = 0,333.10-3 m3/dt Q8 = 0,358.10-3 m3/dt

Debit terbesar adalah 0,358.10-3 m3/dt

Debit terkecil adalah 0,115.10-3 m3/dt

3. Besarnya kecepatan aliran air :

v1 = 1,456 m/dt v5 = 4,228 m/dt

v2 = 2,468 m/dt v6 = 4,456 m/dt

v3 = 3,632 m/dt v7 = 4,468 m/dt

v4 = 4,215 m/dt v8 = 4,531 m/dt

Kecepatan terbesar adalah 4,531 m/s

Kecepatan terkecil adalah 1,456 m/s

4. Persamaan regresi pada grafik hubungan antara tekanan dengan debit

adalah y = 25,25x – 2,808 dengan R2 = 0,973, dengan nilai konstantanya

(C1) adalah sebesar 25,25.

Persamaan regresi pada grafik hubungan antara tekanan dengan

kecepatan adalah y = 1,995x – 2,808 dengan R2 = 0,973, dengan nilai

konstanta (C2) sebesar 1,995.

5. Tekanan yang diperoleh dari pengukuran manometer : 0,5 cmHg; 1,8

cmHg; 3,8 cmHg; 5,3 cmHg; 5,8 cmHg; 6,2 cmHg; 6,4 cmHg; dan 6,5

cmHg. Tekanan terbesar adalah 6,5 cmHg dan tekanan terkecil adalah

0,5 cmHg.

6. Prinsip kerja pompa penghisap adalah membuat tekanan pada suatu

lokasi lebih rendah dari tekanan atmosfer.

7. Debit berbanding lurus dengan volume dan berbanding terbalik dengan

waktu.

8. Kecepatan berbanding lurus dengan debit dan berbanding terbalik

dengan luas penampang

9. Penerapan prinsip unit penghisap dalam teknologi hasil pertanian

digunakan dalam proses pengisian suatu produk dalam kemasan,

contohnya pengisian kecap dan saos ke dalam botolnya dalam suatu

industri.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2010. Pompa Sentrifugal. http//wikipedia.pompa_vacum.com. diakses tanggal 11 Maret 2010. Pukul 15.30 WIB.

Anonim, 2010. Prinsip Kerja Pompa. http//chemistry.unit_penghisap.co.id. diakses tanggal 11 Maret 2010. Pukul 17.00 WIB.

Anonim, 2010. http//chem-is-try.org. diakses tanggal 11 Maret 2010. Pukul 18.30 WIB.

Anonim, 2010. Hukum Bernoulli. http//smkmuhi.110mb.com. diakses tanggal 11 Maret 2010. Pukul 19.00 WIB.

Anonim, 2010. Manfaat pompa. http//google.co.id. Diakses tanggal 11 Mei 2008. Pukul 20.00 WIB.

Beiser, Barowitz. 1996. Essentials of Physics. United States of America : Addison Publishing Wesley Company Inc.

Bueche, Frederick, J. 1994. Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal Fisika EdisiKedelapan. Erlangga. Jakarta.

Cahyanta, Yosef Agung. 2008. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CAKRAM Vol. 2 No. 2. Yogyakarta

Giancoli, Douglas. 1997. Fisika. Erlangga. Jakarta.

Hall, Jeffry. 1998. Pengantar Ilmu Elektronika. Gramedia. Jakarta.

Krist. 1999. Hidrolika Teknik. Erlangga. JakartaReynolds, William dan Henry. 1996. Termodinamika Teknik. Erlangga. Jakarta.

Sears. 1996. Fisika Untuk Universitas I. Bandung. Binacipta.

Soetarmo. 1998. Sistem Dasar dari Pengukuran. Jakarta : Erlangga.Tipler, A. Paul. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta.

Wahyud, S. Imam. 2008. Jurnal Sains danTeknologi II. Lampung

White, Frank M. 1986. Mekanika Fluida I Edisi Kedua. Erlangga. Jakarta.

Wright, S. 1993. Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik. PT Gramedia PustakaUtama. Jakarta.

LAMPIRAN

Analisis Hasil Percobaan

a. Luas Penampang

D dalam pipa 2 = 0,0105 m ; D dalam pipa 3 = 0,0031 m

Luas penampang D2

Luas penampang D3

A = A aliran – A hisapan

= 18,66.10-5 m2 – 7,55.10-6 m2

= 7,90.10-5 m2

b. Perhitungan debit,

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

c. Perhitungan kecepatan aliran,

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)