## PERBANDINGAN DIAMETER LUBANG INJEKTOR TERHADAP DIAMETER PIPA SALURAN PADA  AIR-LIFT PUMP

## Agus Dwi Korawan
Program Studi Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Ronggolawe Ad_korawan@yahoo.co.id

## INFO ARTIKEL
ABSTRAK Riwayat Artikel : Diterima : 10 Januari 2022 Disetujui : 20 Mei 2022
Air  lift  pump adalah  salah  satu  jenis pompa  yang cara  kerjanya dengan menginjeksikan udara ke bagian bawah pipa saluran yang berisi  air,    posisi    pipa  saluran  adalah  vertikal,  karena  udara mempunyai berat jenis lebih kecil dari pada air, maka udara akan bergerak  ke  atas  membentuk  gelembung,  gelembung  tersebut mengangkat air  sehingga air mengalir bersamanya. Penelitian ini menggunakan  unit air lift pump ,  diameter lubang injektor yang digunakan adalah 6 mm, 8 mm, dan 10 mm. Variasi diameter pipa saluran  yang  digunakan  adalah  21  mm,  31  mm,  dan  41  mm. Panjang pipa saluran adalah 500 mm, pipa saluran yang terendam air  adalah  150  mm.  laju  aliran  udara  adalah  5  lt/menit.  Lama waktu  penelitian  untuk  masing-masing  variasi  adalah  1  menit.
Media  penelitian  adalah  air  dan  udara.  Hasilnya  menunjukkan bahwa  semakin  besar  nilai  d/D  berakibat  semakin  besar  pula volume air yang dihasilkan. Pola aliran yang terjadi adalah pola aliran gelembung (bubble) dan pola aliran sumbat (slug), dengan bertambahnya  nilai  d/D.-pola  aliran  yang  terjadi  mengalami perubahan dari pola aliran gelembung menjadi pola aliran sumbat
Kata Kunci : Air lift pump , diameter pipa saluran, diameter  lubang  injektor,  pola aliran.

## ARTICLE INFO

## ABSTRACT
Article History : Received : 10 January 2022 Accepted : 20 May 2022 An air lift pump is a type of pump that works by injecting air into the  bottom  of  the  channel  containing  water,  the  position  of  the channel  is  vertical,  because  air  has  a  specific  gravity  smaller than  water,  the  air  will  move  upwards  to  form  bubbles,  the bubbles lift the water. so the water flows with it. This study uses an air lift pump unit, the injector diameters used are 6 mm, 8 mm, and 10 mm. Variations in the diameter of the channel used are 21 mm, 31 mm, and 41 mm. The length of the channel is 500 mm, the submerged channel is 150 mm. the air flow rate is 5 lt/min. The research  time  for  each  variation  is  1  minute.  The  media  in  the research are water and air. The results show that the greater the value of d/D, the greater the volume of water produced. The flow pattern that occurs is the bubble flow pattern and the slug flow pattern, with  the  increase  in  the value  of  d/D.  The  flow pattern that  occurs  changes  from  a  bubble  flow  pattern  to  a  slug  flow pattern.

## Keywords:
Air lift pump, channel diameter, injector diameter, flow pattern.

## 1. PENDAHULUAN
Air lift pump adalah salah satu jenis pompa yang  cara  kerjanya  dengan  menginjeksikan udara  ke  bagian  bawah  pipa  penghantar  yang berisi air, posisi pipa penghantar adalah vertikal, karena udara mempunyai berat jenis lebih kecil dari pada air, maka udara akan bergerak ke atas membentuk gelembung, sambil bergerak ke atas, udara  tersebut  mengangkat  air  sehingga  air mengalir bersamanya Berdasar kondisi operasional  ini  maka air  lift  pump memiliki beberapa  keunggulan  dibandingkan  pompa lainnya.  Pompa  ini  memiliki  desain  yang sederhana, dapat digunakan di lingkungan yang korosif,  mudah  digunakan  di  sumur  yang bentuknya  tidak  beraturan,  biaya  perawatan lebih  rendah,  dan  keandalan  yang  lebih  tinggi (Kassab et al., 2009).
Bagian dari air lift pump antara lain berupa reservoir air, injector udara,  dan  pipa  saluran. Reservoir digunakan untuk menampung air yang akan  diangkat, injector udara  digunakan  untuk memasok udara terkompresi, pipa saluran adalah pipa tempat air dan udara mengalir (Catrawedarma et al., 2020).
Banyak  faktor  yang  mempengaruhi  kinerja air  lift  pump ,  tetapi  secara  garis  besar  dibagi menjadi  dua  faktor,  yaitu  faktor  parameter operasional dan faktor geometri (W. H. Ahmed et  al.,  2016).  Pada  kelompok  faktor  geometri, penelitian  yang  telah  dilakukan  antara  lain tentang  pengaruh  diameter  pipa  terhadap  pola aliran dan kinerja air lift pump (Kim et al., 2014), pada penelitian ini menggunakan diameter pipa sebesar  8,  11,  18,  dan  24  mm,  dengan  panjang 500  mm,  Rasio  perendaman  yang  digunakan adalah  0,8,    0,9,    dan  1.  Dengan  melakukan pengamatan  pada  berbagai  laju  aliran  udara, hasilnya  menunjukkan  empat  pola  aliran  yang berbeda  tergantung pada laju aliran udara, pola aliran tersebut berturut turut adalah bubble, slug, churn ,  dan annular .  Sedang  kinerja  pompa berupa    debit  air  meningkat  seiring  dengan kenaikan  rasio  perendaman  dan  penurunan diameter pipa.
Penelitian  lain  tentang  pengaruh  diameter pipa  saluran  juga  pernah  diteliti  (Pougatch  & Salcudean,  2008)  menggunakan  diameter  pipa 30.48 cm dan 17.78 cm, hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi pengangkatan meningkat dengan  bertambahnya  diameter  pipa  karena
pengurangan  pengaruh  gesekan  dinding  pada aliran.
Penelitian  lain  yang  melakukan  modifikasi geometri  adalah    pengaruh  diameter  pipa  hisap pada air  lift  pump (Al-Maliky,  2014), menggunakan  5  variasi  diameter  pipa  hisap, yaitu  0,021,  0,027,  0,033,  0,048 , dan  0,063 m dengan panjang 0,3 m. sedangkan pipa dorong menggunakan  diameter  0,021  m  dan  panjang 1,25  m.  Ruang  pencampur  menggunakan  pipa diameter 0,063 m  sepanjang 0,3 m, pada tengah pipa  ini  (antara  pipa  hisap  dan  pipa  dorong) dipasang  pipa  inlet  untuk  injeksi  udara  dari kompresor.  Hasilnya menunjukkan bahwa laju pemompaan meningkat seiring dengan bertambahnya  diameter  pipa  hisap  untuk  rasio perendaman tetap.
Penelitian  tentang injector juga  sudah diteliti,  antara  lain  dengan  menggunakan    dua injector , yaitu axial dan radial injector (Wael H. Ahmed  &  Badr,  2012),  dilakukan  dengan membagi persentase udara yang melewati kedua injector ,  pada  set  pertama  hanya  memasukkan udara lewat axial injector , pada set kedua hanya memasukkan  udara  lewat radial  injector ,  pada set  ketiga  memasukkan  lewat  dua injector dengan  perbandingan  persentase  25%:75%,
50%:50%, dan 75%:25%.
Hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi meningkat dengan nilai  mulai  dari  30%  hingga  90%.  Juga  perlu diperhatikan  bahwa  efisiensi  maksimum  terjadi ketika  operasi  pompa  menghasilkan  pola  aliran slug atau slug - churn pada pipa penghantar.
Penelitian lain menggunakan diameter pipa yang berbeda juga pernah dilakukan (Hanafizadeh  et  al.,  2010),  menggunakan  pipa sepanjang  914  mm  dan  diameter  yang  berbeda (6,  8,  dan  10  mm)  menggunakan  tujuh  variasi sudut lancip pipa, yaitu 0 o , 0,25 o , 0,5 o , 1 o , 1,5 o , 2 o ,  dan  3 o .  Hasilnya  menunjukkan  bahwa peningkatan sudut pipa upriser yang meruncing dapat  meningkatkan  efisiensi  pompa  pada  laju aliran udara yang sama, namun, di sekitar sudut lancip  3 o laju peningkatan debit outlet menurun. jumlah  air  maksimum  yang  diangkat  jika beroperasi  dalam  pola  aliran bubble - slug .  Titik efisiensi  terbaik  untuk  jenis  pompa  ini  selalu terletak pada pola aliran bubble-slug .
Pada penelitian ini dilakukan dengan variasi diameter  lubang  injektor  dan  diameter  pipa saluran,  menggunakan  air  dan  udara  sebagai
fluida  kerja.  Tujuan  penelitian  adalah  untuk mengetahui volume air yang dihasilkan dan pola aliran yang terjadi.

## 2. METODE
Penelitian ini menggunakan satu unit air lift pump seperti  pada  gambar  1.  Media  penelitian berupa  air  dan  udara.  Variasi  diameter  lubang injektor  yang  digunakan  adalah  6  mm,  8  mm, dan 10 mm, dan 12 mm. Variasi diameter  pipa saluran yang digunakan adalah 21 mm, 31 mm, dan  41  mm.  Panjang  pipa  saluran  adalah  500 mm, pipa saluran yang terendam air adalah 150 mm.  laju  aliran  udara  adalah  5  lt/menit.  Lama waktu  penelitian  untuk  masing-masing  variasi adalah 1 menit. Penelitian dilakukan sebanyak 9 kali dengan variasi diameter lubang injektor dan diameter  pipa  saluran  seperti  ditunjukkan  pada tabel  1.  Hasil  yang  akan  diukur  adalah  volume air dan bagaimana pola aliran yang terjadi pada setiap variasi.
Gambar 1. Unit air lift pump ; 1: kompresor, 2 : katup  pengatur,  3  :  rotameter,  4  :  bak  air,  5  : lubang injektor, 6 : pipa saluran, 7 : kamera, 8 : bak  penampung  hasil,  9  :  skala,  10  :  katup pembuangan, 11 : bak suplai air, 12 : pompa air.
Langkah  pelaksanaan  penelitian  sebagai berikut :
a. Atur  unit  penelitian  menggunakan variasi  diameter  lubang  injektor  6  mm terhadap diameter  pipa saluran 21 mm.
b. Nyalakan  pompa  air  sehingga  air  di  dalam bak air tumpah menuju ke bak suplai air.
c. Nyalakan  kompresor  dan  atur  rotameter pada laju aliran udara sebesar 5 lt/menit.
d. Hidupkan  stopwatch  selama  1  menit bersamaan dengan menutup katup pembuangan,  ambil  data  berupa  foto  pola aliran  di  pipa  saluran,  bila  sudah  selesai maka  ambil  data  volume  air  di  bak penampung hasil.
e. Ulangi  penelitian  untuk  variasi  diameter lubang injektor yang lain terhadap  diameter pipa saluran yang lain.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengukuran  volume  air  di    bak penampung  hasil  pada  masing-masing  variasi penelitian  diperoleh  seperti  pada  table  1.  d/D adalah  perbandingan  diameter  lubang  injektor terhadap diameter pipa saluran.
Tabel  1.  Volume  air  hasil  penelitian  pada tiap variasi Variasi Penelitian Diameter lubang injektor (d) (mm) Diameter pipa saluran (D)(mm) d/D Volume air (l) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 6 6 8 8 8 10 10 10 12 12 12 21 31 41 21 31 41 21 31 41 21 31 41 0,28 0,19 0,15 0,38 0,26 0,19 0,47 0,32 0,24 0,57 0,39 0,29 1,40 0,90 0,61 2,10 1,44 0,90 2,43 1,60 1,05 2,50 2,10 1,60
Dari  tabel  1  bila  disajikan  dengan  grafik untuk  masing-masing  diameter  pipa  saluran diperoleh seperti pada gambar 2.
Berdasarkan gambar 2, bisa kita lihat bahwa penggunaan  diameter  lubang  injektor  yang berbeda  pada  diameter  pipa  saluran  yang  sama menghasilkan volume air yang berbeda, dimana semakin  besar  diameter  lubang  injektor  akan menghasilkan  volume  air  yang  semakin  besar pula,  hal  ini  bisa  dijelaskan  karena  semakin besar diameter lubang injektor akan
menghasilkan  gelembung  dengan  ukuran  yang semakin besar, akibat semakin besar gelembung yang terjadi akan semakin besar gaya apungnya, ini mengakibatkan gaya angkat terhadap air yang ada di atasnya menjadi semakin besar pula.
Gambar 2. Pengaruh diameter lubang injektor terhadap volume air
Berbanding  terbalik  dengan  penggunaan pipa saluran, dimana penggunaan diameter pipa saluran  yang  semakin  besar  pada  diameter lubang  injektor  yang  sama  akan  menghasilkan volume  air  yang  semakin  kecil.  Hal  ini  karena semakin  besar  diameter  pipa  saluran  maka penampang pipa saluran menjadi semakin besar sementara  ukuran  lubang  injektor  sama,  hal  ini memberi ruang yang lebih luas untuk pergerakan udara ke atas tanpa disertai air.
Fenomena  perubahan  volume  air  yang semakin  kecil  bila  diameter  pipa  saluran semakin  besar  juga  sesuai  dengan  penelitian sebelumnya  (Kim  et  al.,  2014),  dimana  pada penelitian  sebelumnya,  ditunjukkan    laju  aliran air sebagai fungsi laju aliran gas pada berbagai rasio  perendaman  dan  berbagai  diameter  pipa saluran,  hasilnya  menunjukkan  grafik  yang nilainya semakin besar.
Berdasarkan fenomena pada gambar 2 maka dilakukan  perubahan  cara  penyajian  data  hasil penelitian, dilakukan dengan cara membandingkan antara diameter lubang injektor (d)  terhadap  diameter  pipa  saluran  (D)  ,  yaitu d/D  yang  nilainya  seperti  pada  tabel  1,  setelah dilakukan pengurutan nilai d/D dari nilai terkecil sampai  terbesar  dan  disajikan  dalam  bentuk grafik, diperoleh seperti pada gambar 3.
Gambar 3. Pengaruh d/D terhadap volume air
Berdasarkan  gambar  3,  diperoleh  bahwa semakin besar nilai d/D berakibat semakin besar pula  volume  air  yang  dihasilkan.  Dengan  nilai d/D  yang  semakin  besar  berarti  perbandingan diameter  lubang  injektor  semakin  besar dibanding  diameter  pipa  saluran,  artinya  luas area  lubang  injektor  semakin  besar  dibanding luas area pipa saluran,  maka udara yang keluar dari  lubang  injektor  lebih  menyebar  memenuhi penampang saluran, karena celah antara dinding saluran dengan gelembung udara semakin kecil, maka  gelembung  udara  akan  mengangkat  air secara  merata.  Artinya  celah  untuk  air  kembali turun menjadi semakin kecil.
Akan tetapi pada nilai d/D sebesar 0,47 dan di atasnya, ada kecenderungan volume air yang dihasilkan mulai konstan. Hal ini bisa dijelaskan dengan  mengamati  pola  aliran  yang  terjadi seperti pada gambar 4.
Pola aliran yang terjadi untuk semua variasi d/D adalah pola aliran gelembung dan pola aliran sumbat seperti ditunjukkan pada gambar 4. Pada d/D kecil terlihat pola aliran gelembung, di mana gelembung besar dan kecil menyebar ke seluruh permukaan  saluran.  Pola  aliran  ini  bertahan sampai pada kenaikan nilai d/D menjadi 0,24.
Sedangkan  pola  aliran  pada  d/D    0,25 sampai  0,29  pola  aliran  adalah  transisi,  mulai ditemukan  aliran  sumbat  tapi    belum  kelihatan secara jelas. Pada daerah ini mulai terjadi koalisi antar gelembung kecil menjadi gelembung yang lebih besar.
Pada nilai d/D 0,32 sampai 0,57 ditemukan pola  aliran  sumbat,  dimana  gelembung- gelembung besar ditemukan, gelembung- gelembung besar ini memenuhi luas permukaan saluran,  gelembung-gelembung  ini  menyerupai sumbat  yang  akan  mengangkat  air  di  atasnya.
Tetapi  bersamaan  dengan  itu  masih  ditemukan juga  pola  aliran  gelembung  yang  terdistribusi diantara pola aliran sumbat.
Gambar 4. Pola aliran pada variasi d/D
Bila  dikorelasikan  antara  kapasitas  air  dan pola  aliran,  maka  terlihat  bahwa  pola  aliran gelembung  dan  sumbat  berpengaruh  terhadap kapasitas  air,  hal  ini  senada  dengan  penelitian sebelumnya (Hanafizadeh et al., 2010) yang juga memperoleh  hasil  air  maksimal  yang  diangkat jika  beroperasi  di  rezim  bergelembung-siput. Demikian juga dengan penelitian tentang air lift pump yang  lain  (Kassab  et  al.,  2009)  juga menemukan  bahwa  pompa  mengangkat  cairan dalam  jumlah  maksimum  jika  dioperasikan dalam  pola  aliran  sumbat  atau  pada  pola  aliran slug-churn .

## 4. PENUTUP

## 4.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan penelitian ini, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
• Kapasitas  air  yang  dihasilkan  bertambah banyak dengan bertambahnya nilai d/D.
• Pola aliran yang terjadi mengalami perubahan dari  pola  aliran  gelembung  menjadi  pola aliran  sumbat  seiring  dengan  bertambahnya nilai d/D.
4.2. Saran Untuk  mendapatkan  gambaran  secara menyeluruh  tentang  pengaruh  d/D  terhadap kinerja  dan  pola  aliran,  maka  bisa  dilakukan penelitian  lanjutan  dengan  menambah  variasi rasio  pencelupan  dan  juga  variasi  laju  aliran udara.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Ahmed, W. H., Aman, A. M., Badr, H. M., & Al- Qutub,  A.  M.  (2016).  Air  injection methods:  The  key  to  a  better  performance of airlift pumps. Experimental Thermal and Fluid Science , 70 , 354–365. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.20 15.09.022 Ahmed, Wael H., & Badr, H. M. (2012). Dual- injection  airlift  pumps:  An  enhanced performance. Particulate  Science  and Technology , 30 (6), 497–516. https://doi.org/10.1080/02726351.2011.60 4396 Al-Maliky, S. J. B. (2014). Effect of suction pipe diameter  and submergence ratio on air lift pumping rate. Advanced Materials Research , 1036 , 703–707. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/
AMR.1036.703
Catrawedarma,  I.  G.  N.  B.,  Deendarlianto,  & Indarto. (2020). The performance of airlift pump  for  the  solid  particles  lifting  during the transportation of gas-liquid-solid three- phase  flow:  A  comprehensive  research review. Proceedings  of  the  Institution  of Mechanical Engineers, Part  E: Journal of Process Mechanical Engineering , 2 . https://doi.org/10.1177/095440892095172
8
Hanafizadeh,  P.,  Saidi,  M.  H.,  Karimi,  A.,  &
Zamiri, A. (2010). Effect of bubble size and angle  of  tapering  upriser  pipe  on  the performance  of  airlift  pumps. Particulate Science  and  Technology , 28 (4),  332–347. https://doi.org/10.1080/02726351.2010.49
6300
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.20 08.09.002 Kim, S. H., Sohn, C. H., & Hwang, J. Y. (2014).
Effects  of  tube  diameter  and  submergence ratio on bubble pattern and performance of air-lift  pump. International  Journal  of Multiphase Flow , 58 , 195–204.
https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow. 2013.09.007 Pougatch,  K.,  &  Salcudean,  M.  (2008).
Numerical  modelling  of  deep  sea  air-lift.
Ocean  Engineering , 35 (11–12),  1173–
1182.https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.20
08.04.006