Perancangan dan pengujian unjuk kerja katup tekan pompa hydram model katup plat, membran, bola dan setengah bola.
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Perancangan dan Pengujian Unjuk Kerja Pompa Hydram
Dengan Katup Tekan Model Plat, Membran, Bola dan Setengah-Bola
Made Suarda, I Gusti Ketut Sukadana
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran, Badung 80361, Bali, Indonesia
e-mail penulis: [email protected]
Abstrak
Pompa hydram telah banyak dibuat dan dioperasikan hingga saat ini. Hal ini telah banyak dapat membantu
masyarakat di pedesaan atau pegununngan, dimana energi listrik masih merupakan kendala untuk mengoperasikan
pompa air yang digerakkan oleh motor listrik. Namun, kendala yang dikeluhkan oleh masyarakat adalah cepat
rusak pada bagian katup limbah dan katup tekan pompa hydram. Mengingat karakteristik aliran fluida melalui
permukaan plat dan bola yang sangat berbeda, dimana pada luas proyeksi yang sama namun luas permukaan bola
lebih besar sehingga gaya seret (drag) pada katup bentuk bola akan lebih besar pula. Disamping itu, kehandalan
katup model plat juga kurang baik dimana karet pada katup cepat sekali aus dan/atau rusak, hal ini yang
mengurangi minat masyarakat memanfaatkan pompa hydram. Perancangan dan pengujian awal katup tekan model
bola telah dibuat untuk membandingkan performansinya dengan katup tekan model plat dan membran. Namun
dari hasil pengujian menunjukkan performansi katup tekan model bola lebih rendah dibandingkan dengan model
membran walaupun lebih baik dibandingkan dengan model plat. Hal ini disebabkan karena desain panjang
langkah katup tekan model bola terlalu panjang yaitu 10 sentimeter. Untuk itu pada penelitian ini panjang langkah
katup tekan model bola dibatasi dengan stopper (karet) hanya sepanjang 2,4 sentimeter yaitu sama dengan katup
tekan model plat dan membran. Pada penelitian ini juga dibuat dan diuji katup tekan model setengah-bola yang
mempunyai diameter dan berat yang sama dengan model bola. Dari rancangan keempat model katup tersebut
dilakukan pengujian performansi pompa hydram pada ketinggian air suplai 4 meter dan ketinggian pemompaan
10, 15, 20 dan 25 meter. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa Katup tekan model bola menghasilkan efisiensi
volumetris (12,03% pada rasio head statis Zd/Zs 6,25) dan efisiensi total (84,39% pada rasio head statis Zd/Zs 6,25)
terbaik, kemudian diikuti katup tekan model membran, model setengah-bola, dan model plat yang memberikan
efisiensi paling rendah.
Keywords: pompa hydram, katup plat, katup membran, katup bola, katup setengah-bola
Pendahuluan
Walaupun sejak tahun 1774 pompa hydram
telah ditemukan dan telah banyak dipergunakan untuk
memompa air di daerah-daerah terpencil dimana
terdapat terjunan air yang memiliki tinggi dan debit
yang memadai, namun dalam pemanfaatannya
mengalami kendala yaitu sering rusaknya pada
bagian katupnya. Salah satu contoh, pompa hydram
telah dirancang dan dibuat serta dioperasikan pada
tahun 2010 untuk memompa air sungai guna
memenuhi kebutuhan masyarakat dusun Kebon Jero
desa Munduk Temu kecamatan Pupuan kabupaten
Tabanan – Bali, seperti pada Gambar 1.
Karena dimensinya besar dan bekerja pada
head yang tinggi, sesuai hukum Pascal maka katup
tekan (model plat) pompa hydram tersebut menerima
gaya palu air (water hammer) besar pula sebanding
dengan luas plat katup tersebut, sehingga katup
tersebut sangat cepat rusak atau kurang handal.
Gambar 1. Pompa hydram
Walaupun pompa tersebut telah dapat beroperasi
dengan baik, namun akibat tingginya head tekanan
dan luas penampang katup tekan mengakibatkan gaya
palu air (water hammer) pada katup tekan model plat
tersebut sangat besar sehingga katup tersebut cepat
sekali rusak. Untuk itu perlu dicarikan solusi untuk
387
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
4. Katup tekan (delivery valve)
5. Tabung udara (air chamber)
6. Pentil udara (relief valve)
menghindari cepatnya kerusakan katup tekan tersebut,
salah satunya adalah dengan menggunakan katup
tekan model membran dimana luasan yang
bertumbukan relatif sangat kecil sehingga gaya
tumbukan pada katup yang terjadi akibat palu air
kecil pula. Disamping itu, Perancangan dan pengujian
awal katup tekan model bola telah dibuat untuk
membandingkan performansinya dengan katup tekan
model plat dan membran. Namun dari hasil pengujian
menunjukkan performansi katup tekan model bola
lebih rendah dibandingkan dengan model membran
walaupun lebih baik dibandingkan dengan model plat.
Hal ini disebabkan karena desain panjang langkah
katup tekan model bola terlalu panjang yaitu 10
sentimeter. Untuk itu pada penelitian ini panjang
langkah katup tekan model bola dibatasi dengan
stopper (karet) hanya sepanjang 2,4 sentimeter yaitu
sama dengan katup tekan model plat dan membran.
Pada penelitian ini juga dibuat dan diuji katup tekan
model setengah-bola yang mempunyai diameter dan
berat yang sama dengan model bola.
Adapun permasalahan dalam penelitian ini
adalah bagaimana merancang model katup plat,
membran, bola dan setengah bola pada katup tekan
pompa hydram, dimana pada model katup bentuk
bola dan setengah bola karetnya dibuat menempel
(statis) pada dudukan katupnya dan hanya bolanya
(atau setengah bola) yang bergerak. Kemudian
bagaimana perbandingan performansi dari keempat
model katup tekan tersebut.
Gambar 2. Komponen – komponen utama pompa
hydram. (sumber : Tessema, 2000, hal 3)
Untuk aliran fluida tak termampatkan dari titik 1 ke
titik 2, persamaan kontinyuitasnya (Streeter 1975)
adalah :
Q .v1 .v2
(1)
Dimana:
Q = debit aliran(m3/dt)
A1,2 = luas penampang aliran di titik 1,2 (m2)
v1,2 = kecepatan aliran di titik 1,2 (m/dt)
Menurut Rajput (2002) persamaan head (energi per
satuan berat fluida) untuk aliran konstan dari titik s
ke titik d yang ditambah dengan kerugian – kerugian
head adalah :
zs
Tinjauan Pustaka
Pompa hydram telah ditemukan oleh Green dan
Carter pada tahun 1774. Pompa hydram (hydraulic
ram) atau pompa impulse [US AID, 1982] adalah
suatu alat untuk mengangkat/mengalirkan air
(sebagain air sumber) dari tempat yang rendah ke
tempat yang lebih tinggi secara kontinyu dengan
menggunakan energi potensial sumber air yang akan
dialirkan sebagai daya penggerak, tanpa adanya
sumber energi luar seperti energi listrik atau energi
bahan bakar minyak [Taye, 1998]. Dengan cara ini air
dari suatu sumber mata air dapat dialirkan ke suatu
desa/pemukiman atau irrigasi pertanian disekitarnya.
Jadi, dimana saja terdapat terjunan air maka pompa
hydram dapat digunakan sebagai suatu alat untuk
memompa air yang relatif sederhana dan murah
harganya. Energi potensial dari ketinggian tertentu
dikonversi menjadi energi kinetik yang berupa
kecepatan air kemudian dikuatkan dengan terjadinya
efek palu air atau water hammer (Jening 1996).
p s vs2
p
v2
H p zd d d H L
2g
2g
(2)
Dimana:
zs = head statis elevasi isap/suction pompa (m)
zd = head statis elevasi buang/discharge pompa
(m)
ps = head statis tekanan isap/suction pompa
(N/m2)
pd = head statis tekanan buang/discharge pompa
(N/m2)
vs = head dinamis kecepatan fluida pada ujung
isap/suction pompa (m/det)
vd = head dinamis kecepatan fluida pada ujung
buang/discharge pompa (m/det)
Hp = head pompa (m)
HL = head losses total instalasi perpipaan sistem
pompa (m)
Kerugian gesekan di dalam pipa atau yang disebut
mayor losses dapat dihitung dengan persamaan :
H L .Ma f
Komponen – komponen utama pompa hydram,
seperti pada Gambar 2, adalah sebagai berikut :
1. Badan pompa (hydram body)
2. Katup limbah (impulse valve)
3. Katup udara ( snifer valve)
L v2
D 2g
Dimana :
f = koefisien gesekan pipa
D = diameter pipa (m)
L = panjang pipa (m)
v = kecepatan aliran (m/dt)
388
(3)
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
g = percepatan gravitasi (m/dt2)
Sedangkan kerugian pada perlengkapan pipa atau
minor losses dapat dihitung dengan persamaan :
H L.Mi K
v2
2g
(4)
Dimana K adalah koefisien kerugian pada
perlengkapan pipa.
Daya output pompa (Water Horse Power = WHP)
adalah daya air yang dihasilkan pompa, yang dapat
dinyatakan dengan persamaan:
WHP .Q.H
Qd . H d
x100%
(Qd Qw ).H s
(6)
Qd
x100%
(Qd Qw )
Gambar 4. Katup model ‘Membran’
Gambar 5. Katup model ‘Bola’
15 cm
Dimana :
Qd = kapasitas air hasil pemompaan (m3/dt)
Qd = kapasitas air yang keluar dari katup
limbah (m3/dt)
Hd = tinggi pemompaan (m)
Hs = ketinggian sumber air (m)
Sedangkan efisiensi volumetrisnya merupakan
perbandingan antara debit pemompaan dan debit
suplai penggerak pompa yang dapat dinyatakan
dengan persamaan :
v
Gambar 3. Katup model ‘Plat’
(5)
Dimana :
= berat jenis fluida (N/m3)
Q = kapasitas pompa (m3/dt)
H = head pompa (m)
Daya yang tersedia pada aliran air yang disuplai untuk
mengoperasikan pompa hidram berbanding lurus
dengan besarnya laju volumetric (debit) air yang
disuplai dikalikan dengan ketinggian suplainya.
Dimana kapasitas air suplai tersebut sama dengan
kapasitas air limbah ditambah air hasil pemompaan.
Pompa hidram bekerja dengan memanfaatkan daya
yang tersedia tersebut untuk mengalirkan sebagian air
ke tempat yang lebih tinggi. Sehingga efisiensi total
pompa hydram dinyatakan sebagai persamaan D –
Aubuission, adalah sebagai berikut :
t
yang telah dibuat dan diuji adalah seperti pada
Gambar 3 sampai dengan Gambar 6.
(7)
7
7
Gambar 6. Katup model ‘Setengah-Bola’
Adapun skema rancangan penelitian yang telah
dilakukan adalah seperti pada Gambar 7.
Perancangan katup tekan
Dari hasil perhitungan pada perancangan awal maka
dapat dirancang sebuah katup limbah, dan katup tekan
model plat, membran, bola dan setengah-bola pada
pompa hidram. Pada penelitian ini telah dibuat
rancangan berbagai katup berikut :
a. Katup Limbah
b. Katup Tekan Model Plat
c. Katup Tekan Model Membran
d. Katup Tekan Model Bola
e. Katup Tekan Model Setengah-Bola
Gambar 7. Skema pengujian pompa hydram
Model katup plat, membran bola dan setengah bola
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Prosedur Pengujian
Tahap – Tahap pengujian dilakukan sebagai berikut:
1. Persiapan pompa dan alat bantu pengujian katup
tekan, dengan ketinggian suplai Zs = 4 meter,
dengan panjang pipa penggerak Ls = 20 meter
2. Setup pompa hydram dengan katup tekan model
“Plat”
3. Setup ketinggian tekan Zd = 10 meter
4. Alirkan air ke bak penggerak sampai penuh dan
dijaga dalam kondisi selalu over-flow supaya
ketinggian head penggeraknya konstan
5. Buka gate valve, untuk mengalirkan air dari bak
drive ke badan pompa hydram
6. Start kerja pompa dengan cara membuka dan
menutup katup limbah agar pompa dapat bekerja
dan biarkan pompa berjalan beberapa saat
7. Setelah pompa bekerja dan telah stabil lakukan
pencatatan data seperti waktu untuk volume air
20 liter yang keluar dari katup limbah (Tw),
waktu untuk volume air 3 liter yang keluar dari
pipa tekan (Td) serta panjang pipa tekan (Ld),
tekanan pada manometer, dan frekuensi siklus
kerja pompa (F.
8. Ulangi langkah 7 sebanyak 3 (tiga) kali
9. Ulangi langkah 3 sampai dengan langkah 8 untuk
ketinggian tekan 15, 20, dan 25 meter.
10. Ulangi langkah 2 sampai dengan 9 untuk katup
tekan model “Membran”, “Bola”,
dan
“Setengah-Bola”
Diagram alir penelitian
Secara garis besar kegiatan tahapan pengujian
dilakukan seperti pada diagram alir pada Gambar 8.
Hasil dan Pembahasan
Dari pengujian yang telah dilakukan maka didapatkan
data hasil pengujian. seperti pada Tabel 1 sampai
dengan Tabel 4.
Tabel 1. Data hasil pengujian katup tekan model 'Plat'
Zd
10
1
2
3
Rata-Rata
15
1
2
3
Rata-Rata
20
1
2
3
Rata-Rata
25
1
2
3
Rata-Rata
Tabel 2.
Zd
10
n
1
2
3
Rata-Rata
15
1
2
3
Rata-Rata
20
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
25.68 16.53
10.0
42
24
25.55 16.82
10.0
42
24
25.79 16.63
10.0
41
24
25.67 16.66
10.0
42
24
26.76 23.17
1.5
40
24
26.09 23.68
1.5
40
24
26.14 23.43
1.5
39
24
26.33 23.43
1.5
40
24
25.99 27.45
2.0
45
24
24.63 27.31
2.0
44
24
25.65 27.59
2.0
43
24
25.42 27.45
2.0
44
24
27.06 32.26
1.8
45
24
27.77 32.75
1.8
44
24
27.47 33.05
1.8
44
24
27.43 32.69
1.8
44
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
Data hasil pengujian katup tekan model
'Membran'
(m)
1
2
3
Rata-Rata
25
Start
n
(m)
1
2
3
Rata-Rata
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
31.29 15.65
10.0
38
24
30.42 15.87
10.0
38
24
30.49 16.16
10.0
37
24
30.73 15.89
10.0
38
24
29.16 22.62
1.5
40
24
28.99 22.89
1.5
39
24
29.36 22.93
1.5
39
24
29.17 22.81
1.5
39
24
27.78 29.82
2.0
41
24
28.99 29.61
2.0
40
24
29.36 29.65
2.0
40
24
28.71 29.69
2.0
40
24
27.62 32.68
2.5
43
24
27.95 32.27
2.5
43
24
27.36 32.34
2.5
43
24
27.64 32.43
2.5
43
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
Persiapan alat uji dan alat bantu uji
Tabel 3.
Pengujian Pompa Hydram, dengan model kaup Tekan:
Zd
Data hasil pengujian katup tekan model
'Bola'
n
(m)
Plat
Membran
Bola
Setengah-Bola
10
1
2
3
Rata-Rata
Zd = 10 m
Tw = ……
Td = ……
Zd = 15 m
Tw = ……
Td = ……
Zd = 20 m
Tw = ……
Td = ……
Zd = 25 m
Tw = ……
Td = ……
15
Rata-Rata
20
Pengolahan Data :
Qw, Qd, Hs , Hd, Ws, Wd, v, t
Rata-Rata
Pembahasan
Rata-Rata
Kesimpulan
Stop
Gambar 8. Diagram alir pengujian katup pompa
1
2
3
25
1
2
3
1
2
3
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
25.72 13.31
1.0
42
24
25.44 13.19
1.0
42
24
26.14 13.25
1.0
42
24
25.77 13.25
1.0
42
24
28.35 19.98
1.5
42
24
27.67 20.03
1.5
42
24
27.69 20.06
1.5
42
24
27.90 20.02
1.5
42
24
28.36 26.02
2.0
44
24
28.53 26.24
2.0
43
24
27.38 26.12
2.0
43
24
28.09 26.13
2.0
43
24
26.15 28.31
2.5
45
24
25.68 28.16
2.5
44
24
25.54 28.40
2.5
43
24
25.79 28.29
2.5
44
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Tabel 4. Data hasil pengujian katup tekan model
'Setengah Bola'
Zd
n
(m)
1
2
3
10
Rata-Rata
1
2
3
15
Rata-Rata
1
2
3
20
Rata-Rata
1
2
3
25
Rata-Rata
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4.00
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
22.31 14.66
9.5
34
24
22.78 14.81
9.5
34
24
22.78 14.90
9.5
33
24
22.62 14.79
9.5
34
24
23.71 20.85
1.4
46
24
23.39 20.62
1.4
46
24
22.89 20.46
1.4
45
24
23.33 20.64
1.4
46
24
24.01 24.72
1.8
48
24
24.02 24.35
1.8
47
24
23.89 24.37
1.8
46
24.00 23.97 24.48
1.80
47
24
22.68 27.21
1.8
47
24
23.31 27.48
1.8
46
24
22.90 27.42
1.8
46
24
22.96 27.37
1.8
46
model 'Membran'
Zd
n
(m)
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
1
2
10
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
2
25
3
Rata-Rata
Zd
n
1
2
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
25
2
3
Rata-Rata
10
Keterangan :
Zd = Tinggi elavasi permukaan air suplai penggerak
pompa
Zs = Tinggi elavasi ujung pipa pemompaan
n = Pengulangan pengujian
Lw = Panjang Langkah Katup Limbah
Tw = Waktu untukVolume Air Limbah = 20 liter
Td = Waktu untukVolume Air Pemompaan = 3 liter
Pt = Tekanan pada outlet Tabung Tekan
F = Frekuensi siklus katup limbah
Ls = Panjang pipa suplai air penggerak
Ld = Panjang pipa air pemompaan
Zd
n
1
2
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
2
25
3
Rata-Rata
10
Untuk mendapatkan performansi masing-masing
model katup tekan pada pompa hydram, maka data
tersebut
kemudian
diolah
berdasarkan
persamaan-persamaan yang ada pada tinjauan pustaka,
hasilnya adalah seperti pada Tabel 5 sampai dengan
Tabel 8.
Tabel 5. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
model 'Plat'
n
1
2
10
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
2
25
3
Rata-Rata
vs
vd
HLs HLd
(m/dt) (m/dt) (m)
0.84 1.43 0.19
0.84 1.41 0.19
0.84 1.42 0.19
0.84 1.42 0.19
0.77 1.02 0.16
0.78 1.00 0.16
0.78 1.01 0.16
0.78 1.01 0.16
0.77 0.86 0.16
0.81 0.87 0.18
0.78 0.86 0.16
0.79 0.86 0.17
0.73 0.73 0.14
0.71 0.72 0.14
0.72 0.72 0.14
0.72 0.72 0.14
(m)
3.09
2.99
3.06
3.05
2.41
2.31
2.36
2.36
1.87
1.89
1.85
1.87
1.46
1.42
1.39
1.42
Hs
(m)
3.81
3.81
3.81
3.81
3.84
3.84
3.84
3.84
3.84
3.82
3.84
3.83
3.86
3.86
3.86
3.86
Hd
Qw
Qd
(m) (Lt/dt) (Lt/dt)
13.20 0.779 0.181
13.09 0.783 0.178
13.16 0.775 0.180
13.15 0.779 0.180
17.47 0.747 0.129
17.36 0.767 0.127
17.41 0.765 0.128
17.41 0.760 0.128
21.91 0.770 0.109
21.93 0.812 0.110
21.89 0.780 0.109
21.91 0.787 0.109
26.49 0.739 0.093
26.45 0.720 0.092
26.42 0.728 0.091
26.45 0.729 0.092
Ws
Wd
v
t
(Watt)
35.89
35.92
35.74
35.85
33.05
33.61
33.61
33.42
33.11
34.59
33.45
33.72
31.49
30.77
31.02
31.09
(Watt)
23.50
22.90
23.29
23.23
22.19
21.58
21.87
21.88
23.49
23.63
23.35
23.49
24.17
23.76
23.53
23.82
(%)
18.90
18.56
18.87
18.78
14.77
14.18
14.34
14.43
12.44
11.92
12.24
12.20
11.18
11.28
11.09
11.18
(%)
65.47
63.76
65.16
64.80
67.14
64.20
65.08
65.47
70.93
68.31
69.81
69.68
76.75
77.22
75.84
76.60
HLs HLd
(m)
3.45
3.36
3.24
3.35
2.53
2.47
2.47
2.49
1.58
1.61
1.60
1.60
1.42
1.46
1.45
1.45
Hs
(m)
3.86
3.85
3.85
3.85
3.86
3.86
3.86
3.86
3.86
3.87
3.87
3.87
3.86
3.87
3.86
3.86
Hd
Qw
Qd
Ws
(m) (Lt/dt) (Lt/dt) (Watt)
13.57
0.64
0.19 31.44
13.47
0.66
0.19 31.99
13.35
0.66
0.19 31.82
13.46
0.65
0.19 31.75
17.59
0.69
0.13 31.01
17.53
0.69
0.13 31.10
17.52
0.68
0.13 30.78
17.55
0.69
0.13 30.96
21.62
0.72
0.10 31.08
21.64
0.69
0.10 30.05
21.63
0.68
0.10 29.73
21.63
0.70
0.10 30.29
26.45
0.72
0.09 30.92
26.49
0.72
0.09 30.66
26.48
0.73
0.09 31.19
26.47
0.72
0.09 30.92
Wd
v
(Watt)
25.52
24.98
24.31
24.93
22.88
22.54
22.49
22.64
21.33
21.51
21.47
21.44
23.82
24.16
24.10
24.03
(%)
23.07
22.33
22.06
22.49
16.20
15.96
16.11
16.09
12.26
12.81
12.93
12.67
11.25
11.50
11.26
11.34
t
(%)
81.15
78.09
76.39
78.54
73.80
72.47
73.05
73.11
68.64
71.58
72.23
70.82
77.04
78.80
77.25
77.70
vs
vd
HLs HLd
(m/dt) (m/dt) (m)
0.88 1.78 0.21
0.89 1.80 0.21
0.87 1.79 0.20
0.88 1.79 0.21
0.75 1.19 0.15
0.77 1.18 0.16
0.77 1.18 0.16
0.76 1.18 0.15
0.72 0.91 0.14
0.72 0.90 0.14
0.74 0.91 0.15
0.73 0.91 0.14
0.76 0.84 0.16
0.78 0.84 0.16
0.78 0.83 0.16
0.77 0.84 0.16
(m)
4.77
4.86
4.82
4.82
3.25
3.23
3.22
3.23
2.08
2.05
2.06
2.06
1.90
1.92
1.89
1.90
Hs
(m)
3.79
3.79
3.80
3.79
3.85
3.84
3.84
3.85
3.86
3.86
3.85
3.86
3.84
3.84
3.84
3.84
Hd
Qw
Qd
Ws
(m) (Lt/dt) (Lt/dt) (Watt)
14.93
0.78
0.23 37.32
15.02
0.79
0.23 37.67
14.98
0.77
0.23 36.94
14.98
0.78
0.23 37.31
18.32
0.71
0.15 32.31
18.30
0.72
0.15 32.90
18.29
0.72
0.15 32.87
18.30
0.72
0.15 32.69
22.12
0.71
0.12 31.08
22.09
0.70
0.11 30.90
22.11
0.73
0.11 31.95
22.11
0.71
0.11 31.31
26.93
0.76
0.11 32.84
26.95
0.78
0.11 33.34
26.92
0.78
0.11 33.45
26.94
0.78
0.11 33.21
Wd
v
t
(Watt)
33.02
33.52
33.27
33.27
26.98
26.89
26.84
26.90
25.02
24.77
24.91
24.90
28.00
28.17
27.90
28.02
(%)
22.47
22.44
22.84
22.58
17.55
17.16
17.15
17.29
14.05
14.02
13.59
13.89
12.17
12.03
11.89
12.03
(%)
88.48
88.99
90.07
89.18
83.52
81.74
81.64
82.30
80.51
80.17
77.96
79.55
85.27
84.50
83.39
84.39
Tabel 8. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
model 'Setengah-Bola'
(m)
Zd
vd
(m/dt) (m/dt) (m)
0.73 1.51 0.14
0.74 1.49 0.15
0.74 1.47 0.15
0.74 1.49 0.15
0.72 1.05 0.14
0.72 1.04 0.14
0.71 1.03 0.14
0.72 1.04 0.14
0.72 0.79 0.14
0.69 0.80 0.13
0.69 0.80 0.13
0.70 0.80 0.13
0.72 0.73 0.14
0.71 0.73 0.13
0.72 0.73 0.14
0.72 0.73 0.14
Tabel 7. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
model 'Bola'
(m)
(m)
vs
vs
vd
(m/dt)
0.97
0.95
0.95
0.95
0.87
0.88
0.90
0.88
0.84
0.84
0.84
0.84
0.87
0.85
0.86
0.86
(m/dt)
1.62
1.60
1.59
1.60
1.14
1.15
1.16
1.15
0.96
0.97
0.97
0.97
0.87
0.86
0.86
0.87
HLs HLd
Hs
(m)
0.25
0.24
0.24
0.24
0.20
0.21
0.21
0.21
0.19
0.19
0.19
0.19
0.20
0.19
0.20
0.20
(m)
3.75
3.76
3.76
3.76
3.80
3.79
3.79
3.79
3.81
3.81
3.81
3.81
3.80
3.81
3.80
3.80
(m)
3.93
3.85
3.81
3.87
2.98
3.05
3.10
3.04
2.31
2.38
2.37
2.35
2.05
2.01
2.02
2.03
Hd
Qw
Qd
Ws
(m) (Lt/dt) (Lt/dt) (Watt)
14.07
0.90
0.20 40.51
13.99
0.88
0.20 39.85
13.94
0.88
0.20 39.81
14.00
0.88
0.20 40.06
18.05
0.84
0.14 36.80
18.12
0.86
0.15 37.24
18.16
0.87
0.15 37.89
18.11
0.86
0.15 37.31
22.35
0.83
0.12 35.69
22.42
0.83
0.12 35.74
22.42
0.84
0.12 35.89
22.40
0.83
0.12 35.77
27.09
0.88
0.11 36.96
27.05
0.86
0.11 36.12
27.06
0.87
0.11 36.65
27.07
0.87
0.11 36.57
Wd
v
t
(Watt)
28.24
27.79
27.53
27.85
25.47
25.86
26.13
25.82
26.61
27.10
27.08
26.93
29.30
28.97
29.05
29.11
(%)
18.58
18.75
18.65
18.66
14.57
14.54
14.37
14.49
12.72
12.89
12.82
12.81
11.11
11.29
11.13
11.18
(%)
69.71
69.74
69.15
69.53
69.22
69.43
68.95
69.20
74.56
75.83
75.44
75.27
79.29
80.20
79.26
79.59
Berdasarkan Tabel 5 sampai dengan Tabel 8 dapat
dibuat grafik seperti pada Gambar 9 sampai dengan
Gambar 12, untuk membandingkan performansi atau
unjuk kerja pompa hydram dengan berbagai model
katup tekan yang telah diuji.
Tabel 6. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
391
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
tekan model ‘setengah-bola’ paling boros debit air
penggerak. Disamping itu, debit pemompaan pompa
(Qd) hydram dengan menggunakan katup tekan
model ‘bola’ secara umum memberikan debit
pemompaan yang lebih besar sedangkan katup tekan
model ‘plat’ memberikan debit pemompaan yang
paling kecil. Jadi katup tekan model ‘bola’
membutuhkan debit air penggerak (Qs) yang relatif
lebih kecil namun dapat memberikan debit
pemompaan (Qd) yang lebih tinggi. Semakin tinggi
head pemompaan atau tinggi tekan (Hd) maka
semakin kecil debit pemompaan (Qd) yang
dihasilkan.
3.95
Head Suplai (m )
3.90
3.85
3.80
3.75
3.70
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Katup M embr an
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
30.00
28.00
Head Te kan (m )
26.00
24.00
22.00
20.00
42.00
18.00
40.00
16.00
Daya Input (W at t )
14.00
12.00
10.00
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Katup M embran
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
38.00
36.00
34.00
32.00
30.00
Gambar 9. Perbandingan head supply/drive dan head
discharge
28.00
2.50
5.00
6.25
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Gambar 9 menunjukkan besarnya head air penggerak
pompa hydram (Hs) dan head tekan/discharge (Hd)
pompa hydram. Karena keempat model katup
tersebut diuji pada kondisi yang sama maka head
kedua pompa tersebut juga hampir sama.
De bit Buang (Lt r/ dt )
3.75
Katup M embran
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
35.00
Daya Out put (W att )
33.00
31.00
29.00
27.00
25.00
23.00
21.00
1.00
19.00
0.95
17.00
0.90
15.00
0.85
2.50
0.80
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd / Zs
0.75
Katup Plat
0.70
0.65
Katup M embr an
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
Gambar 11. Perbandingan daya air penggerak dan
daya pemompaan
0.60
0.55
0.50
2.50
3.75
5.00
6.25
Karena model katup tekan model ‘bola’
membutuhkan air penggerak yang yang paling kecil,
maka membutuhkan daya penggerak pompa (Ws)
yang paling kecil pula, selanjutnya diikuti katup
tekan model bola dan plat, sedangkan katup tekan
model ‘setengah-bola’ membutuhkan penggerak
pompa (Ws) yang paling besar karena debit air
penggeraknya paling besar pula, seperti ditunjukkan
pada Gambar 11. Namun, pompa hydram dengan
katup tekan model ‘bola’ dan ‘setengah-bola’
memberikan daya pemompaan (Ws) yang lebih besar
dibandingkan dengan katup tekan model ‘membran’
dan ‘plat’, seperti ditunjukkan pada Gambar 11.
Secara umum semakin tinggi head pemompaan maka
semakin kecil daya output pompa yang dihasilkan.
Hal ini disebabkan karena semakin tinggi head
pemompaan maka panjang pipa salurannya juga
semakin panjang sehingga head lossesnya atau
kerugian energinya juga semakin besar, sehingga
mengakibatkan daya output pompa menurun.
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Katup M embr an
Kat up Bola
Katup 1/ 2-Bola
0.25
De bit Pe mom paan (Lt r / dt )
0.23
0.21
0.19
0.17
0.15
0.13
0.11
0.09
0.07
0.05
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd / Zs
Katup Plat
Katup M embran
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
Gambar 10. Perbandingan debit air penggerak dan air
hasil pemompaan
Gambar 10 menunjukan bahwa katup tekan model
‘membran’ membutuhkan debit air penggerak (Qs)
yang paling kecil, kemudian diikuti oleh katup model
‘bola’ selanjutnya katup tekan model plat, dan katup
392
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Secara umum katup tekan model ‘bola’ memberikan
unjuk kerja atau performansi : debit pemompaan,
daya output, efisiensi volumetris maupun efisiensi
total yang paling baik, kemudian diikuti oleh katup
tekan model ‘membran’ dan ‘setengah-bola’,
sedangkan katup tekan model ‘plat’ yang hingga saat
ini paling umum digunakan pada pompa hydram
justru memberikan performansi yang paling rendah.
Untuk itu pada desain aplikasi pompa hydram
berikutnya disarankan untuk menggunakan katup
tekan model bola. Katup tekan model ‘membran’ juga
dapat menjadi pilihan alternatif pada aplikasi yang
mempunyai potensi debit mata air yang relatif kecil
karena katup ini membutuhkan debit air penggerak
paling irit walaupun performansinya masih lebih
rendah dibandingkan katup tekan model ‘bola’.
26.0 0
24.0 0
22.0 0
20.0 0
18.0 0
v (%)
16.0 0
14.0 0
12.0 0
10.0 0
8.0 0
2.50
3.75
5.00
6 .25
Rasio Zd / Zs
Katup Plat
Katu p M embr an
Katup Bola
Katu p 1/ 2-Bola
Gambar 12. Perbandingan efisiensi volumetris
Gambar 12 menunjukkan bahwa semakin tinggi head
pemompaan atau tinggi tekan maka semakin kecil
efisiensi volumetris yang dihasilkan. Karena katup
tekan model ‘bola’ menghasilkan efisiensi volumetris
(v) yang paling tinggi, yaitu 22,58% pada rasio head
statis (Zd /Zs) 2,50 menurun menjadi 12,03% pada
rasio head statis (Zd/Zs) 6,25, selanjutnya diiukuti
oleh katup tekan model ‘membran’ dan
‘setengah-bola’, sedangkan katup tekan model ‘plat’
menghasilkan efisiensi volumetris (v) yang paling
rendah, yaitu 18,78% pada rasio head statis (Zd/Zs)
2,50 menurun menjadi 11,18% pada rasio head
statis (Zd/Zs) 6,25.
Kesimpulan
Dari penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan
maka dapat disimpulkan yaitu :
1. Katup tekan model ‘bola’ memberikan unjuk kerja
atau performansi seperti debit pemompaan, daya
output, efisiensi volumetris maupun efisiensi total
yang paling baik, kemudian diikuti oleh katup
tekan model ‘membran’ dan ‘setengah-bola’,
sedangkan katup tekan model ‘plat’ memberikan
performansi yang paling rendah.
2. Secara umum semakin tinggi head tekan
pemompaan maka performansi pompa baik debit
pemompaan, daya output, dan efisiensinya
semakin kecil.
95.00
90.00
85.00
80.00
t (%)
75.00
Saran
70.00
1. Untuk implementasi pompa hydram disarankan
untuk menggunakan katup tekan model ‘bola’
sebagai ganti katup model plat, karena telah
terbukti mampu memberikan performansi yang
lebih baik. Katup tekan model ‘membran’ juga
dapat menjadi pilihan alternatif pada aplikasi yang
mempunyai potensi debit mata air yang relatif
kecil karena katup ini membutuhkan debit air
penggerak paling irit walaupun performansinya
masih lebih rendah dibandingkan katup tekan
model ‘bola’.
2. Untuk penelitian lebih lanjut perlu dilakukan
pengujian pada rasio head yang lebih tinggi
hingga pompa tersebut tidak mampu lagi
menghasilkan debit pemompaan, mengingat
phenomena performansi pada katup tekan model
‘bola’ dan ‘membran’ berfluktuasi, sedangkan
pada katup tekan model ‘setengah-bola’ dan ‘plat’
cenderung meningkat. Untuk itu dibutuhkan lokasi
penelitian yang mempunyai beda ketinggi elevasi
yang lebih tinggi.
65.00
60.00
55.00
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd / Zs
Katup Plat
Katup M embr an
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
Gambar 13. Perbandingan Efisiensi total
Karena dengan energi sumber penggerak yang sama
katup tekan model ‘bola’ menghasilkan daya
pemompaan yang lebih besar, maka efisiensi total (t)
yang dihasilkannyapun lebih tinggi, yaitu sekitar
89,18% pada rasio head statis (Zd/Zs) 2,50 kemudian
menurun hingga sekitar 79,55% pada rasio head statis
(Zd /Zs) 5,00 kemudian meningkat lagi menjadi
84,39% pada rasio head statis (Zd/Zs) 6,25, seperti
ditunjukkan pada Gambar 5.5. Kemudian diikuti oleh
katup tekan model ‘membran’ dan ‘setengah-bola’,
sedangkan katup tekan model ‘plat’ menghasilkan
efisiensi total (t) paling rendah, yaitu sekitar 64,80%
pada rasio head statis (Zd/Zs) 2,50 kemudian
meningkat hingga sekitar 76,60% pada rasio head
statis (Zd/Zs) 6,25.
393
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Ucapan Terima kasih
Addis Ababa, Ethiopia (2000)
Terimakasih disampaikan kepada Universitas
Udayana.
Paper
ini
diseminarkan
sebagai
pertanggungjawaban pelaksanaan penelitian Dana
RM Universitas Udayana tahun 2013 untuk skim
Penelitian Fundamental.
Young, B., Design of Homologous Ram Pump,
Journal of Fluids Engineering, Transaction of the
ASME, Vol. 119, June 1997,pp.360-365 (1997)
Referensi
Chi, M., dan Diemer, P., Hydraulic Ram Handbook,
Bremen Overseas Research and Development
Association, Bremen ( 2002)
David, J.P.,dan Edward, H.W., Schaum’s Outline of
Theory and Problems of Fluid Mechanics and
Hydraulics, McGraw-Hill Book Company, Singapore
(1985)
Jennings, G.D., Hydraulic Ram Pumps, North
Carolina Cooperative Extension Service, North
Carolina (1996)
Rajput, R. K., A Textbook of Fluid Mechanics and
Hidroulic Machines, S1 Version, S. Chad and
Company Ltd, New Delhi (2002)
Streeter, V.L., dan Wylie, E.B., Fluid Mechanics, 6th
edition, McGraw-Hill Book Company, New York
(1975)
Suarda M., Wirawan IKG, Kajian Eksperimental
Pengaruh Tabung Udara Pada Head Tekanan Pompa
Hidram, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Vol. 2,
Nomor 1, Juni 2008, ISSN 1979-2468, Hal.10-14.
(2008)
Suarda M., Sukadana IKG, Penerapan Teknologi
Pompa Hydram Untuk Meningkatkan Produktivitas
Usaha Tani Sari Murni Banjar Kebon Jero, Laporan
Pengabdian Masyarakat program Iptek bagi
Masyarakat (IbM) (2010)
Suarda M., Perancangan dan Pengujian Model
Sistem Hydram Penggerak Pompa Torak Dengan
Dua Sumber Aliran: Air Kotor dan Air Bersih,
Prosiding: Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin
(SNTTM-IX), Palembang, ISBN: 978-602-97742-0-7,
Tgl. 13-15 Oktober 2010, Hal. MI-021 - MI-125.
(2010)
Taye, T., Hydraulic Ram Pump, Journal of the ESME,
Vol. II, Juli 1998, Addis Ababa, Ethiopia (1998)
Tessema, A.A., Hydraulic Ram Pump System Design
and Application, ESME 5th Conference on
Manufacturing and Process Industry, September 2000,
394
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Perancangan dan Pengujian Unjuk Kerja Pompa Hydram
Dengan Katup Tekan Model Plat, Membran, Bola dan Setengah-Bola
Made Suarda, I Gusti Ketut Sukadana
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran, Badung 80361, Bali, Indonesia
e-mail penulis: [email protected]
Abstrak
Pompa hydram telah banyak dibuat dan dioperasikan hingga saat ini. Hal ini telah banyak dapat membantu
masyarakat di pedesaan atau pegununngan, dimana energi listrik masih merupakan kendala untuk mengoperasikan
pompa air yang digerakkan oleh motor listrik. Namun, kendala yang dikeluhkan oleh masyarakat adalah cepat
rusak pada bagian katup limbah dan katup tekan pompa hydram. Mengingat karakteristik aliran fluida melalui
permukaan plat dan bola yang sangat berbeda, dimana pada luas proyeksi yang sama namun luas permukaan bola
lebih besar sehingga gaya seret (drag) pada katup bentuk bola akan lebih besar pula. Disamping itu, kehandalan
katup model plat juga kurang baik dimana karet pada katup cepat sekali aus dan/atau rusak, hal ini yang
mengurangi minat masyarakat memanfaatkan pompa hydram. Perancangan dan pengujian awal katup tekan model
bola telah dibuat untuk membandingkan performansinya dengan katup tekan model plat dan membran. Namun
dari hasil pengujian menunjukkan performansi katup tekan model bola lebih rendah dibandingkan dengan model
membran walaupun lebih baik dibandingkan dengan model plat. Hal ini disebabkan karena desain panjang
langkah katup tekan model bola terlalu panjang yaitu 10 sentimeter. Untuk itu pada penelitian ini panjang langkah
katup tekan model bola dibatasi dengan stopper (karet) hanya sepanjang 2,4 sentimeter yaitu sama dengan katup
tekan model plat dan membran. Pada penelitian ini juga dibuat dan diuji katup tekan model setengah-bola yang
mempunyai diameter dan berat yang sama dengan model bola. Dari rancangan keempat model katup tersebut
dilakukan pengujian performansi pompa hydram pada ketinggian air suplai 4 meter dan ketinggian pemompaan
10, 15, 20 dan 25 meter. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa Katup tekan model bola menghasilkan efisiensi
volumetris (12,03% pada rasio head statis Zd/Zs 6,25) dan efisiensi total (84,39% pada rasio head statis Zd/Zs 6,25)
terbaik, kemudian diikuti katup tekan model membran, model setengah-bola, dan model plat yang memberikan
efisiensi paling rendah.
Keywords: pompa hydram, katup plat, katup membran, katup bola, katup setengah-bola
Pendahuluan
Walaupun sejak tahun 1774 pompa hydram
telah ditemukan dan telah banyak dipergunakan untuk
memompa air di daerah-daerah terpencil dimana
terdapat terjunan air yang memiliki tinggi dan debit
yang memadai, namun dalam pemanfaatannya
mengalami kendala yaitu sering rusaknya pada
bagian katupnya. Salah satu contoh, pompa hydram
telah dirancang dan dibuat serta dioperasikan pada
tahun 2010 untuk memompa air sungai guna
memenuhi kebutuhan masyarakat dusun Kebon Jero
desa Munduk Temu kecamatan Pupuan kabupaten
Tabanan – Bali, seperti pada Gambar 1.
Karena dimensinya besar dan bekerja pada
head yang tinggi, sesuai hukum Pascal maka katup
tekan (model plat) pompa hydram tersebut menerima
gaya palu air (water hammer) besar pula sebanding
dengan luas plat katup tersebut, sehingga katup
tersebut sangat cepat rusak atau kurang handal.
Gambar 1. Pompa hydram
Walaupun pompa tersebut telah dapat beroperasi
dengan baik, namun akibat tingginya head tekanan
dan luas penampang katup tekan mengakibatkan gaya
palu air (water hammer) pada katup tekan model plat
tersebut sangat besar sehingga katup tersebut cepat
sekali rusak. Untuk itu perlu dicarikan solusi untuk
387
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
4. Katup tekan (delivery valve)
5. Tabung udara (air chamber)
6. Pentil udara (relief valve)
menghindari cepatnya kerusakan katup tekan tersebut,
salah satunya adalah dengan menggunakan katup
tekan model membran dimana luasan yang
bertumbukan relatif sangat kecil sehingga gaya
tumbukan pada katup yang terjadi akibat palu air
kecil pula. Disamping itu, Perancangan dan pengujian
awal katup tekan model bola telah dibuat untuk
membandingkan performansinya dengan katup tekan
model plat dan membran. Namun dari hasil pengujian
menunjukkan performansi katup tekan model bola
lebih rendah dibandingkan dengan model membran
walaupun lebih baik dibandingkan dengan model plat.
Hal ini disebabkan karena desain panjang langkah
katup tekan model bola terlalu panjang yaitu 10
sentimeter. Untuk itu pada penelitian ini panjang
langkah katup tekan model bola dibatasi dengan
stopper (karet) hanya sepanjang 2,4 sentimeter yaitu
sama dengan katup tekan model plat dan membran.
Pada penelitian ini juga dibuat dan diuji katup tekan
model setengah-bola yang mempunyai diameter dan
berat yang sama dengan model bola.
Adapun permasalahan dalam penelitian ini
adalah bagaimana merancang model katup plat,
membran, bola dan setengah bola pada katup tekan
pompa hydram, dimana pada model katup bentuk
bola dan setengah bola karetnya dibuat menempel
(statis) pada dudukan katupnya dan hanya bolanya
(atau setengah bola) yang bergerak. Kemudian
bagaimana perbandingan performansi dari keempat
model katup tekan tersebut.
Gambar 2. Komponen – komponen utama pompa
hydram. (sumber : Tessema, 2000, hal 3)
Untuk aliran fluida tak termampatkan dari titik 1 ke
titik 2, persamaan kontinyuitasnya (Streeter 1975)
adalah :
Q .v1 .v2
(1)
Dimana:
Q = debit aliran(m3/dt)
A1,2 = luas penampang aliran di titik 1,2 (m2)
v1,2 = kecepatan aliran di titik 1,2 (m/dt)
Menurut Rajput (2002) persamaan head (energi per
satuan berat fluida) untuk aliran konstan dari titik s
ke titik d yang ditambah dengan kerugian – kerugian
head adalah :
zs
Tinjauan Pustaka
Pompa hydram telah ditemukan oleh Green dan
Carter pada tahun 1774. Pompa hydram (hydraulic
ram) atau pompa impulse [US AID, 1982] adalah
suatu alat untuk mengangkat/mengalirkan air
(sebagain air sumber) dari tempat yang rendah ke
tempat yang lebih tinggi secara kontinyu dengan
menggunakan energi potensial sumber air yang akan
dialirkan sebagai daya penggerak, tanpa adanya
sumber energi luar seperti energi listrik atau energi
bahan bakar minyak [Taye, 1998]. Dengan cara ini air
dari suatu sumber mata air dapat dialirkan ke suatu
desa/pemukiman atau irrigasi pertanian disekitarnya.
Jadi, dimana saja terdapat terjunan air maka pompa
hydram dapat digunakan sebagai suatu alat untuk
memompa air yang relatif sederhana dan murah
harganya. Energi potensial dari ketinggian tertentu
dikonversi menjadi energi kinetik yang berupa
kecepatan air kemudian dikuatkan dengan terjadinya
efek palu air atau water hammer (Jening 1996).
p s vs2
p
v2
H p zd d d H L
2g
2g
(2)
Dimana:
zs = head statis elevasi isap/suction pompa (m)
zd = head statis elevasi buang/discharge pompa
(m)
ps = head statis tekanan isap/suction pompa
(N/m2)
pd = head statis tekanan buang/discharge pompa
(N/m2)
vs = head dinamis kecepatan fluida pada ujung
isap/suction pompa (m/det)
vd = head dinamis kecepatan fluida pada ujung
buang/discharge pompa (m/det)
Hp = head pompa (m)
HL = head losses total instalasi perpipaan sistem
pompa (m)
Kerugian gesekan di dalam pipa atau yang disebut
mayor losses dapat dihitung dengan persamaan :
H L .Ma f
Komponen – komponen utama pompa hydram,
seperti pada Gambar 2, adalah sebagai berikut :
1. Badan pompa (hydram body)
2. Katup limbah (impulse valve)
3. Katup udara ( snifer valve)
L v2
D 2g
Dimana :
f = koefisien gesekan pipa
D = diameter pipa (m)
L = panjang pipa (m)
v = kecepatan aliran (m/dt)
388
(3)
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
g = percepatan gravitasi (m/dt2)
Sedangkan kerugian pada perlengkapan pipa atau
minor losses dapat dihitung dengan persamaan :
H L.Mi K
v2
2g
(4)
Dimana K adalah koefisien kerugian pada
perlengkapan pipa.
Daya output pompa (Water Horse Power = WHP)
adalah daya air yang dihasilkan pompa, yang dapat
dinyatakan dengan persamaan:
WHP .Q.H
Qd . H d
x100%
(Qd Qw ).H s
(6)
Qd
x100%
(Qd Qw )
Gambar 4. Katup model ‘Membran’
Gambar 5. Katup model ‘Bola’
15 cm
Dimana :
Qd = kapasitas air hasil pemompaan (m3/dt)
Qd = kapasitas air yang keluar dari katup
limbah (m3/dt)
Hd = tinggi pemompaan (m)
Hs = ketinggian sumber air (m)
Sedangkan efisiensi volumetrisnya merupakan
perbandingan antara debit pemompaan dan debit
suplai penggerak pompa yang dapat dinyatakan
dengan persamaan :
v
Gambar 3. Katup model ‘Plat’
(5)
Dimana :
= berat jenis fluida (N/m3)
Q = kapasitas pompa (m3/dt)
H = head pompa (m)
Daya yang tersedia pada aliran air yang disuplai untuk
mengoperasikan pompa hidram berbanding lurus
dengan besarnya laju volumetric (debit) air yang
disuplai dikalikan dengan ketinggian suplainya.
Dimana kapasitas air suplai tersebut sama dengan
kapasitas air limbah ditambah air hasil pemompaan.
Pompa hidram bekerja dengan memanfaatkan daya
yang tersedia tersebut untuk mengalirkan sebagian air
ke tempat yang lebih tinggi. Sehingga efisiensi total
pompa hydram dinyatakan sebagai persamaan D –
Aubuission, adalah sebagai berikut :
t
yang telah dibuat dan diuji adalah seperti pada
Gambar 3 sampai dengan Gambar 6.
(7)
7
7
Gambar 6. Katup model ‘Setengah-Bola’
Adapun skema rancangan penelitian yang telah
dilakukan adalah seperti pada Gambar 7.
Perancangan katup tekan
Dari hasil perhitungan pada perancangan awal maka
dapat dirancang sebuah katup limbah, dan katup tekan
model plat, membran, bola dan setengah-bola pada
pompa hidram. Pada penelitian ini telah dibuat
rancangan berbagai katup berikut :
a. Katup Limbah
b. Katup Tekan Model Plat
c. Katup Tekan Model Membran
d. Katup Tekan Model Bola
e. Katup Tekan Model Setengah-Bola
Gambar 7. Skema pengujian pompa hydram
Model katup plat, membran bola dan setengah bola
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Prosedur Pengujian
Tahap – Tahap pengujian dilakukan sebagai berikut:
1. Persiapan pompa dan alat bantu pengujian katup
tekan, dengan ketinggian suplai Zs = 4 meter,
dengan panjang pipa penggerak Ls = 20 meter
2. Setup pompa hydram dengan katup tekan model
“Plat”
3. Setup ketinggian tekan Zd = 10 meter
4. Alirkan air ke bak penggerak sampai penuh dan
dijaga dalam kondisi selalu over-flow supaya
ketinggian head penggeraknya konstan
5. Buka gate valve, untuk mengalirkan air dari bak
drive ke badan pompa hydram
6. Start kerja pompa dengan cara membuka dan
menutup katup limbah agar pompa dapat bekerja
dan biarkan pompa berjalan beberapa saat
7. Setelah pompa bekerja dan telah stabil lakukan
pencatatan data seperti waktu untuk volume air
20 liter yang keluar dari katup limbah (Tw),
waktu untuk volume air 3 liter yang keluar dari
pipa tekan (Td) serta panjang pipa tekan (Ld),
tekanan pada manometer, dan frekuensi siklus
kerja pompa (F.
8. Ulangi langkah 7 sebanyak 3 (tiga) kali
9. Ulangi langkah 3 sampai dengan langkah 8 untuk
ketinggian tekan 15, 20, dan 25 meter.
10. Ulangi langkah 2 sampai dengan 9 untuk katup
tekan model “Membran”, “Bola”,
dan
“Setengah-Bola”
Diagram alir penelitian
Secara garis besar kegiatan tahapan pengujian
dilakukan seperti pada diagram alir pada Gambar 8.
Hasil dan Pembahasan
Dari pengujian yang telah dilakukan maka didapatkan
data hasil pengujian. seperti pada Tabel 1 sampai
dengan Tabel 4.
Tabel 1. Data hasil pengujian katup tekan model 'Plat'
Zd
10
1
2
3
Rata-Rata
15
1
2
3
Rata-Rata
20
1
2
3
Rata-Rata
25
1
2
3
Rata-Rata
Tabel 2.
Zd
10
n
1
2
3
Rata-Rata
15
1
2
3
Rata-Rata
20
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
25.68 16.53
10.0
42
24
25.55 16.82
10.0
42
24
25.79 16.63
10.0
41
24
25.67 16.66
10.0
42
24
26.76 23.17
1.5
40
24
26.09 23.68
1.5
40
24
26.14 23.43
1.5
39
24
26.33 23.43
1.5
40
24
25.99 27.45
2.0
45
24
24.63 27.31
2.0
44
24
25.65 27.59
2.0
43
24
25.42 27.45
2.0
44
24
27.06 32.26
1.8
45
24
27.77 32.75
1.8
44
24
27.47 33.05
1.8
44
24
27.43 32.69
1.8
44
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
Data hasil pengujian katup tekan model
'Membran'
(m)
1
2
3
Rata-Rata
25
Start
n
(m)
1
2
3
Rata-Rata
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
31.29 15.65
10.0
38
24
30.42 15.87
10.0
38
24
30.49 16.16
10.0
37
24
30.73 15.89
10.0
38
24
29.16 22.62
1.5
40
24
28.99 22.89
1.5
39
24
29.36 22.93
1.5
39
24
29.17 22.81
1.5
39
24
27.78 29.82
2.0
41
24
28.99 29.61
2.0
40
24
29.36 29.65
2.0
40
24
28.71 29.69
2.0
40
24
27.62 32.68
2.5
43
24
27.95 32.27
2.5
43
24
27.36 32.34
2.5
43
24
27.64 32.43
2.5
43
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
Persiapan alat uji dan alat bantu uji
Tabel 3.
Pengujian Pompa Hydram, dengan model kaup Tekan:
Zd
Data hasil pengujian katup tekan model
'Bola'
n
(m)
Plat
Membran
Bola
Setengah-Bola
10
1
2
3
Rata-Rata
Zd = 10 m
Tw = ……
Td = ……
Zd = 15 m
Tw = ……
Td = ……
Zd = 20 m
Tw = ……
Td = ……
Zd = 25 m
Tw = ……
Td = ……
15
Rata-Rata
20
Pengolahan Data :
Qw, Qd, Hs , Hd, Ws, Wd, v, t
Rata-Rata
Pembahasan
Rata-Rata
Kesimpulan
Stop
Gambar 8. Diagram alir pengujian katup pompa
1
2
3
25
1
2
3
1
2
3
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
25.72 13.31
1.0
42
24
25.44 13.19
1.0
42
24
26.14 13.25
1.0
42
24
25.77 13.25
1.0
42
24
28.35 19.98
1.5
42
24
27.67 20.03
1.5
42
24
27.69 20.06
1.5
42
24
27.90 20.02
1.5
42
24
28.36 26.02
2.0
44
24
28.53 26.24
2.0
43
24
27.38 26.12
2.0
43
24
28.09 26.13
2.0
43
24
26.15 28.31
2.5
45
24
25.68 28.16
2.5
44
24
25.54 28.40
2.5
43
24
25.79 28.29
2.5
44
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Tabel 4. Data hasil pengujian katup tekan model
'Setengah Bola'
Zd
n
(m)
1
2
3
10
Rata-Rata
1
2
3
15
Rata-Rata
1
2
3
20
Rata-Rata
1
2
3
25
Rata-Rata
Zs
(m)
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4.00
4
4
4
4
Lw
Tw
Td
Pt
F
(mm) (detik) (detik) (bar) (1/menit)
24
22.31 14.66
9.5
34
24
22.78 14.81
9.5
34
24
22.78 14.90
9.5
33
24
22.62 14.79
9.5
34
24
23.71 20.85
1.4
46
24
23.39 20.62
1.4
46
24
22.89 20.46
1.4
45
24
23.33 20.64
1.4
46
24
24.01 24.72
1.8
48
24
24.02 24.35
1.8
47
24
23.89 24.37
1.8
46
24.00 23.97 24.48
1.80
47
24
22.68 27.21
1.8
47
24
23.31 27.48
1.8
46
24
22.90 27.42
1.8
46
24
22.96 27.37
1.8
46
model 'Membran'
Zd
n
(m)
Ls
Ld
(m)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
(m)
36
36
36
36
56
56
56
56
61
61
61
61
66
66
66
66
1
2
10
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
2
25
3
Rata-Rata
Zd
n
1
2
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
25
2
3
Rata-Rata
10
Keterangan :
Zd = Tinggi elavasi permukaan air suplai penggerak
pompa
Zs = Tinggi elavasi ujung pipa pemompaan
n = Pengulangan pengujian
Lw = Panjang Langkah Katup Limbah
Tw = Waktu untukVolume Air Limbah = 20 liter
Td = Waktu untukVolume Air Pemompaan = 3 liter
Pt = Tekanan pada outlet Tabung Tekan
F = Frekuensi siklus katup limbah
Ls = Panjang pipa suplai air penggerak
Ld = Panjang pipa air pemompaan
Zd
n
1
2
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
2
25
3
Rata-Rata
10
Untuk mendapatkan performansi masing-masing
model katup tekan pada pompa hydram, maka data
tersebut
kemudian
diolah
berdasarkan
persamaan-persamaan yang ada pada tinjauan pustaka,
hasilnya adalah seperti pada Tabel 5 sampai dengan
Tabel 8.
Tabel 5. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
model 'Plat'
n
1
2
10
3
Rata-Rata
1
2
15
3
Rata-Rata
1
2
20
3
Rata-Rata
1
2
25
3
Rata-Rata
vs
vd
HLs HLd
(m/dt) (m/dt) (m)
0.84 1.43 0.19
0.84 1.41 0.19
0.84 1.42 0.19
0.84 1.42 0.19
0.77 1.02 0.16
0.78 1.00 0.16
0.78 1.01 0.16
0.78 1.01 0.16
0.77 0.86 0.16
0.81 0.87 0.18
0.78 0.86 0.16
0.79 0.86 0.17
0.73 0.73 0.14
0.71 0.72 0.14
0.72 0.72 0.14
0.72 0.72 0.14
(m)
3.09
2.99
3.06
3.05
2.41
2.31
2.36
2.36
1.87
1.89
1.85
1.87
1.46
1.42
1.39
1.42
Hs
(m)
3.81
3.81
3.81
3.81
3.84
3.84
3.84
3.84
3.84
3.82
3.84
3.83
3.86
3.86
3.86
3.86
Hd
Qw
Qd
(m) (Lt/dt) (Lt/dt)
13.20 0.779 0.181
13.09 0.783 0.178
13.16 0.775 0.180
13.15 0.779 0.180
17.47 0.747 0.129
17.36 0.767 0.127
17.41 0.765 0.128
17.41 0.760 0.128
21.91 0.770 0.109
21.93 0.812 0.110
21.89 0.780 0.109
21.91 0.787 0.109
26.49 0.739 0.093
26.45 0.720 0.092
26.42 0.728 0.091
26.45 0.729 0.092
Ws
Wd
v
t
(Watt)
35.89
35.92
35.74
35.85
33.05
33.61
33.61
33.42
33.11
34.59
33.45
33.72
31.49
30.77
31.02
31.09
(Watt)
23.50
22.90
23.29
23.23
22.19
21.58
21.87
21.88
23.49
23.63
23.35
23.49
24.17
23.76
23.53
23.82
(%)
18.90
18.56
18.87
18.78
14.77
14.18
14.34
14.43
12.44
11.92
12.24
12.20
11.18
11.28
11.09
11.18
(%)
65.47
63.76
65.16
64.80
67.14
64.20
65.08
65.47
70.93
68.31
69.81
69.68
76.75
77.22
75.84
76.60
HLs HLd
(m)
3.45
3.36
3.24
3.35
2.53
2.47
2.47
2.49
1.58
1.61
1.60
1.60
1.42
1.46
1.45
1.45
Hs
(m)
3.86
3.85
3.85
3.85
3.86
3.86
3.86
3.86
3.86
3.87
3.87
3.87
3.86
3.87
3.86
3.86
Hd
Qw
Qd
Ws
(m) (Lt/dt) (Lt/dt) (Watt)
13.57
0.64
0.19 31.44
13.47
0.66
0.19 31.99
13.35
0.66
0.19 31.82
13.46
0.65
0.19 31.75
17.59
0.69
0.13 31.01
17.53
0.69
0.13 31.10
17.52
0.68
0.13 30.78
17.55
0.69
0.13 30.96
21.62
0.72
0.10 31.08
21.64
0.69
0.10 30.05
21.63
0.68
0.10 29.73
21.63
0.70
0.10 30.29
26.45
0.72
0.09 30.92
26.49
0.72
0.09 30.66
26.48
0.73
0.09 31.19
26.47
0.72
0.09 30.92
Wd
v
(Watt)
25.52
24.98
24.31
24.93
22.88
22.54
22.49
22.64
21.33
21.51
21.47
21.44
23.82
24.16
24.10
24.03
(%)
23.07
22.33
22.06
22.49
16.20
15.96
16.11
16.09
12.26
12.81
12.93
12.67
11.25
11.50
11.26
11.34
t
(%)
81.15
78.09
76.39
78.54
73.80
72.47
73.05
73.11
68.64
71.58
72.23
70.82
77.04
78.80
77.25
77.70
vs
vd
HLs HLd
(m/dt) (m/dt) (m)
0.88 1.78 0.21
0.89 1.80 0.21
0.87 1.79 0.20
0.88 1.79 0.21
0.75 1.19 0.15
0.77 1.18 0.16
0.77 1.18 0.16
0.76 1.18 0.15
0.72 0.91 0.14
0.72 0.90 0.14
0.74 0.91 0.15
0.73 0.91 0.14
0.76 0.84 0.16
0.78 0.84 0.16
0.78 0.83 0.16
0.77 0.84 0.16
(m)
4.77
4.86
4.82
4.82
3.25
3.23
3.22
3.23
2.08
2.05
2.06
2.06
1.90
1.92
1.89
1.90
Hs
(m)
3.79
3.79
3.80
3.79
3.85
3.84
3.84
3.85
3.86
3.86
3.85
3.86
3.84
3.84
3.84
3.84
Hd
Qw
Qd
Ws
(m) (Lt/dt) (Lt/dt) (Watt)
14.93
0.78
0.23 37.32
15.02
0.79
0.23 37.67
14.98
0.77
0.23 36.94
14.98
0.78
0.23 37.31
18.32
0.71
0.15 32.31
18.30
0.72
0.15 32.90
18.29
0.72
0.15 32.87
18.30
0.72
0.15 32.69
22.12
0.71
0.12 31.08
22.09
0.70
0.11 30.90
22.11
0.73
0.11 31.95
22.11
0.71
0.11 31.31
26.93
0.76
0.11 32.84
26.95
0.78
0.11 33.34
26.92
0.78
0.11 33.45
26.94
0.78
0.11 33.21
Wd
v
t
(Watt)
33.02
33.52
33.27
33.27
26.98
26.89
26.84
26.90
25.02
24.77
24.91
24.90
28.00
28.17
27.90
28.02
(%)
22.47
22.44
22.84
22.58
17.55
17.16
17.15
17.29
14.05
14.02
13.59
13.89
12.17
12.03
11.89
12.03
(%)
88.48
88.99
90.07
89.18
83.52
81.74
81.64
82.30
80.51
80.17
77.96
79.55
85.27
84.50
83.39
84.39
Tabel 8. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
model 'Setengah-Bola'
(m)
Zd
vd
(m/dt) (m/dt) (m)
0.73 1.51 0.14
0.74 1.49 0.15
0.74 1.47 0.15
0.74 1.49 0.15
0.72 1.05 0.14
0.72 1.04 0.14
0.71 1.03 0.14
0.72 1.04 0.14
0.72 0.79 0.14
0.69 0.80 0.13
0.69 0.80 0.13
0.70 0.80 0.13
0.72 0.73 0.14
0.71 0.73 0.13
0.72 0.73 0.14
0.72 0.73 0.14
Tabel 7. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
model 'Bola'
(m)
(m)
vs
vs
vd
(m/dt)
0.97
0.95
0.95
0.95
0.87
0.88
0.90
0.88
0.84
0.84
0.84
0.84
0.87
0.85
0.86
0.86
(m/dt)
1.62
1.60
1.59
1.60
1.14
1.15
1.16
1.15
0.96
0.97
0.97
0.97
0.87
0.86
0.86
0.87
HLs HLd
Hs
(m)
0.25
0.24
0.24
0.24
0.20
0.21
0.21
0.21
0.19
0.19
0.19
0.19
0.20
0.19
0.20
0.20
(m)
3.75
3.76
3.76
3.76
3.80
3.79
3.79
3.79
3.81
3.81
3.81
3.81
3.80
3.81
3.80
3.80
(m)
3.93
3.85
3.81
3.87
2.98
3.05
3.10
3.04
2.31
2.38
2.37
2.35
2.05
2.01
2.02
2.03
Hd
Qw
Qd
Ws
(m) (Lt/dt) (Lt/dt) (Watt)
14.07
0.90
0.20 40.51
13.99
0.88
0.20 39.85
13.94
0.88
0.20 39.81
14.00
0.88
0.20 40.06
18.05
0.84
0.14 36.80
18.12
0.86
0.15 37.24
18.16
0.87
0.15 37.89
18.11
0.86
0.15 37.31
22.35
0.83
0.12 35.69
22.42
0.83
0.12 35.74
22.42
0.84
0.12 35.89
22.40
0.83
0.12 35.77
27.09
0.88
0.11 36.96
27.05
0.86
0.11 36.12
27.06
0.87
0.11 36.65
27.07
0.87
0.11 36.57
Wd
v
t
(Watt)
28.24
27.79
27.53
27.85
25.47
25.86
26.13
25.82
26.61
27.10
27.08
26.93
29.30
28.97
29.05
29.11
(%)
18.58
18.75
18.65
18.66
14.57
14.54
14.37
14.49
12.72
12.89
12.82
12.81
11.11
11.29
11.13
11.18
(%)
69.71
69.74
69.15
69.53
69.22
69.43
68.95
69.20
74.56
75.83
75.44
75.27
79.29
80.20
79.26
79.59
Berdasarkan Tabel 5 sampai dengan Tabel 8 dapat
dibuat grafik seperti pada Gambar 9 sampai dengan
Gambar 12, untuk membandingkan performansi atau
unjuk kerja pompa hydram dengan berbagai model
katup tekan yang telah diuji.
Tabel 6. Pengolahan data hasil pengujian katup tekan
391
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
tekan model ‘setengah-bola’ paling boros debit air
penggerak. Disamping itu, debit pemompaan pompa
(Qd) hydram dengan menggunakan katup tekan
model ‘bola’ secara umum memberikan debit
pemompaan yang lebih besar sedangkan katup tekan
model ‘plat’ memberikan debit pemompaan yang
paling kecil. Jadi katup tekan model ‘bola’
membutuhkan debit air penggerak (Qs) yang relatif
lebih kecil namun dapat memberikan debit
pemompaan (Qd) yang lebih tinggi. Semakin tinggi
head pemompaan atau tinggi tekan (Hd) maka
semakin kecil debit pemompaan (Qd) yang
dihasilkan.
3.95
Head Suplai (m )
3.90
3.85
3.80
3.75
3.70
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Katup M embr an
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
30.00
28.00
Head Te kan (m )
26.00
24.00
22.00
20.00
42.00
18.00
40.00
16.00
Daya Input (W at t )
14.00
12.00
10.00
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Katup M embran
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
38.00
36.00
34.00
32.00
30.00
Gambar 9. Perbandingan head supply/drive dan head
discharge
28.00
2.50
5.00
6.25
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Gambar 9 menunjukkan besarnya head air penggerak
pompa hydram (Hs) dan head tekan/discharge (Hd)
pompa hydram. Karena keempat model katup
tersebut diuji pada kondisi yang sama maka head
kedua pompa tersebut juga hampir sama.
De bit Buang (Lt r/ dt )
3.75
Katup M embran
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
35.00
Daya Out put (W att )
33.00
31.00
29.00
27.00
25.00
23.00
21.00
1.00
19.00
0.95
17.00
0.90
15.00
0.85
2.50
0.80
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd / Zs
0.75
Katup Plat
0.70
0.65
Katup M embr an
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
Gambar 11. Perbandingan daya air penggerak dan
daya pemompaan
0.60
0.55
0.50
2.50
3.75
5.00
6.25
Karena model katup tekan model ‘bola’
membutuhkan air penggerak yang yang paling kecil,
maka membutuhkan daya penggerak pompa (Ws)
yang paling kecil pula, selanjutnya diikuti katup
tekan model bola dan plat, sedangkan katup tekan
model ‘setengah-bola’ membutuhkan penggerak
pompa (Ws) yang paling besar karena debit air
penggeraknya paling besar pula, seperti ditunjukkan
pada Gambar 11. Namun, pompa hydram dengan
katup tekan model ‘bola’ dan ‘setengah-bola’
memberikan daya pemompaan (Ws) yang lebih besar
dibandingkan dengan katup tekan model ‘membran’
dan ‘plat’, seperti ditunjukkan pada Gambar 11.
Secara umum semakin tinggi head pemompaan maka
semakin kecil daya output pompa yang dihasilkan.
Hal ini disebabkan karena semakin tinggi head
pemompaan maka panjang pipa salurannya juga
semakin panjang sehingga head lossesnya atau
kerugian energinya juga semakin besar, sehingga
mengakibatkan daya output pompa menurun.
Rasio Zd/ Zs
Katup Plat
Katup M embr an
Kat up Bola
Katup 1/ 2-Bola
0.25
De bit Pe mom paan (Lt r / dt )
0.23
0.21
0.19
0.17
0.15
0.13
0.11
0.09
0.07
0.05
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd / Zs
Katup Plat
Katup M embran
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
Gambar 10. Perbandingan debit air penggerak dan air
hasil pemompaan
Gambar 10 menunjukan bahwa katup tekan model
‘membran’ membutuhkan debit air penggerak (Qs)
yang paling kecil, kemudian diikuti oleh katup model
‘bola’ selanjutnya katup tekan model plat, dan katup
392
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Secara umum katup tekan model ‘bola’ memberikan
unjuk kerja atau performansi : debit pemompaan,
daya output, efisiensi volumetris maupun efisiensi
total yang paling baik, kemudian diikuti oleh katup
tekan model ‘membran’ dan ‘setengah-bola’,
sedangkan katup tekan model ‘plat’ yang hingga saat
ini paling umum digunakan pada pompa hydram
justru memberikan performansi yang paling rendah.
Untuk itu pada desain aplikasi pompa hydram
berikutnya disarankan untuk menggunakan katup
tekan model bola. Katup tekan model ‘membran’ juga
dapat menjadi pilihan alternatif pada aplikasi yang
mempunyai potensi debit mata air yang relatif kecil
karena katup ini membutuhkan debit air penggerak
paling irit walaupun performansinya masih lebih
rendah dibandingkan katup tekan model ‘bola’.
26.0 0
24.0 0
22.0 0
20.0 0
18.0 0
v (%)
16.0 0
14.0 0
12.0 0
10.0 0
8.0 0
2.50
3.75
5.00
6 .25
Rasio Zd / Zs
Katup Plat
Katu p M embr an
Katup Bola
Katu p 1/ 2-Bola
Gambar 12. Perbandingan efisiensi volumetris
Gambar 12 menunjukkan bahwa semakin tinggi head
pemompaan atau tinggi tekan maka semakin kecil
efisiensi volumetris yang dihasilkan. Karena katup
tekan model ‘bola’ menghasilkan efisiensi volumetris
(v) yang paling tinggi, yaitu 22,58% pada rasio head
statis (Zd /Zs) 2,50 menurun menjadi 12,03% pada
rasio head statis (Zd/Zs) 6,25, selanjutnya diiukuti
oleh katup tekan model ‘membran’ dan
‘setengah-bola’, sedangkan katup tekan model ‘plat’
menghasilkan efisiensi volumetris (v) yang paling
rendah, yaitu 18,78% pada rasio head statis (Zd/Zs)
2,50 menurun menjadi 11,18% pada rasio head
statis (Zd/Zs) 6,25.
Kesimpulan
Dari penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan
maka dapat disimpulkan yaitu :
1. Katup tekan model ‘bola’ memberikan unjuk kerja
atau performansi seperti debit pemompaan, daya
output, efisiensi volumetris maupun efisiensi total
yang paling baik, kemudian diikuti oleh katup
tekan model ‘membran’ dan ‘setengah-bola’,
sedangkan katup tekan model ‘plat’ memberikan
performansi yang paling rendah.
2. Secara umum semakin tinggi head tekan
pemompaan maka performansi pompa baik debit
pemompaan, daya output, dan efisiensinya
semakin kecil.
95.00
90.00
85.00
80.00
t (%)
75.00
Saran
70.00
1. Untuk implementasi pompa hydram disarankan
untuk menggunakan katup tekan model ‘bola’
sebagai ganti katup model plat, karena telah
terbukti mampu memberikan performansi yang
lebih baik. Katup tekan model ‘membran’ juga
dapat menjadi pilihan alternatif pada aplikasi yang
mempunyai potensi debit mata air yang relatif
kecil karena katup ini membutuhkan debit air
penggerak paling irit walaupun performansinya
masih lebih rendah dibandingkan katup tekan
model ‘bola’.
2. Untuk penelitian lebih lanjut perlu dilakukan
pengujian pada rasio head yang lebih tinggi
hingga pompa tersebut tidak mampu lagi
menghasilkan debit pemompaan, mengingat
phenomena performansi pada katup tekan model
‘bola’ dan ‘membran’ berfluktuasi, sedangkan
pada katup tekan model ‘setengah-bola’ dan ‘plat’
cenderung meningkat. Untuk itu dibutuhkan lokasi
penelitian yang mempunyai beda ketinggi elevasi
yang lebih tinggi.
65.00
60.00
55.00
2.50
3.75
5.00
6.25
Rasio Zd / Zs
Katup Plat
Katup M embr an
Katup Bola
Katup 1/ 2-Bola
Gambar 13. Perbandingan Efisiensi total
Karena dengan energi sumber penggerak yang sama
katup tekan model ‘bola’ menghasilkan daya
pemompaan yang lebih besar, maka efisiensi total (t)
yang dihasilkannyapun lebih tinggi, yaitu sekitar
89,18% pada rasio head statis (Zd/Zs) 2,50 kemudian
menurun hingga sekitar 79,55% pada rasio head statis
(Zd /Zs) 5,00 kemudian meningkat lagi menjadi
84,39% pada rasio head statis (Zd/Zs) 6,25, seperti
ditunjukkan pada Gambar 5.5. Kemudian diikuti oleh
katup tekan model ‘membran’ dan ‘setengah-bola’,
sedangkan katup tekan model ‘plat’ menghasilkan
efisiensi total (t) paling rendah, yaitu sekitar 64,80%
pada rasio head statis (Zd/Zs) 2,50 kemudian
meningkat hingga sekitar 76,60% pada rasio head
statis (Zd/Zs) 6,25.
393
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII)
Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013
Ucapan Terima kasih
Addis Ababa, Ethiopia (2000)
Terimakasih disampaikan kepada Universitas
Udayana.
Paper
ini
diseminarkan
sebagai
pertanggungjawaban pelaksanaan penelitian Dana
RM Universitas Udayana tahun 2013 untuk skim
Penelitian Fundamental.
Young, B., Design of Homologous Ram Pump,
Journal of Fluids Engineering, Transaction of the
ASME, Vol. 119, June 1997,pp.360-365 (1997)
Referensi
Chi, M., dan Diemer, P., Hydraulic Ram Handbook,
Bremen Overseas Research and Development
Association, Bremen ( 2002)
David, J.P.,dan Edward, H.W., Schaum’s Outline of
Theory and Problems of Fluid Mechanics and
Hydraulics, McGraw-Hill Book Company, Singapore
(1985)
Jennings, G.D., Hydraulic Ram Pumps, North
Carolina Cooperative Extension Service, North
Carolina (1996)
Rajput, R. K., A Textbook of Fluid Mechanics and
Hidroulic Machines, S1 Version, S. Chad and
Company Ltd, New Delhi (2002)
Streeter, V.L., dan Wylie, E.B., Fluid Mechanics, 6th
edition, McGraw-Hill Book Company, New York
(1975)
Suarda M., Wirawan IKG, Kajian Eksperimental
Pengaruh Tabung Udara Pada Head Tekanan Pompa
Hidram, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Vol. 2,
Nomor 1, Juni 2008, ISSN 1979-2468, Hal.10-14.
(2008)
Suarda M., Sukadana IKG, Penerapan Teknologi
Pompa Hydram Untuk Meningkatkan Produktivitas
Usaha Tani Sari Murni Banjar Kebon Jero, Laporan
Pengabdian Masyarakat program Iptek bagi
Masyarakat (IbM) (2010)
Suarda M., Perancangan dan Pengujian Model
Sistem Hydram Penggerak Pompa Torak Dengan
Dua Sumber Aliran: Air Kotor dan Air Bersih,
Prosiding: Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin
(SNTTM-IX), Palembang, ISBN: 978-602-97742-0-7,
Tgl. 13-15 Oktober 2010, Hal. MI-021 - MI-125.
(2010)
Taye, T., Hydraulic Ram Pump, Journal of the ESME,
Vol. II, Juli 1998, Addis Ababa, Ethiopia (1998)
Tessema, A.A., Hydraulic Ram Pump System Design
and Application, ESME 5th Conference on
Manufacturing and Process Industry, September 2000,
394