TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

PRESTASI POMPA HIDRAULIK RAM DENGAN

  VARIASI VOLUME TABUNG UDARA TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh:

  Nama : YULIANTO NIM : 035214031 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  2008

  

THE HYDRAULIC RAMP PUMP PERFORMANCE

WITH AIR TUBE VOLUME VARIATIONS

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of The Requrement as

to Obatain The Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  By:

  

YULIANTO

Student Number : 035214031

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2008

  

Karya ini kupersembahkan untuk

Tuhan-ku Yesus kristus

I bu dan kakak serta keponakanku tercinta

dan tidak lupa almarhum Bapak yang ada di Surga

  

Dosen TM FST Sadhar,

Temen2 TM ’2003, Psi ’03, Cew2 P.mat

‘02,Temen2 Sunrise, Tiada Tara

DM K C, CAM ’s,Bengkel Soerung

  

Team Football FST, Temen2 U PPC,

Burjo K omeng, K ost K umpow, K M TM ,

Don K hambali, K ontrakan ’04

Almamater

  

Thanks for all

  

INTISARI

  Masyarakat yang hidup jauh dari sumber air memiliki masalah untuk mendapatkan air. Biasanya masyarakat menggunakan pompa sentrifugal untuk memompakan air ke rumah mereka. Menggunakan pompa sentrifugal memerlukan tenaga listrik, tetapi pada kondisi tertentu di lingkungan masyarakat tersebut tidak tersedia tenaga listrik. Pompa hidrauli kram adalah solusinya karena tidak membutuhkan tenaga listrik ataupun BBM. Pompa hidraulik ram dapat bekerja scara kontinu 24 jam. Pompa hidraulik ram mudah dan murah cara pembuatannya.

  Eksperimen ini dibuat untuk mengetahui prestasi pompa hidraulik ram menggunakan variasi volume tabung udara dan tinggi output. Pompa hidraulik ram yang dipergunakan pada eksperimen ini mempunyai pipa masukan dengan diameter 1,5 inci dan pipa keluaran dengan diameter 0,5 inci. Variasi dari volume tabung udara adalah 1,4 liter; 1,8 liter; 2,7 liter.

  Eksperimen ini menunjukkan debit, tinggi pemompaan dan efisiensi D’Aubuisson maksimum dicapai pada volume tabung udara 1,8 liter. Debit maksimum sebesar 5,5 liter, tinggi pemompaan maksimum 4,96 meter dan efisiensi D’Aubuisson maksimum sebesar 23,77 % .

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan bagi Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kasih karuniaNya yang besar, yang senantiasa selalu menuntun langkah demi langkah hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan yang berupa moril maupun materiil dari semua pihak terutama kepada:

  1. Ir. Greg. Heliarko SJ.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dosen Pembimbing yang telah membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  3. Laboran Laboratorium Teknologi Mekanik dan Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma yang telah membantu penelitian penulis.

  4. Segenap dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin FST-USD yang telah membantu dan selalu membimbing dalam masa-masa kuliah.

  5. Segenap Keluarga atas segala doa dan dukungan moral dan materi yang diberikan secara tulus ikhlas. Tiada kata yang bisa penulis ucapkan selain terima kasih dan semoga Tuhan selalu memberkati dan membalas segala kebaikan anda semua.

  Demikian usaha yang telah penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu dengan terbuka dan senang hati menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kemajuan yang akan datang.

  Semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna dan memberikan wawasan lebih tentang ilmu pengetahuan dan teknologi bagi semua pembaca.

  Yogyakarta, 17 Juli 2008 Penulis

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL …………………………………………….... i TITLE PAGE ……………………………...…………………….... ii HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ……………….… iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ……......

  iv

  HALAMAN PERSEMBAHAN ..……………………………….... v HALAMAN PERNYATAAN ..…………………………………... vi LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI...................................... vii

  

INTISARI …………………………………………………………. viii

KATA PENGANTAR ..……………………………………………

  ix

  DAFTAR ISI .……………………………………………………... xi

DAFTAR TABEL ………………………………………………… xiv

DAFTAR GAMBAR …………………………………………….... xvii

DAFTAR GRAFIK....…………………………………………….... xviii

BAB I PENDAHULUAN ………………………………....

  1 1.1. Latar Belakang Masalah ……………………….

  1 1.2. Rumusan Masalah ……………………………...

  2 1.3. Tujuan Penelitian.................................................

  2 BAB II DASAR TEORI ……………………………………

  3 2.1. Tinjauan Pustaka ……………………………….

  3 2.2. Dasar Teori ……………………………………..

  4

  2.2.1. Siklus Pompa Hidram ………………..

  5 2.2.2. Rancangan Pompa Hidram …………..

  13 BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN ………………...

  19 3.1. Bahan Penelitian ……………………………….

  19 3.2. Alat Penelitian ………………………………….

  21 3.3. Sarana Penelitian ……………………………….

  24 3.4. Penyetelan Pompa Hidram ……………………..

  27

  3.5. Persiapan Penelitian ……………………………

  27

  3.6. Pelaksanaan Penelitian …………………………

  28 3.7. Kesulitan Penelitian di Laboratorium ………….

  29 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ….........

  30 4.1. Perhitungan Tinggi Angkat Air ………………..

  30

  4.1.1. Hasil Penelitian ………………………

  30 4.1.2. Perhitungan …………………………..

  35 4.1.3. Grafik Hasil Perhitungan …………….

  44 4.2. Pembahasan …………………………………….

  52

  4.1.1. Pengaruh Volume Tabung Udara Terhadap Volume Pemompaan ………………………………...

  52

  4.2.2. Pengaruh Volume Tabung Udara Terhadap Tinggi Pemompaan ………………..………………..

  52

  4.2.3. Pengaruh Volume Tabung Udara Terhadap Efisiensi D’ Aubuisson …………………………….....

  53

  4.2.3. Pengaruh Volume Tabung Udara Terhadap Efisiensi

  Pompa........... …………………………….....

  53 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ……………………..

  54 5.1. Kesimpulan ……………………………………...

  54 5.2. Saran …………………………………………….

  54 DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………

  56

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Ukuran Panjang Pipa Berdasarkan Variasi Diameter …............... 17Tabel 4.1 Volume Tabung Udara 2,7 liter Tanpa Kran ….........…………... 31Tabel 4.2 Volume Tabung Udara 2,7 liter Dengan Kran Terbuka 90

  ˚ ……………………………………………………………………………... 31

Tabel 4.3 Volume Tabung Udara 2,7 liter Dengan Kran Terbuka 60

  ˚ ……………………………………………………………………………... 32

Tabel 4.4 Volume Tabung Udara 2,7 liter Dengan Kran Terbuka 30

  ˚ ……………………………………………………………………………... 32

Tabel 4.5 Volume Tabung Udara 1,8 liter Tanpa Kran ……………............ 32Tabel 4.6 Volume Tabung Udara 1,8 liter Dengan Kran Terbuka 90

  ˚ ……………………………………………………………………………... 32

Tabel 4.7 Volume Tabung Udara 1,8 liter Dengan Kran Terbuka 60

  ˚ ……………………………………………………………………………... 33

Tabel 4.8 Volume Tabung Udara 1,8 liter Dengan Kran Terbuka 30

  ˚ ……………………………………………………………………………... 33 Tabel 4.9 Volume Tabung Udara 1,4 liter Tanpa Kran .......................

  33 Tabel 4.10 Volume Tabung Udara 1,4 liter Dengan Kran Terbuka 90 ˚

  ……………………………………………………………………………... 33

Tabel 4.11 Volume Tabung Udara 1,4 liter Dengan Kran Terbuka 60

  ˚ ……………………………………………………………………………... 34

Tabel 4.12 Volume Tabung Udara 1,4 liter Dengan Kran Terbuka 30

  ˚ ……………………………………………………………………………... 34

Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 2,7 liter Tanpa Kran

  ……………………………………………………………………………... 38

Tabel 4.14 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 2,7 liter Dengan Kran

  Terbuka 90 ˚ ……………………………………………………………… 38

Tabel 4.15 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 2,7 liter Dengan Kran

  Terbuka 60 ˚ ……………………………………………………………… 38

Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 2,7 liter Dengan Kran

  Terbuka 30 ˚ ……………………………………………………………… 39

Tabel 4.17 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 1,8 liter Tanpa Kran

  ……………………………………………………………………………. 39

Tabel 4.18 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 1,8 liter Dengan Kran

  Terbuka 90 ˚ ………………………………………………………………. 39

Tabel 4.19 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 1,8 liter Dengan Kran

  Terbuka 60 ˚ ……………………………………………………………… 40

Tabel 4.20 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 1,8 liter Dengan Kran

  Terbuka 30 ˚ ……………………………………………………………… 40

Tabel 4.21 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 1,4 liter Tanpa Kran

  ……………………………………………………………………………. 40

Tabel 4.22 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 1,4 liter Dengan Kran

  Terbuka 90 ˚ ………………………………………………………………. 41

Tabel 4.23 Hasil Perhitungan Volume Tabung Udara 1,4 liter Dengan Kran

  Terbuka 60 ˚ ……………………………………………………………… 41

Tabel 4.24 Hasil Perhitungan Tinggi Volume Tabung Udara 1,4 liter Dengan Kran

  Terbuka 30 ˚ ……………………………………………………………… 41

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Periode 1 – 2 ………………………………………………… 8Gambar 2.2. Periode 3 – 4 ………………………………………………… 9Gambar 2.3. Periode 5 …………………………………………………….. 10Gambar 2.4. Diagram Satu Siklus Kerja Pompa Hidram (Watt 1974) ……. 11Gambar 2.5. Lubang Udara ………………………………………………... 16Gambar 3.1. Skema Pompa Hidram ………………………………………. 20Gambar 3.2. Rumah Pompa ……………………………………………….. 21Gambar 3.3. Batang Katup Limbah ……………………………………….. 22Gambar 3.4. Rumah Katup Limbah ……………………………………….. 22Gambar 3.5. Tabung Udara ………………………………………………... 23Gambar 3.6. Katup Hantar ………………………………………………… 23

  

DAFTAR GRAFIK

Gambar 4.1. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tabung Udara (Tanpa Kran)

  …………………………………………………………………………...… 44

Gambar 4.2. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tabung Udara (Kran 90

  ˚) ……………………………………………………………………………... 44

Gambar 4.3. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tabung Udara (Kran 60

  ˚) ……………………………………………………………………………... 45

Gambar 4.4. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tabung Udara (Kran 30

  ˚) ……………………………………………………………………………... 45

Gambar 4.5. Grafik Tinggi Pemompaan (Hd) Vs Tabung Udara (Tanpa Kran)

  ……………………………………………………………………………... 46

Gambar 4.6. Grafik Tinggi Pemompaan (Hd) Vs Tabung Udara (Kran 90

  ˚) ……………………………………………………………………………... 46

Gambar 4.7. Grafik Tinggi Pemompaan (Hd) Vs Tabung Udara (Kran 60

  ˚) ……………………………………………………………………………... 47

Gambar 4.8. Grafik Tinggi Pemompaan (Hd) Vs Tabung Udara (Kran 30

  ˚) ……………………………………………………………………………... 47

Gambar 4.9. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tabung Udara (Tanpa Kran)

  ……………………………………………………………………………... 48

Gambar 4.10. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tabung Udara (Kran 90

  ˚)

  ……………………………………………………………………………... 48

Gambar 4.11. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tabung Udara (Kran 60

  ˚) ……………………………………………………………………………... 49

Gambar 4.12. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tabung Udara (Kran 30

  ˚) ……………………………………………………………………………... 50

Gambar 4.13 Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tabung Udara (Tanpa Kran,

  Kran Terbuka 90 ˚, 60˚, 30˚) ……………………………………………….. 50

Gambar 4.14 Grafik Tinggi Pemompaan (Hd) Vs Tabung Udara (Tanpa Kran,

  Kran Terbuka 90 ˚, 60˚, 30˚) ……………………………………………….. 51

Gambar 4.15 Grafik D’Aubuisson (çD) Vs Tabung Udara (Tanpa Kran, Kran

  Terbuka 90 ˚, 60˚, 30˚) ……………………………………………………... 51

Gambar 4.15 Grafik Efisiensi (  ) Vs Tabung Udara (Tanpa Kran, Kran Terbuka

  90 ˚, 60˚, 30˚) ……………………………………………………... 52

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang masalah

  Air merupakan kebutuhan mutlak bgi kelangsungan kehidupan, tanpa air tidak akan ada kehidupan di dunia ini. Khususnya untuk daerah-daerah yang berdekatan dengan sumber air atau lokasinya berada di bawah mata air, kebutuhan air tidak menjadi masalah sedangkan untuk daerah yang berada lebih tinggi daripada sumber air, akan mengalami kesulitan untuk mendapatkan pasokan air secara kontinu.

  Salah satu upaya untuk memenuhi kebutuhan akan air, terutama di lokasi yang posisinya lebih tinggi daripada mata air adalah menggunakan pompa air.

  Jenis pompa air yang biasa digunakan saat ini adalah pompa air bertenaga motor listrik yang menggunakan bahan bakar minyak (bensin atau solar). Untuk daerah perkotaan kebutuhan bahan bakar minyak tidak terlalu menjadi masalah. Sementara itu, di daerah pedesaan atau terpencil keberadaan bahan bakar minyak sangat langka, seandainya ada harganya pun sangat mahal. Untuk mengatasi masalah inilah timbul pemikiran untuk menciptakan pompa air tanpa tenaga motor listrik sehingga tidak memerlukan bahan bakar minyak, maka penggunaan pompa hidraulik ram yang sangat sederhana dan menguntungkan dibandingkan pompa lain yang tersedia dipasaran karena pompa hidraulik ram tidak membutuhkan energi listrik, bahan bakar minyak, tidak membutuhkan pelumasan, biaya

  2 pembuatan dan pemeliharaannya murah, bahan untuk membuat alat ini juga dapat diperoleh dengan mudah yang paling penting yaitu tidak membutuhkan ketrampilan teknik tinggi dalam proses pembuatannya sehingga masyarakat dapat membuat, mengoperasikan dan memelihara pompa hidraulik ram tanpa mengalami kesulitan.

  1.2 Rumusan Masalah

  Unjuk kerja pompa hidram dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain yaitu volume tabung udara. Oleh karena masih kurangnya penelitian terhadap pengaruh volume tabung udara terhadap unjuk kerja pompa hidram, dengan demikian diperlukan penelitian mengenai pengaruh volume udara untuk menambah literatur yang ada dan ilmu pengetahuan.

  1.3 Tujuan Penelitian

  Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh volume tabung udara terhadap unjuk kerja pompa hidram sehingga dalam perancangan dapat diketahui ukuran volume tabung yang menghasilkan debit dan efisiensi maksimum.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

  Artikel, jurnal, maupun pada buku-buku yang penulis temukan banyak yang membahas mengenai pengaruh volume tabung udara dan beban katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hidram. Penelitian Pompa Hidram di Indonesia yang penulis temukan adalah Jahja Hanafie (1974) Mempelajari pengaruh tinggi terjun air dan tinggi permukaan air dalam tangki pemasukan terhadap tinggi pemompaan dari efisiensi pada hidrolik ram automatik.

  Pompa Hidram pada tahun 1772 digagas John Whitehurst. Tetapi belum diterapkan menjadi sebuah mesin. Pada akhirnya penemu Perancis Joseph Montgolfier, sukses membuat Pompa Hidram. Kemudian pada awal abad 19 disempurnakan lagi oleh Green dan Carter sehingga menjadi semakin efisien.

  Pemakaian Pompa Hidram di Indonesia sudah lumayan banyak ditemukan di Indonesia. Terdapat Pompa Hidram yang telah bekerja sebelum perang dunia kedua dan sampai sekarang masih beroprasi, yaitu terdapat di dekat Pelabuhan Ratu, Jawa Barat.

  Pompa Hidram merupakan gabungan dari kata hidro = air (cairan), ram = hantaman, pukulan atau tekanan, sehingga diterjemahkan menjadi pompa tenaga hantaman air atau cairan. Pompa Hidram adalah pompa yang tenaga penggeraknya berasal dari tekanan atau hantaman air yang masuk ke dalam rumah

  4 pompa melalui pipa. Masuknya air atau cairan ke dalam pompa harus berjalan secara terus menerus. Karena pompa ini bekerja tanpa memerlukan BBM (Bahan Bakar Minyak) atau tanpa motor listrik maka disebut juga “Pompa Air Tanpa Motor” (Motorless Water Pump). Pompa Hidram mempunyai kemampuan memindahkan air dari sumber air, sungai, danau, ataupun kolam ketempat yang lebih tinggi dari pada sumber air semula.

  Pompa Hidram bekerja berdasarkan proses perubahan momentum (impuls) dan sifat air yang inkompresibel. Pompa Hidram dibagi menjadi 2 Tipe yaitu :

• Sistem Pegas - Sistem Beban Pompa Hidram yang digunakan dalam penelitian penulis menggunakan sistem beban.

2.2. Dasar Teori

  Air secara alamiah mengalir dari suatu tempat, menuju ke tempat yang lebih rendah. Apabila air terjun tersebut dilewatkan melalui saluran pipa, dapat diketahui adanya kecepatan alir air. Jika ujung pipa tersebut ditutup secara mendadak, berarti kita memberikan perubahan kecepatan aliran air.

  Persamaan yang digunakan untuk menghitung tekanan yaitu: P =

  ρ air x g x h

  5 Besarnya kecepatan aliran air (v) dapat ditunjukan dari hukum kekekalan energi :

  Energi Potensial = Energi Kinetik mgh = ½ mv

  2

  v =

  gh 2 ................................ (1)

  dengan : m = Massa air (kg) g = Percepatan grafitasi (9,82m/s

  2

  ) h = Ketinggian air (m) v = Kecepatan aliran air (m/s)

  Secara fisis terlihat bahwa besarnya kecepatan tergantung dari besarnya beda tinggi air jatuh (h).

  Jika kecepatan pada saat t = t

  1 adalah v 1 dan saat t = t 2 adalah v 2 maka

  perubahan momentum dapat dituliskan sebagai : F (t

  2 -t 1 ) = mv 2 – mv 1 ...................... (2)

  F (t

  2 -t 1 ) = Perubahan Momentum

  Perubahan momentum lazim disebut sebagai impuls. Dengan demikian pompa hidram bekerja menurut azas perubaan momentum (impuls). Perubahan kecepatan alir air ditunjukan pada saat terbuka dan tertutupnya katup limbah.

  6

2.2.1 Siklus Pompa Hidram

  Mekanisme kerja Pompa Hidram adalah melipatgandakan kekuatan pukulan air pada tabung udara. Cara kerja Pompa Hidram dimulai dari air yang turun dari reservoir yang memiliki ketinggian. Air melalui pipa dengan cepat masuk ke rumah pompa. Karena katup limbah yang berada dalam pompa awalnya terbuka, maka gerakan air dari reservoir tadi akan terpancing dan terbuang melalui katup limbah. Kecepatan aliran air pipa masukan semakin bertambah secara bertahap. Dengan air dari reservoir yang mengalir terus menerus, maka tekanan dalam rumah pompa akan meningkat. Ketika air yang mengalir tersebut mencapai kecepatan yang memiliki gaya tekan yang sanggup mengangkat beban katup limbah, maka membuat katup limbah segera tertutup, kecepatan aliran air pipa masukan mencapai maksimal. Setelah katup pembuangan tertutup, maka akan terjadi palu air dan air akan mulai mengalir menuju ketabung udara melalui klep hantar, kecepatan aliran air pipa masukan berkurang dengan cepat.

  Air yang bertekanan ini akan menekan udara dalam tabung udara. Karena udara bersifat kompresibel maka volume udara akan mengecil akibat tekanan air.

  Klep hantar dari tabung udara akan menutup ketika udara yang ada di dalam mulai menekan akibat tekanan yang mulai naik. Maka udara akan menekan air ke pipa keluaran menuju bak penampungan, tekanan udara pada tabung udara yang semakin besar juga membuat klep hantar tertutup. Pada saat klep hantar menutup tekanan dalam rumah pompa menjadi lebih kecil dari sebelumnya. Kerena berat katup limbah, dan juga hisapan dari tekanan rumah pompa tersebut, maka katup limbah akan turun dan membuka celah untuk keluarnnya air sehingga air akan

  7 mengalir melalui katup limbah. Tekanan dari rumah pompa yang mengecil tersebut juga memacu air yang mengalir dari reservoir, dengan kecepatan yang secara bertahap akan bertambah. Hal ini akan membuat hantaman air baru di dalam rumah pompa. Hantaman tersebut akan kembali mengangkat klep limbah dan mengalirkan air ke katup hantar. Demikian siklus berlangsung secara terus menerus, asalkan reservoir tidak kekurangan suplai air. Pompa Hidram tidak menggunakan sumber energi dari luar untuk bekerja. Pompa Hidram menggunakan pukulan atau hantaman air itu sendiri sebagai tenaga penggeraknya.

  Karena itu, masuknya air kedalam ruang pompa harus secara kontinu.

  Keseluruhan siklus berulang sekitar 40-120 siklus per menit, tergantung penyetelan katup.

  Siklus Pompa Hidram dibagi dalam 5 periode yaitu : A. Periode 1.

  Kecepatan air melalui ram mulai bertambah, air melalui katup limbah yang sedang terbuka, timbul sedikit hisapan pada rumah pompa untuk menghisap air dari reservoir.

  B. Periode 2.

  Aliran bertambah sampai maksimum melalui katup limbah yang terbuka dan tekanan dalam pipa pemasukan juga bertambah secara bertahap.

  8

Gambar 2.1. Periode 1 – 2 C. Periode 3.

  Katup limbah mulai menutup akibat dorongan air. Air semakin sulit untuk keluar melalui katup limbah dengan demikian menyebabkan naiknya tekanan dalam Pompa Hidram. Kecepatan aliran dalam pipa pemasukan telah mencapai maksimum.

  D. Periode 4.

  Katup limbah tertutup, menyebabkan terjadinya palu air (water hammer) yang mendorong air melalui katup penghantar. Kecepatan aliran pipa pemasukan berkurang dengan cepat.

  9

Gambar 2.2. Periode 3 – 4

  E. Periode 5 Denyut tekanan terpukul kedalam pipa pemasukan pada periode 4 menyebabkan timbulnya hisapan kecil yang diakibatkan berkurangnya tekanan pada rumah pompa. Pada waktu yang sama katup penghantar menutup dan katup limbah mulai terbuka karena hisapan tersebut dan juga karena beratnya sendiri.

  Air mulai mengalir lagi melalui katup limbah dan siklus Pompa Hidram terulang kembali.

  10

Gambar 2.3. Periode 5

  11

Gambar 2.4. Diagram satu siklus kerja Pompa Hidram (Watt 1974)

  Dalam proses pemompaan oleh Pompa Hidram terbagi dua jenis aliran yaitu aliran yang berguna dan aliran yang tidak terpompa. Aliran yang berguna adalah aliran air yang dipompa oleh pompa hidram menuju tempat yang lebih tinggi dari sumber air. Air tersebut kemudian ditampung dalam sebuah bak untuk diukur debitnya. Aliran air yang tidak dapat terpompa adalah air yang terbuang melalui katup limbah dan lubang udara.

  12 Untuk menentukan unjuk kerja pompa hidram digunakan rumus

  D’Aubuisson

  Q xH _{d d} ÇD = x 100 % …………………………………… (3)  Q  Q  H _{d b s}

  Dengan :

  ÇD = Efisiensi D’ Aubuisson dari pompa (%) Q = Kapasitas pompa yang dihasilkan tiap siklus (liter/menit) d

  

Q b = Kapasitas yang terbuang tiap siklus (liter/menit)

= Volume katup limbah + Volume lubang udara (liter/menit)

H d = Head pemompaan (m) H s = Head suplai (m)

  Perhitungan dalam menghitung tekanan pemompaan oleh pompa hidram digunakan rumus : p air x g x H d …………………………………………… (4)

  = ρ

  Dengan : p = Tekanan pemompaan (kPa)

  3

  = 1000 (kg /m )

  air

  ρ

  2

  g = ”gravitasi bumi” 9,8 (m/s ) H d = Tinggi pemompaan (m)

  = Head angkat + Head tambahan (m) Head angkat = Air yang terpompa, diukur mulai dari lubang manometer pada pipa pemompaan

  13 Head tambahan = Jarak katup hantar dan manometer

  Untuk menghitung berapa daya pemompaan menggunakan rumus :

  air x g x Q x H ………………..………………………… (5)

  P = ρ Dengan : P = Daya Pemompaan (Joule)

  3

  = 1000 (kg /m ) ρ air

  2

  g = gravitasi bumi (10 m/s )

  

3

Q = Debit (m /s)

  H = Head (meter) Untuk menghitung efisiensi yang didapat dari daya Pompa Hidram menggunakan rumus :

  P _out x 100 % ………………..…………… (6) η Pompa Hidram = P _in

2.2.2 Rancangan Pompa Hidram

1. Katup Limbah

  Merupakan tempat keluarnya air yang berfungsi memancing gerakan air yang berasal dari reservoir, sehingga dapat menimbulkan aliran air yang bekerja sebagai sumber tenaga pompa. Katup ini merupakan pengatur terjadinya perubahan kecepatan alir air sehingga timbul impuls. Pada posisi terbuka, air mengalir keluar dari kecepatan nol hingga mencapai kecepatan maksimum yang bisa ditimbulkan oleh sumber air. Pada posisi tertutup air tidak dapat mengalir, ini sama artinya dengan kecepatan alir air sama dengan nol. Katup limbah merupakan satu bagian penting dari Pompa Hidram dan harus dirancang dengan baik sehingga

  14 berat dan langkahnya dapat disesuaikan. Katup limbah dengan tegangan yang berat dan jarak antara lubang katup dengan karet katup cukup jauh, memungkinkan kecepatan aliran air dalam pipa pemasukan lebih besar, sehingga pada saat katup limbah menutup, terjadi energi tekanan yang besar dan menimbulkan efek palu air. Katup limbah yang ringan dan gerakannya pendek akan memberikan pukulan atau denyutan lebih cepat dan menyebabkan hasil pemompaan lebih besar pada head yang rendah. Penelitian mengenai bentuk terbaik dari katup limbah masih belum mendapat perhatian. Beberapa model hidraulik ram komersil telah menggunakan jenis katup limbah yang telah dilengkapi dengan per tetapi belum diketahui apakah hal tersebut meningkatkan efisiensi Pompa Hidram.

  Pengaturan impuls yang ditimbulkan akibat terbuka-tertutupnya katup ditentukan oleh besarnya : a. gaya berat bandul pemberat,

  b. jarak bukaan katup (langkah katup) Besarnya berat beban pemberat dapat diatur dengan memperhatikan :

  a. Besarnya gaya dorong dinamik, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh adanya aliran air di dalam pipa.

  b. Gaya dorong statik, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh berat air pada saat air tidak mengalir di dalam pipa.

  Dengan demikan beban pemberat harus dapat memenuhi pertidaksamaan :

  15 F s < F b < F d …………………………… (6)

  Dimana : F s = gaya dorong statik F b = berat beban pemberat F d = gaya dorong dinamik

  Besarnya berat beban pemberat adalah lebih kecil dibanding besar gaya dorong dinamiknya dan lebih besar dibanding besar gaya dorong statiknya.

2. Tabung udara

  Tabung ini berfungsi untuk memperkuat tekanan dinamik, sehingga mampu mengangkat air ke pipa keluaran. Tabung ini berfungsi sebagai pengumpul energi potensial yang telah diubah menjadi tekanan udara. Kebocoran dinding tabung dapat mengakibatkan tidak berfungsi atau bekerja Pompa Hidram. Ruang udara dibuat untuk memampatkan udara yang dipakai untuk mendorong air naik ke bak penampung. Udara yang terkompresi memungkinkan aliran air secara tetap melalui pipa penghantar. Jika ruang udara penuh air, Pompa Hidram akan bergetar keras dan dapat mengakibatkan tabung udara pecah. Jika hal ini terjadi Pompa Hidram harus dihentikan dengan segera. Penelitian Pompa Hidram yang telah dilakukan mengenai volume tabung menyarankan bahwa volume ruang udara harus sama dengan volume air dalam pipa penghantar atau lebih besar.

  16

  3. Katup Hantar

  Katup yang mengahantarkan air dari rumah pompa ke tabung udara, serta menahan air yang telah masuk agar tidak kembali masuk ke rumah pompa. Bagian ini bekerja karena perbedaan tekanan antara tabung udara dan rumah pompa. Katup hantar dikatakan sempurna jika dapat menutup dengan baik tanpa adanya kemungkinan untuk bocor. Katup penghantar harus mempunyai lubang yang besar sehingga memungkinkan air yang dipompa memasuki ruang udara tanpa hambatan pada aliran. Katup ini dapat dibuat dengan bentuk yang sederhana yang dinamakan katup searah (non return). Katup ini dibuat dari karet kaku.

  4. Lubang Udara

Gambar 2.5. Lubang Udara

  Udara yang tersimpan dalam ruang udara dihisap perlahan-lahan oleh turbulensi air yang masuk melalui katup penghantar dan hilang ke dalam pipa penghantar. Udara ini harus diganti dengan udara baru melalui lubang udara. Lubang udara harus disesuaikan sehingga mengeluarkan semprotan air yang kecil setiap terjadi denyutan kompresi. Jika lubang udara terbuka terlalu besar maka ruang udara terisi dengan udara dan

  17 Pompa Hidram akan memompa udara. Jika katup kurang terbuka sehingga tidak memungkinkan masuknya udara yang cukup banyak, maka ram akan bergetar. Keadaan ini harus diperbaiki dengan memperbesar lubang udara.

5. Pipa Air Masuk

Tabel 2.1. Ukuran panjang pipa berdasarkan variasi diameter

  6

  a. Tidak lebih dari 1000 kali diameternya , dan b. Tidak kurang dari 150 kali diameternya.

  Edition (Montgomery, D.C., 1997 : 5) Panjang pipa masukan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

  th

  Design and Analysis of Experiments 4

  80 100 15 100

  12

  80

  50

  40 50 7,5

  40

  Diameter Pipa Masuk (mm) Panjang (meter) Minimum Maksimum

  Pipa air masuk lebih baik tidak menggunakan pipa fleksibel untuk memaksimalkan efisiensi. Untuk mengurangi head loss akibat gesekan dalam pipa maka panjang pipa mempunyai batas minimamum dan maksimum.

  25 30 4,5

  4

  25

  20

  3

  20

  13

  2

  13

  30

  18

  6. Jalur Sumber Air

  Jalur sumber air harus dirancang agar terbebas dari lumpur, pasir, dan pengotor lain. Bila sumber air kotor maka di depan pipa masuk dibuat kolam pengendapan dan diujung pipa dipasang penyaring. Sumber air yang akan dipompakan harus mampu menyediakan minimal 7 kali lebih banyak dari jumlah air yang akan dipompa. Air tersebut harus bebas dari pengotor seperti lumpur dan pasir agar tidak mengganggu kinerja dari Pompa Hidram. Perubahan musim harus ikut dipertimbangkan karena aliran sumber mata air atau sungai sangat berubah dalam musim-musim yang berbeda.

  7. Bak Penampung Bak penampung berfungsi untuk menampung hasil pemompaan.

  Kapasitas tampung dapat direncanakan dan diperhitungkan sesuai dengan kapasitas pompa hidram dan kebutuhan konsumen setiap hari. Kapasitas tampung maksimal bak penampung untuk 24 jam adalah 50% dari kebutuhan konsumsi. Jika air yang dipompa oleh hidram dipergunakan untuk kebutuhan seharih-hari terutama untuk minum, air tersebut harus diproses terlebih dahulu, agar sesuai dengan standar air sehat dan siap minum.

BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN

3.1. Bahan Penelitian

  Pompa Hidram yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari bahan dan material berupa : a. Elbow 1.5 inci ,dan 0.5 inci,

  b. Tee 1,5 inci dan ¾ inci,

  c. Double Niple 1,5 inci,

  d. Knee 1,5 inci,

  e. Pipa air (besi) 3 inci, 40 cm,

  f. Sok 0,5 inci,

  g. Besi Beton,

  h. Besi Siku, i. Besi Plat, j. Ring, Mur, Baut 12 mm dan 6 mm, k. Verlop ring ¾ inci x ½ inci, l. Pen seker diameter 12 mm, m. Untuk bagian klep menggunakan karet ban kendaraan bermotor.

  Air yang digunakan sebagai fluida kerja berasal dari sistem saluran lokal yang ada di Laboratorium Konversi Energi Fakultas Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  20

Gambar 3.1 Skema Pompa Hidram

  Bagian-bagian pompa hidram :

  1. Kran

  2. Bak Pemompaan

  3. Reservoir

  4. Pipa Penghantar

  5. Pipa Masukan

  6. Manometer

  7. Tabung Udara

  8. Beban

  9. Katup Limbah

  10. Lubang Udara

  11. Rumah Pompa

  21

3.2 Alat Penelitian

  Pompa Hidram yang digunakan untuk penelitian dibuat secara bersama- sama dalam kelompok Tugas Akhir Rekayasa Tenaga Air. Peralatan penelitian yang berupa Pompa Hidram ini dapat dikelompokkan menjadi beberapa bagian sebagai berikut :

1. Rumah Pompa.

Gambar 3.2. Rumah Pompa

  Merupakan ruang utama tempat terjadinya proses pemompaan dan merupakan titik temu dari komponen-komponen lainnya.

  Rumah pompa terdiri dari elbow ; tee ; double nepel ; knee berukuran 1,5 inci ; dan 2 buah besi siku berukuran 5 cm x 5,9 cm.

  22