PRESTASI POMPA HYDRAULIC RAM DENGAN VARIASI TINGGI ANGKAT KATUP LIMBAH

PRESTASI POMPA HYDRAULIC RAM DENGAN

VARIASI TINGGI ANGKAT KATUP LIMBAH

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh:

ANDREAS WILLIAM MANDAGI NIM : 035214009

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

THE HYDRAULIC RAM PUMP PERFORMANCE

WITH WASTE VALVE STROKE HEIGHT

VARIATION

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of The Requrement as

to Obatain The Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By:

ANDREAS WILLIAM MANDAGI

Student Number : 035214009

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

Karya ini kupersembahkan untuk

Tuhan-ku Yesus kristus

Opa-Oma,Papa-Mama,Prill, Toni,Yosi,

Dosen TM FST Sadhar,

Temen2 TM’2003, Farmasi ’02,

Psi ’03, Cew2 P.mat ‘02,Temen2 Sunrise,

jl.Pepaya, jl.Sukun, Asmi, Atma,Unika,

GKKD , Suzana Joke, Kondilati, DMKC,

P.O.W, Cybernet, CAM’s, Anak Adam

Team Football FST, Temen2 UPPC,

Burjo Komeng, Kost Kumpow, KMTM,

Don Khambali, Kontrakan ’04

Almamater

Jadilah Garam dan Terang Dunia…

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 hidrolik adalah solusinya karena pompa ini tidak memerlukan tenaga listrik ataupun BBM. Pompa hidram dapat bekerja secara kontinu 24 jam sehari. Pompa hidram mempunyai keunggulan murah dan mudah cara pembuatannya.

Eksperimen ini dibuat untuk mengetahui prestasi pompa hidram menggunakan variasi tinggi angkat katup dan variasi tinggi output. Pompa hidram yang dipergunakan pada eksperimen ini mempunyai pipa masukan dengan diameter 1,5 inci dan pipa keluaran dengan diameter 0,5 inci. Variasi dari tinggi angkat katup adalah 1,1 cm; 1,2 cm; 1,3 cm; 1,4 cm; 1,5 cm.

Eksperimen ini menunjukan debit maksimum, dan efisiensi maksimum dicapai pada tinggi angkat katup sebesar 1,1 cm, Efisiensi pompa maksimum sebesar 27,91 % dan debit maksimum pompa hidram sebesar 6,425 liter/menit. Tinggi pemompaan maksimum yang dihasilkan pompa hidram adalah 6,839 meter, saat bukaan kran 30

˚ dan tinggi angkat katup 1,2 cm ; 1,4cm ; dan 1,5cm.

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, 15 Maret 2008 Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………………………….... i TITLE PAGE ……………………………...…………………….... ii

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ……………….… iii

HALAMAN PENGESAHAN …………………………………….. iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ..……………………………….... v

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

INTISARI …………………………………………………………. viii KATA PENGANTAR ..…………………………………………… ix

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

DAFTAR TABEL ………………………………………………… xiv

DAFTAR GAMBAR …………………………………………….... xviii BAB I PENDAHULUAN ………………………………....

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

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 ………………..

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

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

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

3.3. Sarana Penelitian ………………………………. 24 3.4. Penyetelan Pompa Hidram ……………………..

3.5. Persiapan Penelitian ……………………………

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

27 3.7. Kesulitan Penelitian di Laboratorium ………….

28 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ….. 30 4.1. Perhitungan Tinggi Angkat Air ………………..

4.1.1. Hasil Penelitian ……………………… 31

4.1.2. Perhitungan ………………………….. 36 4.1.3. Grafik Hasil Perhitungan …………….

4.2. Pembahasan ……………………………………. 58

4.1.1. Pengaruh Tinggi Angkat Terhadap Volume Pemompaan ………………………………...

4.2.2. Pengaruh Tinggi Angkat Terhadap Tinggi Pemompaan ………………..………………..

4.2.3. Pengaruh Tinggi Angkat Terhadap Efisiensi D’ Aubuisson …………………………….....

4.2.4 Pengaruh Tinggi Angkat Terhadap Efisiensi Pompa Hidram……………………………….

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………….. 63

5.1. Kesimpulan ……………………………………...

63 5.2. Saran …………………………………………….

64 DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Ukuran Panjang Pipa Berdasarkan Variasi Diameter …............... 17Tabel 4.1 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Tanpa Kran ……………... 31Tabel 4.2 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Dengan Kran Terbuka 90

˚ ……………………………………………………………………………... 31

Tabel 4.3 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Dengan Kran Terbuka 60

˚ ……………………………………………………………………………... 32

Tabel 4.4 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Dengan Kran Terbuka 30

˚ ……………………………………………………………………………... 32

Tabel 4.5 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Tanpa Kran ……………... 32Tabel 4.6 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Dengan Kran Terbuka 90

˚ ……………………………………………………………………………... 32

Tabel 4.7 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Dengan Kran Terbuka 60

˚ ……………………………………………………………………………... 33

Tabel 4.8 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Dengan Kran Terbuka 30

˚ ……………………………………………………………………………... 33

Tabel 4.9 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Tanpa Kran ....................... 33Tabel 4.10 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Dengan Kran Terbuka 90

˚ ……………………………………………………………………………... 33

Tabel 4.11 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Dengan Kran Terbuka 60

˚ ……………………………………………………………………………... 34

Tabel 4.12 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Dengan Kran Terbuka 30

˚ ……………………………………………………………………………... 34

Tabel 4.13 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Tanpa Kran ……………. 34Tabel 4.14 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Dengan Kran Terbuka 90

˚ ……………………………………………………………………………... 34

Tabel 4.15 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Dengan Kran Terbuka 60

˚ ……………………………………………………....................................... 35

Tabel 4.16 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Dengan Kran Terbuka 30

˚ ……………………………………………………………………………... 35

Tabel 4.17 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Tanpa Kran ……………. 35Tabel 4.18 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Dengan Kran Terbuka 90

˚ …………………………………………………………………………....... 35

Tabel 4.19 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Dengan Kran Terbuka 60

˚ ……………………………………………………………………………... 36

Tabel 4.20 Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Dengan Kran Terbuka 30

˚ ……………………………………………………………………………... 36

Tabel 4.21 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Tanpa Kran

……………………………………………………………………………... 40

Tabel 4.22 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Dengan Kran

Terbuka 90 ˚ ……………………………………………………………… 40

Tabel 4.23 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Dengan Kran

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

Tabel 4.24 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,1 cm Dengan Kran

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

Tabel 4.25 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Tanpa Kran

……………………………………………………………………………. 42

Tabel 4.26 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Dengan Kran

Terbuka 90 ˚ ………………………………………………………………. 42

Tabel 4.27 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Dengan Kran

Terbuka 60 ˚ ……………………………………………………………… 43

Tabel 4.28 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,2 cm Dengan Kran

Terbuka 30 ˚ ……………………………………………………………… 43

Tabel 4.29 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Tanpa Kran

……………………………………………………………………………. 44

Tabel 4.30 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Dengan Kran

Terbuka 90 ˚ ………………………………………………………………. 44

Tabel 4.31 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Dengan Kran

Terbuka 60 ˚ ……………………………………………………………… 45

Tabel 4.32 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,3 cm Dengan Kran

Terbuka 30 ˚ ……………………………………………………………… 45

Tabel 4.33 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Tanpa Kran

…………………………………………………………………………… 46

Tabel 4.34 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Dengan Kran

Terbuka 90 ˚ ………………………………………………………………. 46

Tabel 4.35 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Dengan Kran

Terbuka 60 ˚ ………………………………………………………………. 47

Tabel 4.36 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,4 cm Dengan Kran

Terbuka 30 ˚ ……………………………………………………………… 47

Tabel 4.37 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Tanpa Kran

…………………………………………………………………………… 48

Tabel 4.38 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Dengan Kran

Terbuka 90 ˚ ……………………………………………………………… 48

Tabel 4.39 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Dengan Kran

Terbuka 60 ˚ ……………………………………………………………… 49

Tabel 4.40 Hasil Perhitungan Tinggi Angkat Katup Limbah 1,5 cm Dengan Kan

Terbuka 30 ˚ ……………………………………………………………… 49

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 ………………………………………………… 24Gambar 4.1. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tinggi Angkat (Tanpa Kran)

…………………………………………………………………………...… 50

Gambar 4.2. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tinggi Angkat (Kran 90

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

Gambar 4.3. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tinggi Angkat (Kran 60

˚) ……………………………………………………………………………... 51

Gambar 4.4. Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tinggi Angkat (Kran 30

˚) ……………………………………………………………………………... 51

Gambar 4.5. Grafik Tinggi Pemompaan (Hd) Vs Tinggi Angkat (Tanpa Kran)Gambar 4.6. Grafik Tinggi Pemompaan (Hd) Vs Tinggi Angkat (Kran 90

˚) ……………………………………………………………………………... 52

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

˚) ……………………………………………………………………………... 53

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

˚) ……………………………………………………………………………... 53

Gambar 4.9. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tinggi Angkat (Tanpa Kran)

……………………………………………………………………………... 54

Gambar 4.10. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tinggi Angkat (Kran 90

˚) ……………………………………………………………………………... 54

Gambar 4.11. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tinggi Angkat (Kran 60

˚) ……………………………………………………………………………... 55

Gambar 4.12. Grafik Efisiensi D’Aubuisson (çD) Vs Tinggi Angkat (Kran 30

˚) ……………………………………………………………………………... 55

Gambar 4.13 Grafik Volume Pemompaan (Qd) Vs Tinggi Angkat (Tanpa Kran,

Kran Terbuka 90 ˚, 60˚, 30˚) ……………………………………………….. 56

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

Kran Terbuka 90 ˚, 60˚, 30˚) ……………………………………………….. 56

Gambar 4.15 Grafik D’Aubuisson (çD) Vs Tinggi Angkat (Tanpa Kran, Kran

Terbuka 90 ˚, 60˚, 30˚) ……………………………………………………... 57

Gambar 4.16 Grafik Efisiensi Pompa Hidram (

η) Vs Tinggi Angkat (Tanpa (TanpanKran, Kran Terbuka 90

˚,60˚,30˚) …………………………………. 57

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang masalah

Air penting perannya dalam memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari manusia. Air digunakan oleh sektor pertanian, perikanan dan peternakan. Dalam perkembangan teknologi air juga digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, dan juga bentuk teknologi yang lain. Khusus untuk daerah-daerah yang berdekatan dengan sumber air atau lokasinya berada dibawah mata air, kebutuhan air tidak terlalu menjadi masalah. Sesuai dengan hukum fisika, air dengan sendirinya akan mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Namun, kenyataannya permukaan tanah tidak selalu rata, ada daerah berbukit – bukit atau bergelombang, daerah yang mempunyai lokasi diatas akan menemui kesulitan mendapatkan pasokan air secara kontinu.

Salah satu upaya untuk memenuhi kebutuhan air, terutama di lokasi yang posisinya lebih tinggi dari mata air adalah menggunakan pompa air. Jenis pompa yang lazim digunakan saat ini adalah pompa air bertenaga motor yang menggunakan listrik atau bahan bakar minyak (solar atau bensin). Untuk daerah pedesaan dan daerah terpencil sering terdapat kesulitan memenuhi ketersediaan listrik dan bahan bakar minyak, bila ada terkadang karena faktor ekonomi, masyarakat pedesaan tidak sanggup membelinya.

Untuk mengatasi masalah ini diciptakan pompa air tanpa memerlukan listrik dan BBM. Hal ini dipenuhi oleh Pompa Hidram sebagai pilihan yang tepat.

Pompa Hidram digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lebih tinggi.

Pompa Hidram digunakan karena pembuatan dan perawatannya mudah, tidak memerlukan pelumasan, tidak memerlukan keterampilan teknik tinggi untuk perawataannya, serta pemeliharaan dan perawataannya relatif murah. Pembuatan pompa hidram dapat dilakukan dengan alat – alat bengkel sederhana.

1.2 Rumusan Masalah

Unjuk kerja pompa hidram dipengaruhi oleh berbagai parameter yaitu beban katup limbah, tinggi angkat katup, volume tabung udara, debit masukan pompa hidram, diameter input air, tinggi pemompaan, besar pompa hidram. Untuk membatasi arah penelitian ini, penulis memilih pengaruh tinggi angkat katup limbah terhadap unjuk kerja Pompa Hidram. Oleh karena masih kurangnya penelitian terhadap pengaruh tinggi angkat katup limbah terhadap unjuk kerja Pompa Hidram, dengan demikian diperlukan penelitian mengenai hal ini untuk menambah literatur yang ada, dan demi menambah wawasan dan ilmu pengetahuan.

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian yang dilakukan bertujuan meneliti pengaruh tinggi angkat katup

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 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 kita ketahui adanya kecepatan alir air. Jika ujung pipa tersebut ditutup secara mendadak, berarti kita memberikan perubahan kecepatan aliran air.

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

Mekanisme kerja Pompa Hidram adalah melipatgandakan kekuatan

Perubahan kecepatan alir air ditunjukan pada saat terbuka dan tertutupnya katup limbah.

1 F (t -t ) : Perubahan Momentum

Besarnya kecepatan aliran air (v) dapat ditunjukan dari hukum kekekalan energi : Energi Potensial = Energi Kinetik mgh = ½ mv

Hasil kali kecepatan dengan massa (air) merupakan momentum. Jika kecepatan pada saat t = t adalah v dan saat t = t adalah v maka perubahan momentum dapat dituliskan sebagai :

h = Ketinggian air (m) v = Kecepatan aliran air (m/s) Secara fisis terlihat bahwa besarnya kecepatan tergantung dari besarnya beda tinggi air jatuh (h).

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

v = (2gh) ................................ (1)

1 Perubahan momentum lazim disebut sebagai impuls. Dengan demikian pompa hidram bekerja menurut azas perubaan momentum (impuls).

2.2.1 Siklus Pompa Hidram

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 mengalir melalui katup limbah. Tekanan dari rumah pompa yang mengecil tersebut juga memacu air yang mengalir dari reservoir, dengan kecepatan yang dalam rumah pompa, hantaman tersebut yang 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, masuknnya 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.

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.

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.

Gambar 2.3. Periode 5Gambar 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 reservoir dan sumber air. Air tersebut kemudian ditampung dalam sebuah bak untuk diukur debitnya. Sedangkan katup limbah dan lubang udara, air tersebut terbuang melalui katup limbah. Air tersebut juga kemudian ditampung untuk diukur debitnya.

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 = x g x H …………………………………………… (4)

ρ air d

Dengan : p = Tekanan pemompaan (kPa)

3 air = 1000 (kg /m )

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

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

Untuk menghitung berapa daya pemompaan menggunakan rumus : P = air x g x Q x H ………………..………………………… (5)

ρ Dengan : P = Daya Pemompaan (Joule)

3 air = 1000 (kg /m )

g = gravitasi bumi (10 m/s )

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

Katup limbah merupakan satu bagian penting dari Pompa Hidram dan harus dirancang dengan baik sehingga 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 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 : F < F < F …………………………… (6) s b d

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

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 dilakukan mengenai volume tabung menyarankan bahwa volume ruang udara harus sama dengan volume air dalam pipa penghantar atau lebih besar.

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 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

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.

Tabel 2.1. Ukuran panjang pipa berdasarkan variasi diameter

Diameter Pipa Masuk (mm) Panjang (meter) Minimum Maksimum 13 2

13 20 3 20 25 4 25 30 4,5 30 40 6 40 50 7,5 50 80 12 80 100 15 100

Design and Analysis of Experiments 4

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

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

6. Jalur Sumber Air

PRESTASI POMPA HYDRAULIC RAM DENGAN VARIASI TINGGI ANGKAT KATUP LIMBAH