PENGARUH VARIASI TEKANAN AWAL UDARA PADA TABUNG TEKAN TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HYDRAM (STUDI KASUS DI DESA CATUR) : Ida Bagus Wiyana Manuaba

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI TEKANAN AWAL UDARA PADA TABUNG TEKAN TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HYDRAM (STUDI KASUS DI DESA CATUR) Oleh Dosen Pembimbing : Ida Bagus Wiyana Manuaba : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Made Suarda, M Eng. Abstrak Pompa hydram merupakan alat untuk mengangkat air dari suatu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi, dengan memanfaatkan energi potensial air. Dalam upaya memaksimalkan kerja dari pompa hydram, dilakukan pengujian pengaruh tekanan awal pada tabung tekan, diharapkan kerja pompa menjadi lebih maksimal. Permasalahannya adalah bagaimanakah pengaruh variasi tekanan awal tabung tekan terhadap unjuk kerja pompa hydram. Dimensi pompa hydram yang diuji yaitu badan pompa berdiameter 6 inch, tabung tekan berdiameter 8 inch, katup tekan tipe membran, ketinggian bak drive 6 meter dan tinggi pemompaan 111 meter. Penelitian ini dilakukan di desa Catur, dengan memvariasikan tekanan awal tabung sebanyak 5 kali yaitu: 2 kg/cm 2, 5 kg/cm 2, 8 kg/cm 2, 11 kg/cm 2, 14 kg/cm 2. Hasil penelitian yang didapat adalah tekanan awal tabung tekan berpengaruh terhadap kapasitas hasil pemompaan (Qd) dan efisiensi pemompaan (Ƞ OA ). Semakin besar tekanan awal tabung yang diberikan maka kapasitas air hasil pemompaan (Qd) dan efisiensi pemompaan (Ƞ OA ) menjadi semakin rendah. Kata kunci : Pompa hydram, tabung tekan, tekanan awal tabung, kapasitas, efisiensi. iv

2 EFFECT OF VARIATION OF INITIAL PRESSURE ON AIR PRESS TUBE TO PERFORMANCE HYDRANT PUMP (CASE STUDY IN CATUR VILLAGE) By Advisor : Ida Bagus Wiyana Manuaba : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Made Suarda, M Eng. Abstract Hydrant pump is a device to lift water from somewhere a lower to higher ground, by utilizing the potential energy of water. In order to maximize the work of hydrant pump, testing the effects of early pressure on the tube press, work is expected to be maximal pump. The problem is how the influence of variations in the initial pressure on the performance of the tube press hydrant pump. Dimensions tested hydrant pump which pumps the body diameter of 6 inch, 8 inch diameter tube press, press valve membrane type, altitude bathtub drive 6 meters high and 111 meters pumping. This research was conducted in the village of Chess, with varying the initial pressure tube 5 times, namely: 2 kg / cm 2, 5 kg / cm 2, 8 kg / cm 2, 11 kg / cm 2, 14 kg / cm 2. The research results obtained are the initial pressure tube press influence the outcome pumping capacity (Qd) and the pumping efficiency (ȠOA). The greater the initial pressure tube, but given the results of water pumping capacity (Qd) and the pumping efficiency (ȠOA) becomes lower. Keywords: hydraulic ram, tube press, the initial pressure tube, capacity, efficiency. v

3 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii KATA PENGANTAR... iii ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat... 7 BAB II LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Bagian-Bagian Pompa Hydram Cara Kerja Pompa Hydram Pompa Hydram Modifikasi Pengertian Pompa Hydram Modifikasi Prinsip Pompa Hydram Modifikasi Konsep Dasar Kapasitas Pompa Hydram Persamaan Kontinuitas Persamaan Energi Kerugian- Kerugian Head Bilangan Reynold Palu Air (Water Hammer) Efisiensi Persamaan Momentum Gaya-gaya Yang Bekerja Pada Katup Limbah Gaya-Gaya Pada Katup Tekan (Tipe Membran) Tabung tekan Pengaruh Tekanan Volume Udara BAB III METODE PENELITIAN Skema Rencana Penelitian Variasi Tekanan Awal Udara Pada Tabung Tekan Bahan dan Peralatan Pengujian Pompa Hydram Pembuatan Bagian Model Test Pompa Hydram Tahap Persiapan Tahap Pengujian Diagram Alir Penelitian BAB IV PEMBAHASAN Data Hasil Pengujian Pengolahan Data vi

4 4.2.1 Kapasitas Air Pemompaan Overflow Pada Bak Penggerak Kapasitas Air Yang Masuk Pipa Penggerak Kapasitas Air Keluar Katup Limbah Kecepatan Aliran Pada Pipa Drive Kecepatan Aliran Pada Pipa Tekan Head Loses Dalam Jalur Pipa Penggerak Head Penggerak Hydram Head Loses Pada Pipa Tekan Head Pipa Tekan Efisiensi Volumetris Efisiensi Hydrolis Efisiensi Total Pengujian Tanpa Penambahan Tekanan Pembahasan BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA DAFTAR LAMPIRAN vii

5 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Data Spesifikasi Produk Elastisitas Karet Ban Tabel 3.1 Bahan Pembuatan System Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Tabel 4.2 Hasil Pengolahan Data Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tabel 4.4 Hasil Pengolahan Data viii

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagian Bagian Pompa Hydram... 9 Gambar 2.2 Instalasi Pompa Hydram Gambar 2.3 Pompa Hydram Dengan Aliran Energi Dari Titik 1 Ke Titik Gambar 2.4. Gaya Gaya Pada Katup Limbah Gambar 2.5 Gaya Gaya Pada Katup Tekan Gambar 2.6 Tabung Tekan Gambar 3.1 Skema Model Test Pompa Hydram Gambar 3.2. Skema Model Tabung Tekan Pompa Hydram Gambar 3.3 Variasi Tekanan Awal Udara Pada Tabung Tekan Gambar 3.4 Pipa Penggerak Gambar 3.5 Badan Pompa Gambar 3.6 Tabung Tekan Gambar 3.7 Katup Limbah Gambar 3.8 Katup Membran Gambar 3.9 Tahap Tahap Pengujian Model Test Pompa Hydram Gambar 4.1 Sistem Pompa Hydram Gambar 4.2 Sistem Pompa Hydram Gambar 4.3 Grafik Hubungan Tekanan Awal Tabung Udara Terhadap Qd Gambar 4.4 Grafik Hubungan Tekanan Awal Tabung Udara Terhadap Qw Gambar 4.5 Grafik Hubungan Tekanan Awal Tabung Udara Terhadap Efisiensi Gambar 4.6 Tekanan Pada Tabung ix

7 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air bersih merupakan kebutuhan paling vital bagi kehidupan manusia untuk keperluan hidup sehari - hari. Bagi masyarakat yang tinggal di daerah pedesaan yang berada di dataran yang lebih tinggi air bersih sangat sulit didapatkan karena berada jauh dan tempatnya berada di dataran yang lebih rendah. Oleh karena itu diperlukan pompa untuk mengalirkan air tersebut ke daerah pemukiman penduduk salah satunya dengan menggunakan pompa hydram. Pompa hydram adalah suatu alat untuk mengangkat air dari suatu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi dengan memanfaatkan energi potensial sumber air yang dialirkan, pompa hydram bekerja secara kontinyu mengalirkan air dari sumber tanpa memerlukan sumber energi luar seperti energi listrik dan bahan bakar. Prinsip kerja pompa hydram yaitu air mengalir dari sumber melalui pipa penggerak ke dalam badan pompa dan keluar melalui katup limbah yang terbuka. Pada tekanan tertentu katup limbah akan menutup dengan sangat cepat akibatnya tekanan akan meningkat di dalam badan pompa, penomena terjadinya kenaikan tekanan yang sangat tinggi ini di kenal sebagai palu air (water hammer) sehingga katup tekan akan terbuka dan air mengalir menuju tabung tekan. Setelah tekanan air diatas katup tekan lebih tinggi dari tekanan statik air pada badan pompa maka katup tekan akan menutup dan aliran air akan berhenti dan bergerak kembali ke pipa penggerak. Hal ini akan mengakibatkan tekanan di dalam badan pompa akan rendah dan akibat beban katup limbah maka katup limbah akan terbuka secara otomatis dan air akan mengalir kembali ke badan pompa. Proses tersebut akan berulang - ulang secara terus menerus. Beberapa penelitian mengenai pompa hydram yang sudah pernah di lakukan oleh mahasiswa Teknik Mesin Universitas Udayana antara lain : Mahfud (2007) melakukan penelitian tentang Kajian ekperimental palu air dengan dan tanpa tabung

8 2 tekan pada pompa hydram. Dari penelitian tersebut didapatkan kesimpulan yaitu pada instalasi pompa hydram, tabung tekan dapat mengurangi besarnya kenaikan tekanan akibat palu air baik pada pipa penghantar maupun pipa penyalur. Pada pipa penghantar kenaikan tekanan yang terjadi tanpa tabung tekan sebesar ,3 N/m 2 sedangkan dengan menggunakan tabung tekan kenaikan tekanan berkurang menjadi ,6 N/m 2. Pada pipa penyalur, instalasi pompa hydram tanpa tabung tekan menghasilkan kenaikan tekanan sebesar N/m 2 sedangkan dengan memakai tabung tekan kenaikan tekanan berkurang menjadi 97796,2 N/m 2. Terjadi penurunan gelombang tekanan dalam pipa penghantar pada pompa hydram dengan tabung tekan. Gelombang tekanan berkurang dari 9029,5 N/m 2 tanpa menggunakan tabung tekan menjadi 2835,5 N/m 2 dengan tabung tekan namun, dalam pipa penyalur gelombang tekanan naik dari 43,1 N/m 2 tanpa menggunakan tabung tekan menjadi 367,7 N/m 2 dengan menggunakan udara. Tabung tekan dapat menurunkan head tekanan dalam pipa penghantar dan menaikan head tekanan dalam pipa penyalur, pada instalasi pompa hydram. Dalam pipa penghantar, head tekanan berkurang dari 0,9m tanpa menggunakan tabung tekan menjadi 0,29m dengan tabung tekan. Dalam pipa penyalur, head tekanan naik dari 0,004 m tanpa menggunakan tabung tekan menjadi 0,03m dengan tabung tekan. Budiarsa (2008) melakukan penelitian tentang Optimasi massa dan panjang langkah katup limbah pada hydram sebagai penggerak pompa torak. Dari penelitian tersebut didapatkan hasil dari perancangan pompa hydram modifikasi adalah sebagai berikut: variabel pipa drive = 4 m, diameter piston = 0,087 m, panjang langkah torak = 0,103 m, diameter pegas = 0,008 m, konstanta pegas = 51567,1 N/m, volume tabung tekan = 0, m 3, kapasitas air keluar katup limbah (Qw) = 0,4 liter/detik, kapasitas pemompaan (Qd) = 0,03 liter/detik, efisiensi volumetris pompa = 6,4 %, efisiensi D-Aubisson = 37,5 %. Pompa hydram modifikasi ini dapat beroperasi, namun kerja dan Peformance yang dihasilkan masih kecil. Peformance pompa pada panjang langkah 17,09 mm dan massa 960 gr adalah kapasitas delivery = 0,6 lt/menit, kapasitan air yang keluar lewat katup limbah = 43,7 lt/menit, Efisiensi volume metris = 1,4%, dan efisiensi D-Aubisson = 8,2%. Hasil yang didapatkan masih sangat kecil dan sangat jauh dari hasil rancangan, ini dikarenakan pergerakan dan setting katup limbah yang belum maksimal sehingga berpengaruh pada tekanan

9 3 pada diafragma, panjang langkah pompa torak, kapasitas pemompaan, dan kapasitas air yang keluar lewat katup limbah. Sanjaya (2008) melakukan penelitian tentang Pengujian model tes pompa torak dengan penggerak hydram. Dari penelitian tersebut didapatkan kesimpulan bahwa katup limbah pada pompa hydram sebagai penggerak pompa torak mampu bekerja serta menghasilkan output berupa air hasil pemompaan, pada pengaturan panjang langkah katup limbah 9 sampai dengan 17 mm dengan massa katup limbah 800 sampai dengan 1900 gram, akan tetapi pada pengaturan panjang langkah 9 sampai dengan 16mm katup limbah dengan massa 1250 gram masih mampu bekerja. Dan pompa torak dengan penggerak hydram akan mampu menghasilkan performance yang optimal pada pengaturan massa 850gram serta panjang langkah katup limbah 17 mm, yaitu dengan efisiensi D-Aubisson sebesar 8.6 %. Asmara (2010) melakukan penelitian tentang Pengujian model tes pompa hydram sebagai penggerak membran pada berbagai variasi gaya pegas pada membran, dari penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk mengangkat air dari suatu sumber dengan memanfaatkan aliran air sungai adalah dengan menggunakan pompa hydram modifikasi, dimana palu air yang dihasilkan oleh katup limbah digunakan untuk menggerakan membran. Berdasarkan data hasil penelitian pada variasi massa katup limbah, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa, model test pompa hydram sebagai penggerak membran yang dibuat dapat bekerja dengan baik. Penambahan massa beban pada katup limbah sangat berpengaruh terhadap kapasitas air pemompaan (Qd), pada pengujian tiap pembebanan 980 gram, 1000 gram, 1020 gram, 1040 gram, 1060 gram, didapat bahwa semakin besar penambahan pembebanan massa katup limbah, maka semakin rendah kapasitas pemompaan (Qd), daya (Pd) dan Efisiensi hasil pemompaan. Begitu juga sebaliknya, semakin kecil pembebanan massa katup limbah maka semakin bertambah kapasitas air yang dipompakan (Qd), diikuti dengan daya air (Pw) dan Efisiensi yang tinggi pula. Hasil Peformansi terbaik terjadi pada massa pembebanan katup limbah 980 gram yaitu dengan kapasitas pemompaan (0,08 liter/menit), dengan daya pemompaan 3,1 watt dan efisiensi 28,3%.

10 4 Purnomo (2010) melakukan penelitian tentang Pembuatan Model Tets Pompa Hydram Sebagai Penggerak Membran, dari penelitian tersebut dapat disimpulkan Setelan pada keaadaan tanpa tekanan, menghasilkan Peforrmansi pompa yang terbaik. Ini berarti fungsi pegas tersebut adalah hanya untuk membantu pengembalian katup limbah ke posisi tertutup. Pada katup membran bekerja gaya berat katup (Fw), gaya pegas (Fs) dan gaya air (Fa). Semakin besar pegas (Fs) dan gaya beratnya tetap, maka dibutuhkan gaya penggerak (Pa) yang besar pula, akibatnya kapasitas pemompaannya menjadi semakin kecil. Berdasarkan data hasil penelitian pada variasi pegas membran, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin besar gaya pegas yang diberikan maka kapasitan yang dihasilkan semakin rendah dan gaya pegas tersebut juga sangat berpengaruh terhadat head, kapasitan air hasil pemompaan (Qd) dan efisiensi. Untuk pengujian pada head penggerak 1,5 meter dan head delivery 4 meter Peformance terbaik pompa terjadi pada gaya pegas 0 N dengan panjang pegas 4 cm yaitu dapat menghasilkan air rata-rata 4,43 liter dalam 1 menit dan performance terburuk pompa terjadi pada gaya pegas 8,19 N dengan panjang pegas 2,5 cm yaitu dapat menghasilkan air rata-rata 0,46 liter dalam 1 menit. Pranata (2011) melakukan penelitian tentang Perencanaan dan pengujian model test katup tekan berbentuk bola pada pompa hydram, dari hasil pengujian dan pembahasan yang telah dilakukan pada penelitian tersebut, maka dapat ditarik kesimpulan yaitu perencanan katup tekan berbentuk bola ini tidak sesuai dengan hipotesa awal. Katup tekan berbentuk bola ini belum mampu berfungsi dengan baik seperti apa yang diharapkan, dimana air hasil pemompaan yang dihasikan masih sangat rendah yaitu 1,2 liter pada ketinggian pemompaan 46,5 meter dibandingkan dengan katup pelat yang mampu menghasilkan 11 liter pada ketinggian yang sama. Dengan ketidak sesuaian ini, maka efisiensi pompa hydram pun tidak mampu ditingkatkan. Hal ini disebabkan oleh energi yang telah dihasilkan sebagiannya kembali masuk ke dalam badan pompa pada saat proses pemompaan masih berlangsung. Sehingga volume air hasil pemompaan yang dihasilkan sangat rendah dan efisiensi pompa pun menurun, yang mana efisiensi pompa tergantung dari volume air yang dihasilkan.

11 5 Sudiarsha (2012) melakukan penelitian tentang Perencanaan pengujian katup membran pada pompa hydram, dari penelitian tersebut di dapat kesimpulan yaitu: katup tekan membran ini mampu berfungsi dengan baik seperti apa yang diharapkan dimana pada ketinggian pemompaan 46,5 meter menghasilkan debit pemompaan sebesar 16 liter/menit, dibandingkan dengan katup pelat dan bola yang hanya mampu menghasikan 11 liter/menit dan 1,2 liter/menit pada ketinggian yang sama. Efisiensi volumetris pompa hydram dengan katup membran mendapatkan hasil yang lebih baik 19,7 % dibandingkan dengan katup pelat dan bola yang hanya menghasilkan 15 % dan 2,6 %. Widiartha (2012) melakukan penelitian tentang Perencanaan sistem air bersih desa belantih dengan implementasi pompa hydram, dari penelitian tersebut didapatkan kesimpulan: pompa yang dibutuhkan dalam sistem air bersih desa belantih adalah pompa hydram dan pompa engine dimana spesifikasi pompa hydram dengan kapasitas 0,6 liter/detik dan head 95 meter, sedangkan spesifikasi pompa engine memiliki kapasitas 1 liter/detik dengan head 99 meter. Pipa transmisi untuk mengalirkan air dari pompa sampai tangki menggunakan pipa PE sepanjang 1500 meter dengan diameter 58 mm. Sedangkan pipa distribusi induk dari tangki ke lokasi - lokasi menggunakan diameter yang berbeda beda sesuai kebutuhan. Gianta (2014) melakukan penelitian tentang Simulasi aliran fluida yang melewati katup tekan berbentuk setengah bola pada pompa hydram dengan menggunakan program fluent. Dari penelitian tersebut didapatkan kesimpulan : semakin besar kecepatan aliran air pada pipa penggerak maka kecepatan aliran air pada pipa penghantar dan kecepatan aliran air pada katup tekan semakin besar juga. Semakin tinggi bukaan katup setengah bola maka kecepatan aliran air pada katup tekan dan kecepatan aliran air pada pipa penghantar semakin kecil. Susilayasa (2015) melakukan penelitian tentang Simulasi aliran fluida yang melewati katup tekan berbentuk bola pada pompa hydram dengan menggunakan program fluent. Dari penelitian tersebut dapat di simpulkan: semakin tinggi kecepatan aliran air pada pipa penggerak maka kecepatan aliran air pada pipa penghantar, kecepatan aliran air pada katup tekan, dan koefisien drag yang dihasilkan akan semakin tinggi. Penurunan kecepatan aliran air yang melewati katup tekan

12 6 hanya terjadi sampai bukaan katup 1,2cm, setelah itu kecepatan cenderung konstan. Hal ini bisa jadi di karenakan efek tekanan balik didalam tabung tekan. Pada bukaan katup tekan 0,6 cm, 1,2 cm, 1,8 cm, 2 cm, 2,4 cm kecepatan aliran air pada pipa penghantar cenderung konstan, sehingga kapasitas air yang mengalir melewati pipa penghantar pada setiap bukaan katup tekan relatif sama. Prasasta (2015) melakukan penelitian tentang Simulasi aliran fluida yang melewati katup tekan berbentuk plat datar pada pompa hydram dengan menggunakan program fluent. Dari penelitian tersebut didapatkan kesimpulan yaitu: semakin tinggi kecepatan aliran fluida pada pipa penggerak maka kecepatan aliran fluida pada pipa penghantar dan aliran fluida pada katup tekan semakin tinggi. Semakin kecil bukaan katup tekan plat datar pada pompa hydram maka koefisien drag yang dihasilkan semakin besar. Semakin tinggi kecepatan aliran fluida pada pipa penggerak maka semakin besar koefisien drag yang terjadi pada katup tekan plat datar. Dari semua penelitian di atas ada variabel variabel yang belum di teliti antara lain, variabel pegas pada katup tekan, variasi diameter lubang katup limbah dan variabel tekanan tabung tekan. Tabung tekan berfungsi untuk menekan air yang terjebak di dalam tabung untuk di alirkan ke pipa penghantar, tabung tekan digunakan untuk memampatkan udara di dalamnya dan untuk menahan tekanan dari siklus pompa hydram. Selain itu, dengan adanya tabung tekan memungkinkan air melewati pipa penghantar secara kontinyu. Karena performa pompa hydram sangat dipengaruhi oleh tabung tekan tersebut sehingga penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang Pengaruh variasi tekanan awal udara pada tabung tekan terhadap unjuk kerja pompa hydram. 1.2 Permasalahan Adapun permasalahan yang akan di bahas adalah bagaimana pengaruh variasi tekanan awal udara pada tabung tekan terhadap unjuk kerja pompa hydram?

13 7 1.3 Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari penelitan ini adalah : 1. Diameter badan pompa 6 inch 2. Diameter tabung tekan 8 inch 3. Panjang pipa penerjun 42 m 4. Diameter pipa penerjun 3 inch 5. Diameter pipa tekan ¾ inch 6. Panjang pipa tekan 600 m 7. Katup tekan yang digunakan tipe membran 8. Pengambilan data diasumsikan pada kondisi steady state 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian yang saya lakukan yaitu untuk mengetahui pengaruh variasi tekanan awal udara pada tabung tekan terhadap unjuk kerja pompa hydram. 1.5 Manfaat Adapun manfaat yang didapat dari penelitian yang saya lakukan yaitu : 1. Menambah pengetahuan tentang pompa hydram khususnya tentang pengaruh variasi tekanan tabung tekan terhadap unjuk kerja pompa hydram. 2. Dapat lebih mendalami ilmu tentang pompa khususnya pompa hydram dan menerapkan ilmu yang telah dipelajari dalam mata kuliah pompa dan kompresor. 3. Memudahkan masyarakat mengambil atau mengangkat air dari sumber air yang letaknya lebih rendah ke pemukiman penduduk yang letaknya lebih tinggi yaitu dengan pompa hydram. 4. Mengetahui cara kerja pompa hydram serta dapat merawat pompa tersebut agar dapat digunakan seterusnya.