PENGARUH VARIASI GAYA PEGAS AWAL PADA KATUP BOLA TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HYDRAM Oleh Dosen Pembimbing : Kadek Oka Naya Mahendra : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Made Suarda, M Eng. Abstrak Salah satu alat untuk mengangkat air dari suatu tempat yang energi lebih rendah ke tempat yang energi lebih tinggi dengan cara merubah energi potensial air menjadi energi kinetik, untuk memaksimalkan kerja pompa hydram, penulis melakukan pengujian pengaruh gaya pegas awal pada katup bola, diharapkan kerja pompa menjadi lebih maksimal. Permasalahan adalah bagaimanakah pengaruh variasi gaya pegas awal pada katup bola terhadap unjuk kerja pompa hydram. Model test pompa hydram yang dibuat yaitu diameter badan pompa 6 inch, diameter tabung tekan 8 inch, katup tekan yang digunakan tipe bola, ketinggian bak drive 6 meter dan tinggi pemompaan 111 meter dari posisi pompa. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan gaya pegas sebanyak 5 kali yaitu 166,48 N, 208,1 N, 249,72 N, 291,34 N, dan 332,92 N Dari penelitian ini di dapat hasil bahwa gaya pegas berpengaruh terhadap kapasitas hasil pemompaan dan efisiensi pemompaan. Gaya pegas 166,48 N sampai 291,34 N, semakin besar gaya pegas berpengaruh terhadap semakin besar kapasitas dan effisiensi pemompaan. Untuk gaya pegas lebih besar 291,34 N kapasitas dan efisiensi pemompaan mengalami penurunan, gaya pegas yang sesuai dengan karakteristik pompa hydram ini adalah 291,34 N, karena gaya pegas tersebut kapasitas dan efisiensi pemompaan terbaik. Kata kunci : Pompa hydram, katup tekan, gaya pegas, kapasitas, efisiensi. iii
THE EFFECT OF VARIATION IN THE INITIAL SPRING FORCE ON THE BALL VALVE ON THE PERFORMANCE HYDRANT PUMP By Advisor : Kadek Oka Naya Mahendra : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Made Suarda, M Eng. Abstract One of the tools to lift water from an energy point of lower to higher plances by changing the water any potential energy into kinetic energy, to maximize employment hydrant pomp, the authors tested the effect of the initial spring force on the ball valve, work is expected to be maximum pump. The problem is how the influence of variations in the initial spring force on the ball valve on the performance hydrant pump. Hydrant pump test models were created, by the diameter of the pump 6 inch, tube press diameter 8 inch, tap valves are used type of ball, altitude basin drive 6 meter high and pumping 111 meter from the position of the pump. this research is done by varying the spring force as much as five times that 166,48 N, 208,1 N, 249,72 N, 291,34 N, and 332,96 N. This research can result in that the spring force affect the result and pumping efficiency. Resiliency 166,48 N to 291,34 N, the greater the spring force affect the capacity and efficiency of pumping. For greater spring force 291,34 N pumping capacity and efficiency decreased, spring force corresponding to the charakteristics of this hydrant pump is 291,34 N, because the spring force pumping capacity and efficiency of the best. Keywords : Hydrant pump, valve tap, resilience, capacity, efficiency. iv
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 4 1.4 Tujuan Penelitian... 4 1.5 Manfaat... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 5 2.1 Tinjauan Pustaka... 5 2.2 Bagian-Bagian Pompa Hydram... 6 2.3 Cara Kerja Pompa Hydram... 7 2.4 Pompa Hydram Modifikasi... 8 2.4.1 Pengertian Pompa Hydram Modifikasi... 8 2.4.2 Prinsip Pompa Hydram Modifikasi... 8 2.5 Konsep Dasar... 9 2.5.1 Kapasitas Pompa Hydram... 9 2.5.2 Persamaan Kontinuitas... 10 2.5.3 Persamaan Energi... 11 2.5.4 Kerugian-kerugian Head... 12 2.5.5 Bilangan Reynolds... 12 2.5.6 Palu Air (Water Hammer)... 13 2.5.7 Efisiensi... 13 2.5.8 Persamaan Momentum... 14 2.6 Gaya-gaya Yang Bekerja Pada Katup Limbah... 14 vi
2.7 Gaya gaya Yang Bekerja Pada Katup Tekan (Tipe Bola)... 15 2.8 Pegas... 16 BAB III METODE PENELITIAN... 17 3.1 Skema Rencana Penelitian... 17 3.2 Bahan dan Peralatan Pengujian Pompa Hydram... 18 3.3 Pembuatan Bagian Model Test Pompa Hydram... 20 3.4 Tahap Persiapan... 24 3.5 Tahap Pengujian... 24 3.6 Diagram Alir Penelitian... 26 BAB IV PEMBAHASAN... 27 4.1 Data Hasil Pengujian... 27 4.2 Pengolahan Data... 27 4.2.1 Konstanta pegas... 27 4.2.2 Gaya pegas... 28 4.2.3 Kapasitas air pemompaan... 28 4.2.4 Overflow pada bak penggerak... 28 4.2.5 Kapasitas air yang masuk pipa penggerak... 29 4.2.6 Kapasitas air keluar katup limbah... 29 4.2.7 Kecepatan aliran pada pipa drive... 29 4.2.8 Kecepatan aliran pada pipa tekan... 30 4.2.9 Head loses dalam jalur pipa penggerak... 30 4.2.10 Head penggerak hydram... 31 4.2.11 Head loses pada pipa tekan... 32 4.2.12 Head pipa tekan... 33 4.2.13 Efisiensi volumetris... 34 4.2.14 Efisiensi hydrolis 34 4.2.15 Efisiensi overall.. 34 4.3 Pembahasan grafik... 35 4.4 Gaya yang terjadi pada katup tekan... 38 BAB V PENUTUP... 40 5.1 Kesimpulan... 40 5.2 Saran... 40 DAFTAR PUSTAKA... 41 vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Bahan Pegas menurut pemakaian... 18 Tabel 3.1 Bahan Pembuatan Sistem... 21 Tabel 3.3 Waktu penelitian... 27 Tabel 4.1 Data hasil pengujian pengaruh variasi gaya pegas pada katup bola. 28 Tabel 4.2 Hasil Pengolahan Data. 35 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagian bagian pompa hydram... 8 Gambar 2.2 Instalasi pompa hydraulic ram... 9 Gambar 2.3 Pompa hydram dengan aliran energi dari titik 1 ke titik 2... 14 Gambar 2.4. Gaya gaya pada katup limbah... 17 Gambar 2.5 Gaya gaya pada Katup Tekan (tipe bola)... 18 Gambar 3.1 Skema model test pompa hydram... 19 Gambar 3.2 Variasi gaya pegas pada katup tekan tipe bola... 20 Gambar 3.3 Pipa penggerak... 22 Gambar 3.4 Badan pompa... 22 Gambar 3.5 Tabung Udara... 23 Gambar 3.6 Katup limbah... 23 Gambar 3.7 Katup tipe bola berpegas... 24 Gambar 3.8 Tahap tahap Pengujian Model Test Pompa Hydram... 26 Gambar 4.1 Sistem pompa hydram... 32 Gambar 4.2 Sistem pompa hydram... 34 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Gaya pegas Terhadap (Qd)... 36 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Gaya pegas Terhadap (Qw)... 37 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Gaya pegas Terhadap Efisiensi (%)... 38 ix
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam kehidupan sehari - hari air bersih sangatlah penting bagi manusia. Sedangkan bagi masyarakat yang berada jauh dari sumber air atau berada pada daerah yang lebih tinggi dari pada sumber air, dapat menggunakan peralatan mekanis untuk menaikan air ke pemukiman, maka di perlukan pompa hydram. Pada umumnya, penggerak utama pompa yang digunakan adalah motor listrik yang memerlukan konsumsi energi listrik. Masalahnya tidak semua daerah telah mendapat aliran listrik. 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 atau tabung udara. Setelah tekanan air di atas 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 di Universitas Udayana yang sudah pernah di lakukan antara lain : Pada tahun 2010 Febriyanto Edi Asmara melakukan penelitian tentang pengujian model tes pompa hydram sebagai penggerak
2 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 kapasitan 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 (0,081 liter/menit), dengan daya pemompaan 3,16 watt dan efisiensi 28,33%. Pada tahun 2011 Putu Hadi Pranata 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.
3 Pada tahun 2012 Sudiarsha 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 2,62%. Pada tahun 2012 I Made Widiartha 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. Pada tahun 2014 Cahyadi Surya Gianta 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. Dari semua penelitian di atas ada variabel variabel yang belum di teliti antara lain, variasi gaya pegas pada katup bola, variasi tekanan awal udara pada tabung udara, variasi diameter katup limbah sehingga saya tertarik untuk melakukan penelitian tentang Pengaruh Variasi Gaya Pegas Awal Pada Katup Bola Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hydram
4 1.2 Permasalahan Adapun permasalahan yang akan di bahas adalah : Bagaimana pengaruh variasi gaya pegas awal pada katup bola terhadap unjuk kerja pompa hydram? 1.3 Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari penelitan ini adalah : Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini adalah air. Pengambilan data diasumsikan pada kondisi steady state. Pegas yang di pakai memiliki konstata yang sama. 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian adalah : Untuk mengetahui pengaruh variasi gaya pegas awal pada katup bola terhadap unjuk kerja pompa hydram. 1.5 Manfaat Adapun manfaat yang didapat dari penelitian yang dilakukan yaitu : 1. Menambah pengetahuan tentang pompa hydram khususnya tentang pengaruh variasi gaya pegas pada katup bola 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.