PENGARUH VARIASI DIAMETER KATUP LIMBAH TERHADAP UNJUK KERJA POMPA HYDRAM Oleh Dosen Pembimbing : I Putu Eka Adnyana : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Made Suarda, MEng. Abstrak Pompa hydram merupakan salah satu solusi bagi daerah yang tidak tersedia energi listrik, karena tidak membutuhkan energi listrik atau bahan bakar untuk mengangkat air dari tempat yang energi lebih rendah ke tempat yang energi lebih tinggi. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja pompa hydram dengan variasi diameter katup limbah. Metode yang digunakan adalah metode eksperimen dengan diametar badan pompa 6 inch, tabung tekan 8 inch, katup tekan digunakan katup tekan tipe membran, ketinggian bak drive 6 m, dan tinggi pemompaan 111 m. Hasil yang di dapat dari penelitian ini adalah bahwa variasi diameter katup limbah memberikan pengaruh terhadap unjuk kerja pompa hydram. Pada diameter katup limbah 100 mm sampai dengan 120 mm, unjuk kerja pompa mengalami peningkatan, pada diameter lebih besar dari 120 mm unjuk kerja pompa mengalami penurunan, unjuk kerja terbaik pompa ini pada rasio D = 5. d 3 Kata kunci : Pompa hydram, diameter katup limbah, kapasitas, efisiensi. iii
EFFECT OF VARIATION OF DIAMETER VALVE PERFORMANCE AGAINST WASTE HYDRAULIC RAM Bay Advisor : I Putu Eka Adnyana : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. : Ir. Made Suarda, MEng. Abstract Hydrant pump is one solution for areas that are not available electrical energy, because it does not require electricity or fuel to lift water from a lower energy to a higher energy. This study was conducted to determine the performance of the hydrant pump with waste valve diameter variation. The method used is the experimental method diametar 6 inch pump body, 8inch press tubes, valves use valve tap press membrane type, altitude bathtub drive 6 m, and 111 m high pumping. The results obtained from this study is that the waste valve diameter variation gives effect to the hydrant pump performance. In the waste valve diameter of 100 mm to 120 mm, the performance of the pump increases, in a diameter greater than 120 mm decreased pump performance, the best performance of these pumps in the ratio D / d = 5/3. Keywords: Hydraulic ram, sewage valve diameter, capacity, efficiency. iv
Kata Pengantar Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmatnya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pengaruh Variasi Diameter Katup Limbah Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hydram. Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak baik dalam bentuk bimbingan untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak I Gusti Ketut Sukadana, ST, MT, selaku dosen pembimbing I 2. Bapak Ir. I Made Suarda, M.Eng, selaku dosen pembimbinng II 3. Bapak/Ibu Dosen beserta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana 4. Kedua orang tua dan saudara-saudara penulis yang selalu mendungkung 5. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. v
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Permasalahan... 4 1.3 Batasan Masalah... 4 1.4 Tujuan Penelitian... 5 1.5 Manfaat... 5 BAB II LANDASAN TEORI... 6 2.1 Tinjauan Pustaka... 6 2.2 Bagian-Bagian Pompa Hydram... 7 2.3 Cara Kerja Pompa Hydram... 8 2.4 Pompa Hydram Modifikasi... 9 2.4.1 Pengertian Pompa Hydram Modifikasi... 9 2.4.2 Prinsip Kerja Pompa Hydram Modifikasi... 9 2.5 Konsep Dasar... 10 2.5.1 Kapasitas Pompa Hydram... 10 2.5.2 Persamaan Kontinuitas... 11 2.5.3 Persamaan Energi... 12 2.5.4 Kerugian-kerugian Head... 12 2.5.5 Bilangan Reynold... 13 2.5.6 Palu Air (Water Hammer)... 13 2.5.7 Efisiensi... 14 2.5.8 Persamaan Momentum... 15 2.6 Gaya-gaya Yang Bekerja Pada Katup Limbah... 15 2.7 Gaya- gaya Pada Katup Tekan (Tipe Membran)... 16 vi
BAB III METODE PENELITIAN... 17 3.1 Skema Rencana Penelitian... 17 3.1.1 Katup Limbah Pada Pompa Hydram... 17 3.1.2 Model Skema Diameter Katup Limbah Pompa Hydram... 18 3.2 Bahan dan Peralatan Pengujian Pompa Hydram... 19 3.3 Pembuatan Bagian Model Test Pompa Hydram... 21 3.4 Tahap Persiapan... 24 3.5 Tahap Pengujian... 25 3.6 Diagram Alir Penelitian... 26 BAB IV PEMBAHASAN... 27 4.1 Data Hasil Pengujian... 27 4.2 Pengolahan Data... 27 4.2.1 Kapasitas Air Pemompaan... 27 4.2.2 Keluaran Air di AtasMax Pada Bak Penggerak... 27 4.2.3 Kapasitas Air Yang Masuk Pipa Penggerak... 28 4.2.4 Kapasitas Air Keluar Katup Limbah... 28 4.2.5 Kecepatan Aliran Pada Pipa Drive... 28 4.2.6 Kecepatan Aliran Pada Pipa Tekan... 29 4.2.7 Head Loses Dalam Jalur Pipa Penggerak... 29 4.2.8 Head Penggerak Hydram... 30 4.2.9 Head Loses Pada Pipa Tekan... 31 4.2.10 Head Pipa Tekan... 32 4.2.11 Efisiensi Volumetris... 33 4.2.12 Efisiensi Hydrolis... 33 4.2.13 Efisiensi Total... 33 4.3 Pembahasan... 33 BAB V PENUTUP... 38 5.1 Kesimpulan... 38 5.2 Saran... 38 DAFTAR PUSTAKA... 39 DAFTAR LAMPIRAN vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagian bagian pompa hydram... 7 Gambar 2.2 Instalasi pompa hydram... 8 Gambar 2.3 Pompa hydram dengan aliran energi dari titik 1 ke titik 2 12 Gambar 2.4. Gaya gaya pada katup limbah... 15 Gambar 2.5 Gaya gaya pada katup tekan... 16 Gambar 3.1 Skema model test pompa hydram... 17 Gambar 3.2. Katup limbah pompa hydram... 18 Gambar 3.3 Skema model diameter katup limbah pompa hydram... 18 Gambar 3.4 Pipa penggerak... 22 Gambar 3.5 Badan pompa... 22 Gambar 3.6 Tabung udara... 23 Gambar 3.7 Katup limbah... 23 Gambar 3.8 Katup membran... 24 Gambar 3.9 Tahap tahap Pengujian Model Test Pompa Hydram... 26 Gambar 4.1 Sistem pompa hydram... 30 Gambar 4.2 Sistem pompa hydram... 32 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Diameter Katup Limbah Terhadap Qd... 34 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Diameter Katup Limbah Terhadap Qw.... 35 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Diameter Katup Limbah Terhadap Efisiensi Over All.... 36 Gambar 4.6 Proses kerja keluaran air limbah dari katup limbah... 37 viii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Bahan Pembuatan Peralatan Pompa Hydram... 19 Tabel 4.1Data hasil pengujian... 27 Tabel 4.2 Hasil Pengolahan Data... 33 ix
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan kebutuhan yang sangat penting bagi manusia. Untuk memenuhi kebutuhan akan air dari sisi pemindahannya membutuhkan peralatan seperti pompa. Pada umumnya pompa membutuhkan energi listrik dalam pengoprasiannya. Untuk ketersediaan energi listrik dapat menjadi kendala terutama di daerah terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik. Selain itu energi listrik juga biasanya di hasilkan dari pembangkit listrik yang di gerakkan oleh motor penggerak yang menggunakan bahan bakar dari fosil seperti bahan bakar minyak. Bahan bakar dari fosil memiliki permasalahan seperti harga yang relatif mahal dan polusi terhadap lingkungan. Sehingga perlu di cari alternatif pompa yang dalam pengoprasiannya tidak menggunakan energi listrik. Pompa hydram adalah jenis pompa yang dapat memberi solusi dari permasalahan tersebut karena tidak menggunakan energi listrik dalam pengoprasiannya. 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 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
2 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, T. ( 2007 ) melakukan penelitian tentang kajian ekperimental palu air dengan dan tanpa tabung udara 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. Budiarsa, I. W. ( 2008 ) melakukan penelitian tentang optimasi massa dan panjang langkah katup limbah pada hydram sebagai penggerak pompa torak, 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 pada diafragma, panjang langkah pompa torak, kapasitas pemompaan, dan kapasitas air yang keluar lewat katup limbah. Sanjaya, I. M. A. ( 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. Asmara, F. E. ( 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. Purnomo, M. T. ( 2010 ) melakukan penelitian tentang pembuatan model test pompa hydram sebagai penggerak membran, dari penelitian tersebut dapat
3 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. Pranata, P. H. ( 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. 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. Widiartha, I. M. ( 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. Gianta, C. S. ( 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, I. W. G. ( 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
4 penghantar, kecepatan aliran air pada katup tekan, dan koefisien drag yang dihasilkan akan semakin tinggi. Penurunan kecepatan aliran air yang melewati katup tekan hanya terjadi sampai bukaan katup 1,2cm, setelah itu kecepatan cenderung konstan. Prasasta, I. K. G. M. ( 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. Katup limbah merupakan salah satu bagian penting dari pompa hydram, dan harus di rancang dengan baik sehingga berat dan gerakannya dapat di sesuaikan. Katup limbah sendiri berfungsi untuk mengubah energi kinetik fluida kerja yang mengalir melalui pipa pemasukan (pipa penerjun) menjadi energi tekanan dinamis fluida yang akan menaikkan fluida kerja menuju tabung udara. Katup limbah pada pompa hydram merupakan komponen yang penting dan dapat mempengaruhi unjuk kerja pompa hydram. Untuk itu perlu diteliti pengaruh diameter katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hydram.penelitian ini di lakukan untuk mengetahui pengaruh diameter katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hydram. Selain itu untuk mendapatkan ukuran diameter katup limbah yang memiliki unjuk kerja pompa hydram terbaik. Dari semua penelitian di atas ada variabel variabel yang belum di teliti antara lain, variasi diameter katup limbah, sehingga saya tertarik untuk melakukan penelitian tentang pengaruh variasi diameter katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hydram. 1.2 Permasalahan Adapun permasalahan yang akan di bahas adalah : pengaruh variasi diameter katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hydram? 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
5 4. Diameter pipa penerjun 3 inch 5. Diameter pipa tekan ¾ inch 6. Panjang pipa tekan 600 m 7. Pengambilan data diasumsikan pada kondisi steady state 8. Diameter lubang katup limbah tetap 9. Masa katup limbah tetap 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian yang saya lakukan yaitu : mengetahui pengaruh variasi diameter katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hydram. 1.5 Manfaat Adapun manfaat yang didapat dari penelitian yang saya lakukan yaitu : 1. Menambah pengetahuan,wawasan serta pengalaman khususnya tentang pengaruh variasi diameter katup limbah terhadap unjuk kerja pompa hydram. 2. Dapat mendalami ilmu tentang pompa khususnya pompa hydram,bahwa begitu banyaknya variasi yang bisa di gunakan pada kerja pompa hydram. 3. Dapat di kembangkan pula untuk penelitian - penelitian selanjutnya khususnya pompa hydram. 4. Mempermudah masyarakat mendapatkan atau mengangkat air dari sumber air yang letaknya lebih rendah ke pemukiman penduduk yang letaknya lebih tinggi yaitu dengan pompa hydram. 5. Mengetahui cara kerja pompa hydram serta dapat di terapkan kepada masyarakat yang tertarik pada unjuk kerja pompa hydram. 6. Bisa di nikmati masyarakat,yang telah merasakan lebih mudah mendapatkan air dari yang sebelumnya,khususnya pengguna pompa hydram.