PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI Skripsi Oleh : Deni Andriyansyah K2509015 FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Mei 2014 i
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini Nama NIM Jurusan/Program Studi : Deni Andriyansyah : K2509015 : PTK/Pendidikan Teknik Mesin menyatakan bahwa skripsi saya berjudul " PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka. Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya. Surakarta, April 2014 Yang membuat pernyataan Deni Andriyansyah ii
PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI Oleh : Deni Andriyansyah K2509015 Skripsi Ditulis dan Diajukan untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2014 to user iii
HALAMAN PERSETUJUAN Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pada Hari Tanggal :.. :.. Persetujuan Pembimbing Pembimbing I, Pembimbing II, Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. NIP. 19780113 200212 1 009 Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. NIP. 19790124 200212 1 002 iv
HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan. Pada Hari :. Tanggal :. Tim Penguji Skripsi : Ketua Sekretaris Anggota I Anggota II Nama Terang : Drs. Subagsono, MT : Ngatou Rohman, S.Pd.,M.Pd. : Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. : Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. Tanda Tangan..... Disahkan oleh Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Dekan, Prof. Dr. H. M. Furqon Hidayatullah, M. Pd. NIP. 19600727 1987021 1 001 v
ABSTRAK Deni Andriyansyah. PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI. Skripsi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. April 2014. Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengetahui besar kebutuhan air penduduk Dusun Belang, (2) merancang instalasi pompa hidram yang sesuai dengan kebutuhan penduduk dan kondisi geografis dusun Belang, (3) mengetahui performa dan efisiensi pompa hidram dan (4) mengetahui peran pompa hidram dalam memenuhi kebutuhan air harian penduduk Dusun Belang. Model penelitian ini adalah Research and Development (R & D). Penelitian ini mengembangkan pompa hidram agar sesuai dengan topografi Dusun Belang sehingga dapat bekerja secara optimal. Pengujian pompa dilakukan dengan variasi panjang katup limbah 20 mm, 25 mm, 30 mm, dan 35 mm dengan variasi beban katup limbah 0 gram, 250 gram, 500 gram, dan 750 gram. Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali untuk masing-masing variasi. Performa pompa hidram ditentukan berdasarkan efisiensi serta debit air yang dihasilkan pada saat pompa beroperasi. Pompa hidram dirancang berdasarkan standar kebutuhan air harian penduduk Dusun Belang yang mencapai 13650 liter/ hari untuk jumlah penduduk 195 jiwa. Pompa hidram dalam penelitian ini mempunyai parameter head masuk 4,5 m; head keluar 80 meter serta diameter rata-rata badan pompa 4 inci dan diameter pipa penghantar 1 inci. Berdasarkan proses pengujian yang dilakukan, efisiensi pompa hidram yang paling tinggi ditunjukkan pada percobaan panjang langkah katup limbah 30 mm dan beban 250 gram dengan nilai 0,486652 (q= 6,746969 L/menit). Debit air pada katup penghantar yang paling tinggi ditunjukkan pada percobaan panjang langkah katup limbah 35 mm dan beban 750 gram dengan nilai 7,522211 L/menit (η= 0,380989). Berdasarkan analisis dan pembahasan pada penelitian, diketahui performa pompa hidram dapat memenuhi kebutuhan air penduduk Dusun Belang hingga level pemeliharaan jangka menengah yakni untuk membersihkan rumah dengan debit kebutuhan 9750 Liter/ hari. Kata kunci: pompa hidram, perancangan pompa, performa pompa, efisiensi pompa, Tlogolele Selo Boyolali vi
ABSTRACT Deni Andriyansyah. DESIGNING AND ANALYSIS OF A HYDRAM PUMP PERFORMANCE TO FULFILL WATER REQUIRED IN BELANG VILLAGE TLOGOLELE SELO BOYOLALI. Thesis, Faculty of Education and Teacher Training Sebelas Maret University of Surakarta. April 2014. This research aimed to: (1) determine the daily water needs of Belang population, (2) designing hydram pump installation based on water needs and geographical conditions of Belang village, (3) study the performance and efficiency of the hydram pump, (4) study the role of the hydram pump to fulfill the daily water needs of Belang population. This study was based on Research and Development (R & D). It developed hydram pump installation to fit the topography of Belang village so it can work optimally. The pump was tested by varying waste valve length at 20 mm, 25 mm, 30 mm and 35 mm; and waste valve ballast at 0 grams, 250 grams, 500 grams and 750 grams. Data collection was performed three times for each variation. Hidram pump performance was determined by the efficiency and the volumetric discharge of water produced during the pump operation. Hydram pump was designed based on standard of the daily water needs which reachs 13650 liters/ day for 195 Belang s people. In this study, hydram pump has some parameters. They are 4,5 meters of supply height, 80 meters of delivery height, 4 inches of pump body diameter and 1 inch of delivery pipe. Based on the tests that have been conducted, the highest efficiency of the hydram pump shown at 30 mm of waste valve length and 250 grams of waste valve ballast (η = 0.486652, q = 6.746969 L / min). The maximum volumetric discharge was presented at 35 mm of waste valve length and 750 grams of waste valve ballast (q =7.522211 L / min, η = 0.380989). Hydram pump performance could fulfill the water needeed in Belang Village until medium term maintenance level. They could use the water for drinking, cooking, bathing, washing, until cleaning home by 9750 liters/ day. Keywords: hydram pump, pump designing, pump performance, pump efficiency, Tlogolele Selo Boyolali vii
MOTTO Khairunnas Anfa uhum Linnas (HR. Bukhari dan Muslim) Sebaik-baik manusia adalah yang paling banyak manfaatnya bagi orang lain. viii
PERSEMBAHAN Skripsi ini dipersembahkan kepada: 1. Bapak dan Ibu tercinta, terimakasih atas doa, dukungan dan kepercayaan yang diberikan kepadaku selama ini. 2. Teman-teman Pendidikan Teknik Mesin angkatan 2009. 3. Keluarga besar FKIP UNS tercinta. ix
KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya, sehingga penyusunan Skripsi yang berjudul "PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI " dapat diselesaikan. Skripsi ini merupakan wujud aktualisasi penulis dalam memadukan penelitian dengan pengabdian kepada masyarakat, sehingga diharapkan dapat memberikan manfaat yang lebih luas. Penyusunan Skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Prof. Dr. H. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Drs. Sutrisno,S.T., M.Pd. selaku Ketua Jurusan PTK FKIP UNS. 3. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS sekaligus dosen Pembimbing 1 yang telah banyak membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi. 4. Budi Harjanto, S.T., M.Eng. selaku Koordinator Skripsi yang telah memberikan ijin untuk menyusun Skripsi ini. 5. Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. selaku dosen Pembimbing 2 yang telah banyak membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi. 6. Warga Dusun Belang, teman-teman LSP FKIP UNS serta adik-adik Halaqotuna yang telah banyak membantu. 7. Sahabat-sahabat Pendidikan Teknik Mesin 2009 untuk segala dukungan, persahabatan, dan bantuannya. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini jauh dari sempurna. Namun demikian, penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan pendidikan. Surakarta, April 2014 Penulis x
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERNYATAAN... ii HALAMAN PENGAJUAN... iii HALAMAN PERSETUJUAN... iv HALAMAN PENGESAHAN... v HALAMAN ABSTRAK... vi HALAMAN MOTTO... viii HALAMAN PERSEMBAHAN... ix KATA PENGHANTAR... x DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xvi DAFTAR NOTASI... xvii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Identifikasi Masalah... 4 C. Pembatasan Masalah... 5 D. Rumusan Masalah... 5 E. Tujuan Penelitian... 6 F. Manfaat Penelitian... 6 BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka... 7 1. Sejarah Pompa Hidram... 7 2. Komponen Pompa Hidram... 8 3. Prinsip Kerja Pompa Hidram... 10 4. Sistem Operasi Pompa Hidram... 13 5. Persamaan yang Digunakan commit to... user 16 xi
6. Standar Kebutuhan Air... 22 7. Dusun Belang... 23 B. Penelitian yang Relevan... 25 C. Kerangka Berpikir... 29 BAB III METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian... 31 B. Instrumen Penelitian... 32 C. Rancangan/ Desain Penelitian... 36 1. Studi Awal Penelitian... 37 2. Tahap Pembuatan... 37 3. Penataan (Setting) di Lapangan... 38 4. Tahap Pengujian... 38 5. Analisis Interpretasi Hasil Rancangan dan Kesimpulan Rancangan... 40 BAB IV PERANCANGAN DAN PENGUJIAN A. Perancangan Pompa Hidram... 41 1. Proyeksi Kebutuhan Air Penduduk... 41 2. Rancangan Instalasi Pompa Hidram... 42 3. Rancangan Komponen... 45 4. Penataan Letak (Setting)... 49 B. Pengujian... 52 C. Analisis Data... 55 BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN A. Simpulan... 65 B. Implikasi... 65 C. Saran... 66 DAFTAR PUSTAKA... 68 LAMPIRAN... 70 xii
Tabel DAFTAR TABEL Halaman 2.1. Parameter Pompa Hidram... 28 3.1. Jadwal Penelitian... 31 4.1. Proyeksi Kebutuhan Air Penduduk Dusun Belang per Hari... 41 4.2. Debit Air Pemasukan (Q) Minimum dan Maksimum untuk Berbagai Ukuran Pompa Hidram... 43 4.3. Daftar Penggunaan Material... 45 4.4. Hasil Pengujian dengan Panjang Langkah Katup 20 mm... 53 4.5. Hasil Pengujian dengan Panjang Langkah Katup 25 mm... 54 4.6. Hasil Pengujian dengan Panjang Langkah Katup 30 mm... 54 4.7. Hasil Pengujian dengan Panjang Langkah Katup 35 mm... 54 xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1. Bagian-Bagian Katup Limbah... 9 2.2. Instalasi Hidraulik Ram... 10 2.3. Cara kerja Hidraulik Ram... 12 2.4. Perubahan Kecepatan Terhadap Waktu pada Pipa Masuk... 13 2.5. Skema Pompa Hidram pada Kondisi A... 14 2.6. Skema Pompa Hidram pada Kondisi B... 14 2.7. Skema Pompa Hidram pada Kondisi C... 15 2.8. Skema Pompa Hidram pada Kondisi D... 16 2.9. Skema Instalasi Pompa Hidram... 16 2.10. Hierarki Kebutuhan Air... 23 2.11. Letak Dusun Belang dari Puncak Gunung Merapi... 25 2.12. Kerangka Berpikir... 30 3.1. Roll Meter... 32 3.2. Ember Plastik... 32 3.3. Global Positioning System (GPS)... 33 3.4. Tampilan Google Earth Software... 34 3.5. Gelas Ukur... 34 3.6. Stopwatch... 35 3.7. Tampilan Awal Software AutoCAD... 35 3.8. Tahapan Penelitian... 36 4.1. Desain Parameter Instalasi Pompa Hidram... 44 4.2. Pipa Udara (Air Chamber)... 45 4.3. Katup Penghantar... 46 4.4. Badan Pompa... 46 4.5. Katup Limbah... 47 4.6. Pipa Pemasukan... 48 4.7. Bak Pemasukan... 48 4.8. Jalur Pemipaan Instalasi Pompa commit Hidram to user... 49 xiv
4.9. Kerusakan Instalasi berupa (a) Kebocoran Bak Pemasukan dan (b) Keretakan Pondasi Penyangga Pipa Pemasukan... 52 4.10. Perbaikan Instalasi dengan Menambah Pondasi pada Bak Pemasukan dan Pipa Pemasukan... 52 4.11. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar (q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 20 mm... 56 4.12. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar (q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 25 mm... 57 4.13. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar (q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 30 mm... 58 4.14. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar (q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 35 mm... 59 4.15. Grafik Pengaruh Penambahan Panjang Langkah Katup Limbah terhadap Debit Pipa Penghantar (q)... 60 4.16. Grafik Pengaruh Penambahan Panjang Langkah Katup Limbah terhadap Efisiensi Pompa Hidram (η)... 62 xv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Halaman 1. Rancangan Katup Penghantar... 70 2. Rancangan Komponen Bagian... 71 3. Rancangan Katup Limbah... 72 4. Rancangan Dudukan Katup Limbah... 73 5. Rancangan Bagian 2... 74 6. Rancangan Pipa Udara... 75 7. Rancangan Badan Pompa... 76 8. Rancangan Bak Pemasukan... 77 9. Rancangan Pompa Hidram... 78 10. Rangkaian Pompa Hidram Lengkap... 79 11. Perhitungan... 80 12. Wawancara dengan Penduduk... 83 13. Pengolahan Data... 85 14. Dokumentasi Foto... 86 15. Surat-surat... 91 xvi
DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan a = percepatan fluida yang mengalir (m/s 2 ) A = luas penampang pipa masuk (m 2 ) A waste = luas penampang lubang katup limbah (m 2 ) c = kecepatan gelombang suara dalam air (m/s) D = diameter pipa masuk (m) E = energi hidram (Joule) Ev = Modulus bulk, menyatakan kompresibilitas suatu fluida (N/m 2 ) f = faktor gesekan bahan pipa F = gaya fluida yang mengalir (N) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s 2 ) H L = head losses (m) H = head masuk (m) h = head keluar (m) ΔH p = kenaikan head tekanan (m) K = faktor kontraksi l = panjang pipa pemasukan (m) m = massa air yang mengalir dalam pipa (kg) P = daya pompa (W) p 0 = tekanan pada titik 0 (N/m 2 ) p 3 = tekanan pada titik 3 (N/m 2 ) p drive = tekanan pada pipa masuk (Bar) Q waste = debit air yang keluar melalui katup limbah (m 3 ) Q = debit limbah (m 3 /s) q = debit hasil (m 3 /s) S = panjang langkah katup limbah (mm) v = kecepatan aliran (m/s) v 0 = kecepatan commit aliran to user air pada titik 0 (m/s) xvii
v 1 = kecepatan air sebelum valve menutup (m/s) v 2 = kecepatan air setelah valve menutup (m/s) v 3 = kecepatan aliran air pada titik 3 (m/s) W = usaha (Joule) Z 0 = ketinggian titik 0 dari datum (m) Z 3 = ketinggian titik 3 dari datum (m) ρ = massa jenis fluida (kg/m³) γ = berat jenis fluida (kn/m 3 ) η = efisiensi hidram xviii