TINJAUAN PUSTAKA Penelitian Terdahulu Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Siregar (2016), yang berjudul rancang bangun dan kajian pengaruh ketinggian sumber air terhadap kinerja pompa hidram yang menggunakan tabung udara berdiameter 5 inci dan volume tabung 2494,64 cm 3, serta perlakuan ketinggian sumber air 55 cm, 45 cm, dan 35 cm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai debit output tertinggi didapat pada ketinggian sumber air 55 cm yaitu 0,285 L/s sedangkan nilai debit input tertinggi pada ketinggian sumber air 55 cm juga yaitu 1,042 L/s. Dan nilai efisiensi pompa tertinggi didapat pada ketinggian sumber air 55 cm yaitu sebesar 27,35 %. Penelitian yang dilakukan oleh Dinar, Hari, dan Latifah (2013), dengan judul uji efisiensi pompa hidram dengan variasi volume tabung udara, bahwa pengaruh volume tabung udara terhadap efisiensi relatif tidak signifikan. Hal ini dilihat dari perbedaan efisiensi terbesar yang dihasilkan oleh masing-masing tabung memiliki simpangan baku 1,3 %. Nilai ini relatif kecil dibandingkan dengan variasi volume-volume tabung yang digunakan. Shodiqin (2015), dalam penelitiannya yang berjudul pengaruh variasi tabung tekan terhadap efisiensi pada pompa hidram menggunakan pompa hidram dengan tinggi permukaan reservoir tetap 3 m, panjang pipa inlet 4 m dengan diameter 0,0635 m (2,5 inci), badan pompa berdiameter 1,5 inci, dan pipa penghantar berdiameter 0,5 inci dan tinggi 6 m. Dengan variasi volume tabung tekan dengan volume 4866,35 cm 3, 5677,41 cm 3, dan 6488,47 cm 3. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi volume tabung tekan berpengaruh terhadap 4
debit dan efisiensi pompa. Pada variasi volume tabung tekan 4866,35 cm 3 menghasilkan debit 0,0355 liter / detik dan efisiensi pompa 10,625 %, pada variasi volume tabung tekan 5677,41 cm 3 menghasilkan debit 0,068 liter / detik dan efisiensi pompa 24,64 %, dan pada variasi volume tabung tekan 6488,47 cm 3 menghasilkan debit 0,072 liter / detik dan efisiensi pompa 28,32 %. Penelitian yang dilakukan oleh Suarda (2008) dengan judul kajian eksperimental pengaruh tabung udara pada head tekanan pompa hidram, dilakukan pada sistem pompa hidram dengan ketinggian sumber air 1 m, panjang pipa penghantar 6 m, ketinggian pemompaan 10 m, diameter pipa drive 1 inci, diameter badan pompa 3 inci, panjang pipa penyalur 10 m. Dan hasil dari penelitian didapatkan dengan pemakaian tabung udara, terjadi penurunan perubahan head tekan dalam pipa penghantar pada instalasi pompa hidram. Head tekanan balik berkurang dari 103,87 m tanpa menggunakan tabung udara menjadi 37,85 m dengan tabung udara. Namun dalam pipa penyalur head tekanan meningkat dari 0,29 m. Hal ini mengakibatkan peningkatan debit air dalam pipa penyalur dengan menggunkan tabung udara. Sehingga pemasangan tabung udara dapat meningkatkan efisiensi pompa hidram secara signifikan dari 0,72 % tanpa tabung udara menjadi 19,45 % dengan tabung udara. Jadi tabung udara mempunyai pengaruh yang besar terhadap peningkatan kerja pompa hidram. Penelitian yang dilakukan oleh Ginting dan Gultom (2014), yang berjudul analisa pengaruh variasi volume tabung udara dan variasi beban katup limbah terhadap peforma pompa hidram, dapat diambil kesimpulan bahwa hasil pengujian yang dilakukan untuk variasi tabung udara dan beban katup limbah 5
dengan head supply 3,3 m yaitu, variasi volume tabung sangat berpengaruh terhadap kinerja pompa hidram. Hal ini terbukti dari 3 variasi tabung udara yaitu dengan tinggi 100 cm, 80 cm, dan 60 cm. Efisiensi maksimum yang didapat dari pompa hidram ini adalah pada tabung 3 dengan tinggi 60 cm dengan beban katup limbah 500 gram, dan variasi beban katup limbah juga berpengaruh pada efisiensi pompa hidram. Penelitian yang dilakukan oleh Hartono (2009), yang berjudul pengaruh variasi tabung udara terhadap debit pemompaan pompa hidram, dengan pengamatan pengaruh 3 variasi tabung udara yaitu 2 inci, 3 inci, 4 inci. Dengan diameter pipa inlet 2 inci terhadap debit pemompaan pompa hidram, mendapatkan kesimpulan, yaitu penggunaan tabung udara dapat memperbesar headoutput pompa hidram, dimana tabung udara dengan volume 0,0008 m 3 mampu menghasilkan head output sebesar 1 bar, penggunaan tabung udara juga mampu memperbesar efisiensi pompa hidram, dengan menggunakan tabung udara yang lebih besar maka debit air yang dihasilkan bisa lebih besar, dan besarnya tekanan pada waste valve sangat berpengaruh pada ketinggian yang dicapai dan debit air yang dihasilkan tapi dengan catatan keseimbangan saat penekanan harus sama dengan penutupan valve (waste valve naik). Berdasarkan beberapa penelitian di atas, maka masih perlu dikembangkan penelitian lanjutan tentang pengaruh variasi ukuran tabung udara yang memiliki volume sama namun diameter dan tinggi tabung berbeda terhadap kinerja pompa yang berparameter menghitung efisiensi pompa, debit aliran air masuk dan keluar pompa, serta menghitung tinggi pengangkatan air. 6
Penelitian tersebut didasari bahwa untuk mendapatkan kinerja pompa hidram yang optimal dapat dilakukan dengan kesesuaian perbandingan antara udara dan air di tabung udara yang akan berimplikasi. Untuk tekanan pada tabung udara apabila udara terlalu banyak di dalam tabung udara, pompa akan memompa udara, sedangkan kalau air yang masuk ke tabung udara penuh terisi air, tabung udara akan bergetar hebat dan akan menyebabkan tabung udara pecah. Oleh karena itu dengan membuat tabung yang berbeda, namun dengan volume tabung sama bisa diperoleh gambaran peningkatan kinerja pompa hidram. Pompa Hidram Pompa hidram atau singkatan dari hydraulic ram berasal dari kata hydro (air) dan ram (hantaman / pukulan) sehingga dapat diartikan menjadi tekanan air, pompa yang bekerja mengandalkan hentakan dari sistem hidrolika. Pompa hidram bekerja dengan cara memanfaatkan energi potensial pada air dalam pipa lurus kemudian menjadi tekanan dinamis yang berakibat tercipta hantaman air sehingga terjadi tekanan tinggi dalam pompa. Dengan tekanan tinggi tersebut, maka air dapat dihantarkarkan ke permukaan yang lebih tinggi. Pompa tersebut bekerja tanpa digerakkan oleh manusia dan tidak membutuhkan energi listrik maupun bahan bakar minyak begitu pula dengan perawatannya yang sangat sederhana dan juga mampu beroperasi selama 24 jam (Ismanto, dkk., 2008). Pompa hidram merupakan alat untuk menaikkan air ke tempat yang lebih tinggi atau pompa energi yang penggeraknya tidak menggunakan bahan bakar minyak ataupun listrik,tetapi secara otomatis dengan energi kinetik yang berasal dari air itu sendiri. Dengan demikian air dialirkan dari sumber atau suatu 7
tampungan kedalam pompa hidram melalui pipa suplay dengan posisi pompa yang lebih rendah dari sumber air tampungan (Taye, 1998). Dalam operasinya, pompa hidram mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan jenis pompa lainnya, yaitu tidak membutuhkan sumber tenaga tambahan, biaya operasional murah, tidak memerlukan pelumasan, sangat kecil kemungkinan terjadinya keausan karena hanya mempunyai 2 bagian yang bergerak, perawatan sederhana dan dapat bekerja secara efisien pada kondisi yang sesuai serta dapat dibuat dengan peralatan yang sederhana, sehingga alat ini sering dianggap sebagai pompa yang ekonomis (Sularso dan Haruo, 2004). Penggunaan pompa hidram dapat memberikan banyak manfaat, diantaranya: a. Untuk mengairi sawah dan ladang ataupun areal perkebunan yang membutuhkan pasokan air secara kontinyu. Hal ini cocok diterapkan di daerah pertanian dan persawahan tadah hujan yang tidak terjangkau oleh jaringan irigasi dan terletak di tempat yang lebih tinggi daripada sumber air, karena pompa hidram dapat memompa air dari bawah ke tempat yang lebih tinggi dalam jumlah yang memadai. b. Untuk mengairi kolam dalam usaha perikanan. c. Mampu menyediakan air untuk usaha peternakan. d. Mampu memberi pasokan air untuk kebutuhan industri atau pabrik-pabrik pengolahan. e. Air yang dihasilkan mampu menggerakan turbin yang berputar karena kekuatan air yang masuk dari pompa hidram, sehingga dapat 8
menghasilkan listrik bila dihubungkan dengan generator (Ismanto, dkk., 2008). Sejarah Pompa Hidram Pompa hidram pertama kali dibuat oleh John Whitehurst seorang peneliti asal Inggris pada tahun 1772. Pompa hidram buatan Whitehurst masih berupa hidram manual, di mana katup limbah masih digerakkan secara manual. Pompa ini pertama kali digunakan untuk menaikkan air sampai ketinggian 4,9 m (16 kaki). Pada tahun 1783, Whitehusrt memasang pompa sejenis ini di Irlandia untuk keperluan air bersih sehari- hari. Pompa hidram otomatis pertama kali dibuat oleh seorang ilmuwan Prancis bernama Joseph Michel Montgolfier pada tahun 1796. Desain pompa buatan Montgolfier sudah menggunakan 2 buah katup (waste valve dan delivery valve) yang bergerak secara bergantian. Pompa ini kemudian digunakan untuk menaikkan air untuk sebuah pabrik kertas di daerah Voiron. Satu tahun kemudian, Matius Boulton, memperoleh hak paten atas pompa tersebut di Inggris. Pada tahun 1820, melalui Easton s Firma yang mengkhususkan usahanya di bidang air dan sistem drainase, Josiah Easton mengembangkan hidram hingga menjadi usaha ram terbaik dalam penyediaan air bersih untuk keperluan rumah tangga, peternakan dan masyarakat desa (Santoso, 2005). Prinsip Kerja Pompa Hidram Pompa hidram bekerja secara otomatis dengan memanfaatkan sejumlah besar tenaga air yang jatuh dari ketinggian tertentu dan yang disalurkan ke dalam pipa, sehingga terjadi tekanan dinamik dalam badan pompa hidram. Tekanan tersebut selanjutnya mendorong sejumlah air ketempat yang lebih tinggi. 9
Prinsipnya adalah merupakan proses merubah energi genetis aliran air dengan kecepatan tertentu sebagai akibat adanya selisih tinggi, sehingga menjadi tekanan dinamik. Tekanan dinamik ini menyebabkan timbulnya "palu air" sehingga terjadi tekanan tinggi dalam pompa. Dengan menutup dan membukanya katup limbah dan katup pengantar secara bergantian, maka tekanan dinamik tersebut diteruskan sehingga memaksa air naik ke pipa pengantar (Hanafie, 1979). Pemanfaatan gravitasi di mana akan menciptakan energi dari hantaman air yang menabrak fraksi air lainnya untuk mendorong ke tempat yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan energi potensial dari hantaman air diperlukan syarat utama yaitu harus ada terjunan air yang dialirkan melalui pipa dengan beda tinggi elevasi dengan pompa hidram minimal 1 m (Leonardo, 2002). Bagian kunci dari hidram adalah dua buah klep, yaitu klep pembuangan dan klep penghisap. Pada volume tertentu pengisian air dalam tabung kompresi optimal, massa air dan udara dalam tabung kompresi akan menekan klep penghisap untuk menutup kembali, pada saat yang bersamaan sebagian air keluar melalui pipa B. Dengan tertutupnya kedua klep, maka aliran air dalam rumah pompa berbalik berlawanan dengan aliran air masuk, diikuti dengan turunnya klep pembuangan karena arah tekanan air tidak lagi ke klep pembuangan tetapi berbalik ke arah pipa input A (Santoso, 2005). Secara umum prinsip kerja pompa hidram dapat dilihat pada skema berikut: 10
Air pada reservoir Air mengalir melalui pipa penghantar Sebagian air memasuki tabung Sebagian air naik ke pipa masukan Sebagian air terbuang melalui katup limbah Air masuk ke bak penampungan Air kembali ke reservoir Gambar 1. Skema Prinsip Kerja Pompa Hidram Komponen Pompa Hidram Menurut Perry (1976) pompa hidram terdiri dari beberapa komponen yang membentuk suatu sistem, yang meliputi: Gambar 2. Kompnen Pompa Hidram (Hanafie, 1979) 1. Klep Buang Klep buang merupakan salah satu komponen terpenting pompa hidram, oleh sebab itu klep buang harus dirancang dengan baik sehingga berat dan gerakannya dapat disesuaikan. Fungsi klep buang sendiri untuk mengubah energi 11
kinetik fluida kerja yang mengalir melalui pipa pemasukan menjadi energi tekanan dinamis fluida yang akan menaikkan fluida kerja menuju tabung udara. Klep buang dengan beban yang berat dan panjang langkah yang cukup jauh memungkinkan fluida mengalir lebih cepat, sehingga saat klep buang menutup, akan terjadi lonjakan tekanan yang cukup tinggi, yang dapat mengakibatkan fluida kerja terangkat menuju tabung udara. Sedangkan klep buang dengan beban ringan dan panjang langkah lebih pendek, memungkinkan terjadinya denyutan yang lebih cepat sehingga debit air yang terangkat akan lebih besar dengan lonjakan tekanan yang lebih kecil. 1. Klep Tekan Klep tekan adalah sebuah katup satu arah yang berfungsi untuk menghantarkan air dari badan hidram menuju tabung udara untuk selanjutnya dinaikkan menuju tangki penampungan. Klep tekan harus dibuat satu arah agar air yang telah masuk ke dalam tabung udara tidak dapat kembali lagi ke dalam badan hidram. Selain itu, klep tekan juga harus mempunyai lubang yang besar sehingga memungkinkan air yang dipompa memasuki ruang udara tanpa hambatan pada aliran. 2. Tabung Udara Tabung udara harus dibuat dengan perhitungan yang tepat, karena tabung udara digunakan untuk memampatkan udara di dalamnya dan untuk menahan tekanan dari siklus ram. Selain itu, dengan adanya tabung udara memungkinkan air melewati pipa pengantar secara kontiniu. Jika tabung udara penuh terisi air, tabung udara akan bergetar hebat dan dapat menyebabkan tabung udara pecah. Jika terjadi kasus demikian, maka ram harus segera dihentikan. Untuk 12
menghindari hal-hal tersebut, para ahli berpendapat bahwa volume tabung udara harus dibuat sama dengan volume dari pipa penyalur. Penggunaan tabung udara dapat memperbesar head output pompa hidram. Hal itu cukup beralasan, karena dengan penggunaan tabung udara, air bertekanan hasil water hammer lebih dulu diakumulasi di dalam tabung udara sebelum dialirkan menuju delivery pipe. Penambahan volume tabung udara berbanding lurus dengan head output. Hal itu disebabkan karena rongga udara yang besar menambah tekanan udara untuk mendorong air menuju titik yang lebih tinggi, dorongan air dari pipa inlet yang kontiniu dan ketukan air dari katup limbah yang menambah masukan air di dalam tabung udara sehingga tekanan udara di dalam tabung semakin besar. Menurut Hanafie (1976) Penggunaan tabung udara juga berpengaruh terhadap ketukan katup limbah pompa hidram. Dimana setiap bertambahnya volume tabung udara, ketukan katup limbah semakin sedikit. Hal itu terjadi karena dengan bertambahnya volume tabung udara, pada saat awal siklus pompa, tekanan dibalik katup penghantar semakin kecil, sehingga sebagian air yang mengalir ke dalam badan pompa dapat mendorong katup limbah dan masuk ke dalam tabung udara. Oleh karena itu, air yang mengalir menuju katup limbah lebih sedikit, sehingga menyebabkan berkurangnya jumlah ketukan katup limbah. Berdasarkan peneltian-penelitian yang dilakukan sebelumnya yang menggunakan variasi volume tabung berbeda, dapat disimpulkan bahwa jika semakin besar volume tabung udara, maka debit air pompa yang akan dihasilkan juga semakin besar. Begitu pula dengan efesiensinya yang semakin besar apabila volume tabung udaranya semakin besar. 13
Oleh karena itu masih perlu dikembangkan penelitian lanjutan tentang pengaruh variasi ukuran tabung udara yang memiliki volume sama, namun diameter dan tinggi tabung udaranya berbeda. Variasi ukuran tabung tersebut, akan menyebabkan bervariasinya pada rongga udara dalam tabung yang akan berpengaruh terhadap tekanan udara yang mendorong air dan pada gilirannya akan mempengaruhi kinerja pompa yang dihasilkan (output). 3. Katup Udara Udara dalam tabung udara secara perlahan-lahan akan ikut terbawa ke dalam pipa penyalur karena pengaruh turbulensi air. Akibatnya, udara dalam pipa perlu diganti dengan udara baru melalui katup udara. Ukuran katup udara harus disesuaikan sehingga hanya mengeluarkan semprotan air yang kecil setiap kali langkah kompresi. Jika katup udara terlalu besar, udara yang masuk akan terlampau banyak dan ram hanya akan memompa udara. Namun jika katup udara kurang besar, udara yang masuk terlampau sedikit, ram akan bergetar hebat, memungkinkan tabung udara pecah. Oleh karena itu, katup udara harus memiliki ukuran yang tepat. Beberapa versi menyebutkan bahwa katup udara diperlukan keberadaannya dalam pompa hidram, namun banyak versi lainnya mengatakan katup udara ini tidak harus ada dalam pompa hidram, sehingga penggunaannya tergantung pada masing-masing individu yang membuat. 4. Pipa Masuk / Penghantar Pipa masuk atau biasa disebut pipa penghantar adalah bagian yang sangat penting dari sebuah pompa hidram. Dimensi pipa penghantar harus diperhitungkan dengan cermat, karena sebuah pipa penghantar harus dapat menahan tekanan tinggi yang disebabkan oleh menutupnya klep buang secara 14
tiba-tiba. Selain itu, pipa penghantar harus terbuat dari bahan yang tidak fleksibel untuk menghasilkan efisiensi yang maksimal. Biasanya pipa penghantar ini menggunakan pipa besi yang digalvanisir, tetapi bisa juga menggunakan bahan yang dibungkus dengan beton. 5. Pipa Keluar / Penyalur Pipa keluar atau biasa disebut pipa penyalur merupakan pipa yang berfungsi untuk mengalirkan air hasil pemompaan yang berasal dari tabung udara. Ukuran diameter pipa penyalur biasanya lebih kecil dari ukuran diameter pipa penghantar, sedangkan ukuran panjangnya disesuaikan dengan ketinggian yang dibutuhkan. 6. Sumber Air Air yang masuk ke saluran pipa penghantar harus bebas dari sampah dan pasir maupun kerikil agar pompa tidak macet, karena sampah dan pasir yang ikut terbawa oleh air dapat menyumbat atau menahan klep. Jika air yang mengalir dari sumber air tidak bersih dari sampah dan kerikil maka mulut pipa penghantar di ujung sumber air harus dipasang saringan. Jika sumber air terlalu jauh dari pompa hidram, maka saluran air agar bisa mencapai pipa penghantarnya harus dirancang sedemikian rupa agar air bisa mencapai pipa penghantar tersebut. Saluran pipa ke arah pipa penghantar, diameternya paling tidak dua kali lebih besar dari pipa penghantar. 7. Tandon Air Tandon air dipasang di tempat di mana air dibutuhkan. Fungsi dari tendon adalah untuk menampung air yang telah dipompa naik oleh pompa hidram. Ukuran tandon tergantung dari kapasitas yang dibutuhkan. 15
Sistem Operasi Pompa Hidram Menurut Taye (1998) posisi klep buang dan variasi kecepatan fluida terhadap waktu, sistem operasi sebuah pompa hidram dapat dibagi menjadi 4 periode, seperti yang digambarkan pada diagram di bawah ini: Gambar 4. Perubahan Kecepatan Terhadap Waktu Pada Pipa Masuk Penjelasan Gambar 2. : a. Katup limbah terbuka dan air mulai mengalir melalui pipa masuk, memenuhi badan hidram dan keluar melalui katup limbah. Karena pengaruh ketinggian supply tank, air yang mengalir tersebut mengalami percepata sampai kecepatannya mencapai vo. Posisi delivery valve masih tertutup. Pada kondisi awal seperti ini, tidak ada tekanan dalam tabung udara dan belum ada air yang keluar melalui delivery pipe. Gambar 5. Skema Pompa Hidram Pada Kondisi A. (Mohammed, 2007) 16
b. Air telah memenuhi badan hidram, ketika tekanan air telah mencapai nilai tertentu, katup limbah mulai menutup. Pada pompa hidram yang baik, proses menutupnya katup limbah terjadi sangat cepat. Gambar 6. Skema Pompa Hidram Pada Kondisi B. (Mohammed, 2007) c. Katup limbah masih tertutup. Penutupan katup yang dengan tiba-tiba tersebut menciptakan tekanan yang sangat besar dan melebihi tekanan statis pipa masuk. Kemudian dengan cepat katup penghantar terbuka, sebagian air terpompa masuk ke tabung udara. Udara pada tabung udara mulai mengembang untuk menyeimbangkan tekanan, dan mendorong air keluar melalui delivery pipe. Gambar 7. Skema Pompa Hidram Pada Kondisi C. (Mohammed, 2007) d. Katup penghantar tertutup. Tekanan di dekat katup penghantar masih lebih besar dari pada tekanan statis pipa masuk, sehingga aliran berbalik 17
arah dari bodi hidram menuju supply tank. Peristiwa inilah yang disebut dengan recoil.recoil menyebabkan terjadinya kevakuman pada bodi hidram, yang mengakibatkan masuknya sejumlah udara dari luar masuk kebodi hidram melalui katup pernapasan (air valve). Tekanan di sisi bawah katup limbah juga berkurang, dan juga karena berat katup limbah itu sendiri, maka katup limbah kembali terbuka. Tekanan air pada pipa kembali ke tekanan statis sebelum siklus berikutnya terjadi lagi. Gambar 8. Skema Pompa Hidram Pada Kondisi D. (Mohammed, 2007) Faktor Penting dalam Membuat Pompa Hidram Dalam pengoperasian pompa hidram sering ditemukan beberapa kendala, yang paling banyak dijumpai adalah klep buang yang tidak berfungsi dengan baik, misalnya: a. Tidak dapat naik / menutup, disebabkan beban klep terlalu berat atau kurangnya debit air yang masuk pompa. Hal ini dapat diatasi dengan mengurangi beban atau memperpendek langkah klep buang. b. Klep tidak turun / membuka, disebabkan karena beban klep terlalu ringan, sehingga dapat diatasi dengan menambah beban atau memperpanjang langkah klep buang. 18
Agar pompa hidram dapat bekerja sesuai dengan yang direncanakan, maka dalam proses pembuatannya harus memperhatikan beberapa faktor penting, diantaranya: a. Diameter pipa pemasukan / penghantar supaya ditentukan dan dihitung sehingga tidak dapat menyerap seluruh debit air dari sumber air yang digunakan, dalam artian masih ada air yang melimpah dari tempat sumber air selama pemompaan bekerja. Hal ini bertujuan untuk menjaga kestabilan tinggi jatuh air dari sumber ke pompa. b. Diameter pipa untuk badan pompa supaya dibuat lebih besar dari pada diameter pipa pemasukan / penghantar. Hal ini berarti besar / kecilnya badan pompa ditentukan oleh besar / kecilnya diameter pipa pemasukan / penghantar. c. Diameter pipa untuk tabung udara sebaiknya dibuat lebih besar dari pada diameter badan pompa. d. Diameter lubang klep buang dan lubang klep tekan sebaiknya dibuat lebih besar dari pada diameter pipa pemasukan / penghantar. e. Sudut miring pipa pemasukan / penghantar dibuat antara 7 o 12 o dengan panjang pipa dibuat 5 8 kali tinggi jatuh air. f. Selama pompa bekerja supaya tinggi angkat klep dan pemberat klep buang diatur sehingga klep dapat terangkat dan tertutup sebanyak 50 60 kali setiap menit (Sinaga, 2009). Karakteristik Pompa Hidram Karakteristik pompa hidrolik ram atau hidram yang bekerja pada keadaan tertentu dimana jarak antara lubang dan katup limbah konstan, tinggi vertikal 19
tangki pemasukan tetap tinggi, sedangkan tinggi pemompaan berubah-ubah, ternyata menunjukkan bahwa jumlah denyutan katup limbah tiap menit bertambah pada setiap penambahan tinggi pemompaan. Pompa hidrolik ram yang dirancang dengan baik dapat bekerja baik pada semua keadaan dengan pemeliharaan yang minimum (Sularso dan Haruo, 2004). Kinerja Pompa Hidram Kinerja mempunyai makna lebih luas, bukan hanya menyatakan sebagai hasil kerja, tetapi juga bagaimana proses kerja berlangsung. Kinerja adalah tentang melakukan pekerjaan dan hasil yang dicapai dari pekerjaan tersebut. Kinerja pompa hidram tercermin dari kemampuannya untuk mendukung kebutuhan air di lokasi yang posisinya lebih tinggi dari sumber air di daerah-daerah pedesaan atau di daerah terpencil yang tidak ada sumber daya listrik (Sinaga, 2009). Kinerja pompa hidram akan optimal jika memenuhi prosedur yang ditetapkan. Beberapa permasalahan yang mungkin timbul dalam pengoperasian pompa hidram anatara lain: klep pembuangan tidak dapat naik atau menutup, disebabkan beban klep terlalu berat atau debit air yang masuk pompa kurang. Klep pembuangan tidak mau turun atau membuka, karena beban klep terlalu ringan. Kinerja pompa hidram akan optimal jika dilakukan perawatan rutin yaitu menjaga agar saringan air yang masuk ke pipa masukan tidak rusak, sehingga tidak ada sampah yang masuk ke pompa. Selain harus menjaga air yang mengalir terbebas kotoran / sampah dengan cara membuat saringan, dipakainya sumber air umum tersebut membuat debit air berubah-ubah, fluktuatif, yang bisa menyebabkan klep pembuangan berhenti bekerja membuka-menutup (Saputra, 2013). 20
Debit Aliran Air Debit aliran adalah volume air yang mengalir per satuan waktu yang melewati suatu penampang melintang tertentu (sungai, pipa, dan sebagainnya). Data debit diperlukan unntuk menentukan volume aliran atau perubahanperubahannya dalam suatu sistem DAS. Data debit diperoleh dari pengukuran secara langsung maupun secara tidak langsung. Debit aliran air digunakan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh debit aliran terhadap tenaga aliran yang timbul dalam pipa pemasukan dalam hubungannya untuk penyediaan energi tekanan dinamis untuk mendorong air ke pipa keluaran. Debit aliran dapat di hitung dengan persamaan : Q = VV...(1) tt Dimana : Q = debit aliran (m 3 /s) V = volume air yang tertampung (m 3 ) t = waktu (s) (Merle dan Wiggert, 2011). Koefisien Debit Koefisien debit menyatakan perbandingan debit aliran aktual yang keluar (tertampung) dari bejana dengan debit teoritis sebagai berikut: Dimana: Cd = QQ VV AA = tt.....(2) QQ TT AA 2ggh atau perbandingan Persamaan (2) dengan Persamaan (1). C d = Koefisien Debit 21
Q a = Debit Aktual (L/s) Q t = Debit Teoritis (L/s) V = Volume air yang tertampung (m 3 ) t = Waktu pengangkatan volume air yang tertampung (s) A = Luas penampang pipa penyaluran (m 2 ) g = Gaya gravitasi (m/s 2 ) h = Tinggi sumber air (m) Efisiensi Pompa Hidram Efisiensi sebuah instalasi sebuah pompa hidram ditentukan oleh berbagai faktor, selain dimensi dan bahan yang digunakan untuk membuat pompa, juga tergantung dari karakteristik instalasi pompa hidram yang berbeda pada masingmasing lokasi pemasangan. Untuk mengetahui efisiensi pompa hidram, dalam penelitian ini digunakan dua persamaan efisiensi yaitu efisiensi D Aubuissondan efisiensi Rankine. a. Menurut D Aubuisson Menurut D Aubuisson, perhitungan efisiensi pompa hidram berpatokan pada klep buang untuk digunakan sebagai datum. Efisiensi D Aubuission dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Dimana: ƞ= qq(hh+h)...(3) (QQ+qq)HH Ƞ = efisiensi pompa hidram (%) q = debit hasil, (m 3 /s) Q = debit limbah, (m 3 /s) h = head keluar, (m) 22
H = head masuk, (m) (Michael and Kheepar,1997). b. Menurut Rankine Efisiensi menurut Rankinemerupakan perbandingan antara selisih tinggi tekan isap dan sisi buang dikali kapasitas pengisapan, dengan tinggi tekan isap dikalikan kapasitas air yang dipindahkan. Efisiensi Rankine dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Ƞ = qq h...(4) QQ HH Dimana: Ƞ = efisiensi pompa hidram q = debit hasil, (m 3 /s) Q = debit limbah, (m 3 /s) h = head keluar, (m) H = head masuk, (m) (Michael dan Kheepar,1997) Selain menggunakan rumus / persamaan efisiensi menurut metode D Aubuission dan Rankine, efisiensi pompa hidram dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Dimana : Ƞ = QQ oooooo QQ iiii... (5) Ƞ = efisiensi pompa hidram (%) Qout = debit air yang keluar / dihasilkan (liter / menit) Qin = debit air yang masuk (liter / menit) (Suroso, dkk., 2012). 23
Dasar Perencanaan Pompa Dalam perancangan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, yaitu: a. Kapasitas Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa persatuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan. b. Head Pompa Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam 3 bentuk, yaitu : 1. Head Potensial Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane). Jadi suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yangdisebabkan oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Zkolom air. 2. Head Kecepatan Head kecepatan atau head kinetik yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya. 3. Head Tekanan Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan dengan. Head total dari pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (head mayordan head minor) (Suroso, dkk., 2012). 24
Sifat Zat Cair Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa. Pada perencanaan pompa ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur di dalam kamar / ruangan. Aliran Fluida Dalam suatu aliran yang melewati sistem atau instalasi pipa maka terjadi suatu hambatan aliran, hambatan tersebut disebabkan oleh faktor-faktor bentuk instalasi. Hambatan tersebut dapat menyebabkan turunnya energi dari fluida tersebut yang sering disebut dengan kerugian tinggi tekanan (head loss) atau penurunan tekanan (pressure drop) yang disebabkan oleh pengaruh gesekan fluida (friction losses) dan perubahan pola aliran terjadi karena fluida harus mengikuti bentuk dari dindingnya (Munson, dkk., 2004). Energi dan Head Energi pada umumnya didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan dari sebuah gaya yang melewati suatu jarak dan umumnya didefenisikan secara matematika sebagai hasil perkalian dari gaya dan jarak yang dilewati pada arah gaya yang diterapkan tersebut. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N. m (Joule). Setiap fluida yang sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah aliran fluida yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial, energi kinetik dan energi tekanan. Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki fluida dengan tempat jatuhnya. Energi potensial (Ep), dirumuskan sebagai : Ep = W. z... (6) 25
Dimana : Ep = energi potensial (J) W = berat fluida (N) z = beda ketinggian (m) Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena pengaruh kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik, dirumuskan sebagai : EK = 1 2 m.v 2... (7) Dimana : EK= energi kinetik (J) m = massa fluida (kg) v = kecepatan aliran fluida (m/s) Energi tekanan disebut juga dengan energi aliran adalah jumlah kerja yang dibutuhkan untuk memaksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu dan berlawanan dengan tekanan fluida. Besarnya energi tekanan (EF), dirumuskan sebagai : Ef = p. A. L...(8) Dimana : Ef= energi tekanan (J) p = tekanan yang dialami oleh fluida (N/m 2 ) A = luas penampang aliran (m 2 ) L = panjang pipa (m) (Sitompul, 2013). 26