BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Blok
Alat pompa hidraulik ram yang akan dirancang pada penelitian ini, berfungsi untuk mempertahankan aliran debit air dan bekerja secara kontiniu.
Secara gasis besar alat pompa hidraulik ram ini tediri dari tiga blok utama.
Diagram blok keseluruhan ditunjukan seperti gambar berikut:
Gambar 3.1. Diagram blok alat pompa hidram Hidraulik Ram pump
18 3.2 Rancangan badan pompa
Adapun rancangan badan pompa dari alat yang akan dirancang seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut :
(a)
(b)
Gambar 3.2 Rancangan badan pompa (a) Ilustrasi (b)Tampak jadi
Gambar 3.2 menunjukan rancangan badan pompa dengan 2 klep, yaitu klep buang dan klep masuk. Klep buang digunakan untuk membuang sedikit air dan
19 akan menutup secara tiba-tiba sehingga menimbulkan efek water hammer.
Kemudian klep masuk digunakan agar air yang sudah masuk ke tabung udara tidak turun ke badan pompa. Badan pompa dirancang dengan menggunakan T-junction dan knee- L dengan ukuran 1½”. Klep buang dan klep masuk juga mempunyai ukuran diameter yang sama dengan badan pompa yaitu 1½”. Klep buang dan klep masuk terbuat dari bahan dasar kuningan dan untuk T-junction dan knee-L terbuat dari besi. Selanjutnya bagian – bagian ini dihubungkan dengan mnggunakan drat luar yang juga terbuat dari besi.
3..3 Penentuan Head Pipa
3.3.1 Penentuan Head Masuk
Untuk penelitian ini, penentuan head masuk digunakan untuk menentukan parameter – parameter yang lain (ukuran pipa masuk, dll.). Pada awalnya diasumsikan head masuk 1 m, tetapi dalam pengujian di lapangan nilai ini berubah menjadi 1,5 m. Hal itu karena dalam pengujian di lapangan, ada tambahan ketinggian permukaan air dalam tangki water source 0,5 m. Dalam pengujian nilai ini menjadi parameter yang ditetapkan.
3.3.2. Penentuan Head Keluar (h)
Berdasarkan penelitian Dr. Jagdish Lal (1975), head keluar kita asumsikan sebesar 6 m. Harga ini mengacu pada hasil penelitian beliau yang menyatakan bahwa panjang pipa keluar atau head keluar berhubungan dengan efisiensi, yang juga berarti berhubungan dengan panjang pipa masuk dan head masuk. Agar efisiensi pompa hidram menjadi maksimum, maka hubungan ketiga parameter diatas dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
20 Tabel 3.1. Besar head keluar (h) berdasarkan head masuk (H) dan panjang pipa
masuk (L)
H (m) 1 2 3 4
h (m) 10 15 23 30
L (m) 10 15 23 30
(Sumber : Jagdish Lal, 1975)
3.4. Penentuan Diameter Pipa
Setelah diketahui panjang pipa masuk, maka dari tabel di bawah ini bisa kita tentukan diameter pipa masuk (drive pipe) yang akan kita gunakan.
Tabel 3.2. Tabel hubungan panjang pipa masuk (L) dan diameter pipa masuk (D)
Diameter (10-3 m)
Panjang pipa masuk L (m)
Minimum Maksimum
13 2 13
20 3 20
25 4 25
30 4,5 30
40 6 40
50 7,5 50
80 12 80
100 15 100
(Sumber : US AID, 1982)
21 Setelah mendapatkan harga dari tabel 3.1, kemudian kita cek harga tersebut menggunakan metode Calvert, dimana :
150 <L/D < 1000
dengan memasukkan L = 10 m dan D = 3,81 x 10-2 m pada persamaan di atas maka didapatkan L/D = 262,46 . Nilai tersebut memenuhi persamaan dari metode Calvert di atas. Nilai tersebut juga sesuai jika dicek pada table 3.2. Jadi asumsi kita menggunakan pipa dengan diameter 1.5 in dengan panjang 10 m adalah benar.
3.5. Penentuan Panjang Pipa
Panjang pipa masuk kita tentukan sesuai tabel 3.1 yaitu 10 m. Pada tabel ini ditunjukkan agar efisiensi yang diperoleh maksimum, dengan asumsi besar head masuk yang telah kita tentukan 1 m dan besar head keluar 6 m, maka panjang pipa masuk yang diambil adalah 10 m, sesuai dengan perhitungan di atas, panjang pipa masuk 10 m dengan diameter 1.5 in telah memenuhi persamaan metode Calvert.
3.6. Penentuan Bahan Pipa
3.6.1 Penentuan Bahan Pipa Masuk
Bahan pipa masuk yang digunakan pada pengujian ini adalah pipa air PVC merk Wavin seri D dengan diameter yang telah kita tentukan yaitu 1.5 in dan panjang 10 m. Pipa ini kita potong dalam 5 bagian dengan panjang masing-masing bagian 2 m. Hal ini untuk mendukung proses pengujian dan memudahkan dalam transportasinya.
22 Gambar 3.3 Pipa Inlet PVC 1 ½ “ Merek WAVIN
3.6.2 Penentuan Bahan Pipa Keluar
Dalam penelitian kali ini, pipa keluar yan digunakan adalah selang karet.
Hal ini dilakukan untuk memudahkan pengukuran tinggi air dan debit hasil yang keluar.
3..7 Rancangan Tabung udara dan pipa hantar
Tabung udara dibuat dari bahan PVC, dengan ukuran tinggi 1 meter dan diameter 4”. Tabung udara diperlukan untuk mendorong air yang telah dipompa keluar melalui pipa keluaran dengan ukuran diameter ½ “. Pipa hantar di arahkan ke atas untuk mengetahui tinggi air yang dapat terangkat. Di jalur pipa keluaran dilengkapi dengan barometer untuk mengetahui tekanan air yang mengalir.
Rancangan tabung udara dan pipa keluaran ditunjukan pada gambar 3.4
23 Gambar 3.4 Rancangan Tabung udara
Penggunaan tabung udara dapat memperbesar head output pompa hidram, karena dengan penggunaan tabung udara, air bertekanan hasil proses water hammer lebih dulu diakumulasi di dalam tabung udara sebelum dialirkan
menuju delivery pipe. Selain itu, dari hasil pengamatan, fluktuasi head output pompa juga lebih kecil dengan penggunaan tabung udara.
Akan tetapi, tidak selamanya volume tabung udara berbanding lurus dengan head output, penambahan volume tabung justru akan memperkecil head output. Hal itu di sebabkan karena pada tabung udara yang terlalu besar, akan terdapat rongga udara yang justru akan menurunkan tekanan dalam tabung.
Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa volume tabung udara yang optimum adalah ketika tabung udara dapat mengakumulasi air bertekanan sampai titik maksimum, tanpa terbentuk rongga udara di dalam tabung tersebut .
3.8. Variabel yang diamati
Adapun parameter yang diamati pada penelitian ini adalah:
24 1. Tekanan pada pipa penghantar (outlet pipe) (pd)
2. Debit air yang keluar dari waste valve (Q) 3. Debit air yang keluar dari delivery valve. (q)
3.9. Langkah Penelitian
3.9.1 Persiapan
Pengujian diawali dengan mempersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan, kemudian dirakit sesuai dengan instalasi yang dibutuhkan untuk pengujian. Setelah perakitan selesai dilakukan pengecekan kebocoran pada instalasi.
3.9.2 Pelaksanaan Pengujian
Sesuai dengan tujuan penelitian kali ini, yakni untuk merancang bangun pompa hidram, maka digunakan beberapa parameter. Adapun parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Parameter yang ditetapkan sebagai berikut :
• Tabung Udara
Volume tabung : πr2.t = 3,14 x 0,05082 x 1 = 0,008 m3 Diameter tabung : 4 in.
Tinggi tabung : 1 m
• Head masuk : H = 1,5 m
• Panjang pipa masuk : L = 10 m
• Diameter pipa masuk : D = 3,81 cm
25
• Diameter pipa keluar : d = 1,27 cm
• Massa tambahan klep buang : mw = 20 gram
Parameter yang diukur sebagai berikut:
• Debit limbah (Q)
• Debit hasil (q)
• Tekanan pada pipa keluar (po)
• Tinggi air yang dapat di angkat (h)
Parameter yang dihitung:
• Efisiensi pompa hidram (η)
Gambar 3.5 Skema instalasi pompa hidram
3.9.3 Langkah Kerja
Langkah kerjanya adalah sebagai berikut :
1. Menyiapkan hidram dan seluruh instalasinya pada tempat pengujian 2. Memasang pipa masuk dengan panjang tetap yaitu 10 m.
1,5 m
≤7m
Panjang pipa inlet (10m)
Badan pompa
26 3. Memasang drum sebagai simulator penampung air sumber.
4. Memasang instalasi pompa air sebagai simulator pemasok kebutuhan air sumber.
5. Memasang selang sebagai pengganti pipa keluar dan mengatur ketinggian selang
6. Mengatur panjang langkah katub limbah (S = 9 mm) dengan jangka sorong.
7. Memasang tabung udara dengan volume tabung yang sudah ditentukan.
8. Memastikan semua instalasi telah terpasang dengan baik dan memastikan tidak ada kebocoran.
9. Menjalankan sistem dan melakukan pengujian yaitu dengan mencatat tekanan pada pipa keluar (po), debit air limbah (Q), debit hasil (q) dan tinggi kenaikan air (h). Pengukuran debit dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch.
27
BAB IV
PENGUJIAN ALAT
4.1 Pengujian Alat
4.1.1 Pengujian Klep
Pengujian klep ini bertujuan untuk mengethaui apakah klep akan bekerja dengan baik pada saat dipasang nanti. Pengujian klep dilakukan dengan menekan klep secara periodik dengan menggunakan tangan. Jika klep dirasa sudah bekerja dengan baik, maka klep masih bagus dan dapat dipasang pada badan pompa.
4.1.2 Pengujian Tabung Udara
Pengujian tabung udara dilakukan dengan memasukan air ke dalam tabung udara untuk mengetahui apakah ada kebocoran atau tidak. Hal ini dilakukan agar tabung udara dapat bekerja secara efektif untuk memberikan tekanan agar air dapat diangkat sesuai perhitungan.
4.1.3 Pengujian pipa hantar (delivery pipe)
Pengujian pipa hantar dilakukan agar air yang telah dipompa dapat mengalir ke atas dan dapat dihitung ketinggiannya. Pipa hantar digantikan dengan selang agar mudah untuk disesuaikan tinggi pengukurannya.
28 4.2 Proses Pengambilan Data.
Proses pengambilan data diawali dengan melakukan proses trial and error instalasi pompa hidram. Proses trial and error dilakukan untuk mendapatkan konfigurasi optimal untuk parameter – parameter yang di tetapkan pada pompa hidram tersebut. Selain itu, proses trial and error juga dilakukan untuk mengetahui kekurangan – kekurangan yang masih terdapat pada instalasi pompa hidram, sehingga pada saat pengambilan data, pompa hidram akan berada pada kondisi dan konfigurasi optimal. Dari beberapa sumber yang penulis dapatkan, penulis mendapatkan sebuah usul untuk menggunakan klep buang buatan pabrik, atau yang lebih dikenal dengan nama Tussen Klep.
Trial dilakukan dengan klep buang buatan pabrik dikondisikan pada posisi
panjang langkah 9 mm. Hasilnya klep buang dapat bekerja dengan baik, dengan rata – rata jumlah ketukan mencapai 62 ketukan per menit. Pompa hidram mampu mengangkat air hingga setinggi 7 meter, sesuai dengan panjang pipa hantar yang terpasang. Namun, kondisi ini tidak dapat stabil, artinya pada satu pengamatan, air dapat mencapai titik tertinggi pipa, namun di waktu yang lain, dengan kondisi instalasi yang sama, air tidak dapat mencapai ketinggian itu.
Sehingga, dalam setiap pengamatan data mengenai ketinggian maksimum (h) dan debit hasil (q) selalu berbeda-beda, dimana data itu merupakan data yang diambil untuk menghitung efisiensi pompa hidram.
29 4.3. Hasil Pengamatan.
Hasil pengujian ditampilkan dalam bentuk tabel. Dan disajikan dengan variabel antara lain, debit limbah (Q) – debit hasil (q) ,) – head supply (H) – head output (h)., jumlah ketukan (N) dan Efisiensi (η).
Efisiensi pompa hidram dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8), yaitu :
ɳ =
( )
dengan :
ηA = efisiensi hidram menurut D’Aubuisson q = debit hasil, m3/s
Q = debit limbah, m3/s h = head keluar, m H = head masuk, m
Pengujian I
Pengujian I dilakukan dengan kondisi pompa hidram sebagai berikut.
• Volume tabung udara : 0,008 m³
• Panjang langkah klep buang : 9 mm
• Panjang pipa drive : 10 m
• Diameter pipa drive : 38,1 mm
• Head input : 1,5 m
30 Tabel 4.1. Tabel Hasil Pengamatan Pengujian I
Data
Pengujian II dilakukan dengan kondisi pompa hidram sebagai berikut.
• Volume tabung udara : 0,008 m³
• Panjang langkah klep buang : 9 mm
• Panjang pipa drive : 10 m
31
• Diameter pipa drive : 38,1 mm
• Head input : 1,5 m
Tabel 4.2. Tabel Hasil Pengamatan Pengujian II
Data
Pengujian III dilakukan dengan kondisi pompa hidram sebagai berikut.
• Volume tabung udara : 0,008 m³
32
• Panjang langkah klep buang : 9 mm
• Panjang pipa drive : 10 m
• Diameter pipa drive : 38,1 mm
• Head input : 1,5 m
Tabel 4.3. Tabel Hasil Pengamatan Pengujian III
Data
33 Pengujian IV
Data pengujian IV didapatkan sebagai berikut.
Tabel 4.4. Tabel Hasil Pengamatan Pengujian IV
Data
Perhitungan dari variabel yang telah didapat berdasarkan data hasil ujicoba pompa hidram yang telah dilakukan ditunjukan dalam bentuk table sebagai berikut :
34 Tabel 4.5 Hasil perhitungan dari beberapa parameter
Parameter Nilai
Diameter pipa masuk 38,1 mm
Panjang pipa masuk 10 m
Jumlah ketukan 62 ketukan/menit
Debit pipa outlet 1,63 l/menit
Tekanan Pada Pipa outlet 70 kN/ m2 Gaya angkat pipa outlet 79,8 N Efisiensi Pompa hidram 46,51 %
Gaya angkat pipa outlet dihitung dengan menggunakan persamaan, F = P . A,
P didapat dari hasil pengukuran dengan manometer sebesar 0,7 bar (70kN/m2) A = ¼ π d2
= ¼ . 3,14. (0,0381)2 = 0,00114 m2
F = 70 x 103 . 1,14 x 10 -3 = 79,8 N
Tekanan pada pipa inlet dihitung dengan pers. Bernoulli ; P1 + ρ g h1+ ½ ρ v2 = P2 + ρ g h2 + ½ ρ v2
1x 102 N + 103 . 10 . 1,5 m = P2 + 1000 . 10 . 0,25 m + 0 P2 =115 kN – 2,5 kN
= 112,5 kN
35
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan , penulis memperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Pompa dapat mengangkat air hingga ketinggian 5,5 m dari sumber air.
2. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, pompa hidram dapat bekerja dengan baik dengan debit rata-rata 3 x 10-5 m3 /s (1,63 l/menit),
3. Dari data uji coba, pompa hidram ini dapat disimpulkan bahwa pompa hidram dapat bekerja dengan baik dengan efisiensi mencapai 46,51%.
5.2. Saran
1. Penelitian dan pengembangan pompa hidram untuk masa – masa yang akan datang sangat diperlukan, mengingat masih banyak faktor – faktor yang dapat meningkatkan performa sebuah pompa hidram untuk diteliti, misalnya, penggunaan klep buang yang dapat bekerja jauh lebih baik.
2. Perlu adanya dukungan dari beberapa pihak agar teknologi pompa hidram ini tidak terhenti, dan bantuan dari beberapa pihak untuk menyebarluaskan penggunaan teknologi pompa hidram ini.
36 3. Dalam penelitian ini ukuran pompa hidram dapat dijadikan referensi untuk membuat pompa hidram , namun pada penelitian selanjutnya dapat dirubah ukuran pompa hidram sesuai dengan kebutuhan yang diperlukan.
37
DAFTAR PUSTAKA
Arianta, Ahmad Nur.2010. Pengaruh Variasi Ukuran Tabung Udara Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram. Jurusan Teknik Mesin Universitas Gajah Mada. Yogyakarta
.Arpan, Fennani.2002.Lingkungan Teknis tentang Kasus Pembuatan Pompa Hidraulik RAM (HIDRAM).Universitas Trisakti. Jurnal Ilmiah LEMDIMAS
De longh, Hans dan Hanafi, Jahja. 1979. Teknologi Pompa Hidaraulik Ram.
Pusat Teknologi Pembangunan Institut Teknologi Bandung. Bandung Faizal, Jusron.http://mastekop.blogspot.com, diakses pada tanggal 10/01/2013
pukul 16.32 Wib
Herawati, Yeni.2009.Lenght Inlet to Hidram Efficiency. Jurusan Teknik sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. Surakarta
Herlambang, Arie dan Dwi Wahjono, Heru.2006. Rancang Bangun Pompa Hidram untuk Masyrakat pedesaan.JAI.Vol.2,No.2
Maryono, Agus. 2003. Hidrolika Terapan. PT Pradyana Paramita. Jakarta.
Nouwen, A. 1994. Pompa. Penerbit Bhratara. Jakarta
Ridla, Y.http://yazidridla.blogspot.com/2011/02/hidrodinamika- pengenalan.html, diakses pada tanggal31/1/2013 pkl. 09.29 wib
Mohammed, Shuaibu ndache. Design and Construction of Hydraulic Ram Pump.
Leonardo Electronic Journal of Practice and Technologies. 2007
Tahara, Haruo dan Sularso.2004. Pompa dan Kompressor. PT.Pradnya Paramita.
Jakarta
38
LAMPIRAN
39 Lampiran I : Gambar Alat
Badan Pompa dan Tabung Udara
Pipa Outlet ½ “
Manometer
40 Pipa Inlet 1 ½ “
Pompa Hidram
41 Lampiran II : Data Pengujian I
• Volume tabung udara : 0,008 m³
Grafik Hubungan Antara Debit Hasil (q) dengan Tinggi Output
3,9
42 Lampiran III : Data Pengujian II
• Volume tabung udara : 0,008 m³
Grafik Hubungan Antara Debit Hasil (q) dengan Tinggi Output
4,4
43 Lampiran IV : Data Pengujian III
• Volume tabung udara : 0,008 m³
Grafik Hubungan Antara Debit Hasil (q) dengan Tinggi Output
5,6
44 Lampiran V : Data Pengujian IV
• Volume tabung udara : 0,008 m³
Grafik Hubungan Antara Debit Hasil (q) dengan Tinggi Output
0