LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Pompa hidraulik ram (US AID, 1982) adalah suatu alat untuk mengankat atau mengalirkan air dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi secara kontiyu dengan menggunakan energi potensial dari sumber air yang akan dialirkan sebagai daya penggerak, tanpa adanya energi dari luar seperti listrik, energi minyak bahan bakar. Jadi, dimana ada terjunan air alat ini bisa digunakan untuk memindahkan air dari tempat yang rendah menuju tempat yang lebih tinggi.
Penelitian tentang pompa hidraulik ram pernah dilakukan oleh PTP-ITB dengan memodifikasi pompa hidralik ram dari ITDG London yang menggunakan pompa hidraulik ram berukuran 2 inci dengan diameter pipa masuk pompa 2 inci dan diameter pipa penghantar 1 inci. Dari penelitian tersebut diperoleh bahwa beban katup limbah berpengaruh pada efisiensi pompa hidraulik ram.
Pada tahun 2011 penelitian tentang pompa hidraulik ram dari pipa PVC dengan diameter 4 inci yang pernah dilakukan oleh saudara Turibius bayu di Universitas Sanata Dharma, parameter yang divariasikan adalah head input dan jarak katup limbah. Dari penelitian tersebut untuk variasi head input, ketinggian head input 1,5 m hingga 0,6 mdan untuk jarak pada langkah katup limbah dari 0.01 m sampai 0,07 m, penelitian tersebut untuk mengetahui debit output maksimum yang diperoleh pada head input 1,5 m dengan langkah katup limbah 0,06 m sebesar 33,26 L/menit untuk head output 3 m dan efisiensi maksimum
20
pada head input 0,9 m dengan langkah katup limbah 0,06 m sebesar 72,85 % untuk head output 3 m.
2.2 Landasan Teori
Pompa hidraulik ram ini cukup sederhana dan efektif digunakan pada kondisi yang sesuai dan dengan syarat-syarat kerja yang diperlukan untuk operasinya. Prinsip kerja pompa hidraulik ram adalah melipatgandakan kekuatan pukulan air pada rumah pompa, sehingga terjadi perubahan energi kinetik menjadi tekanan dinamik yang mengakibatkan terjadinya palu air (water hammer) dan terjadi tekanan tinggi di dalam pompa. Water hammer adalah hentakan tekanan atau gelombang air yang disebabkan oleh energi kinetik air dalam gerakannya ketika tenaga air ini dihentikan atau arahnya dirubah secara tiba-tiba.Tekanan dinamik diteruskan ke dalam tabung udara yang berfungsi sebagai penguat tekanan air dan memaksa air naik ke pipa penghantar.
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, syarat utama kedua adalah sumber air harus kontinyu. Pada waktu air mengalir dari bak reservoir yang menuju pipa input yang panjangnya berbeda maka akan mempengaruhi debit yang dihasilkan oleh pompa tersebut, sebenarnya bagian kunci dari pompa Hidram adalah dua buah klep, yaitu: klep pembuangan dan klep penghisap. Air masuk dari terjunan melalui pipa, klep pembuangan terbuka sedangkan klep penghisap tertutup.Air yang masuk memenuhi rumah pompa mendorong ke atas klep pembuangan hingga
21
menutup.Dengan tertutupnya klep pembuangan mengakibatkan seluruh dorongan air menekan dan membuka klep penghisap dan air masuk memenuhi ruang dalam tabung kompresi di atas 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. 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.
Di sinilah hantaman palu air (water hammer) itu terjadi, dimana air dengan tenaga gravitasi dari terjunan menghantam arus balik tadi, 2/3 debit keluar lubang pembuangan, sementara yang 1/3 debit mendorong klep penghisap masuk ke dalam tabung pompa sekaligus mendorong air yang ada dalam tabung pompa untuk keluar melaui pipa output. Gambar dari pompa hidram adalah sebagai berikut :
Gambar 2.1. Pompa hidram
2
1 4 3
22 Keterangan gambar 1. Rumah pompa 2. Katup limbah 3. Tabung udara 4. Katup hantar
2.3. BagianUtama dari Pompa Hidram 2.3.1 Rumah Pompa
Rumah pompa terdiri atau tersusun atas Large Radius Tee 2” dan Large Radius Elbow 2”. Fungsi rumah pompa adalah sebagai tempat terjadinya proses pemompaan. Bagian ini dilengkapi dengan dudukan agar pompa dapat berdiri tegak.
Gambar 2.2.rumah pompa 2.3.2 Katup Limbah
Katup limbah merupakan katup pembuangan air sisa yang berfungsi memancing gerakan air yang berasal dari bak reservoir, sehingga dapat menimbulkan aliran air yang bekerja sebagai sumber tenaga pompa, katup limbah tersusun atas plat aluminium berbentuk
23
lingkaran, yang dilapisi bagian atasnya dengan ring dari alumunium, bagian bawah ditempeli pemberat yang terbuat dari ring besi, lalu disatukan dengan sebuah baut yang panjang dan bagian atas baut diberi mur yang dilubangi yang berfungsi untuk mengatur ketukan yang terjadi pada pompa tersebut.
Gambar 2.3. katup limbah
2.3.3 Tabung Udara
Tabung udara ini terbuat dari pipa PVC dengan diameter 3 “ yang dilengkapi dengan CAP sebagai penutup tabung. Tabung udara ini berfungsi untuk meneruskan dan melipatgandakan tenaga pemompaan, sehingga air yang masuk ke tabung udara dapat dipompa naik. Dengan kata lain tabung udara berfungsi sebagai pengumpul energi potensial yang telah diubah menjadi tekanan udara, pada tabung udara ini juga terdapat pipa out put untuk mengalirkan air yang telah terpompa dari pompa hidram.
24
Gambar 2.4.tabung udara 2.3.4 Katup Hantar
Katup hantar tersusun atas plat aluminium yang dilubangi, dan dilapisi karet pada bagian atas plat, kemudian dibaut agar karet dan plat menjadi satu. Katup ini menghantarkan air dari pompa ke tabung udara serta menahan air yang telah masuk agar tidak dapat kembali kedalam rumah pompa, pada katup hantar ini terdiri dari 4 macam dengan variasi pada diameter lubang.
25
2.4 Komponen Penyusun Pompa Hidram
Didalam pembuatan pompa hidram, selain bagian utama dari pompa hidram masih ada komponen penyusun pompa hidram yang lainnya, antara lain sebagai berikut :
1. Sok drat luar (2” x 2”)
Sok drat luar ini terbuat dari bahan PVC yang berukuran 2” dengan diameter 6,7 cm, sok drat ini berfungsi untuk masuknya pipa input yang disambung dengan selang fleksibel berukuran 2” untuk meneruskan air yang berasal dari bak reservoir.
Gambar 2.6. Sok drat luar 2. Large Radius Tee (2” x 2”)
Large radius tee dari bahan PVC yang berukuran 2” x 2” ini berfungsi untuk meneruskan air dari sok drat luar, sambungan increaser dan sebagai tempat bekerjanya katup limbah,large radius tee 2” x 2” ini Ø 6,7 cm.
26
Gambar 2.7. Large Radius Tee 3. Large Radius Elbow (2”)
Large radius elbow dari bahan PVC ini digunakan untuk meneruskan air dari large radius tee yang disambung dengan pralon 2” untuk dilanjutkan kedalam tabung udara yang melalui increaser yang didalamnya ada katup hantar, large radius elbow ini mempunyai Ø 6,7 cm.
Gambar 2.8.Large Radius Elbow 4. Increaser 3” x 2”
Komponen ini terdapat pada rumah pompa, increaser berfungsi untuk meletakkan kedua katup yaitu katup hantar dan katup limbah, untuk dipompa keluar menuju tabung refrigerant untuk diukur debit dan tekanan. Increaser ini terbuat dari PVC dengan ukuran 3” x 2” yangberdiameter sebesar 9,4 cm.
27
Gambar 2.9. Increaser 5. Baut
Baut ini digunakan untuk mengunci tabung udara yang terdapat ring, yang dimaksudkan agar pada waktu air masuk didalam rumah pompa hidram tabung udara tidak terangkat oleh desakan air, baut ini memiliki Ø 3 mm.
Gambar 2.10. Baut 6. Pralon 2”
Untuk pralon 2 “ ini digunakan untuk menyambung bagian penyusun dari rumah pompa hidram. Pralon ini mempunyai Ø 6,1cm dan mempunyai panjang sesuai dengan keinginan, disini mempunyai panjang 5 cm.
28
Gambar 2.11 Pralon 7. Ring
Ring ini dibuat dari alumunium dengan tebal 3 mm, ring ini digunakan untuk menjaga increaser yang disambung dengan pralon tidak terangkat oleh desakan dari air, disini digunakan ring setebal 3 mm maksutnya adalah pada waktu dibaut ring tersebut ridak bengkokdan lubang pada ring dalam berdiameter 7.4 cm. Sedangkan untuk diameter untuk lubang yang kecil 3mm
Gambar 2.12. Ring 8. CAP
Cap (AW) ini dari bahan PVC, digunakan untuk menutup tabung dari pompa hidram, cap berukuran 3” dan mempunyai Ø (diameter) 9,6 cm
29
Gambar 2.13. Cap 9. Dudukan pompa hidram
Dudukan ini digunakan sebagai tempat meletakan hidram pada waktu pengujian dilakukan. Dudukan hidram dibuat dari plat besi yang berbentuk L atau siku dengan panjang 90 cm.
Gambar 2.14. Dudukan pompa hidram 2.5 Cara Kerja Pompa Hidram
Air yang turun dari reservoir melalui pipa dengan kecepatan tertentu akan masuk kedalam rumah pompa sehingga katup limbah yang berada didalam pompa yang awalnya terbuka dengan air dari reservoir yang mengalir secara terus menerus, yang menyebabkan tekanan didalam rumah pompa akan meningkat, sehingga katup limbah akan tertutup hal ini menyebabkan katup hantar akan terbuka akibat dari tekanan air didalam
30
rumah pompa sehinggaair akan naik melalui pipa hantar yang akan menekan udara didalam tabung udara. Selanjutnya air yang bertekanan ini akan menekan udara didalam tabung udara. Karena udara bersifat compresible maka volume udara akan mengecil akibat tekanan air. Pada saat aliran dari rumah pompa sudah mengecil maka udara akan menekan air keluar kepipa output dan juga akan menekan karet ban pada katup hantar, sehingga katup hantar akan tertutup oleh ban karet. Pompa hidraulik ram tidak menggunakan sumber energi dari luar untuk bekerja, tetapi pompa ini menggunakan pukulan atau hantaman air itu sendiri sebagai tenaga penggeraknya.
Dalam kasus ini masuknya air didalam pompa hidram yang berasal dari bak reservoir harus diusahakan secara kontiyu dan permukaan air tetap stabil.Ada 5 siklus tahap kerja dari pompa hiram
a. Tahapan I
Air yang masuk melalui ram akanmenyebabkan katup limbah terbuka sehingga dapat menimbulkan tekanan yang kecil.
b. Tahapan II
Aliran yang masuk melalui ram akan bertambah sehingga katup akan terbuka dan tekanan dalam pipa masukan juga akan bertambah secara bertahap.
31
Gambar.2.15.skema tahapan I-II c. Tahapan III
Pada tahapan III ini katup limbah akan menutup dan tekanan pada pompa hidram akan naik. Sehingga kecepatan aliran dalam pipa masukan akan maksimal.
d. Tahapan IV
Pada tahapan ini katup limbah akan tertutupdan air akan masuk melalui katup penghantar. Sehingga pada kecepatan aliran pada pemasukan akan berkurang.
32
Gambar.2.16. Skema tahapan III-IV e. Tahapan V
Denyut tekanan terpukul ke dalam pipa masukan dan menyebabkan timbulnya hisapan kecil dalam hidram.Katup limbah akan terbuka karena adanya hisapan dan juga karena beratnya sendiri. Air akan mulai mengalir melalui katub limbah dan siklus hidram akan terulang lagi.
33
Adapun beberapa persamaan yang digunakan dalam merencanakan sebuah pompa hidram adalah sebagai berikut :
2.6 Persamaan yang dipakai
a. Persamaan untuk menghitung efisiensi pompa hiraulik ram
Dalam menghitung efisiensi pompa hidraulik ram, digunakan rumus
D’Aubuisson
....……… (1) Dengan :
ηD = efisiensi D’Aubuisson (%) Qd = kapasitas pemompaan (l/menit) Qb = kapasitas terbuang (l/menit) Hd = head pemompaan (m) Hs = head input (m)
b. Persamaan yang digunakan untuk mengukur debit air,
………. (2) Dengan :
Q = debit air yang ditampung (m3/detik) V = volume air yang ditampung liter
t = waktu (detik)
c. Persamaan yang digunakan untuk mengukur besarnya tekanan pada pompa,
P = ρ.g.H ……….. (3) Dengan :
34
P= tekanan (N/m²)
ρ = massa jenis air (1000 kg/m³) g = percepatan gravitasi (m/s2)
H = Tinggi kolom air/head pemompaan (m) d. Kecepatan aliran air
……… (4) Dimana :
V = kecepatan fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s2)
35