RANCANG BANGUN POMPA AIR SEMI MEKANIS
BERTENAGA SEMI ALIRAN
SKRIPSI
Oleh :
FIRMAN SYAHPUTERA 050308039
DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
RANCANG BANGUN POMPA AIR SEMI MEKANIS
BERTENAGA SEMI ALIRAN
SKRIPSI
Oleh :
FIRMAN SYAHPUTERA 050308039/ TEKNIK PERTANIAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
Disetujui Oleh : Komisi Pembimbing
(Ir. Edi Susanto, MSi) (Ir. Saipul Bahri Daulay, M.Si) Ketua Anggota
DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
ABSTRAK
FIRMAN SYAHPUTERA: Rancang Bangun Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi Aliran, dibimbing oleh EDI SUSANTO dan SAIPUL BAHRI DAULAY.
Petani khususnya yang tinggal di daerah aliran sungai masih menggunakan pompa listrik ataupun secara manual untuk memperoleh air. Untuk itu penulis membuat pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran. Penelitian ini dilakuka n pada bulan Februari – Mei 2010 di Laboratorium Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan, dan penelitian lapang dilakukan di Sungai Permai, Desa Namo Gajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan, Sumatera Utara. dengan cara studi literatur, eksperimen dan pengamatan terhadap alat. Parameter yang diamati adalah kapasitas alat, tinggi air terpompakan, analisis ekonomi.
Hasil penelitian menunjukkan kapasitas alat 8,33 x 10-5 m/s, Tinggi air terpompakan 7,2 m. Analisis ekonomi Rp. 3612.991/m3, dan alat ini layak untuk dibuat.
Kata Kunci : alat, pompa air, aliran.
ABSTRACT
FIRMAN SYAHPUTERA: Design of Mechanical Spring powered Water Pump, suvervised by EDI SUSANTO and SAIPUL BAHRI DAULAY.
Farmers who live in watershed still using electric or manual pump to get water. Therefore the authorty to make mechanical spring-powered water pump. This research was conducted in February-May 2010 at the Agricultural Engineering Laboratory, Faculty of Agriculture, University of North Sumatra, Medan, and the field research was conducted in Sungai Permai, Desa Namo Gajah, Kecamatan Tuntungan Medan, Medan, Sumatera Utara. by literature study, experiments and observations on the water pump. The parameters used were the water pump capacity, water elevation head and economic analysis.
The results showed that the capacity was 8,33 x 10-5 m/s. water head was 7,2 m. Economic analysis was Rp. 3612.991/m3, and this equipment was feasible.
RIWAYAT HIDUP
Firman Syahputera, dilahirkan di Aek Nabara Bilah Hilir pada tanggal 15
Desember 198 dari Ayah P. Banjarnahor dan Alm. R. Manurung. Penulis
merupakan putra pertama dari tujuh bersaudara.
Tahun 2004 penulis lulus dari SMU Persiapan Aek Nabara dan pada
tahun 2005 lulus seleksi masuk Universitas Sumatera Utara melalui jalur SPMB.
Penulis memilih program studi Teknik Pertanian, Departemen Teknologi
Pertanian, Fakultas Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah megikuti organisasi sebagai
pengurus IMATETA pada tahun 2008-2009. Penulis melaksanakan praktek kerja
lapangan (PKL) di Pabrik Kelapa Sawit Sawit Sebrang PT. Perkebunan
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini, yang
berjudul “Rancang Bangun Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi
Aliran“ yang merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Program
Studi Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada
Bapak Ir. Edi Susanto, M.Si selaku ketua komisi pembimbing dan kepada Ir.
Saipul Bahri Daulay, M.Si selaku anggota komisi pembimbing yang telah banyak
membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada ayah, ibu serta seluruh keluarga
yang telah memberi dukungan moril maupun materil termasuk teman-teman yang
membantu penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak yang
belum sempurna, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang
membangun demi kesempurnaan penelitian ini dan semoga bermanfaat bagi pihak
yang membutuhkan.
Akhir kata penulis ucapkan terima kasih.
Medan, Juni 2010
DAFTAR ISI
METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian ... 15
HASIL DAN PEMBAHASAN Rancang Bangun Alat. ... 20
Pemompaan Air. ... 21
Kapasitas Alat. ... 21
Debit Air Terpompakan (m) dan debit Air Terpompakan (m3/s) . ... 22
Hal
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan ... 27
Saran ... 27
DAFTAR PUSTAKA ... 28
DAFTAR TABEL
No. Hal
1. Kapasitas alat ... 21
2. Ketinggian air dan debit rata-rata ... 22
DAFTAR GAMBAR
No. Hal
1. Kincir air overshot ... 5
2. Kincir air undershot ... 6
3. Kincir air breastshot... 6
4. Kincir air tub ... 7
5. Percobaan alat ... 40
6. Selang lilitan ... 40
7. Bearing ... 41
8. Kincir air ... 41
DAFTAR LAMPIRAN
No. Hal
1. Flowchart penelitian ... 30
2. Data hasil penelitian ... 31
3. Analisis biaya ekonomi ... 33
4. Spesifikasi alat ... 36
6. Gambar teknik... 37
ABSTRAK
FIRMAN SYAHPUTERA: Rancang Bangun Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi Aliran, dibimbing oleh EDI SUSANTO dan SAIPUL BAHRI DAULAY.
Petani khususnya yang tinggal di daerah aliran sungai masih menggunakan pompa listrik ataupun secara manual untuk memperoleh air. Untuk itu penulis membuat pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran. Penelitian ini dilakuka n pada bulan Februari – Mei 2010 di Laboratorium Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan, dan penelitian lapang dilakukan di Sungai Permai, Desa Namo Gajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan, Sumatera Utara. dengan cara studi literatur, eksperimen dan pengamatan terhadap alat. Parameter yang diamati adalah kapasitas alat, tinggi air terpompakan, analisis ekonomi.
Hasil penelitian menunjukkan kapasitas alat 8,33 x 10-5 m/s, Tinggi air terpompakan 7,2 m. Analisis ekonomi Rp. 3612.991/m3, dan alat ini layak untuk dibuat.
Kata Kunci : alat, pompa air, aliran.
ABSTRACT
FIRMAN SYAHPUTERA: Design of Mechanical Spring powered Water Pump, suvervised by EDI SUSANTO and SAIPUL BAHRI DAULAY.
Farmers who live in watershed still using electric or manual pump to get water. Therefore the authorty to make mechanical spring-powered water pump. This research was conducted in February-May 2010 at the Agricultural Engineering Laboratory, Faculty of Agriculture, University of North Sumatra, Medan, and the field research was conducted in Sungai Permai, Desa Namo Gajah, Kecamatan Tuntungan Medan, Medan, Sumatera Utara. by literature study, experiments and observations on the water pump. The parameters used were the water pump capacity, water elevation head and economic analysis.
The results showed that the capacity was 8,33 x 10-5 m/s. water head was 7,2 m. Economic analysis was Rp. 3612.991/m3, and this equipment was feasible.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Air memiliki peranan penting dalam memenuhi kebutuhan aktivitas hidup
yang ada dimuka bumi, baik aktivitas hidup manusia, aktivitas hidup hewan, dan
tumbuhan. Kebutuhan makhluk hidup akan air bersifat mutlak, makhluk hidup
sangat bergantung terhadap air untuk memenuhi kebutuhan aktivitas hidupnya,
khususnya manusia.
Air hanya dilihat dari satu aspek yaitu untuk kebutuhan rumah tangga,
padahal air telah menjadi sangat dominan dalam seluruh aspek kehidupan kita.
Disamping kebutuhan rumah tangga air juga berfungsi sebagai variabel penting
tentang keberhasilan pangan atau pertanian dan air juga berpotensi sebagai
penyedia energi. Sudah semestinya perhatian kita tentang air tidak akan
berkurang, apalagi setiap memasuki kemarau, berita tentang air pasti mengemuka
dengan gencar. Sebagaimana biasanya setiap siklus musim kemarau di Indonesia
selalu menghadapi defisit air. Dari tahun ke tahun kekeringan terjadi dirasa
semakin meluas, seolah musim telah berubah, curah hujan yang turun semakin
berkurang sehingga air semakin kurang keberadaannya di bumi Indonesia. Defisit
air memang paling nyata dan mudah diukur pada sektor pertanian, karena sektor
ini merupakan ‘penderita terakhir’ dari bencana kekeringan. Kemerosotan hasil
bahkan kegagalan panen yang menyebabkan melesetnya angka ramalan produksi
pangan (khususnya beras) adalah ukuran yang nyata dari pengaruh kekeringan.
Itulah sebabnya bencana kekeringan baru banyak mendapat sorotan dan
pemberitaan ketika semakin luas lahan pertanian tanaman pangan ‘menjerit’
Jumlah air yang dibutuhkan oleh manusia tidaklah sedikit, sehingga
manusia meciptakan berbagai teknologi nyata untuk membantu perolehan air dari
sumber air, yaitu yang kita kenal dengan pompa. Akan tetapi, pompa air yang
sering dipakai ntuk memenuh kebutuhan adalah pompa air bertenaga motor listrik.
Untuk proses kinerjanya memerlukan sejumlah arus listrik yang cukup besar yang
dibutuhkan elektromotor sebagai sumber putaran yang dimanfaatkan oleh pompa
untuk menghisap dan mendorong pompa keluar.
Sebagian masyarakat yang tempat tinggalnya dekat dengan sungai,
memanfaatkan sungai sebagai sumber air, sebagian dari mereka menggunakan
pompa air bertenaga elektromotor dan tenaga manual untuk mengambil air dari
sungai ke masing – masing tempat tinggal, atapun tempat lainnya yang biasanya
ke daerah usaha mereka seperti pertanian, perindustrian, dll.
Akan tetapi, sungai juga dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk
pompa air. Sungai harus memiliki debit yang besar untuk memutar kincir air
menjadi energi gerak berupa putaran dan dikonversikan ke pompa air sebagai
pengganti dari elektromotor sehingga diperlukan rancangan alat popa air semi
mekanis yang dapat diaplikasikan pada sungai yang memiliki debit aliran sedang.
Diharapkan alat tersebut dapat meringankan beban untuk masyarakat
khususnya tinggal di daerah sungai, baik untuk menghemat tenaga, biaya
ekonomi, dll.
Tujuan Penelitian
Tujuan penilitian ini adalah untuk merancang dan membuat alat pompa air
Kegunaan Penelitian
1. Sebagai bahan bagi penulis untuk menyusun skripsi yang merupakan
syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Teknik Pertanian
Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera
Utara.
2. Sebagai bahan informasi bagi mahasiswa yang akan mengembangkan alat
ini.
3. Sebagai bahan informasi bagi pihak yang membutuhkan.
Batasan Masalah
Alat ini dirancang atau dibuat untuk memompa air pada daerah aliran
TINJAUAN LITERATUR
Kincir Air
Ribuan tahun yang lalu manusia telah memanfaatkan tenaga air untuk
beberapa keperluan, misalnya untuk menaikkan air keperluan irigasi, menggiling
padi dan sebagainya. Di daerah – daerah terpencil, misalnya terbuat dari bambu
atau dari kayu dengan diameter yang besar masih dapat dilihat di sungai Hoang
Ho (Cina), sungai NiL (Mesir), sungai Eufrat (Irak) (Patty, 1995).
Efisiensi roda air yang dijalankan oleh aliran air tanpa menggunakan
seluruh potensi air yang terdapat dalam sungai, tentu kecil sekali. Perbaikan cara
ini dilakukan pada abad ke -15. untuk menjalankan roda, dibuat saluran tersendiri
dengan tiga macam roda air, sehingga menumbuk roda pada bagian atas, pada
bagian tengah atau bagian bawahnya (Miller and Richard, 2004).
Kalau kita kebetulan sedang pergi ke daerah pedesaan yang letaknya ada
di kaki pegunungan atau di daerah dataran tinggi kadang kita akan menemui
kincir air. Sebuah alat pendistribusian air yang bekerja dengan system rotasi
sederhana. Alat utamanya berbentuk lingkaran bisa terbuat dari kayu atau bambu
dengan dua sisi berseberangan bisa berukuran besar bisa juga kecil tergantung
kebutuhan dan derasnya air. Pada bagian antara sisi satu dengan sisi lainnya
biasanya ada beberapa bak untuk menampung air dari sungai atau mata air. kincir
ini akan berputar pada sumbunya karena ada dorongan air, putaran ini akan
menyambungkan air yang ditampung ke potongan bambu yang dibelah-belah
menyerupai pipa yang berfungsi sebagai penyalur air ke rumah- rumah penduduk
yang ada didataran di bawahnya. kincir ini dengan setianya tetap berputar selama
tanpa perlu susah payah untuk mengambil air ke sungai ataupun mata air
(Ruzaldi, 2009).
Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi
mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :
1. Kincir Air Overshot.
Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian
sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir
air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan
jenis kincir air yang lain.
Gambar 1.1 Kincir air Overshot
Keuntungan
Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%. Tidak membutuhkan aliran yang deras.
Konstruksi yang sederhana. Mudah dalam perawatan.
Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kerugian
Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau
bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
Daya yang dihasilkan relatif kecil.
2. Kincir Air Undershot.
Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding
sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot
tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head. Tipe ini cocok dipasang pada
perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan ”Vitruvian”.
Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir.
Gambar 1.2 Kincir air Undershot
Keuntungan
Konstruksi lebih sederhana Lebih ekonomis
Mudah untuk dipindahkan
Kerugian
Efisiensi kecil
Daya yang dihasilkan relatif kecil
3. Kincir Air Breastshot.
Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan
undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak
melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar
sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air
Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot Gambar 1.3 Kincir air Breastshot
Keuntungan
Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar
Kerugian
Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit) Diperlukan dam pada arus aliran datar
Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot
4. Kincir Air Tub
Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara
horizontal dan sudut-sudutnya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat
dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah
gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu
energi potensial dan kinetik.
Gambar 1.4 Kincir air Tub
Memiliki konstruksi yang lebih ringkas Kecepatan putarnya lebih cepat
Kerugian
Tidak menghasilkan daya yang besar
Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang
lebih teliti
Sungai
Pancaran energi (panas) matahari dapat menimbulkan siklus-siklus
berikut:
a. Air sungai mengalir kelaut.
b. Air laut menguap, membetuk awan (kumpulan uap air).
c. Awan bergerak ke atas tanah dataran.
d. Pada satu ketinggian, temperatur turun sehingga uap air menguap menjadi
air dan turunlah hujan.
e. Air hujan mengalir ke sungai dan seterusnya.
Karena siklus ini tetap berlangsung selama masih ada tenaga matahari, maka
sepanjang akan ada tenaga air, lain halnya dengan tenaga uap, tenaga nuklir, yang
menggunakan bahan bakar, yang suatu ketika akan habis juga (Paijo, 2007).
Debit Air
Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat,
karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik
(pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari
air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan
Air sungai di daerah pegunungan memiliki energi potensial, apabila air
mengalir, maka sebagian energi potensial tersebut akan menghilang.
Dibandingkan perbedaan tinggi air di pegunungan, angka ini sangat kecil. Energi
yang hilang disebabkan antara lain oleh pergesekan antara air dan dinding sungai
(Wikipedia, 2008).
Sebuah tegangan (gaya per satuan luas) geser terbentuk apabila ada
sebuah gaya tangensial bekerja pada sebuah permukaan. Apabila benda-benda
padat biasa seperti baja, atau logam-logam lainnya dikenai oleh suatu tegangan
Pompa Air Alternatif.
Alat ini bisa dimanfaatkan untuk memompa air memindahkannya ke
permukaan yang lebih tinggi di tempat-tempat yang memerlukan air yang tidak
sedikit seperti di masjid-masjid, kolam taman, dan pertanian sehingga pada
akhirnya dapat menghemat pengeluaran, biaya produksi, dan sekaligus dapat
memperkecil beban penggunaan listrik dan BBM
Bagi mereka yang tinggal atau bekerja jauh di pedalaman, sistem alat ini
selain bisa memompa air, juga untuk penggerakkan untuk keperluan mereka
seperti untuk generator pembangkit listrik, penggiling padi, dan lain sebagainya.
`Dalam upaya memulihkan naiknya berbagai kebutuhan, salah satu
langkah yang bisa dilakukan ialah dengan cara menghemat, menekan biaya
produksi (Syarifuddin, 2008).
Aliran Fluida
Mekanika fluida adalah telah tentang fluida yang bergerak atau diam dan
akibat yang ditimbulkan oleh fluida tersebut pada batasnya. Batas tersebut dapat
geser, biasanya benda ini mulai berdeformasi (biasanya sangat kecil), tetapi tidak
akan terus berdeformasi (mengalir). Namun cairan yang biasa seperti minyak, air,
dan udara memenuhi defenisi dari sebuah fluida, artinya zat-zat akan mengalir
apabila padanya bekeja sebuah teganga geser (Gunadarma, 2008).
Pada aliran vertikal, ketinggian dan volume pada saluran (misalkan pada
saluran pipa), berpengaruh pada besarnya tekanan dan kecepatan yang terjadi pada
aliran terebut. Pada suatu batasan pada aliran fluida, bahwa kecepatan dan tekanan
sangat berpengaruh pada aliran fluida, kecepatan yang diberikan pada suatu aliran
nenyebabkan menurunnya tekanan pada aliran balik, dan sebaliknya.
Mari kita tinjau tekanan air pada sebuah wadah sebagaimana tampak pada
gambar. Tinggi kolom cairan adalah h
Keterangan :
w = adalah berat air
h = ketinggian kolom air dalam wadah yang berbentuk silinder
A = luas permukaan dan P adalah tekanan.
dan luas penampangnya A. Bagaimana
tekanan air di dasar wadah ?
Pa = tekanan atmosfir
Pada gambar di atas tidak digambarkan Pa, tapi dalam kenyataannya, bila wadah
yang berisi air terbuka maka pada permukaan air bekerja juga tekanan atmosfir
permukaan wadah terbuka ke atas seperti pada gambar di atas, maka arah tekanan
atmosfir adalah ke bawah (Riansyah, 2007).
Tekanan berbanding lurus dengan massa jenis dan kedalaman zat cair
(percepatan gravitasi bernilai tetap). Jika kedalaman zat cair makin bertambah,
maka tekanan juga makin besar. Ingat bahwa cairan hampir tidak termampatkan
akibat adanya berat cairan di atasnya, sehingga massa jenis cairan bernilai konstan
di setiap permukaan. Jika perbedaan ketinggian sangat besar (untuk laut yang
sangat dalam), massa jenis sedikit berbeda. Tapi jika perbedaan ketinggian tidak
terlalu besar, pada dasarnya massa jenis zat cair sama (atau perbedaannya sangat
kecil sehingga diabaikan) (Gurumuda, 2008).
Pada perancangan pompa, pada prinsipnya adalah menghisap dan
mendorong cairan pada suatu tempat ketempat lain (biasanya untuk memindahkan
cairan dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi). Besarnya hisapan
dan dorongan harus lebih besar dari tekanan aliran balik, karena cairan
memberikan tekanan balik dimana adanya gaya gravitasi serta gaya potensial pada
aliran balik (Streeter dan Wyle, 1992).
Untuk membangun teori dasar tentang untuk kerja pompa, kita
mengandaikan bahwa alirannya satu dimensi, dan kita menggabungkan
vektor-vektor kecepatan fluida yang diperoleh dengan pengidealan ini dalam bilah-bilah
pendesak itu dalam suatu volume kendali. Diandaikan pada fluida yang masuk
pada bilah-bilah pendesak, dengan kecepatan tertentu maka akan memberikan
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin.
Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan
utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros (Sularso dan Suga, 1997).
Poros dapat dibedakan kepada 2 macam, yaitu :
1. Poros dukung; poros yang khusus diperuntukkan mendukung elemen
mesin yang berputar.
2. Poros transmisi/poros perpindahan; poros yang terutama dipergunakan
untuk memindahkan momen puntir.
Poros dukung dapat dibagi menjadi poros tetap atau poros terhenti dan
poros berputar. Pada umumnya poros dukung itu pada kedua atau salah satu
ujungnya ditimpa atau sering ditahan terhadap putaran. Poros dukung pada
umumnya dibuat dari baja bukan paduan (Stolk dan Kros, 1981).
Ada beberapa variabel lain yang memungkinkan desain ini untuk
memompa secara efektif. Antara lain :
1. laju aliran air sungai (kecepatan).
2. ukuran dayung.
3. jumlah dayung.
4. roda air diameter.
5. diameter gulungan.
6. diameter polypipe.
7. jumlah gulungan.
8. perendaman dari koil set.
Sebagai pompa spiral ini merupakan pengganti langsung kecil pompa
piston standar, ditemukan bahwa volume air yang dipompa per hari adalah sama,
sehingga efisiensi operasi ini sangat diterima. Debit minimum pompa tersebut
adalah 2 m3
1. Pompa apung.
/hari, tetapi bervariasi sesuai dengan aliran sungai. Secara
keseluruhan, sepotong yang indah teknologi alternatif (Hermans, 2004).
Tipe Pompa.
Berikut ini adalah tipe pompa air dan performancenya:
Pompa apung (floating pump) dapat digunakan jika terdapat sumber air
permukaan/sungai/sumur gali. Pompa akan mengapung di permukaan air,
sehingga vertical suction head mendekati nol meter.
Performance pompa: Head maksimum 25 meter; debit maksimum 67.10 m³/hari
2. Pompa permukaan.
Pompa permukaan (surface pump) cocok digunakan jika terdapat sumber
air permukaan/sungai/sumur gali, tetapi pompa ingin diletakkan di atas
permukaan tanah/pondasi dengan vertical suction head tidak lebih dari 6 meter.
Performance Pompa: Head Maksimum 120 meter; debit maksimum 122.5 m³/hari.
3. Pompa celup.
Pompa celup (submersible pump) digunakan jika sumber air yang ingin
dipompa bersumber dari sumur bor/air bawah tanah, dimana permukaan air tanah
lebih dari 6 m. Motor beserta pompa diletakkan di dalam sumber air.
Performance Pompa: Head maksimum 50 meter; debit maksimum 18.70 m³/hari.
Pompa semi celup (lineshaft pump) digunakan untuk memompa air dari
dalam sumur bor/air bawah tanah, tetapi pemakai ingin agar pompanya saja yang
masuk ke dalam sumber air, sedangkan drive head dan motor pompa tetap berada
di permukaan tanah/tapak sehingga memudahkan pengguna jika ingin mengganti
drive head, motor, atau sumber penggeraknya.
Performance Pompa: Head maksimum 120 meter; debit maksimum 120 m³/hari
(Prihasa, 2009).
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari – Mei 2010 di
Laboratorium Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
dan penelitian lapang dilakukan di Sungai Permai, Desa Namo Gajah, Kecamatan
Medan Tuntungan, Medan, Provinsi Sumatera Utara.
Bahan dan Alat Penelitian
Adapun bahan-bahan yang digunakan adalah :
Pipa besi 2.5”, Pipa PVC 1”, Plat besi, Bearing, Baut dan mur, Selang 2”
Selang 1.5”, papan, dan Paku.
Adapun alat-alat yang digunakan :
Mesin las berfungsi untuk mengelas bahan besi, Gergaji besi berfungsi
untuk memotong besi, Mesin bor berfungsi untuk melubangi besi, Mesin skrup
berfungsi untuk membuka baut dan mur, kalkulator berfungsi untuk menghitung
data, mistar berfungsi untuk mengukur dimensi alat, pulpen/pensil.
Metode Penelitian
Dalam penelitian ini, pengumpulan data dilakukan dengan cara studi
literatur (kepustakaan), melakukan pengujian, survei ke lapangan dan melakukan
pengamatan tentang alat pompa air bertenaga semi mekanis. Kemudian dilakukan
perancangan bentuk dan pembuatan/perangkaian komponen-komponen alat
pompa air bertenaga semi mekanis. Setelah itu, dilakukan pengujian alat,
Persiapan Penelitian
Sebelum penelitian dilaksanakan, terlebih dahulu dilakukan persiapan
untuk penelitian yaitu merancang bentuk dan ukuran alat pompa air bertenaga
aliran air dan disajikan dalam gambar teknik, mempersiapkan bahan-bahan dan
peralatan yang akan digunakan dalam penelitian.
Pelaksanaan Penelitian
Komponen Alat.
Pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran memiliki beberapa
komponen penting, antara lain :
1. Kerangka alat, berfungsi sebagai tempat penyangga dan peletakan lilitan
selang tempat mengalirnya.
2. Badan lilitan pipa, berfungsi sebagai tempat lilitan selang.
3. Kincir air, berfungsi sebagai sumber tenaga yang menampung aliran air dan
merubahnya mejadi putaran.
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian ini dibagi atas tiga tahap, yaitu :
1. Perancangan alat
2. Pembuatan alat.
1) Pembuatan rangka.
2) Pembuatan badan lilitan selang.
3) Pembuatan kincir air.
4) Perangkaian badan lilitan selang, kincir air pada rangka alat.
Pengukuran Parameter
1. Kapasitas Alat
Kapasitas alat dapat diukur dengan menghitung volume air hasil pompa
dengan waktu kerja pompa.
Kapasitas alat =
2. Tinggi air terpompakan (m) dan debit air terpompakan (m3/s)
Tinggi air terpompakan (m) dan debit air terpompakan (m3
)
berdasarkan 3 parameter panjang selang lilitan, yaitu 15 m, 20 m, dan 25 m.
Debit air terpompakan diukur dengan menghitung volume air hasil pompa
dengan waktu kerja pompa untuk setiap 3 parameter panjang selang.
Debit air terpompakan =
3. Analisis ekonomi
Biaya Pompa air (Rp/m3
Pengukuran biaya alat pompa air dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya
yang dikeluarkan yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap (biaya pokok).
Biaya pokok = .C
Dimana :
BT = Total biaya tetap (Rp/thn)
BTT = Total biaya tidak tetap (Rp/thn)
X = Total jam kerja per tahun (Jam/thn)
a. Biaya tetap terdiri dari :
1) Biaya penyusutan (metode garis lurus)
D =
D = Biaya penyusutan (Rp/thn)
P = Nilai awal (harga beli) alsin (Rp)
S = Nilai akhir alsin (10% dari P) (Rp)
n = Umur ekonomis alsin (tahun)
2) Biaya bunga modal dan asuransi, perhitungannya digabungkan,
besarnya:
i = persentase bunga modal (15% pertahun)
3) Biaya pajak, alsin pertanian diperkirakan sebesar 2% pertahun dari
nilai awal alat.
4) Biaya gudang/garasi diperkirakan berkisar antara 0,5-1%, rata-rata
diperhitungkan 1% nilai awal (P) pertahun.
b. Biaya tidak tetap terdiri dari :
1) Biaya listrik (Rp/kWH)
2) Biaya Perawatan
3) Biaya perbaikan untuk sumber tenaga penggerak, mesin sumber tenaga
adalah mesin penggerak peralatan lainnya yang umumnya dihubungkan
dengan jenis transmisi tertentu. Biaya perbaikan alat ini dapat dihitung
dengan persamaan :
Biaya reparasi =
jam S P
1000 ) %( 2 ,
1 −
4) Biaya karyawan (operator), biaya operator adalah biaya untuk gaji
operator. Biaya tergantung kepada kondisi lokal, dapat dihitung gaji
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rancang Bangun Alat
Dalam perancangan pompa air bertenaga semi mekanis yang bertujuan
untuk memindahkan air dari sumber air yang mengalir ke tempat lain (umumnya
ke tempat lebih tinggi).
Dalam pengoperasian pompa tersebut, alat tersebut tidak menggunakan
elektromotor sebagai sumber tenaga, tetapi memanfaatkan aliran air sebagai
sumber energi yang dimanfaatkan untuk menggerakkan baling-baling kincir air,
sehingga menghasilkan putaran, hal tersebut sesuai dengan pernyataan
Ruzaldi (2009) Sebuah alat pendistribusian air yang bekerja dengan sistem rotasi
sederhana. Alat utamanya bebentuk lingkaran bisa terbuat dari kayu atau bambu
dengan dua sisi berseberangan bisa berukuran besar bisa juga kecil tergantung
kebutuhan dan derasnya air. Pada bagian antara sisi satu dengan sisi lainnya
biasanya ada beberapa bak untuk menampung air dari sungai atau mata air, kincir
ini akan berputar pada sumbunya karena ada dorongan air.
Karena alat tersebut tidak menggunakan elektromotor, hanya
memanfaatkan kincir air dan aliran air sungai sebagai sumber energi. Maka alat
tersebut dapat mengurangi pengeluaran dan biaya produksi, hal tersebut sesuai
dengan pernyataan Syahrifuddin (2008) pompa alternatif dimanfaatkan untuk
memompa air ke tempat-tempat yang memerlukan air, sehingga pada akhirnya
dapat mengurangi biaya pengeluaran, biaya produksi, dan sekaligus dapat
Pompa tersebut juga menggunakan kincir air tipe undershot, dimana dalam
pengoperasiannya tidak membutuhkan bangunan tambahan, karena kincir tipe
tersebut hanya memanfaatkan aliran air sungai sehingga alat tersebut lebih
ekonomis. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Paijo (2007) kontruksi kincir air
tipe undershot sangat sederhana, tidak memerlukan bangunan tambahan, sehingga
lebih ekonomis.
Pemompaan Air.
Proses pemompaan air menggunakan sistem putar dalam proses
pemompaannya. Pemompaan terjadi ketika saat kincir berputar, menyebabkan air
masuk melalui pipa pemasukan, lalu diteruskan ke pipa lilitan, setelah kesekian
kalinya kincir berputar, selang lilitan akan penuh dengan air, maka air akan
diteruskan ke pipa pengeluaran.
Kapasitas Alat
Dari penelitian yang telah dilakukan, dengan debit sungai 768,15 (m/s3
ulangan
),
periode putaran kincir air 14.2 rpm, panjang selang lilitan 25 m, maka diperoleh
data sebagai berikut:
Tabel 1. Data Kapasitas Alat. panjang
Besarnya kapasitas alat dapat dihitung dengan membagikan volume air
terpompakan dengan waktu pemompaan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan
maka didapat kapasitas alat efektif pompa air tersebut adalah
31.39 x 10-2(m3/jam), sedangkan yang terendah terdapat pada ulangan II, yaitu
28.80 x 10-2(m3/jam). Dari penelitan tersebut dapat disimpulkan bahwa variasi
dari kapasitas alat dengan 3 ulangan tidak terlalu besar sehingga kinerja alat relatif
konstan.
Tinggi Air Terpompakan (m)dan Debit Air Terpompakan (m3/s).
Dari hasil penelitian yang dilakukan, dengan debit sungai 768,15 (m/s3
Ulangan
),
periode putaran kincir air 14,2 rpm maka diperoleh ketinggian air yang
terpompakan berdasarkan 3 parameter panjang selang lilitan seperti yang tertera
pada tabel di bawah ini.
Tabel 2. Ketinggian air dan debit rata-rata panjang lilitan selang
(m)
tinggi air terpompakan
(m) debit air (m/s)
Dari tabel diatas diketahui bahwa air yang terpompakan tertinggi adalah
7.2 m, yaitu pada posisi panjang selang lilitan yang paling panjang digunakan
pada saat pengamatan, yaitu 25 m. sedangkan yang paling terendah adalah 5.6,
yaitu pada posisi panjang selang lilitan yang paling pendek digunakan pada saat
pengamatan, yaitu 15 m. Dari pengamatan tersebut dapat disimpulkan bahwa
Sebaliknya, semakin pendek selang lilitan, maka semakin rendah ketinggian air
yang dipompakan.
Dari tabel dilihat pula debit air paling besar adalah 3.78 x 10-5 (m3/s), yaitu
pada posisi panjang selang lilitan yang paling pendek digunakan pada saat
pengamatan, yaitu 15 m. Dan debit air yang paling rendah adalah 3.26 x 10-5
Ulangan
yaitu
pada posisi panjang selang lilitan yang paling panjang digunakan pada saat
pengamatan, yaitu 25 m.
Tabel 3. Jarak maximum dan debit air kapasitas alat
panjang lilitan selang (m) Jarak air terpompakan (m) debit air (m3/s)
I 8.23 x 10-5
Dari tabel diatas diperoleh hasil dari pengamatan jarak maksimum air
terpompakan adalah 72 m, dan debit air rata-rata yang diperoleh adalah 8.33 x 10-5
m3/s. Debit air yang dihasilkan pada Tabel 3 lebih besar dibandingkan dengan
debit air yang diperoleh dari hasil pengamatan pada Tabel 2 pada parameter
panjang lilitan 25 m, yaitu 3.26 x 10-5 m3
Perhitungan biaya dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang
dikeluarkan, yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap.
/s. dapat disimpulkan bahwa semakin
tinggi air yang terpompakan, semakin kecil debit air yang terpompakan,
sebaliknya, semakin rendah air yang terpompakan, semakin besar debit air yang
terpompakan.
Analisis Ekonomi
Analisis ekonomi digunakan untuk menentukan layak atau tidaknya suatu
alat untuk dioperasikan. Dengan analisa ekonomi dapat diketahui seberapa besar
1) Biaya Tetap (BT)
1) Biaya Penyusutan
Biaya penyusutan ini merupakan biaya untuk mengganti alat jika
umur ekonominya telah sampai atau alat itu dijual sebelum habis umur
ekonominya. Biaya penyusutan dari alat pompa air tersebut adalah sebesar
Rp 190.800,00. Penyusutan ini biasanya disebabkan karena terjadinya
kerusakan dari alat tersebut.
2) Biaya Bunga Modal dan Asuransi
Biaya bunga modal dan asuransi ini merupakan uang yang
dibayarkan ke bank karena suatu transaksi peminjaman modal. Dalam hal
ini persen bunga modal dan asuransinya diasumsikan sebesar 18%. Biaya
bunga modal dan asuransi dari alat pompa air tersebut adalah sebesar
Rp. 114.480,00/tahun.
3) Biaya Pajak
Biaya pajak dalam pembuatan alat pompa air tersebut adalah
sebesar 2% pertahun dari nilai awalnya. Jadi biaya pajak dari alat ini
sebesar Rp21.200 /tahun.
4) Biaya Gedung/Garasi
Biaya gedung/garasi ini diasumsikan sebagai biaya operasional
penyewaan gedung selama proses pembuatan alat. Biaya gedung ini
rata-rata diperkirakan 1% pertahun nilai awal (P). Jadi biaya gedung dari alat
pompa air tersebut adalah sebesar Rp. 16.250,00/tahun.
Jadi total biaya tetap (BT) dari alat pompa air tersebut adalah sebesar
b. Biaya Tidak Tetap (Rp/jam)
1) Biaya Listrik
Dalam pengoprasian alat pompa air tersebut tidak digunakan motor
listrik dan pompa sebagai sumber tenaga penggeraknya. Jadi biaya listrik
dari alat ini sebesar Rp.0/jam.
2) Biaya Reparasi
Biaya reparasi merupakan biaya yang diperlukan untuk
memperbaiki alat jika mengalami kerusakan. Biaya reparasi dari alat
pompa air tersebut adalah sebesar Rp 4.8./jam.
3) Biaya Perawatan
Biaya perawatan merupakan biaya yang diperlukan untuk membeli
bahan agar alat dapat bekerja dengan baik lagi. Bahan yang biasa
digunakan seperti oli dan minyak gemuk. Jadi biaya perawatan dari alat
pompa air tersebut adalah sebesar Rp1.053,6jam.
4) Biaya Operator
Biaya operator merupakan biaya untuk menggaji operator dalam
pengoperasian alat. Jadi biaya operator dari alat pompa air tersebut adalah
sebesar Rp. 1000,00/jam
Jadi total biaya tidak tetap (BTT) dari alat pengupas kulit alat pompa air tersebut
adalah sebesar Rp.1.053,6/jam
Biaya pokok merupakan penjumlahan dari biaya tetap (BT) dan biaya
tidak tetap (BTT). Sehingga total biaya pokok dari alat pompa air tersebut adalah
sebesar Rp.3612,991/m3. Jadi biaya pokok yang harus dikeluarkan untuk
pemompaan sebesar Rp.3612,991/m3dan kapasitas 8.33 x 10-5 m3/s, maka untuk
memompa air sebanyak 1 m3 alat ini membutuhkan waktu selama 3,33 jam atau
sekitar 3 jam 24 menit dengan biaya pemompaan sebesar Rp. 14.260,. Dengan
melihat biaya pemompaan air yang rendah ini, maka alat pompa air semi mekanis
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Kapasitas efektif rata-rata pompa air adalah 29.94 x 10-2 m3
2. Air terpompakan tertinggi adalah 7,2 m, yaitu pada posisi panjang selang
lilitan yang paling panjang yaitu 25 m, sedangkan yang paling terendah
adalah 5,6 m, yaitu pada posisi panjang selang lilitan yang paling pendek
yaitu 15 m.
/s.
3. Semakin panjang lilitan air, maka semakin tinggi air yang terpompakan.
Sebaliknya, semakin pendek lilitan selang, maka semain pendek tinggi air
yang terpompakan.
4. Jarak maksimum air terpompakan adalah 72 m, dan debit air rata-rata yang
diperoleh adalah 8.33 x 10-5 m3
5. Semakin tinggi air yang terpompakan, maka semakin kecil debit air yang
diperoleh. Sebaliknya, semakin rendah air yang terpompakan, maka
semakin besar debit air yang diperoleh. /s.
6. Biaya produksi pompa air tersebut sebasar Rp.3612,991/m3
7. Dari analisa biaya yang dilakukan, maka pompa air ini layak untuk
digunakan oleh masyarakat.
.
Saran
1. Pada alat ini perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang diameter lilitan
selang dan bentuk kincir air pompa agar alat lebih efektif..
2. Perlu adanya penambahan Pipa inlet dengan sistem double inlet agar
DAFTAR PUSTAKA
Darun, 2002., Ekonomi Teknik. Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian USU, Medan.
Gunadarma, 2008. Aliran Fluida [24 Agustus 2009]
Gurumuda., 2008 Tekanan dalam Fluida.
http://id.wikiperia.org/tekanan-fluida-gudang-ilmu-fisika gratis.htm. [25 Agustus 2009].
Hermans, John., 2004. spiral pump at workshop.
Miller, R. and R. Miller., 2004. Pumps and Hydrailics. All New 6th
Paijo, 2007. Kincir Air.
Edition. Willey Publising, Inc. Canada.
Munson, B.R, D.F. Young, T.H. Okiishi., 2002. Mekanika Fluida. Edisi keempat. Penerjemah Dr. Ir. Harinaldi dan Ir. Budiarso, M.Eng. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Patty, O. F., 1995. Tenaga Air. Penerbit Erlangga, Jakarta
Prihasa, N. 2009.
Riansyah, Septi., 2007. Kupulan Tugas.http://www.ccitonline.com/mekanikal/tiki [24 Agustus 2009].
Ruzardi, 2009. Ketahanan Air Nasional. [24 Agustus 2009].
Stolk, J. dan C. Kros, 1981. Elemen Mesin, Elemen Konstruksi Bangunan Mesin. Terjemahan H. Hendarsin dan A. Rahman. Erlangga, Jakarta.
Streeter, V., E.B. Wyle. 992. Mekanika Fluida. Edisi delapan. Penerjemah :Arko Prijono,
Sularso dan K. Suga, 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
Syariffudin, Z.A.M., 2008. Pompa air Gravitasi.
White, Frank. M., 1997. Mekanika Fluida. Edisi kedua. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Lampiran 1. Flowchart pembuatan alat
Tidak
Ya
Mulai
Penentuan komponen
Perancangan alat
Perakitan awal
Perakitan akhir Pengukuran dan pemotongan bahan Persiapan bahan dan alat
Pengujian Alat
Layak
Pengambilan Data
Selesai
Lampiran 2. Data hasil Penelitian.
Debit Air Sungai.
Lebar Sungai (Ltotal) = 27.8 m
L1 = 1,3 m
L2 = 25,2 m
Kedalaman Sungai
H1 = 20 cm = 0.2 m
H2 = 60 cm = 0.6 m
Kecepatan aliran air (m/s)
Kecepatan aliran air dicari dengan menggunakan metode bola apung dengan
beberapa pengulangan. Pada pengukuran kecepatan aliran tersebut dilkukan 3
(tiga) kali pengulangan.
Ulangan panjang lintasan (m) Waktu tempuh (s) debit air (m3/s)
I 2 4,4 0,45
II 2 4,7 0,43
III 2 4,3 0,47
rata-rata 0,45
Luas penampang sungai (A) = 2(L1.H1) + L1(H2 – H1) + (H2.L2)
= {2(1,3 x 0.6) + 1,3(0.6-0.3) + (0.6 x 25.2)}
= 17.07 m2
Debit air sungai (Q) = A. V (m3/s)
= 17,07 x 0,45 (m3/s)
Putaran kincir air (rpm)
Perhitungan putaran kincir dilakukan 3 kali pengulangan dalam jangka
waktu 10 menit. Hasil pengamatan dapat dilihat pada tabel berikut dibawah ini.
Tabel periode putaran kincir air (rpm)
Ulangan Waktu pengamatan (menit) Waktu tempuh (s) Rpm
I 10 142 14,2
II 10 142 14,2
III 10 142 14,2
rata-rata 14,2
Tabel ketinggian air dan debit rata-rata berdasarkan 3 parameter panjang selang lilitan
Ulangan panjang lilitan selang (m)
tinggi air terpompakan (m)
Tabel Jarak maximum dan debit air kapasitas alat untuk panjang lilitan selang maximum (25 m) untuk posisi mendatar.
ulangan panjang lilitan selang (m) jarak air terpompakan (m) debit air (m3/s)
Lampiran 7. Analisa biaya pompa air. I. Unsur Produksi
1. Biaya Pembuatan Alat
a. Pipa Besi = Rp 30.000,00
b. Pipa PVC = Rp 10.000,00
c. Plat Besi = Rp. 150.000,00
d. Baut + mur = Rp. 20.000,00
e. Selang 1 inch (20 m) = Rp. 180.000,00
f. Selang 3/4 inch (10 m) = Rp. 50.000,00
g. Bearing = Rp. 50.000,00
h. Rumah Bearing = Rp. 70.000,00
i. Biaya Perakitan = Rp. 500.000,00
j. Total P = Rp. 1.060.000,00
k. Umur ekonomi (n) = 5 tahun
l. Nilai akhir alat (S) = 10 % dari P
m. Jam kerja = 10 jam/hari
n. Produksi/hari = 1358,48 kg
o. Biaya operator = Rp. 1.000,00/jam
p. Biaya perawatan = Rp. 278,61
r. Biaya sewa gedung = Rp. 23.217,50
s. Pajak = Rp. 46.435,00
t. Jam kerja alat/tahun = 3650 jam
II. Perhitungan Biaya Produksi
1. Biaya Tetap (BT)
2. Bunga Modal dan Asuransi
Bunga modal pada bulan Januari 15%-18%
= Rp. 114.480,00/tahun
2. Biaya Tidak Tetap (BTT)
1. Biaya perbaikan alat (reparasi)
Biaya reparasi =
2. Biaya perawatan
Biaya perawatan = 12 % x
4. Biaya operator
Spesifikasi Alat.
1. Selang Inlet.
- Panjang : 0,70 m
- Diameter : 2,5 inch
2. Selang Lilitan
- Panjang : 25 m
- Diameter : 1 inch
3. Kincir Air.
- Diameter : 60 cm
- Panjang dayung kincir : 0,75 m
- Lebar Daun Kincir : 0,25 m
- Sudut kemiringan dayung kincir : 200
- Diameter as kincir air : 1 inch
4. Bearing 1 inch
5. Socket 1-3/4 inch
Gambar Teknik.
Lampiran Gambar
Gambar 5. Percobaan Alat
Gambar 7. Bearing
