UJI BERBAGAI DIAMETER SELANG LILITAN TERHADAP
KAPASITAS HASIL PADA POMPA AIR SEMI MEKANIS
BERTENAGA SEMI ALIRAN SISTEM
DOUBLE INLET
SKRIPSI
ENNI RISTAULI 070308032
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UJI BERBAGAI DIAMETER SELANG LILITAN TERHADAP
KAPASITAS HASIL PADA POMPA AIR SEMI MEKANIS
BERTENAGA SEMI ALIRAN SISTEM
DOUBLE INLET
SKRIPSI
ENNI RISTAULI
070308032 / TEKNIK PERTANIAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
Disetujui oleh:
Komisi Pembimbing
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2012
(Ir. Edi Susanto, M.Si) Anggota
ABSTRAK
ENNI RISTAULI: Uji berbagai diameter selang lilitan terhadap kapasitas hasil pada pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran sistem double inlet, dibimbing oleh SAIPUL BAHRI DAULAY dan EDI SUSANTO.
Petani khususnya yang tinggal dipinggiran sungai masih menggunakan pompa listrik atau secara manual untuk memperoleh air. Uji berbagai diameter selang lilitan pada pompa air diteliti untuk mengetahui diameter selang yang efektif memompa air lebih banyak. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara dan penelitian lapangan dilakukan di Sungai Permai, Desa Namogajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan pada Oktober 2011 – Pebruari 2012 menggunakan rancangan acak lengkap non faktorial yaitu ¾, 1, dan 1 ¼ inci. Parameter yang diamati adalah kapasitas hasil, tinggi air terpompakan dan analisis ekonomi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan diameter selang lilitan memberikan pengaruh berbeda sangat nyata terhadap kapasitas hasil. Hasil terbaik diperoleh pada diameter selang lilitan 1¼ inci yaitu 0,961 m3/jam, tinggi air terpompakan 6,7 m dengan analisis ekonomi Rp 169,37/m3, dan alat ini layak untuk dioperasikan.
Kata Kunci : Pompa Air, Aliran, Diameter Selang
ABSTRACT
ENNI RISTAULI: Variety of coil diameter hose test on water pump capacity by a mechanical spring powered semi double inlet flow system, supervised by SAIPUL BAHRI DAULAY and EDI SUSANTO.
Farmers who live on the edge of the river are still using electric or manual pump to get water. Test a variety of coil diameter hose at water pump studied to determine the effective diameter of the hose to pump more water. The research was conducted at the Agricultural Engineering Laboratory, Faculty of Agriculture, Universitas Sumatera Utara, and field research was conducted in Sungai Permai, Desa Namogajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan in October 2011 - February 2012 using factorial randomized block design with one factor, i.e variety of coil diameter hose ¾, 1, and 1 ¼ inch. Parameters were observed the capacity, water elevation head and economic analysis. The results showed that had high significantly affected of the capacity. The best results was on a coil diameter of 1 ¼ inch hose is 0,961 m3/hour, water head was 6,7 m and the economic analysis of Rp 169,37/m3, and the this equipment was feasible.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sibolga pada tanggal 28 September 1988 dari Bapak Masruddin Sianturi (Alm) dan Ibu Tianur Manalu. Penulis merupakan putri kelima dari tujuh bersaudara.
Tahun 2007 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sibolga dan pada tahun yang sama masuk ke Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur SPMB. Penulis memilih program studi Keteknikan Pertanian, Departemen Teknologi Pertanian.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Uji Berbagai Diameter Selang Lilitan Terhadap Kapasitas Hasil Pada Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi Aliran Sistem Double Inlet” yang merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Saipul Bahri Daulay, M.Si. selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak Ir. Edi Susanto, M.Si selaku ketua anggota komisi pembimbing yang telah membimbing dan memberikan berbagai masukan, saran dan kritikan berharga kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
Medan, Maret 2012
DAFTAR ISI
Hal.
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... i
RIWAYAT HIDUP ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR TABEL ... iv
DAFTAR GAMBAR ... v
DAFTAR LAMPIRAN ... vi
PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 3
Kegunaan Penelitian ... 4
Hipotesis Penelitian ... 4
TINJAUAN PUSTAKA Tenaga Air ... 5
Kincir Air ... 7
Komponen Kincir Air ... 11
Dayung kincir air ... 11
Poros ... 13
Alat Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi Aliran ... 13
Pengukuran Aliran Sungai ... 14
Aliran Fluida ... 17
Pompa... 20
Pompa spiral ... 23
Pompa sentrifugal ... 23
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian ... 26
Bahan dan Alat Penelitian ... 26
Metode Penelitian ... 26
Komponen Alat... 28
Pelaksanaan Penelitian ... 29
Prosedur Penelitian ... 30
Parameter Yang Diamati ... 31
Kapasitas hasil ... 31
Tinggi air terpompakan ... 31
Analisis ekonomi ... 31
HASIL DAN PEMBAHASAN Modifikasi Alat Pompa Air ... 34
Kapasitas Hasil ... 35
Tinggi Air Terpompakan... 38
Analisis Ekonomi... 39
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 42
Saran ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 43
DAFTAR TABEL
No Hal.
1. Pengaruh diameter selang lilitan terhadap parameter yang diamati ... 34
2. Kapasitas hasil pada diameter selang lilitan ¾ inci ... 35
3. Kapasitas hasil pada diameter selang lilitan 1 inci ... 36
4. Kapasitas hasil pada diameter selang lilitan 1¼ inci ... 36
5. Pengaruh diameter selang lilitan terhadap kapasitas hasil ... 37
DAFTAR GAMBAR
No Hal.
1. Kincir air Overshot ... 8
2. Kincir air Undershot ... 9
3. Kincir air Breastshot ... 10
4. Kincir air Tub ... 11
5. Polikarbonat ... 12
6. Gambar aliran laminer ... 19
7. Gambar aliran turbulen... 19
8. Tekanan head dalam fluida ... 20
9. Sketsa pompa sentrifugal... 23
10. Tipe-tipe impeller... 25
11. Hubungan diameter selang lilitan dengan kapasitas hasil ... 37
DAFTAR LAMPIRAN
No Hal.
1. Flowchart penelitian ... 45
2. Data pengamatan sungai ... 46
3. Putaran kincir air (RPM) ... 51
4. Kapasitas hasil ... 52
5. Daftar analisis sidik ragam kapasitas hasil ... 54
6. Tinggi air terpompakan ... 55
7. Analisis biaya pompa air ... 56
8. Prinsip kerja alat ... 59
9. Gambar alat depan ... 60
10. Gambar alat samping ... 60
11. Gambar alat atas... 61
12. Diameter selang lilitan ¾ inci ... 62
13. Diameter selang lilitan 1 inci ... 62
14. Diameter selang lilitan 1 ¼ inci ... 63
15. Gambar teknik alat tampak depan ... 64
16. Gambar teknik alat tampak samping ... 65
ABSTRAK
ENNI RISTAULI: Uji berbagai diameter selang lilitan terhadap kapasitas hasil pada pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran sistem double inlet, dibimbing oleh SAIPUL BAHRI DAULAY dan EDI SUSANTO.
Petani khususnya yang tinggal dipinggiran sungai masih menggunakan pompa listrik atau secara manual untuk memperoleh air. Uji berbagai diameter selang lilitan pada pompa air diteliti untuk mengetahui diameter selang yang efektif memompa air lebih banyak. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara dan penelitian lapangan dilakukan di Sungai Permai, Desa Namogajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan pada Oktober 2011 – Pebruari 2012 menggunakan rancangan acak lengkap non faktorial yaitu ¾, 1, dan 1 ¼ inci. Parameter yang diamati adalah kapasitas hasil, tinggi air terpompakan dan analisis ekonomi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan diameter selang lilitan memberikan pengaruh berbeda sangat nyata terhadap kapasitas hasil. Hasil terbaik diperoleh pada diameter selang lilitan 1¼ inci yaitu 0,961 m3/jam, tinggi air terpompakan 6,7 m dengan analisis ekonomi Rp 169,37/m3, dan alat ini layak untuk dioperasikan.
Kata Kunci : Pompa Air, Aliran, Diameter Selang
ABSTRACT
ENNI RISTAULI: Variety of coil diameter hose test on water pump capacity by a mechanical spring powered semi double inlet flow system, supervised by SAIPUL BAHRI DAULAY and EDI SUSANTO.
Farmers who live on the edge of the river are still using electric or manual pump to get water. Test a variety of coil diameter hose at water pump studied to determine the effective diameter of the hose to pump more water. The research was conducted at the Agricultural Engineering Laboratory, Faculty of Agriculture, Universitas Sumatera Utara, and field research was conducted in Sungai Permai, Desa Namogajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan in October 2011 - February 2012 using factorial randomized block design with one factor, i.e variety of coil diameter hose ¾, 1, and 1 ¼ inch. Parameters were observed the capacity, water elevation head and economic analysis. The results showed that had high significantly affected of the capacity. The best results was on a coil diameter of 1 ¼ inch hose is 0,961 m3/hour, water head was 6,7 m and the economic analysis of Rp 169,37/m3, and the this equipment was feasible.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia memiliki enam persen dari persediaan air di dunia atau sekitar 21% dari pesediaan air Asia Pasifik. Namun, pada kenyataannya dari tahun ke tahun di berbagai daerah selalu terjadi kelangkaan dan kesulitan air. Kecenderungan konsumsi air naik secara eksponensial, sedangkan ketersediaan air bersih semakin berkurang akibat kerusakan dan pencemaran lingkungan yang di perkirakan sebesar 15-35% per kapita per tahun. Penurunan kuantitas air lebih banyak disebabkan oleh rusaknya daerah tangkapan air sehingga pada musim hujan air tidak sempat meresap ke dalam tanah sehingga terjadi banjir, dan pada musim kemarau persediaan air berkurang karena suplai dari mata air juga berkurang. Sementara itu, penurunan kualitas lebih banyak disebabkan oleh pencemaran berbagai limbah dari industri, rumah tangga, dan kegiatan pertanian (Boy, 2009).
Penduduk Indonesia yang sebagian besar bermatapencaharian sebagai petani tentunya sangat bergantung pada ketersediaan air. Kurangnya ketersediaan air di beberapa daerah dan sulitnya mendapatkan air pada musim kemarau sangat mempengaruhi kegiatan pertanian ataupun konsumsi masyarakat pada umumnya. Kondisi lain seperti sumber air berlimpah tetapi letaknya jauh dan sulit di jangkau juga menjadi salah satu kendala dalam pemanfaatan sumber daya air. Oleh karena itu, diperlukan adanya teknologi tepat guna untuk mendapatkan air dari suatu sumber terkumpulnya air seperti sungai, danau, waduk, dan lain-lain untuk disalurkan pada daerah yang membutuhkan.
Masyarakat yang tempat tinggalnya dekat dengan sungai pada umumnya memanfaatkan sungai sebagai sumber air untuk aktivitas sehari-hari. Sebagian dari mereka menggunakan pompa air bertenaga elektromotor dan tenaga manual untuk mengambil air dari sungai ke masing-masing tempat tinggal. Kenyataan di lapangan juga menunjukkan tidak selalu ada pasokan listrik di daerah sekitar sungai atau untuk penggunaan pompa diesel dengan harga bahan bakar yang terus meningkat. Sementara itu, potensi tenaga air sungai sebagai sumber tenaga penggerak cukup besar tetapi tidak dimanfaatkan. Oleh karena itu, diciptakan teknologi untuk membantu masyarakat dalam memperoleh air dari sumber air dengan memanfaatkan tenaga alamiah aliran air itu sendiri.
Penggunaan teknologi yang dimaksudkan adalah dengan pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran. Pompa tersebut digunakan untuk memindahkan air dari sungai ke tempat lain dengan memanfaatkan tenaga dari air sungai itu sendiri. Pompa ini termasuk pompa air sederhana karena kontruksinya yang sederhana dan mudah untuk dipindahkan. Selain itu, dalam pengoperasiannya tidak memerlukan bahan bakar sehingga pompa ini memiliki nilai lebih ekonomis.
Prinsip kerja pompa tersebut adalah dengan menggunakan putaran dalam proses pemompaannya. Pemompaan terjadi karena kincir berputar, menyebabkan air masuk melalui pipa pemasukan, lalu diteruskan ke selang lilitan. Setelah sekian kali berputar, selang lilitan akan penuh dengan air, maka air akan diteruskan ke selang pengeluaran.
menggunakan pusingan atau putaran. Oleh karena itu, peneliti juga akan membahas tentang pompa spiral dan pompa sentrifugal.
Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari penelitian sebelumnya dimana alat ini dirancang untuk memompa air pada daerah aliran sungai. Hasil penelitian sebelumnya menyatakan pompa air ini layak untuk digunakan oleh masyarakat. Akan tetapi, perlu dikaji lebih lanjut tentang diameter selang lilitannya dan bentuk kincir air pompa agar alat lebih baik. Adapun hal-hal yang dapat dilakukan untuk meningkatkan kerja alat seperti penambahan selang lilitan dan penggantian dayung-dayung pada kincir air dengan bahan serat fiber polikarbonat(karnot) agar terhindar dari risiko lapuk sehingga tahan lebih lama.
Diharapkan diperoleh hasil yang lebih optimal dengan menambahkan pipa masukan menjadi sistem double inlet untuk memperoleh hasil yang lebih baik dimana jumlah air yang terpompakan lebih banyak sehingga alat ini dapat membantu masalah ketersediaan air untuk rumah tangga khususnya masyarakat yang tinggal di daerah sungai.
Tujuan Penelitian
Menguji diameter selang lilitan yang paling efektif terhadap kapasitas hasil pada pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran sistem double inlet.
Kegunaan Penelitian
1. Sebagai syarat untuk melaksanakan ujian sarjana yang di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara Medan. 2. Sebagai informasi pendukung untuk melakukan penelitian lebih lanjut
3. Hasil penelitian diharapkan berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.
Hipotesis Penelitian
TINJAUAN PUSTAKA
Tenaga 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 dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan (Agungchynta, 2007).
Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau kedudukan dari benda tersebut. Energi potensial disebut juga dengan energi diam karena benda yang dalam keadaan diam dapat memiliki energi. Jika benda tersebut bergerak, maka benda itu mengalami perubahan energi potensial menjadi energi gerak. Contoh misalnya seperti buah kelapa yang siap jatuh dari pohonnya, air terjun, dan lain sebagainya.
memiliki kemampuan untuk melakukan kerja, karenanya dapat dikatakan memiliki energi. Kata kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetikos, yang artinya “gerak”. ketika benda bergerak, benda pasti memiliki kecepatan. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatannya.
Energi mekanik adalah penjumlahan antara energi kinetik dengan energi potensial suatu benda atau secara matematisnya dapat dituliskan sebagai berikut:
EM=Ep+Ek
(Sugandi, 2011).
Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head
adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air yaitu:
mgh
E
=
... (1.1) denganm adalah massa air
h adalah head (m)
g adalah percepatan gravitasi
2
s
m
2
2
1
mv
E
=
... (1.2)dengan
v adalah kecepatan aliran air
s
m
Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut:
2
2
1
Qv
P
=
ρ
... (1.3)atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas
Q
=
Av
maka3
2
1
Av
P
=
ρ
... (1.4)dengan
A adalah luas penampang aliran air
( )
m
2 (Agungchynta, 2007).Kincir Air
Kincir air merupakan sarana untuk mengubah 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. Kincir air Overshot
Sumber:
Keuntungan
• Tingkat efisiensi yang tinggi yang 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 ini berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak
• Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi
• Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan
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 2. Kincir air Undershot
Sumber:
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
Gambar 3. Kincir air Breastshot
Sumber:
Keuntungan
• Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot
• 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 horisontal dan sudu-sudunya 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 4. Kincir air Tub
Keuntungan
• 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 (Santoso, R.,2009).
Komponen Kincir Air Dayung kincir air
Dayung pada kincir air ini disebut juga sudu, bucket, vane, ataupun blade,
terdapat pada sekeliling roda kincir. Luasan sebuah blade yang tercelup didalam air tentunya berubah-ubah karena blade itu berputar dengan pusat rotasinya yaitu poros. Prinsip kerja dari kincir air tipe undershot adalah ketika aliran sungai menumbuk salah satu dari blade maka blade akan bergerak dan secara bergantian masing-masing blade akan tertumbuk oleh aliran air sehingga kincir air akan memutarkan poros dan kincir ini akan menimbulkan torsi putaran yang akan dipakai untuk memutarkan pompa sehingga pompa dapat memompa fluida (Sunarwo, S., 2011).
Mengapa kedua bahan ini yang dijadikan perbandingan? Kaca dan akrilik merupakan bahan transparan yang banyak digunakan untuk berbagai keperluan. Polikarbonat pun memiliki sifat transparan yang setara dengan kaca, namun punya kekuatan lebih baik. Selain kuat, polikarbonat juga tahan panas, alias baru meleleh sampai 2000 derajat celcius. Bila material ini terbakar, lelehannya tidak akan menyebar (Naftali, Y.,2008).
Gambar 5. Polikarbonat
Sumber: http://polikarbonat_levha//polycabonate
Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir setiap mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros (Sularso dan Sugo, 2007).
Dalam hal ini poros dapat dibedakan atas dua jenis:
1. Poros dukung; poros yang khusus diperuntukkan mendukung elemen mesin yang berputar.
2. Poros transmisi atau poros perpindahan; poros yang terutama dipergunakan untuk memindahkan momen puntir.
ujungnya ditumpu dan sering ditahan terhadap perputaran. Poros dukung pada umumnya dibuat dari baja bukan paduan (Stolk dan Kros, 1986).
Alat Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi Aliran
Alat ini berfungsi untuk memompa air pada daerah aliran sungai. Pompa ini memiliki beberapa komponen penting, antara lain:
1. Kerangka alat, berfungsi sebagai tempat penyangga dan peletakkan lilitan selang tempat mengalirnya.
2. Badan lilitan selang, berfungsi sebagai tempat lilitan selang.
3. Kincir air, berfungsi sebagai sumber tenaga yang menampung aliran air dan mengubahnya menjadi putaran.
(Syahputra, 2010).
Pengukuran Aliran Sungai
Pancaran energi (panas) matahari menimbulkan siklus-siklus berikut: a. Arus sungai mengalir ke laut
b. Air laut menguap, membentuk awan (kumpulan uap air) c. Awan bergerak ke atas tanah daratan
d. Pada suatu ketinggian, temperatur turun sehingga uap air menjadi air dan turunlah hujan
e. Air hujan mengalir ke sungai dan seterusnya.
Pengukuran debit sungai yang lebih teliti sangat penting. Berbagai metode pengukuran telah berkembang pesat khususnya dari sisi instrumentasi. Kini tersedia berbagai alat ukur tinggi air yang sangat praktis dan dapat diprogram untuk mengakuisisi data secara otomatis. Beberapa alat telah pula dilengkapi fasilitas pengiriman data nirkabel sehingga dapat dilakukan pengamatan debit sungai dari waktu ke waktu. Namun demikian, metode pengukuran debit sungai tidak banyak berubah. Metode yang dipakai sama seperti sediakala, yaitu dengan melakukan pengukuran penampang basah dan arus sungai (Sosrodarsono dan Takeda, 1980; Loebis, dkk., 1993). Debit sungai sering diperkirakan pula secara empiris menggunakan persamaan Manning (Chow, 1989; Suresh, 1993;), yang melibatkan luasan penampang basah dan radius hidrolika, kemiringan hidrolika, dan faktor kekasaran/dinding sungai. Radius hidrolika merupakan luasan dibagi permeter penampang basah (Budi, dkk, 2007).
Dalam hidrologi dikemukakan, debit air sungai adalah tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh alat ukur pemukaan air sungai. Pengukurannya dilakukan tiap hari atau dengan pengertian yang lain debit atau aliran sungai adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Dalam sistem satuan SI (Standar Internasional) besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik (m3/detik) (Suwandi, 2009).
• Alat Ukur Debit
Pengukuran debit aliran yang paling sederhana dapat dilakukan dengan metode apung (floating method). Caranya dengan menempatkan benda yang tidak dapat tenggelam di permukaan aliran sungai untuk jarak tertentu dan mencatat waktu yang diperlukan oleh benda apung tersebut bergerak dari suatu titik pengamatan ke titik pengamatan lain yang telah ditentukan. Benda apung yang dapat digunakan dalam pengukuran ini pada dasarnya adalah benda apa saja sepanjang dapat terapung dalam aliran sungai. Pemilihan tempat pengukuran sebaiknya pada bagian sungai yang relatif lurus dengan tidak banyak arus tidak beraturan. Jarak antara dua titik pengamatan yang diperlukan ditentukan sekurang-kurangnya yang memberikan waktu perjalanan selama 20 detik. Pengukuran dilakukan beberapa kali sehingga dapat diperoleh angka kecepatan aliran rata-rata yang memadai. Besarnya kecepatan permukaan aliran sungai (Vperm dalam m/dt) adalah:
Vperm = L/t
L = jarak antara dua titik pengamatan (m)
t = waktu perjalanan benda apung (detik) (Asdak, 2007).
• Alat Duga Kedalaman
Setiap pengukuran harus diikuti dengan melakukan pendugaan kedalaman. Pendugaan ini dapat dilakukan dengan bermacam-macam alat, tergantung dari kondisi aliran sungai yang akan diukur. Macam-macam alat duga kedalaman tersebut adalah:
3. Alat penggulung (sounding reel) 4. Alat tangan penggulung (hand line) 5. Alat duga sonik (sonic sounder)
Pengukuran yang dapat dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan alat batang duga. Sesuai dengan pernyataan Loebis (1993) yang menyatakan bahwa pengukuran aliran dengan cara merawas (menggunakan perahu) maka kedalaman dapat dilakukan dengan menggunakan batang penduga. Batang duga yang biasanya terdiri dari empat meter yang masing-masing terdiri dari satu meteran dan alat penunjuk arah yang mempertahankan posisi sumbu alat ukur arus menuju ke arah aliran. Kedalaman aliran yang dapat diukur dengan alat ini maksimum tiga meter dari atas perahu. Akan tetapi apabila aliran yang diukur mempunyai kedalaman lebih dari tiga meter maka pendugaan kedalaman harus menggunakan kabel yang dilengkapi alat pemberat.
• Alat Pengukur Lebar Sungai
Aliran Fluida
Secara khusus, fluida didefenisikan sebagai zat yang berdeformasi terus menerus selama dipengaruhi suatu tegangan geser. Sebuah tegangan (gaya per satuan luas) geser terbentuk apabila sebuah gaya tangensial bekerja pada sebuah permukaan. Apabila benda-benda padat biasa seperti baja atau logam-logam lainya dikenai oleh suatu tegangan geser, mula-mula benda ini akan berdeformasi (mengalir). Namun cairan yang biasa seperti air, minyak dan udara yang akan memenuhi defenisi dari sebuah fluida. Artinya, zat-zat tersebut akan mengalir apabila padanya bekerja sebuah tegangan geser. Beberapa bahan seperti lumpur, aspal, dempul, odol, dan lain sebagainya tidak mudah untuk diklasifikasikan karena bahan-bahan tersebut akan berperilaku seperti benda padat jika tegangan geser yang bekerja kecil (Munson, dkk, 2003).
Debit aliran adalah laju aliran air yang melewati suatu penampang melintang pada sungai persatuan waktu. Fungsi dari pengukuran debit aliran adalah untuk mengetahui seberapa banyak air yang mengalir pada suatu sungai dan seberapa cepat air tersebut mengalir dalam waktu satu detik. Cara mengetahui aliran tersebut laminar atau turbulen yaitu dengan melihat bagaimana air tersebut mengalir apakah dia membentuk benang atau membentuk gelombang. Hal-hal yang akan mempengaruhi aliran antar lain besar kecilnya aliran dalam sungai itu dapat dilihat apakah aliran tersebut membentuk benang-benang atau membentuk gelembung yang tidak beraturan (Asdak, 2007).
warna dinjeksikan pada satu titik dalam aliran, maka zat warna tersebut akan mengalir menurut garis aliran yang teratur seperti benang tanpa terjadi difusi atau penyebaran. Pada aliran di saluran/pipa yang mempunyai bidang batas sejajar, garis-garis lintasan akan sejajar. Sedang di dalam saluran yang mempunyai sisi tidak sejajar, garis aliran akan menguncup atau mengembang sesuai dengan bentuk saluran. Kecepatan partikel zat cair pada masing-masing garis lintasan tidak sama tetapi bertambah dengan jarak dari dinding saluran. Aliran laminer dapat terjadi apabila kecepatan aliran rendah, ukuran saluran sangat kecil dan zat cair mempunyai kekentalan besar. Gambar ini adalah contoh dari aliran laminer di dalam pipa dengan penampang konstan dan tidak konstan.
Gambar 6. Aliran laminar Sumber: Triatmodjo, 1993
Gambar 7. Aliran turbulen Sumber: Triatmodjo, 1993
Tekanan terjadi dalam suatu fluida bila fluida tersebut dikenai suatu gaya. Dengan menaikkan gaya, tekanan akan naik secara proposional. Tekanan dalam fluida dapat didefenisikan sebagai gaya yang bekerja per satuan luas, atau:
P = A
F
Tekanan juga dapat muncul dalam suatu fluida akibat berat fluida itu sendiri. Tekanan ini biasanya dikenal sebagai tekanan head dan bergantung pada ketinggian fluida. Pada gambar di bawah ini, tekanan di dasar fluida sebanding dengan ketinggian h.
h tekanan fluida di dasar
P=
ρ
h (psi atau kgcm-2) pascalGambar 8. Tekanan head dalam fluida Sumber: Parr, 2003
Dalam sistem Imperial dan sistem metrik, tekanan head diberikan oleh:
Dengan r adalah identitas dan h adalah ketinggian (keduanya dalam satuan yang benar) sehingga menghasilkan P dalam psi atau kgcm-2. Dalam sistem SI persamaan ditulis ulang sebagai:
P = ρgh
Dengan g adalah percepatan yang disebabkan gravitasi (9,81 ms-2) sehingga dihasilkan tekanan dalam pascal (Parr, 2003).
Pompa
Pompa adalah jenis mesin fluida yang digunakan untuk memindahkan fluida melalui pipa dari satu tempat ke tempat lain. Dalam menjalankan fungsinya tersebut, pompa mengubah energi gerak poros untuk menggerakkan sudu-sudu menjadi energi tekanan pada fluida.
Pada pemasangan pompa dapat dibedakan atas pemasangan kering dan pemasangan basah. Kita namakan pemasangan kering bila motor pompa dan pompa sendiri tidak ditempatkan dalam zat cair yang akan dipompakan. Pada pemasangan basah, motor pompa dan/atau pompa benar berada dalam air. Selain itu, masih dapat pula dibedakan atas pemasangan horizontal dan pemasangan vertikal (tegak). Misal pada pompa sentrifugal, pompa sekrup dan sebagainya, kita melihat pada poros dari bagian-bagian pompa yang berputar bila poros itu duduk horizontal, maka kita menamakannya pompa horizontal. Jika poros berdiri vertikal, maka pompa dinamakan juga pompa vertikal (Nouwen, 1994).
Pompa dapat diklasifikasikan atas dasar: 1. Cara memindahkan fluidanya
2. Jenis penggerak
Menurut cara memindahkan fluidanya, pompa dapat dibedakan atas: a. Positive Displacement Pump (Displacement Pump)
Displacement Pumpa adalah pompa dengan volume ruangan yang berubah secara periodik dari besar ke kecil atau sebaliknya. Pada waktu pompa bekerja, energi yang dimasukkan ke fluida adalah energi potensial sehingga fluidanya berpindah dari volume per volume.
b. Non-positive Displacement Pump (Dynamic Pump)
Pada pompa jenis dynamic, volume ruangannya tidak berubah. Waktu pompa bekerja, energi yang dimasukkan ke dalam fluida adalah energi kinetik sehingga perpindahan fluida terjadi akibat adanya perubahan kecepatan.
Berdasarkan jenis penggeraknya, pompa dibagi atas: a. Pompa tangan (hand driven pump)
b. Pompa mekanis (dengan penggerak mesin uap, motor bakar maupun motor listrik).
Menurut sifat zat cair yang dipindahkan, pompa dibagi atas: a. Pompa air
b. Pompa panas berlumpur c. Pompa untuk cairan kental d. Pompa untuk cairan korosif
e. Pompa minyak, bensin, solar, residu. (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2008).
sering mempergunakan istilah kapasitas, hasil, dan penyerahan. Ketiga istilah inilah mempunyai pengertian yang sama dengan aliran arus. Aliran volume dapat dinyatakan dalam berbagai macam satuan. Bila dinyatakan dalam satuan dasar SI, satuan itu adalah m3/s. Dalam praktek sering pula dipergunakan m3/h (meter kubik tiap jam) dan dm3/men (desimeter kubik atau liter tiap menit). Hanya pada pompa yang sangat besar aliran volume itu dinyatakan dalam m3/s (Nouwen, 1994).
Untuk membangun teori dasar tentang unjuk kerja pompa, kita mengandaikan bahwa alirannya satu dimensi, dan kita menggabungkan vektor-vektor kecepatan fluida yang diperoleh dengan pengidealan ini dalam bilah-bilah pendesak, dengan kecepatan tertentu maka akan memberikan tekanan yang menimbulkan kecepatan pada aliran keluar (Munson, dkk, 2002).
Pompa spiral
Pompa spiral adalah suatu alat untuk memompakan air dari sungai dengan memanfaatkan tenaga arus sungai itu sendiri. Prinsip kerjanya adalah sistem kumparan hidrostatik yaitu air yang dimasukkan ke dalam selang berbentuk spiral, diputar dan timbul tekanan. Pompa spiral yang dibuat merupakan pompa yang pengoperasiannya tanpa menggunakan bahan bakar, tetapi dengan menggunakan aliran air sungai. Bagian penting dari pompa spiral berupa kumparan pipa plastik pada suatu silinder. Besarnya head dan debit yang dihasilkan dapat diatur sesuai dengan kumparan, diameter pipa plastik serta tenaga aliran air sungai yang tersedia (Zakaria, 1990).
Pompa sentrifugal
yang terpasang pada poros yang berputar, selubung diam, tumah keong yang menutupi impeller. Impeller terdiri dari beberapa pisau (blade) dan biasanya melengkung, dan kadang-kadang disebut sudu (vanes), dipasang dengan pola yang teratur di sekeliling poros. Sebuah sketsa yang memperlihatkan ciri-ciri utama sebuah pompa sentrifugal ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 9. Sketsa pompa sentrifugal Sumber: Munson, dkk, 2003
Pompa sentrifugal dapat mempunyai bermacam-macam variasi susunan (impeller terbuka atau terselubung, rumah berbentuk keong atau difuser, hisapan tunggal atau ganda, satu tingkat atau bertingkat banyak), tetapi prinsip dasarnya tetap sama. Kerja diberikan pada fluida oleh perputaran sudu (gerakan sentrifugal dan gaya tangensial sudu bekerja pada fluida dalam suatu jarak tertentu) menghasilkan kenaikan energi kinetik yang besar pada fluida yang mengalir melalui impeller. Energi kinetik ini diubah menjadi kenaikan tekanan saat fluida mengalir dari impeller ke dalam rumah yang menutupi impeller (Munson, dkk, 2003).
dapat meminimunkan kehilangan yang terjadi pada impeller yang besarnya 2-10% dari total debit yang dihasilkan pompa. Total head yang dihasilkan impeller bergantung pada permukaan sudu. Kehilangan pada impeller dapat ditekan dengan memperhalus permukaan impeller dan mengatur sudu-sudu impeller sehingga gesekan pada bagian permukaan dan impeller berkurang (Prabowo, dkk, 2004).
Efisiensi pompa sentrifugal ditentukan oleh jenis impeller. Baling-baling dan perangkat lainnya yang dirancang untuk memenuhi kondisi tertentu dalam pengoperasian. Jumlah baling-baling dapat bervariasi dari satu sampai delapan, atau lebih, tergantung pada jenis penggunaan, ukuran dan sebagainya.
Baling tunggal dengan impeller semi terbuka jenis baling-baling disesuaikan pada bentuk khusus dari masalah pompa industri yang memerlukan pompa berat untuk menangani cairan yang mengandung bahan berserat dan beberapa padatan, sedimen, atau bahan suspensi asing lainnya.
Jenis baling-baling terbuka ini cocok untuk cairan yang tidak mengandung benda asing atau materi yang mengandung beberapa zat padat yang mungkin tersangkut diantara impeller dan stationer pelat samping (seperti yang ditemukan dalam limbah atau drainase dimana terdapat sejumlah pasir didalamnya).
efisiensi awal yang tinggi untuk jangka waktu lama, dan tidak menyumbat, karena tidak tergantung pada jarak pengoperasian dalam waktu dekat (Miller, et al, 2004).
Gambar 10. Tipe-tipe impeller
METODOLOGI PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan dan penelitian lapangan di Sungai Permai, Desa Namo Gajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan, Sumatera Utara pada bulan Oktober 2011 sampai dengan Pebruari 2012.
Bahan dan Alat Penelitian Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah pipa besi Φ1,5 inci, pipa PVC Φ ¾ inci, plat besi batangan, bearing Φ 1 inci, selang Φ ¾ , 1, dan 1¼ inci, selang outlet Φ 1 inci, besi siku, serat fiber polikarbonat (karnot), kawat, lem besi, paku
klein, plat strip, baut dan mur. Alat
Alat-alat yang digunakan adalah mesin las berfungsi untuk mengelas bahan besi, mesin bor untuk melubangi besi, gergaji besi berfungsi memotong besi, klein untuk memasang paku klein, kunci pass untuk membuka baut dan mur, kalkulator berfungsi untuk menghitung data, mistar/meteran berfungsi untuk mengukur dimensi alat, dan alat tulis untuk menuliskan data yang diperoleh.
Metode Penelitian
Dalam penelitian ini, pengumpulkan data dilakukan dengan cara studi literatur (kepustakaan), survei ke lapangan. Kemudian dilakukan penambahan komponen alat yaitu pipa masukan (inlet) dan penggantian dayung kincir dari
kayu/papan dengan polikarbonat/karnot. Setelah itu dilakukan pengujian alat dan pengamatan pada parameter.
Penelitian ini menggunakan metode percobaan Rancangan Acak Lengkap (RAL) non faktorial yang terdiri atas satu faktor yaitu diameter selang lilitan dengan enam kali ulangan pada tiap perlakuan. Faktor diameter selang lilitan yaitu:
D1 = ¾ inci D2 = 1 inci D3 = 1¼ inci
Penelitian ini menggunakan enam kali ulangan. Hal ini dapat ditentukan dengan rumus:
Tc ( r-1 ) > 15 3 ( r-1 ) > 15 3r – 1 > 15 3r > 18 r > 6
Model analisa yang digunakan adalah sidik ragam dengan model linear aditif sebagai berikut:
Y ij =
μ + σ
i+
ɛ
ijDimana:
Y ij = nilai pengamatan pada perlakuan ke – i dalam ulangan ke – j μ = nilai tengah
ɛ
ij = kesalahan (galat) percobaan pada perlakuan diameter ke – idalam ulangan ke – j Komponen Alat
Alat pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran sistem double inlet
mempunyai beberapa bagian penting, yaitu: 1. Kerangka alat (roda kincir air)
Kerangka alat berfungsi sebagai sumber tenaga untuk memanfaatkan tenaga aliran air menjadi putaran dan tempat pemasangan selang lilitan. Alat ini mempunyai diameter rangka sebesar 60 cm.
2. Dayung kincir
Dayung kincir berfungsi sebagai alat untuk menerima tumbukan air agar roda kincir dapat berputar. Alat ini mempunyai panjang 75 cm, lebar 20 cm, dan terbuat dari bahan serat fiber polikarbonat (karnot) agar dayung terhindar dari risiko lapuk.
3. Poros
Poros merupakan komponen alat yang mendukung kerangka alat untuk berputar dan sebagai saluran air menuju outlet. Alat ini mempunyai diameter as 1,5 inci dengan panjang 1 meter.
4. Bearing
5. Pipa masukan (inlet)
Pipa masukan (inlet) berfungsi untuk menampung aliran air. Inlet pada pompa air ini ada dua dan dibuat dengan posisi berseberangan satu dengan yang lain agar ketika kincir berputar, pipa ini secara bergantian menerima aliran air yang masuk. Alat ini mempunyai panjang 45 cm dan diameter 3 inci.
6. Selang keluaran (outlet)
Selang keluaran (outlet) berfungsi untuk saluran keluarnya air. Alat ini mempunyai panjang 20 cm dengan diameter 1 inci.
7. Dudukan rangka
Dudukan rangka berfungsi sebagai tempat penyangga roda kincir air agar pompa tidak terlalu tenggelam dalam pengoperasiannya. Alat ini memiliki bentuk seperti meja trapesium dengan panjang 100 cm, tinggi 95 cm dan lebar 95 cm.
Pelaksanaan Penelitian A. Persiapan Penelitian
Sebelum dilakukan penelitian, terlebih dahulu dipersiapkan bahan-bahan dan peralatan yang akan digunakan dalam penelitian seperti penambahan komponen alat yaitu pipa inlet, penggantian dayung kincir dengan serat fiber polikarbonat (karnot), penggantian dudukan rangka dari kayu menjadi plat besi siku.
B. Persiapan Alat
2. Dipasang baut dan mur pada dudukan rangka dengan kuat. 3. Dipersiapkan selang lilitan dengan diameter ¾, 1, dan 1¼ inci.
4. Dipasang salah satu diameter selang lilitan dengan berlawanan arah pada 15 meter selang untuk inlet pertama dengan 15 meter selang untuk inlet
kedua untuk menyeimbangkan laju air pada poros kincir.
Prosedur Penelitian
Adapun prosedur penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Dipindahkan alat dari Laboratorium Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara ke tempat penelitian lapangan dilakukan, yaitu di Sungai Permai, Desa Namo Gajah, Kecamatan Medan Tuntungan, Medan, Sumatera Utara.
2. Dihitung debit sungai.
3. Diamati dan ditentukan letak pompa pada air sungai. 4. Dihitung jumlah putaran kincir air selama satu menit.
5. Dihitung volume air terpompakan pada masing-masing tiga perlakuan diameter selang yaitu: ¾, 1, dan 1¼ inci pada selang ukur sepanjang 20 meter dengan waktu ditentukan.
6. Dihitung kapasitas hasil dengan pengulangan sebanyak enam kali terhadap masing-masing perlakuan diameter selang.
7. Dihitung tinggi air terpompakan
Parameter Yang Diamati Kapasitas hasil
Kapasitas hasil dapat diukur dengan menghitung volume air pemompaan dengan waktu kerja pompa.
Kapasitas hasil =
Tinggi air terpompakan (meter)
Tinggi air terpompakan diukur dengan mengamati kecepatan air yang mengalir secara vertikal dan diukur menggunakan batang duga yang disejajarkan dengan selang ukur dan diambil puncak tertinggi air yang mengenai batang duga.
Analisis ekonomi
Pengukuran biaya alat pompa air dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap (biaya pokok). Jumlah biaya tetap tidak dipengaruhi oleh jumlah jam kerja alsin, misalnya biaya penyusutan, biaya bunga modal dan asuransi dan biaya pajak, sedangkan biaya tidak tetap sangat dipengaruhi oleh kegiatan alsin, misalnya biaya perawatan dan biaya perbaikan alat.
Biaya pokok =
Dimana:
a. Biaya tetap terdiri dari:
• Biaya penyusutan (metode garis lurus) D =
Dimana:
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)
• Biaya bunga modal dan asuransi, perhitungannya digabungkan, besarnya:
I =
Dimana:
i = persentase bunga modal dan asuransi (12% per tahun)
• Biaya pajak diperkirakan sebesar 2% per tahun dari nilai awal alsin pertanian.
b. Biaya tidak tetap terdiri dari:
• Biaya perawatan (priventip)
Biaya perawatan adalah biaya yang diperlukan untuk membeli bahan untuk perlakuan alsin agar alsin tersebut dapat bekerja dengan baik dan awet, misalnya oli gemuk.
• Biaya perbaikan (reparasi) untuk sumber tenaga penggerak
Biaya perbaikan adalah biaya yang diperlukan untuk memperbaiki alat yang rusak.
Biaya reparasi =
HASIL DAN PEMBAHASAN
Modifikasi Alat Pompa Air
Modifikasi perancangan pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran sistem double inlet bertujuan untuk memindahkan air dari sumber air yang mengalir ke tempat lain (umumnya ke tempat yang lebih tinggi) dan menghasilkan volume air yang terpompakan lebih tinggi.
Pompa tersebut juga menggunakan kincir air tipe undershot, dimana dalam pengoperasiannya kincir air berputar karena adanya arus sungai. Hal ini sesuai pernyataan Santoso (2009) kincir air berputar jika air mengalir dan menghantam dinding sudu-sudunya yang terletak pada bagian bawah kincir air. Kincir ini juga memiliki banyak keuntungan seperti konstruksinya lebih sederhana sehingga lebih ekonomis dan mudah dipindahkan. Adapun kelemahan dari pompa air tipe kincir ini adalah efisiensi dan daya yang dihasilkan kecil.
Berdasarkan hasil penelitian dapat dikatakan bahwa perbedaan diameter selang lilitan memberi pengaruh sangat nyata terhadap kapasitas hasil yang dihasilkan.
[image:44.595.107.513.631.698.2]Pengaruh dari berbagai diameter selang lilitan terhadap parameter yang diamati dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Pengaruh berbagai diameter selang lilitan terhadap parameter yang diamati
Perlakuan Kapasitas hasil (m3/jam) Tinggi air terpompakan (meter) D1 = ¾ inci 0,370 4,2
D2 = 1 inci 0,657 5,4 D3 = 1¼ inci 0,961 6,7
Dari Tabel 1 di atas dapat dilihat bahwa masing–masing diameter selang lilitan menghasilkan kapasitas hasil yang berbeda. Kapasitas hasil tertinggi dihasilkan oleh diameter selang lilitan 1¼ inci (D3) yaitu sebesar 0,961 m3/jam dan kapasitas hasil terendah dihasilkan oleh diameter selang lilitan ¾ inci (D1) yaitu sebesar 0,37 m3/jam. Tinggi air terpompakan tertinggi dihasilkan oleh diameter selang lilitan 1¼ inci (D3) dan terendah dihasilkan oleh diameter selang lilitan ¾ inci (D1).
Hasil analisa statistik pengaruh diameter selang lilitan terhadap parameter yang diamati dapat dilihat pada uraian berikut.
Kapasitas Hasil
[image:45.595.112.511.468.630.2]Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan debit sungai 23,49 m3/detik, dengan diameter selang lilitan ¾ inci (D1), mempunyai periode putaran kincir air sebesar 15,7 rpm, maka diperoleh data sebagai berikut :
Tabel 2. Kapasitas hasil pada diameter selang lilitan ¾ inci (m3/jam) Ulangan Panjang selang (meter) Volume air terpompakan
(m3)
Waktu pemompaan
(detik)
Kapasitas hasil (m3/jam) I
30
0,0063
60
0,378
II 0,0061 0,366
III 0,0064 0,384
IV 0,0060 0,360
V 0,0060 0,360
VI 0,0062 0,372
Tabel 3. Kapasitas hasil pada diameter selang lilitan 1 inci (m3/jam) Ulangan Panjang selang (meter) Volume air terpompakan (m3) Waktu pemompaan (detik) Kapasitas hasil (m3/jam) I
30
0,0111
60
0,666
II 0,0110 0,660
III 0,0109 0,654
IV 0,0107 0,642
V 0,0111 0,666
VI 0,0109 0,654
rata-rata 0,01095 0,657
[image:46.595.114.511.373.538.2]Dari hasil penelitian yang dilakukan dengan debit sungai 32,68 m3/detik, dengan diameter selang lilitan 1¼ inci (D3), mempunyai periode putaran kincir air sebesar 14,3 rpm, maka diperoleh data sebagai berikut :
Tabel 4. Kapasitas hasil pada diameter selang lilitan 1¼ inci (m3/jam)
Ulangan Panjang selang (meter) Volume air terpompakan
(m3)
Waktu pemompaan
(detik)
Kapasitas hasil (m3/jam) I
30
0,0160
60
0,960
II 0,0162 0,972
III 0,0160 0,960
IV 0,0163 0,978
V 0,0156 0,936
VI 0,0160 0,960
rata-rata 0,0160 0,961
Tabel 5. Pengaruh diameter selang lilitan terhadap kapasitas hasil (m3/jam)
Jarak LSR Notasi
P 0.05 0.01 Perlakuan Rataan 0.05 0.01
- - - D1 0.370 a A
2 0.022563 0.031647 D2 0.657 b B 3 0.023662 0.033332 D3 0.961 c C Keterangan : Notasi huruf yang berbeda pada kolom yang sama menunjukkan
[image:46.595.111.509.592.683.2]Dari Tabel 5 dapat dilihat bahwa kapasitas hasil tertinggi diperoleh pada perlakuan D3 yaitu 0,961 m3/jam dan terendah pada perlakuan D1 yaitu 0,37 m3/jam.
[image:47.595.124.502.229.482.2]Hubungan antara diameter selang lilitan terhadap kapasitas hasil dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Hubungan diameter selang lilitan dengan kapasitas hasil (m3/jam)
sehingga meningkatkan nilai kapasitas alat. Sedangkan untuk kapasitas hasil dengan diameter selang lilitan 1¼ inci (D3) diperoleh rataan sebesar 0,961 m3/jam.
Tinggi Air Terpompakan (meter)
[image:48.595.110.516.242.307.2]Dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh ketinggian air yang berbeda pada setiap perlakuan selang lilitan seperti yang tertera pada tabel ini.
Tabel 6. Ketinggian air terpompakan (meter)
Perlakuan Tinggi air terpompakan (meter) D1 = ¾ inci 4,2
D2 = 1 inci 5,4 D3 = 1¼ inci 6,7
Hubungan antara diameter selang lilitan dengan tinggi air terpompakan dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Hubungan diameter selang lilitan dengan tinggi air terpompakan.
[image:48.595.133.506.396.697.2]yang terendah adalah 4,2 meter, yaitu pada perlakuan selang lilitan berdiameter ¾ inci (D1). Faktor yang menyebabkan adanya perbedaan pada setiap ketinggian pada setiap perlakuan adalah semakin besar diameter selang lilitan yang digunakan, maka semakin besar pula massa air untuk menahan tekanan balik dari pipa outlet. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Parr (2003) tekanan terjadi dalam fluida resebut dikenai suatu gaya. Tekanan juga dapat muncul akibat berat fluida itu sendiri. Tekanan ini biasanya dikenal sebagai tekanan head bergantung pada ketinggian fluida. Dari pengamatan tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin besar diameter selang lilitan, semakin tinggi air yang akan dipompakan. Sebaliknya, semakin kecil diameter selang lilitan, semakin rendah tinggi air yang dipompakan.
Analisis Ekonomi
Analisis ekonomi digunakan untuk menentukan layak atau tidaknya suatu alat yang dioperasikan. Dengan analisa ekonomi dapat diketahui seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat dapat diperhitungkan.
Pengukuran biaya alat pompa air dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap (biaya pokok).
Dimana:
BT = Total biaya tetap (Rp/thn) c. Biaya tetap terdiri dari:
• Biaya penyusutan
Rp. 290.700,00/tahun. Penyusutan ini disebabkan karena terjadinya kerusakan dari alat tersebut.
• 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 12%. Biaya bunga modal dan asuransi dari alat pompa air tersebut adalah sebesar Rp. 116.280,00/tahun.
• Biaya pajak
Biaya pajak dalam pempbuatan pompa air tersebut adalah sebesar 2% pertahun dari nilai awal alat. Jadi biaya pajak dari alat ini adalah sebesar Rp. 32.300,00/tahun.
Jadi total biaya tetap (BT) dari alat ini adalah Rp. 439.280,00/tahun. d. Biaya tidak tetap terdiri dari :
• 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 Rp.44,25/jam.
• Biaya perbaikan alat/reparasi
Jadi, total biaya tidak tetap (BTT) dari alat pompa air ini adalah sebesar Rp. 49,02/jam.
Biaya pokok merupakan penjumlahan dari biaya tetap dan biaya tidak tetap, sehingga total biaya pokok dari alat pompa air ini adalah sebesar Rp. 169,37/m3. Jadi biaya pokok yang harus dikeluarkan untuk memompa air sebanyak 1 m3 adalah sebesar Rp. 169,37. Bila dibandingkan dengan pemakaian jasa PDAM Tirtanadi Provinsi Sumatera Utara, untuk memperoleh air sebanyak 1 m3, diperlukan biaya sebesar Rp. 2.000,00. Alat pompa air ini cenderung lebih murah dibandingkan jasa PDAM Tirtanadi. Dengan melihat biaya pemompaan air ini, maka alat pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran sistem double inlet
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan1. Perbedaan diameter selang lilitan memberikan pengaruh sangat nyata terhadap kapasitas hasil.
2. Kapasitas hasil tertinggi terdapat pada perlakuan D3 yaitu sebesar 0,961 m3/jam, sedangkan kapasitas hasil yang terendah terdapat pada perlakuan D1 yaitu sebesar 0,370 m3/jam.
3. Tinggi air terpompakan terdapat pada perlakuan D3 yaitu sebesar 6,7 meter, sedangkan kapasitas hasil yang terendah terdapat pada perlakuan D1 yaitu sebesar 4,2 meter.
4. Biaya produksi pompa air tersebut adalah sebesar Rp. 169,37/m3 dan pompa air ini layak digunakan oleh masyarakat.
Saran
Pada alat ini perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang diameter pipa
DAFTAR PUSTAKA
Agungchynta., 2007. Pemanfaatan Tenaga Air. www.agungchynta. files. wordpress .com /2007/03/ pemanfaatan-tenaga-air.doc. [18 Agustus 2011]. Asdak, C., 2007. Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Gadjah Mada
University Press, Yogyakarta.
Boy., 2009. Potensi Air di Indonesia.
Juli 2011].
Budi, dkk., 2007. Perbaikan Metode Penghitungan Debit Sungai Menggunakan
Cubic Spline Interpolation. JKP 21 No. 3:37-44.
Darun., 2002. Ekonomi Teknik. Edisi Kedua. Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Loebis,. dkk, 1993. Hidrologi Sungai. Yayasan Badan Penerbit Pekerjaan Umum, Jakarta.
Miller, et al., 2004. Pumps and Hydraulics. All New 6th Edition. Wiley Publishing, Inc., Indianapolis, Canada.
Munson, B.R, dan Young D.F., 2002. Mekanika Fuida. Edisi Keempat. Jilid I. Penerjemah Dr. Ir. Harinaldi dan Ir. Budiarso, M.Eng. Penerbit Erlangga, Jakarta.
Munson, B.R, dan Young D.F., 2003. Mekanika Fuida. Edisi Keempat. Jilid II. Penerjemah Dr. Ir. Harinaldi dan Ir. Budiarso, M.Eng. Penerbit Erlangga, Jakarta.
Nouwen, Ing. A., 1994. Pompa I. Penerjemah B.S. Anwir. Penerbit Bhratara, Jakarta.
Paryatmo, W., 2007. Turbin Air. Graha Ilmu, Yogyakarta. Patty, O., 1995. Tenaga Air. Penerbit Erlangga, Jakarta.
Parr, A., 2003. Hidrolika dan Pneumatika Pedoman bagi Teknisi dan Insinyur. Edisi Kedua. Penerjemah Ir. Gunawan Prasetyo. Penerbit Erlangga, Jakarta. Prabowo, dkk., 2004. Prototipe Pompa Irigasi Sentrifugal AP-S100. Warta Vol. 26
No. 2:25-27.
Pudjanarsa, A., dan Nursuhud, D., 2008. Mesin Konversi Energi. Edisin Revisi. Penerbit Andi, Yogyakarta.
Santoso, R., 2009. Kincir Air 2011]
Stolk, J dan Kros, C., 1986. Elemen-Mesin. Elemen Konstruksi Dari Bangunan Mesin. Penerjemah Hendarsin, H. dan Abdul Rachman. Penerbit Erlangga, Jakarta.
Sugandi, E., 2011. Energi Potensial Kinetik dan Hukum Kekekalan Energi
[06 Oktober 2011].
Sunarwo, 2011. Kajian Eksperimental Optimasi Jumlah Sudu Kincir Air Tipe
Undershot Sebagai Upaya Pemanfaatan Potensi Aliran Head Rendah.
[20
Maret 2012].
Sularso dan Sugo, K., 2007. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. PT Pradnya Paramita, Jakarta.
Suwandi., 2009. Debit Air.
[13 Agustus 2011].
Syahputra, F., 2010. Pompa Air Semi Mekanis Bertenaga Semi Aliran. Skripsi. Universitas Sumatera Utara, Medan.
Lampiran 1. Flowchart Penelitian
Mulai
Penambahan Komponen Alat
Tidak
Pemindahan Alat
Peletakan Alat ke Sungai Pengukuran Debit Sungai
Pengamatan Periode Putaran Kincir Air
Selesai
Kapasitas Hasil
Tinggi Air Terpompakan Analisis Ekonomi Layak ?
Pengujian Parameter
Analisis Data/Perhitungan Pemasangan Selang Lilitan ¾, 1 dan 1¼
inci
Lampiran 2. Data Pengamatan Sungai Debit sungai (m3/detik)
Debit sungai dihitung dengan persamaan: Q = A. v
Dimana:
Q = debit sungai (m3/detik) A = luas penampang sungai (m2) v = kecepatan aliran sungai (m/detik)
Luas penampang sungai dihitung dengan menggunakan metode Trapezoidal dengan persamaan:
L = Dimana:
d = jarak antar ordinat ho = panjang ordinat pertama
[image:56.595.133.485.586.752.2]= jumlah panjang ordinat diantara ordinat pertama dan ordinat terakhir hn = panjang ordinat terakhir
Gambar penampang melintang sungai
Diketahui : d = 3,8 meter
lebar sungai = 32,46 meter ho 0,65
h1 0,84 h2 1,04 h3 1,10 h4 1,36 h5 1,13 h6 1,28 h7 1,18 h8 1,00
L =
L = 3,8 [(0,65/2) + (0,84+1,04+1,1+1,36+1,13+1,28+1,18) +(1/2)] meter L = 3,8 [0,325 + 7,93+ 0,5] meter
L = 3,8 [8,755] meter L = 33,269 m2
Luas daerah sisa dengan menggunakan metode segitiga dengan persamaan: Luas I:
s =
s =
s = 1,245 meter L =
L = m
L = m
L = m L = 0,18 m2 Luas II:
s =
s =
s = 1,325 meter L =
L = m
L = m
L = m L = 0,28 m2 Luas III:
s =
s =
s = 1,325 meter L =
L = m
L = m
L = m L = 0,22 m2
Luas IV:
s =
s =
s = 1,81 meter L =
L = m
L = m
L = m L = 0,1 m2
Maka luas penampang melintang sungai adalah jumlah dari luas dengan metode trapezoidal ditambah dengan luas metode segitiga
Luas total = LI + LII +LIII +LIV + Ltrapezoidal = (0,18+0,28+0,22+0,1+33,269) m2 = 34,049 m2
Kecepatan aliran air (m/detik)
Kecepatan aliran diamati dengan menggunakan metode bola apung dengan tiga kali pengulangan.
Diameter selang lilitan ¾ inci Ulangan
Panjang lintasan (meter)
Waktu tempuh (detik)
Kecepatan aliran air (m/detik)
I 2 2,82 0,71
II 2 2,73 0,73
III 2 3,19 0,63
rata-rata 2,91 0,69
Diameter selang lilitan 1 inci Ulangan
Panjang lintasan (meter)
Waktu tempuh (detik)
Kecepatan aliran air (m/detik)
I 2 2,36 0,85
II 2 2,37 0,84
III 2 2,73 0,73
rata-rata 2,49 0,81 Diameter selang lilitan 1¼ inci
Ulangan
Panjang lintasan (meter)
Waktu tempuh (detik)
Kecepatan aliran air (m/detik)
I 2 2,03 0,99
II 2 2,49 0,80
III 2 1,85 1,08
rata-rata 2,12 0,96
[image:60.595.113.512.351.449.2]Maka diperoleh debit sungai yang berbeda pada setiap perlakuan, yaitu: Tabel debit sungai (m3/detik)
Perlakuan
Luas penampang sungai (A)
Kecepatan aliran
air (V) Debit sungai (Q) (m2) (m/detik) (m3/detik) D1 = ¾ inci 34,049 0,69 23,49 D2 = 1 inci 34,049 0,81 27,57 D3 = 1¼ inci 34,049 0,96 32,68
Lampiran 3. Putaran kincir air (RPM) Tabel periode putaran kincir air (RPM)
Ulangan Perlakuan
Waktu pengamatan
(menit) RPM I
D1 =
¾
inci 115
II 16
III 16
rata-rata 15,7 I
D2 = 1 inci 1
15
II 15
III 15
rata-rata 15 I
D3 = 1¼ inci 1
14
II 15
III 14
rata-rata 14,3
Lampiran 4. Kapasitas Hasil (m3/jam)
Kapasitas hasil dihitung dengan membagi volume air hasil pompa dengan waktu kerja pompa.
Tabel kapasitas hasil Diameter ¾ inci
Ulangan Panjang selang (meter) Volume air terpompakan
(m3)
Waktu pemompaan
(detik)
Kapasitas hasil (m3/jam) I
30
0,0063
60
0,378
II 0,0061 0,366
III 0,0064 0,384
IV 0,0060 0,360
V 0,0060 0,360
VI 0,0062 0,372
rata-rata 0,0062 0,370 Diameter 1 inci
Ulangan Panjang selang (meter) Volume air terpompakan (m3) Waktu pemompaan (detik) Kapasitas hasil (m3/jam) I
30
0,0111
60
0,666
II 0,0110 0,660
III 0,0109 0,654
IV 0,0107 0,642
V 0,0111 0,666
VI 0,0109 0,654
rata-rata 0,01095 0,657 Diameter 1¼ inci
Ulangan Panjang selang (meter) Volume air terpompakan
(m3)
Waktu pemompaan
(detik)
Kapasitas hasil (m3/jam) I
30
0,0160
60
0,960
II 0,0162 0,972
III 0,0160 0,960
IV 0,0163 0,978
V 0,0156 0,936
VI 0,0160 0,960
rata-rata 0,0160 0,961
Tabel uji diameter selang lilitan terhadap kapasitas hasil (m3/jam)
Perlakuan Ulangan Total Rataan I II III IV V VI
D1 = ¾ inci 0,378 0,366 0,384 0,360 0,360 0,372 2,220 0,370 D2 = 1 inci 0,666 0,660 0,654 0,642 0,666 0,654 3,942 0,657 D3 = 1¼ inci 0,960 0,972 0,960 0,978 0,936 0,960 5,766 0,961 Total 2,004 1,998 1,998 1,980 1,962 1,986 11,928 1,988 Rataan 0,668 0,666 0,666 0,660 0,654 0,662 3,976 0,663
Lampiran 5. Daftar Analisis Sidik Ragam Kapasitas Hasil Daftar analisis sidik ragam kapasitas hasil
SK db JK KT Fhitung F0.05 F0.01 perlakuan 5 1.048132 0.209626 1302.027 ** 3.08 4.32 galat 12 0.001932 0.000161 3.23 4.55 total 17 1.050064 0.061768 Fk = 7.904288
Keterangan :
tn = tidak nyata * = nyata
** = sangat nyata
Lampiran 6. Tinggi Air Terpompakan Tinggi air terpompakan (meter)
Tinggi air terpompakan (meter) diukur pada masing-masing perlakuan. Perlakuan Tinggi air terpompakan (meter) D1 = ¾ inci 4,2
D2 = 1 inci 5,4 D3 = 1¼ inci 6,7
Lampiran 7. Analisis 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. 100.000,00 d. Plat besi siku = Rp. 150.000,00
e. Bearing = Rp. 90.000,00
f. Selang 1 inci (20m) = Rp. 160.000,00 g. Polikarbonat (karnot) = Rp. 125.000,00 h. Biaya perakitan = Rp. 400.000,00 i. Selang ¾ inci (30 m) = Rp. 180.000,00 j. Selang 1 inci (50 m) = Rp. 370.000,00 k. Selang 1¼ inci (30 m) = Rp. 150.000,00 Total P = Rp. 1.615.000,00
l. Umur ekonomi (n) = 5 tahun m. Nilai akhir alat (S) = 10 % dari P
n. Bunga modal dan asuransi = Rp.116.280,00/tahun o. Pajak = Rp. 32.300,00/tahun p. Biaya perawatan = Rp.44,25/jam q. Biaya perbaikan = Rp.4,78/jam r. Jam kerja alat/tahun = 3650 jam
II. Perhitungan Biaya Produksi a. Biaya Tetap (BT)
1. Biaya penyusutan
D =
2. Bunga modal dan asuransi
I =
3. Pajak
Pajak = 2% P
= 2% x 1.615.000 = Rp. 32.300,00/tahun Total Biaya Tetap (BT) = Rp. 439.280,00/tahun
b. Biaya Tidak Tetap (BTT) 1. Biaya perawatan
Biaya perawatan =
=
= Rp.44,25/jam 2. Biaya perbaikan alat (reparasi)
Biaya reparasi alat = =
= Rp.4,78/jam
Total Biaya Tidak Tetap (BTT) = Rp. 49,02/jam
Biaya pokok = =
= Rp. 169,37/m3
Lampiran 8. Prinsip Kerja Alat
Prinsip kerja pompa air semi mekanis bertenaga semi aliran sistem double inlet adalah dengan menggunakan putaran yang digerakkan dengan tenaga air dalam proses pemompaannya. Pemompaan terjadi karena kincir berputar oleh aliran air sungai, menyebabkan air masuk melalui pipa pemasukan (inlet), lalu diteruskan ke selang lilitan. Setelah sekian kali berputar, air pada selang lilitan akan menuju poros dan dikeluarkan melalui selang keluaran (outlet).
Lampiran 9. Gambar Alat Pompa Air 1. Depan
2. Samping
3. Atas
