PERANCANGAN POMPA HYDRAM DENGAN
DEBIT AIR 0,006 m
3/s
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Oleh: NUR EFENDI 201120120312174
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
iii
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN POMPA HYDRAM DENGAN
DEBIT AIR 0,006 m
3/s
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun Oleh : Nur Efendi NIM : 201120120312174
Diterima dan disetujui oleh:
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
(Ir. Herry Suprianto, M.T.) NIP. 108.8709.0049
(Ir. Daryono, M.T.) NIP. 108.8909.0124
Mengetahui ;
Ketua Jurusan Teknik Mesin
iv
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR Nama : Nur Efendi
NIM : 201120120312174 Jurusan : Teknik Mesin Program Studi : Strata Satu (S-1)
Judul : Perancangan Pompa Hydram Dengan Debit Air 0,006 m3/s Pembimbing I : Ir. Herry Suprianto, M.T.
NO Tanggal URAIAN ASISTENSI TTD
1 02-10-2013 Pengajuan judul 2 01-11-2013 BAB I Pendahuluan 3 06-11-2013 ACC BAB I Pendahuluan 4 15-11-2013 BAB II Tinjauan pustaka 5 19-11-2013 ACC BAB II tinjauan pustaka
6 30-11-2013 Konsultasi BAB III ke Pembimbing II 7 3-12-2013 Memperbaiki perhitungan bab IV 8 11-12-2013 ACC BAB IV
9 18-01-2014 Membuat makalah seminar 10 20-01-2014 ACC makalah seminar
Mengetahui :
Ketua/Sekertaris Jurusan Teknik Mesin
( Ir.Mulyono, MT.)
Malang, 10 Januari 2014 Menyetujui :
Dosen Pembimbing I
v
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR Nama : Nur Efendi
NIM : 201120120312174 Jurusan : Teknik Mesin Program Studi : Strata Satu (S-1)
Judul : Perancangan Pompa Hydram Dengan Debit Air 0,006 m3/s Pembimbing II : Ir. Daryono. M.T.
NO Tanggal URAIAN ASISTENSI TTD
1
01-11-2013 Memperbaiki Rumusan Masalah dan Tujuan Perancangan
2 12-11-2013 ACC BAB I Pendahuluan 3 19-11-2013 ACC BAB II Tinjauan Pustaka 4 30-11-2013 Memperbaiki flowchart
5 11-12-2013 ACC BAB III dan BAB IV 6 18-1-2014 ACC makalah seminar
Mengetahui :
Ketua/Sekertaris Jurusan Teknik Mesin
( Ir.Mulyono, MT.)
Malang, 10 Januari 2014 Menyetujui :
Dosen Pembimbing II
vi
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Nur Efendi
Nim : 201120120312174
Tempat/Tanggal Lahir : Kediri,13 Februari 1989 Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
Tugas Akhir dengan judul “Perancangan Pompa Hydram Dengan Debit Air 0,006 m3/s” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan duplikasi (“PLAGIASI”) dari karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat ini dibuat dengan sebenar-benarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 23 Januari 2014 Yang Menyatakan
vii ABSTRAK
PERANCANGAN POMPA HYDRAM DENGAN
DEBIT AIR 0,006 m3/s
Nama Mahasiswa/NIM : Nur Efendi / 201120120312174 Jurusan : Teknik Mesin
Pembimbing 1 : Ir. Herry Suprianto, M.T. Pembimbing 2 : Ir. Daryono, M.T.
Di daerah Mlancu Kediri terdapat terjunan air dengan ketinggian 3 meter dan debit aliran 0,006 m3/s. Aliran tersebut hanya dimanfaatkan secara langsung untuk mengairi persawahan bawah dan sisa air terbuang ke sungai sedangkan untuk persawahan atas, sistem pengairannya diambil dari percabangan sungai utama yang jaraknya sangat jauh. Sehingga pada daerah Mlancu Kediri sangat memerlukan perancangan pompa hydram untuk menaikan air dari ketinggian 3 meter ke ketinggian 8 meter. Metode perancangan menggunakan Technical Note No. RWS.4.D.5 1982 dan DTU series S2 1998. Hasilnya adalah dimensi pompa hydram dengan diameter pipa input 3 inch, diameter pipa output 2 inch, rumah pompa berdiameter 4 inch dengan panjang 40 cm, pressure vessel berdiameter 8 inch dengan tinggi 97 cm, Minimal Kebutuhan Terjunan 1 Meter, ketinggian pengangkatan minimal 8 m, Bahan pipa galvanis JIS G 3442, massa + 80 Kg
viii ABSTRACT
THE DESIGN OF HYDRAM PUMP WITH DEBIT 0.006 m3/s
Student Name/NIM : Nur Efendi / 201120120312174 Departement : Mechanical Engineering
Consellor I : Ir. Herry Suprianto, M.T. Consellor II : Ir. Daryono, M.T.
In district of Mlancu Kediri there is falling of water with elevation 3 meters and flow rate 0,006 m3/s. The flow rate only exploited directly to irrigate lowland of rice field and waste of water through way to river while for upper rice field, the irrigation system taken from ramification of main river and the distance is very far. So in district Mlancu Kediri hardly needed design of hydram pump to delivery water from elevation 3 meters to elevation 8 meters. The design method applies Technical Note No. RWS.4.D.5 1982 and DTU series S2 1998. The Result of pump was The pump have input pipe diameter 3 inches, output pipe diameter 2 inches, pump body diameter 4 inch with length 40 cm, pressure vessel diameter 8 inches with height 97 cm, Minimum falling of Water is 1 Meter, elevation minimum do delivered 8 meters, Pipe material is Galvanized pipe JIS G 3442, weight ± 80 Kg
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala rahmat yang dilimpahkan sehingga penyusun dapat menyelesaikan penyusunann tugas akhir dengan judul “Perancangan Pompa Hydram Dengan Debit Air 0,006 m3/s”.
Seiring penyusunan tugas akhir ini, terdapat hambatan dan rintangan yang dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu penyusun dengan tulus ingin mengungkapkan terima kasih atas jasa baik yang selama ini telah saya terima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Ungkapan terimakasih tersebut disampaikan kepada :
1. Kedua Ayah dan Ibu serta segenap keluarga yang berjasa memberikan dukungan, materi dan motivasi.
2. Bapak Dr. Muhadjir Effendy, M.AP., selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Ir. Sudarman, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Bapak Ir. Mulyono, M.T., selaku Ketua Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
5. Bapak Ir. Herry Suprianto, M.T., selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan.
6. Bapak Ir.Daryono, M.T., selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan dorongan dan bantuan pemikiran sehingga memungkinkan terselesaikannya tugas akhir ini.
7. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang yang telah memberikan ilmu baik praktek maupun teori.
8. Serta semua pihak yang turut membantu dalam penyusunan tugas akhir yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
x
penjelasan secara terperinci, namun hal yang esensial telah diusahakan untuk diungkapkan secara sederhana.
Besar harapan saya semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penyusun sendiri, bagi pembaca pada umumnya serta mahasiswa teknik mesin pada khususnya. Semoga Allah S.W.T selalu menundukkan hati dan pikiran kita atas segala pengetahuan yang kita miliki, Amien.
Malang, 23 Januari 2013
xi
DAFTAR ISI
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR ... iv
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN ... iv
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Perancangan ... 3
1.4 Manfaat Perancangan ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pompa ... 4
2. 2 Pompa Hydram ... 5
2.2.1 Komponen utama pompa hydram dan fungsinya ... 6
2.2.2 Sistem operasi pompa hydram ... 10
2.2.3 Persamaan energi pada pompa hydram ... 14
2.2.4 Efisiensi pompa hydram ... 19
2. 3 Perencanaan Pompa ... 20
2. 4 Tinjauan Mekanika Fluida ... 21
2.4.1 Sifat dasar fluida ... 21
2.4.2 Kecepatan dan kapasitas aliran fluida ... 23
2.4.3 Energi dan head ... 25
2.4.4 Persamaan bernoulli ... 26
2.4.5 Aliran laminar dan turbulen ... 27
2.4.6 Kerugian head (headlosses) ... 28
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1. Diagram Alir Perancangan ... 33
3.2. Pengambilan Data ... 34
3.3. Studi Literatur ... 34
3.4. Pembuatan Sket ... 34
3.5. Perhitungan dan Pengolahan Data ... 34
3.6. Pengerjaan Desain Pompa ... 35
xii BAB IV PERANCANGAN POMPA HYDRAM
4.1. Data Awal Perhitungan ... 36
4.2. Perencanaan Debit Output ... 36
4.3. Perhitungan Dimensi Pipa Masuk dan Pipa Keluar ... 37
4.3.1. Perhitungan dimensi pipa masuk ... 37
4.3.2. Perhitungan dimensi pipa keluar ... 40
4.3.3. Penentuan diameter rumah pompa ... 42
4.3.4. Perencanaan Material untuk rumah pompa ... 42
4.3.5. Analisa kecepatan pada rumah pompa ... 43
4.4. Perhitungan Kerugian pada Pompa ... 43
4.4.1. Kerugian besar (Hb) / kerugian akibat gesekan pipa ... 43
4.4.2. Kerugian kecil (Hk) kerugian akibat sambungan ... 45
4.5. Perubahan Tekanan Akibat Terjadinya Water Hammer ... 45
4.5.1. Tekanan hidrostatik pada rumah pompa ... 45
4.5.2. Waktu perjalanan gelombang tekan ... 46
4.5.3. Tekanan total akibat water hammer (Ph) ... 47
4.6. Perencanaan Rumah Pompa ... 47
4.6.1. Analisa tekanan pada rumah pompa ... 47
4.6.2. Menentukan tebal dinding ... 48
4.7. Perancangan Katup Limbah ... 48
4.7.1. Kecepatan aliran di dalam pipa saluran limbah ... 48
4.7.2. Gaya yang yang menyebabkan katup terangkat ... 49
4.7.3. Massa katup limbah ... 49
4.8. Perancangan Katup Penghantar dan Pressure Vessel ... 49
4.8.1. Menghitung tekanan yang terjadi di dalam pressure vessel (Pp) .... 50
4.8.2. Menghitung volume pressure vessel ... 51
4.8.3. Menghitung tegangan yang terjadi pada tabung pressurevessel ... 53
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 42
5.2 Saran ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 56
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Contoh Desain Katup Limbah ... 7
Gambar 2.2. Bagian-bagian Katup Limbah ... 7
Gambar 2.3. Perubahan Kecepatan terhadap Waktu pada Pipa Masuk ... 10
Gambar 2.4. Skema Pompa Hydram pada Periode 1 (A) ... 11
Gambar 2.5. Skema Pompa Hydram pada Periode 2 (B) ... 11
Gambar 2.6. Skema Pompa Hydram pada Periode 3 (C) ... 12
Gambar 2.7. Skema Pompa Hydram pada Periode 4 (D) ... 12
Gambar 2.8. Diagram Satu Siklus Kerja Hydram ... 13
Gambar 2.9. Skema Instalasi Pompa Hydram ... 14
Gambar 2.10. Datum dalam Perhitungan Efisiensi Menurut D’Aubuisson .... 19
Gambar 2.11. Datum dalam Perhitungan Efisiensi Menurut Rankine ... 20
Gambar 2.12. Profil Kecepatan pada Saluran Tertutup ... 24
Gambar 2.13. Profil Kecepatan pada Saluran Terbuka ... 24
Gambar 2.14. Diagram Moody ... 31
Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan ... 33
Gambar 4.1. Segitiga Siku-Siku ... 37
Gambar 4.2. Segitiga Siku-Siku ... 40
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Koefisien Kekasaran Pipa Hazen-Williams ... 30
Tabel 2.2. Nilai Kekasaran (ε) Dinding untuk Berbagai Pipa Komersil ... 31
Tabel 4.1. Koefisien Manning (n) ... 38
Tabel 4.2. Katalog Produk Wavin ... 38
Tabel 4.3. Tabel Penentuan Ukuran Diameter Pipa Output ... 41
56
DAFTAR PUSTAKA
Arianta, Ahmad Nur. 2010. Pengaruh Variasi Ukuran Tabung Udara Terhadap
Unjuk Kerja Sebuah Pompa Hidram. Yogyakarta: UGM
Hanafie, Jahja., Longh, Hans de, 1979, Teknologi Pompa Hidraulik Ram. Bandung:
Pusat Teknologi Pembangunan Institut Teknologi Bandung,
http://www.anekapratama.com/file-download/Katalog-Wavin-Standard.pdf
http://www.clemson.edu/irrig/Equip/ram.htm
http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/eng/research/civil/dtu/lift/pubs
http://i4at.org/lib2/hydrpump.htm
Penche, Celso. 1998. Layman's Handbook On How To Develop A Small Hydro
Site(Second Edition). Bélgica: DG XVII European Commision
Pratama, Derry Irwan. 2006. Perancangan Pompa Hidram Menggunakan Beban
Pegas Untuk Head 18 m. Malang: UMM
Siahaan, Parulian. 2012. Rancang Bangun Dan Uji Eksperimental Pengaruh
Variasi Panjang Driven Pipe Dan Diameter Air Chamber Terhadapefisiensi
Pompa Hidram. Medan: USU
Munson. 2003. Mekanika fluida. Jakarta : Erlangga
Crowe, C,T, etc. 2009. Engineering Fluid Mechanics Ninth Edition. New York:
Johnwiley & Sons
Buthod, Paul. 1997. Pressure vessel handbook 10th edition. Tula :Pressure vessel
57
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Daftar riwayat hidup Lampiran 2. Gambar Desain Lampiran 3. Tabel Sifat-Sifat Air Lampiran 4. Tabel Kekasaran Pipa (ϵ) Lampiran 5. Diagram Moody
Lampiran 6. Kerugian Pada Saluran Masuk Lampiran 7. Kerugian Pada Sambungan Lampiran 8. Kerugian Pada Katup
Lampiran 9. Kerugian Akibat Pembesaran Tiba-Tiba Lampiran 10. Katalog Pipa Galvanis Merk Spindo Lampiran 11. Tabel Efisiensi Pengelasan
Lampiran 12. Hasil Ujian Tugas Akhir
Lampiran 13. Berita Acara Ujian Tugas Akhir Lampiran 14. Naskah Publikasi (Model Jurnal)
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Masalah
Salah satu upaya untuk memenuhi kebutuhan air di lokasi yang posisinya
lebih tinggi dari sumber air adalah dengan menggunakan pompa air (Gan dan
Gunawan, 2003: 81). Selain untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari pompa air
dapat digunakan juga untuk penyediaan air baik dalam kegiatan pertanian,
peternakan dan perikanan khususnya di daerah pedesaan (Ari dan Heru, 2006: 178).
Pemakaian pompa air, baik yang digerakkan oleh tenaga listrik maupun oleh tenaga
diesel, telah lama dikenal oleh masyarakat desa. Namun pada kenyataannya masih
banyak masyarakat pedesaan yang belum memilikinya. Hal ini disebabkan oleh
terbatasnya pasokan energi listrik terutama pada pedesaan yang terpencil. Untuk
itu, diperlukan pompa air yang tidak banyak membutuhkan energi listrik atau
bahkan tidak memakai sekalipun.
Pompa hydraulic ram (hydram) adalah salah satu alat yang digunakan untuk
mengangkat air dari suatu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi
dengan memanfaatkan energi potensial (Made dan IKG, 2008). Pompa ini
memanfaatkan tenaga aliran air yang jatuh dari tempat suatu sumber air dan
sebagian dari air itu dipompakan ke tempat yang lebih tinggi. Pompa hydram
mengalirkan air secara kontinyu dengan menggunakan energi potensial sumber air
yang akan dialirkan sebagai daya penggerak tanpa menggunakan sumber energi
luar. Pompa hydram merupakan pilihan yang tepat untuk mengalirkan pasokan air
2
Penggunaan pompa hydram memiliki banyak keuntungan dibandingkan
dengan jenis pompa air lainnya. Adapun kelebihan tersebut antara lain, tidak
membutuhkan bahan bakar atau tambahan tenaga dari sumber lain, tidak
membutuhkan pelumasan dan bentuknya sangat sederhana. Biaya pembuatan dan
pemeliharaan pompa hydram sangat murah serta tidak membutuhkan keterampilan
teknik tinggi untuk membuatnya. Selain itu, pompa ini mampu bekerja dua puluh
empat jam per hari sehingga pompa hydram sangat tepat untuk daerah pedesaan
yang penduduknya mempunyai keterampilan teknis yang terbatas serta daerah
pedesaan yang sangat jauh dari jangkauan listrik .
Salah satu daerah pedesaan, tepatnya di Mlancu Kediri, juga memiliki
terjunan air. Namun, terjunan air tersebut hanya dimanfaatkan secara langsung
untuk mengairi persawahan bawah dan sisa air terbuang ke sungai. Sedangkan
untuk persawahan atas, petani mengambil air dari saluran irigasi. Saluran irigasi
didapat dari percabangan sungai yang jaraknya sangat jauh. Agar petani lebih
mudah mengairi persawahan atas, maka diperlukan pompa hydram yang mampu
mengangkut air dengan memanfaatkan terjunan air. Berdasarkan permasalahan ini,
penulis tertarik ingin merancang pompa hydram sehingga penelitian ini mengambil
judul “Perancangan Pompa Hydram dengan Debit 0,006 m3/s”. Dengan adanya
penelitian ini, diharapkan petani yang memiliki persawahan atas, dapat mengairi
lebih mudah tanpa mengambil air dari percabangan sungai yang jaraknya lebih
3
1.2Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, terdapat beberapa masalah yang dapat
dirumuskan sebagai berikut:
1. Apa saja komponen-komponen pompa hydram yang direncanakan?
2. Bagaimana mendisain pompa hydram yang bisa menaikan air dari
ketinggian3 m ke 8 m?
1.3Tujuan Perancangan
Dalam perancangan pompa hydram ini, tujuan yang hendak dicapai adalah:
1. Untuk mengetahui komponen-komponen pompa hydram yang
direncanakan.
2. mendapatkan mendisain pompa hydram yang bisa menaikan air dari
ketinggian3 m ke 8 m?
1.4Manfaat Perancangan
Perancangan pompa hydram diharapakan dapat dimanfaatkan oleh masyarakat
khususnya petani di daerah Mlancu Kediri serta semua orang yang
membutuhkan perancangan pompa hydram.
1.5Batasan Masalah
Agar pembahasan perancangan tidak meluas maka penulis memberikan batasan
masalah sebagai berikut:
1. Debit aliran sebesar 0.006 m3/s dengan head 3 meter dan panjang horisontal
16 meter.
2. Panjang serta tinggi hantaran adalah 20 m dan 8 m.
3. Penelitian dilakukan hanya sebatas perancangan
4
