commit to user i
PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH
DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI
Skripsi
Oleh :
Deni Andriyansyah K2509015
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Mei 2014
commit to user ii
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini
Nama : Deni Andriyansyah
NIM : K2509015
Jurusan/Program Studi : PTK/Pendidikan Teknik Mesin
menyatakan bahwa skripsi saya berjudul " PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI ” ini benar-benar merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jiplakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta, April 2014 Yang membuat pernyataan
commit to user iii
PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH
DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI
Oleh :
Deni Andriyansyah K2509015
Skripsi
Ditulis dan Diajukan untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan
Teknik dan Kejuruan
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2014
commit to user iv
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pada Hari : ……….. Tanggal : ………..
Persetujuan Pembimbing
Pembimbing I, Pembimbing II,
Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. NIP. 19780113 200212 1 009
Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. NIP. 19790124 200212 1 002
commit to user v
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.
Pada Hari : ………. Tanggal : ……….
Tim Penguji Skripsi :
Nama Terang Tanda Tangan Ketua : Drs. Subagsono, MT
………. Sekretaris : Ngatou Rohman, S.Pd.,M.Pd.
……….. Anggota I : Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.
……… Anggota II : Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.
………..
Disahkan oleh
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
Dekan,
Prof. Dr. H. M. Furqon Hidayatullah, M. Pd. NIP. 19600727 1987021 1 001
commit to user vi ABSTRAK
Deni Andriyansyah. PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI. Skripsi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. April 2014.
Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengetahui besar kebutuhan air penduduk Dusun Belang, (2) merancang instalasi pompa hidram yang sesuai dengan kebutuhan penduduk dan kondisi geografis dusun Belang, (3) mengetahui performa dan efisiensi pompa hidram dan (4) mengetahui peran pompa hidram dalam memenuhi kebutuhan air harian penduduk Dusun Belang.
Model penelitian ini adalah Research and Development (R & D). Penelitian ini mengembangkan pompa hidram agar sesuai dengan topografi Dusun Belang sehingga dapat bekerja secara optimal. Pengujian pompa dilakukan dengan variasi panjang katup limbah 20 mm, 25 mm, 30 mm, dan 35 mm dengan variasi beban katup limbah 0 gram, 250 gram, 500 gram, dan 750 gram. Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali untuk masing-masing variasi. Performa pompa hidram ditentukan berdasarkan efisiensi serta debit air yang dihasilkan pada saat pompa beroperasi.
Pompa hidram dirancang berdasarkan standar kebutuhan air harian penduduk Dusun Belang yang mencapai 13650 liter/ hari untuk jumlah penduduk 195 jiwa. Pompa hidram dalam penelitian ini mempunyai parameter head masuk 4,5 m; head keluar 80 meter serta diameter rata-rata badan pompa 4 inci dan diameter pipa penghantar 1 inci. Berdasarkan proses pengujian yang dilakukan, efisiensi pompa hidram yang paling tinggi ditunjukkan pada percobaan panjang langkah katup limbah 30 mm dan beban 250 gram dengan nilai 0,486652 (q= 6,746969 L/menit). Debit air pada katup penghantar yang paling tinggi ditunjukkan pada percobaan panjang langkah katup limbah 35 mm dan beban 750 gram dengan nilai 7,522211 L/menit (η= 0,380989). Berdasarkan analisis dan pembahasan pada penelitian, diketahui performa pompa hidram dapat memenuhi kebutuhan air penduduk Dusun Belang hingga level pemeliharaan jangka menengah yakni untuk membersihkan rumah dengan debit kebutuhan 9750 Liter/ hari.
Kata kunci: pompa hidram, perancangan pompa, performa pompa, efisiensi pompa, Tlogolele Selo Boyolali
commit to user vii ABSTRACT
Deni Andriyansyah. DESIGNING AND ANALYSIS OF A HYDRAM PUMP PERFORMANCE TO FULFILL WATER REQUIRED IN BELANG VILLAGE TLOGOLELE SELO BOYOLALI. Thesis, Faculty of Education and Teacher Training Sebelas Maret University of Surakarta. April 2014.
This research aimed to: (1) determine the daily water needs of Belang population, (2) designing hydram pump installation based on water needs and geographical conditions of Belang village, (3) study the performance and efficiency of the hydram pump, (4) study the role of the hydram pump to fulfill the daily water needs of Belang population.
This study was based on Research and Development (R & D). It developed hydram pump installation to fit the topography of Belang village so it can work optimally. The pump was tested by varying waste valve length at 20 mm, 25 mm, 30 mm and 35 mm; and waste valve ballast at 0 grams, 250 grams, 500 grams and 750 grams. Data collection was performed three times for each variation. Hidram pump performance was determined by the efficiency and the volumetric discharge of water produced during the pump operation.
Hydram pump was designed based on standard of the daily water needs which reachs 13650 liters/ day for 195 Belang’s people. In this study, hydram pump has some parameters. They are 4,5 meters of supply height, 80 meters of delivery height, 4 inches of pump body diameter and 1 inch of delivery pipe. Based on the tests that have been conducted, the highest efficiency of the hydram pump shown at 30 mm of waste valve length and 250 grams of waste valve ballast (η = 0.486652, q = 6.746969 L / min). The maximum volumetric discharge was presented at 35 mm of waste valve length and 750 grams of waste valve ballast (q =7.522211 L / min, η = 0.380989). Hydram pump performance could fulfill the water needeed in Belang Village until medium term maintenance level. They could use the water for drinking, cooking, bathing, washing, until cleaning home by 9750 liters/ day.
Keywords: hydram pump, pump designing, pump performance, pump efficiency, Tlogolele Selo Boyolali
commit to user viii MOTTO
“Khairunnas Anfa’uhum Linnas” (HR. Bukhari dan Muslim)
Sebaik-baik manusia adalah yang paling banyak manfaatnya bagi orang lain.
commit to user ix
PERSEMBAHAN
Skripsi ini dipersembahkan kepada:
1. Bapak dan Ibu tercinta, terimakasih atas doa, dukungan dan kepercayaan yang diberikan kepadaku selama ini.
2. Teman-teman Pendidikan Teknik Mesin angkatan 2009.
commit to user x
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusunan Skripsi yang berjudul "PERANCANGAN DAN ANALISIS PERFORMA POMPA HIDRAM UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR BERSIH DI DUSUN BELANG TLOGOLELE SELO BOYOLALI " dapat diselesaikan.
Skripsi ini merupakan wujud aktualisasi penulis dalam memadukan penelitian dengan pengabdian kepada masyarakat, sehingga diharapkan dapat memberikan manfaat yang lebih luas. Penyusunan Skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Prof. Dr. H. M. Furqon Hidayatullah, M.Pd. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Drs. Sutrisno,S.T., M.Pd. selaku Ketua Jurusan PTK FKIP UNS.
3. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS sekaligus dosen Pembimbing 1 yang telah banyak membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi.
4. Budi Harjanto, S.T., M.Eng. selaku Koordinator Skripsi yang telah memberikan ijin untuk menyusun Skripsi ini.
5. Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. selaku dosen Pembimbing 2 yang telah banyak membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi.
6. Warga Dusun Belang, teman-teman LSP FKIP UNS serta adik-adik Halaqotuna yang telah banyak membantu.
7. Sahabat-sahabat Pendidikan Teknik Mesin 2009 untuk segala dukungan, persahabatan, dan bantuannya.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini jauh dari sempurna. Namun demikian, penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan pendidikan.
Surakarta, April 2014
commit to user xi DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PERNYATAAN... ii
HALAMAN PENGAJUAN ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
HALAMAN ABSTRAK ... vi
HALAMAN MOTTO ... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... ix
KATA PENGHANTAR... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
DAFTAR NOTASI ... xvii
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 4
C. Pembatasan Masalah ... 5
D. Rumusan Masalah ... 5
E. Tujuan Penelitian ... 6
F. Manfaat Penelitian ... 6
BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka ... 7
1. Sejarah Pompa Hidram ... 7
2. Komponen Pompa Hidram ... 8
3. Prinsip Kerja Pompa Hidram ... 10
4. Sistem Operasi Pompa Hidram ... 13
commit to user xii
6. Standar Kebutuhan Air ... 22
7. Dusun Belang ... 23
B. Penelitian yang Relevan ... 25
C. Kerangka Berpikir ... 29
BAB III METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 31
B. Instrumen Penelitian ... 32
C. Rancangan/ Desain Penelitian ... 36
1. Studi Awal Penelitian ... 37
2. Tahap Pembuatan ... 37
3. Penataan (Setting) di Lapangan ... 38
4. Tahap Pengujian ... 38
5. Analisis Interpretasi Hasil Rancangan dan Kesimpulan Rancangan ... 40
BAB IV PERANCANGAN DAN PENGUJIAN A. Perancangan Pompa Hidram ... 41
1. Proyeksi Kebutuhan Air Penduduk ... 41
2. Rancangan Instalasi Pompa Hidram ... 42
3. Rancangan Komponen ... 45
4. Penataan Letak (Setting) ... 49
B. Pengujian ... 52
C. Analisis Data ... 55
BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN A. Simpulan... 65
B. Implikasi ... 65
C. Saran... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 68
commit to user xiii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1. Parameter Pompa Hidram... 28
3.1. Jadwal Penelitian ... 31
4.1. Proyeksi Kebutuhan Air Penduduk Dusun Belang per Hari ... 41
4.2. Debit Air Pemasukan (Q) Minimum dan Maksimum untuk Berbagai Ukuran Pompa Hidram ... 43
4.3. Daftar Penggunaan Material ... 45
4.4. Hasil Pengujian dengan Panjang Langkah Katup 20 mm ... 53
4.5. Hasil Pengujian dengan Panjang Langkah Katup 25 mm ... 54
4.6. Hasil Pengujian dengan Panjang Langkah Katup 30 mm ... 54
commit to user xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Bagian-Bagian Katup Limbah ... 9
2.2. Instalasi Hidraulik Ram ... 10
2.3. Cara kerja Hidraulik Ram ... 12
2.4. Perubahan Kecepatan Terhadap Waktu pada Pipa Masuk ... 13
2.5. Skema Pompa Hidram pada Kondisi A ... 14
2.6. Skema Pompa Hidram pada Kondisi B ... 14
2.7. Skema Pompa Hidram pada Kondisi C ... 15
2.8. Skema Pompa Hidram pada Kondisi D ... 16
2.9. Skema Instalasi Pompa Hidram ... 16
2.10. Hierarki Kebutuhan Air ... 23
2.11. Letak Dusun Belang dari Puncak Gunung Merapi ... 25
2.12. Kerangka Berpikir ... 30
3.1. Roll Meter ... 32
3.2. Ember Plastik ... 32
3.3. Global Positioning System (GPS) ... 33
3.4. Tampilan Google Earth Software ... 34
3.5. Gelas Ukur ... 34
3.6. Stopwatch ... 35
3.7. Tampilan Awal Software AutoCAD ... 35
3.8. Tahapan Penelitian ... 36
4.1. Desain Parameter Instalasi Pompa Hidram ... 44
4.2. Pipa Udara (Air Chamber) ... 45
4.3. Katup Penghantar ... 46
4.4. Badan Pompa ... 46
4.5. Katup Limbah ... 47
4.6. Pipa Pemasukan ... 48
4.7. Bak Pemasukan ... 48
commit to user xv
4.9. Kerusakan Instalasi berupa (a) Kebocoran Bak Pemasukan dan
(b) Keretakan Pondasi Penyangga Pipa Pemasukan ... 52 4.10. Perbaikan Instalasi dengan Menambah Pondasi pada
Bak Pemasukan dan Pipa Pemasukan ... 52 4.11. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar
(q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 20 mm ... 56 4.12. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar
(q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 25 mm ... 57 4.13. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar
(q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 30 mm ... 58 4.14. Grafik Hubungan Beban Katup Limbah dengan Debit Pipa Penghantar
(q) dan Efisiensi Rankine (η) pada Jarak Langkah Katup 35 mm ... 59 4.15. Grafik Pengaruh Penambahan Panjang Langkah Katup Limbah
terhadap Debit Pipa Penghantar (q) ... 60 4.16. Grafik Pengaruh Penambahan Panjang Langkah Katup Limbah
commit to user xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Rancangan Katup Penghantar ... 70
2. Rancangan Komponen Bagian ... 71
3. Rancangan Katup Limbah ... 72
4. Rancangan Dudukan Katup Limbah ... 73
5. Rancangan Bagian 2... 74
6. Rancangan Pipa Udara ... 75
7. Rancangan Badan Pompa ... 76
8. Rancangan Bak Pemasukan ... 77
9. Rancangan Pompa Hidram ... 78
10. Rangkaian Pompa Hidram Lengkap ... 79
11. Perhitungan ... 80
12. Wawancara dengan Penduduk ... 83
13. Pengolahan Data ... 85
14. Dokumentasi Foto ... 86
commit to user xvii
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan
a = percepatan fluida yang mengalir (m/s2)
A = luas penampang pipa masuk (m2)
Awaste = luas penampang lubang katup limbah (m2)
c = kecepatan gelombang suara dalam air (m/s)
D = diameter pipa masuk (m)
E = energi hidram (Joule)
Ev = Modulus bulk, menyatakan kompresibilitas suatu fluida (N/m2)
f = faktor gesekan bahan pipa
F = gaya fluida yang mengalir (N)
g = percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
HL = head losses (m)
H = head masuk (m)
h = head keluar (m)
ΔHp = kenaikan head tekanan (m) K = faktor kontraksi
l = panjang pipa pemasukan (m)
m = massa air yang mengalir dalam pipa (kg)
P = daya pompa (W)
p0 = tekanan pada titik 0 (N/m2) p3 = tekanan pada titik 3 (N/m2)
pdrive = tekanan pada pipa masuk (Bar)
Qwaste = debit air yang keluar melalui katup limbah (m3)
Q = debit limbah (m3/s)
q = debit hasil (m3/s)
S = panjang langkah katup limbah (mm)
v = kecepatan aliran (m/s)
commit to user xviii
v1 = kecepatan air sebelum valve menutup (m/s) v2 = kecepatan air setelah valve menutup (m/s) v3 = kecepatan aliran air pada titik 3 (m/s)
W = usaha (Joule)
Z0 = ketinggian titik 0 dari datum (m)
Z3 = ketinggian titik 3 dari datum (m)
ρ = massa jenis fluida (kg/m³) 𝛾 = berat jenis fluida (kN/m3) 𝜂 = efisiensi hidram
