Debit hasil pompa hidram PVC 2 inci pada tinggi output 3,91m, 4,91m dan 5,91m

(1)

i

DEBIT HASIL POMPA HIDRAM PVC 2 INCI PADA TINGGI

OUTPUT 3,91 m, 4,91 m DAN 5,91 m DENGAN VARIASI

TINGGI INPUT, PANJANG LANGKAH KATUP LIMBAH

DAN BERAT BEBAN KATUP LIMBAH

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagai persyaratan

mencapai gelar Sarjana Teknik Mesin

Diajukan oleh :

Yohanes Yojana Jati

105214018

PRODI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

THE DISCHARGE RESULT OF PVC 2 INCH HYDRAULIC RAM PUMP

ON HEAD OUTPUT 3,91 m, 4,91 m AND 5,91 m WITH VARIATION OF

HEAD INPUT, LENGTH OF STRIDE WASTE VALVE AND A HEAVY

LOAD WASTE VALVE

THESIS

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

By:

Yohanes Yojana Jati

105214018

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

INTISARI

Letak sumber air yang lebih rendah dari tempat tinggal masyarakat membuat masyarakat memerlukan pompa, tetapi pompa konvensional mempunyai kendala jika sumber air tersebut jauh dari sumber listrik dan bahan bakar. Pompa hidram adalah solusi dari permasalahan tersebut, karena pompa ini tidak memerlukan energi listrik maupun bahan bakar. Pompa hidram dapat bekerja selama 24 jam, biaya pembuatan dan perawatan relatif murah .

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui debit hasil terbanyak pompa hidram PVC 2 inci pada tinggi output 3,91 m , 4,91 m dan 5,91 m dengan variasi tinggi input 0,55 m, 1,05 m dan 1,55 m, panjang langkah 1 cm, 1,5 cm dan 2 cm dan berat beban katup limbah 150 gram, 250 gram dan 350 gram.

Dalam penelitian ini, pada tinggi output 3,91 m diperoleh debit hasil terbanyak sebesar 11,57 l/menit dengan tinggi input 1,55 m, panjang langkah 1,5 cm dan berat beban katup limbah 150 gram. Untuk tinggi output 4,91 m, debit hasil terbanyak sebesar 11,05 l/menit diperoleh pada tinggi input 1,55 m, panjang langkah 2 cm dan berat beban katup limbah 150 gram. Sedangkan ketinggian output 5,91 m debit hasil terbanyak sebesar 7,01 l/menit diperoleh pada tinggi input 1,55 m , panjang langkah 1,5 cm dan berat beban katup limbah 150 gram.

(8)

viii

ABSTRACT

The placement of water base which is lower than the living are of people makes them need to use a kind of pump. But the obstacle from this conventional device will be appearedif the electricity and gasoline energy are not provided. The hydraulic ram pump is the solutionsolution for this matter since this device does not need the electricity or gasoline energy. This hidrolic pump is able to be operated for 24 hours, the cost of production and treatment is also cheaper.

The purpose of this research is to find out the discharge resulted by using hydraulic ram pump pvc 2 inch in the head output is 3,91 m,4,91 m, and 5,91 m height with the variation head input is 0,55 m, 1,05 m and 1,55 m length of stride waste valve is 1 cm, 1,5 cm and 2 cm, and the weight of waste valve is 150 gram, 250 gram and 350 gram.

In this research can be known that the discharge resulted by using the head output with 3,91 m height, the head input with1,55 m height, the length of stride is 1,5 cm, and the weight of waste valve is 150 gram , is 11,57 l/minute. Then 11,05 l/minute is resulted from the head output with 4,91 m height, the head input with 1,55 m, the length of stride is 2 cm, and 150 gram weight of waste valve. Then with the head output 5,91 m height, the head input with1,55 m height, the length of stride is 1,5 cm, and the weight of waste valve is 150 gram the highestthe discharge resulted is 7,01 l/minute.

Keyword : hydraulic ram pump, waste valve, head input, head output, the

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan YME atas lindungan dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi dalam mencapai gelar sarjana.

Dalam menyusun skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. sebagai Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. PK Purwadi, M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata

3. RB. Dwiseno Wihadi, ST, M.Si.selaku dosen pembimbing Skripsi. 4. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.

5. C. Djajana dan S.Rustinah selaku Orang tua yang telah memberikan dorongan baik secara moral maupun material dan atas cinta dan kasih sayang.

6. A.Yustika Prihatiningsih, B. Retno Dewanti dan F. Fanni Fajar Riani selaku kakak yang selalu memberi semangat

(10)

x

8. Untuk Heribertus Budi Setyawan, Peter Pra Aditya, Andreas Wijanarko, dan Robert Eka Nanda yang telah menjadi partner dalam pembuatan alat. 9. Seluruh teman-teman Teknik Mesin, yang tidak dapat disebutkan satu per

satu.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Skripsi ini. Dalam penulisan Skripsi ini masih banyak kekurangan, kekeliruan, dan jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi kemajuaan yang akan datang.

Yogyakarta, 26 Januari 2015

(11)

xi

LEMBAR PERSETUJUAN... Error! Bookmark not defined. INTISARI ... vii

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2.1 Tinjauan Pustaka ... 5

2.2 Dasar Teori ... 5

2.3 Bagian Utama Pompa Hidram ... 6

2.4 Prinsip Kerja dan Siklus Pompa Hidram ... 7

2.5 Persamaan yang digunakan ... 11

2.5.1 Debit ... 11

2.5.2 Efisiensi ... 12

2.5.3 Hukum Bernoulli ... 13

(12)

xii

2.5.5 Hukum Boyle... 13

2.5.6 Tekanan pada fluida ... 14

2.5.7 Energi Potensial ... 14

2.5.8 Energi Kinetik ... 14

BAB III METODE PENELITIAN... 16

3.1 Alat dan Bahan ... 16

3.1.1 Alat Penelitian ... 16

3.1.3 Panjang Langkah ... 18

3.1.4 Beban ... 20

3.1.5 Alat Ukur Debit ... 20

3.2 Menentukan Tinggi Input (H) dan Tinggi Output (h) ... 21

3.3 Tahap Penelitian ... 22

3.4 Variabel Penelitian ... 25

BAB IV HASIL DAN PENELITIAN ... 26

4.1 Hasil Penelitian ... 26

4.2 Perhitungan ... 30

4.3 Pembahasan ... 35

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 42

5.1 Kesimpulan ... 42

5.2 Saran ... 42

(13)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 pompa hidram ... 6

Gambar 2.2 Skema pompa hidram pada kondisi 1 ... 8

Gambar 2.5Skema pompa hidram pada kondisi 4 ... 10

Gambar 2.6 Diagram Siklus Kerja Pompa Hidram ... 10

Gambar 2.7. Gambar penampang V-notch ... 12

Gambar 3.1 Rangkaian Instalasi Rangkaian ... 18

Gambar 3.2 Panjang langkah katup limbah 1 cm ... 19

Gambar 3.3 Panjang langkah katup limbah 1,5 cm ... 19

Gambar 3.4 Panjang langkah katup limbah 2 cm ... 19

Gambar 3.5 beban katup buang ... 20

Gambar 3.6 Gambar alat ukur debit (V-notch) ... 21

Gambar 3.8 Tinggi input Hin dan tinggi output Hout ... 22

Gambar 3.9 Diagram alur penelitian pompa hidram ... 23

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input( H) terhadap beban dengan tinggi output 3,91m dan panjang langkah 1 cm ... 36

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input( H) terhadap beban dengan tinggi output 3,91m dan panjang langkah 1,5 cm ... 36

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input( H) terhadap beban dengan tinggi output 4,91m dan panjang langkah 1,5 cm ... 38

(14)

xiii

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input( H) terhadap beban dengan tinggi output 5,91m dan panjang

langkah 1,5 cm ... 40 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input( H)

terhadap beban dengan tinggi output 5,91m dan panjang

(15)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 3,91 meter

dan panjang langkah 1 cm ... 26 Tabel 4.2 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 3,91 meter

dan panjang langkah 1,5 cm ... 27 Tabel 4.3 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 3,91 meter

dan panjang langkah 2 cm. ... 27 Tabel 4.4 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 4,91 meter

dan panjang langkah 1,5 cm. ... 28 Tabel 4.6 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 4,91 meter

dan panjang langkah 1,5 cm. ... 29 Tabel 4.9 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 5,91 meter

dan panjang langkah 2 cm. ... 29 Tabel 4.10 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 3,91 meter

dan panjang langkah 1 cm. ... 32 Tabel 4.11 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 3,91 meter

dan panjang langkah 1,5 cm. ... 32 Tabel 4.12 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 3,91 meter

dan panjang langkah 2 cm ... 33 Tabel 4.13 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 4,91 meter

dan panjang langkah 1,5 cm ... 33 Tabel 4.15 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 4,91 meter

dan panjang langkah 1,5 cm ... 34 Tabel 4.18 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 5,91 meter

(16)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Air merupakan salah satu bagian yang penting dan dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Manusia, hewan maupun tumbuhan pasti membutuhkan air guna kelangsungan hidup. Masyarakat yang bertempat tinggal di bawah sumber air tidak perlu bersusah payah untuk mendapatkan air untuk kebutuhan sehari-hari karena sesuai dengan hukum fisika air mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang lebih rendah. Sehingga masyarakat hanya perlu membuat saluran air agar air biasa sampai dirumah penduduk. Tetapi Untuk masyarakat yang bertempat tinggal di atas sumber air, mereka harus menggunakan peralatan mekanis untuk menyediakan air.

(17)

Oleh karena itu Hydraulic Ram Pump ( pompa hidram) adalah salah satu alat yang tepat untuk permasalahan ini. Pompa hidram digunakan untuk mengangkat air dari suatu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi dengan memanfaatkan energi potensial yang dimiliki oleh sumber air yang akan dialirkan. Selain itu, pompa hidram mempunyai beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan jenis pompa yang lain, yaitu tidak membutuhkan energi listrik atau bahan bakar, tidak membutuhkan pelumasan, biaya pembuatan dan pemeliharaannya relatif murah dan pembuatannnya cukup mudah. Namun pemakaian pompa hidram masih jarang. Masyarakat juga belum paham betul bagaimana pompa air tanpa bahan bakar tersebut bekerja sehingga masyarakat kadang merasa ragu terhadap kerja pompa air jenis ini. Dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi maka pengembangan tentang pompa hidramharus dikembangkan. Penelitian lain tentang berbagai rancangan dan unjuk kerja pompa hidram telah dilakukan pada pompa hidram.

(18)

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana debit sebuah pompa hidram jika dilakukannya variasi terhadap panjang langkah katup limbah, berat beban katup limbah dan tinggi input pada ketinggian output 3,91 m ,4,91 m dan 5,91 m ?

1.3 Tujuan Penelitian

Mengetahui debit hasil terbanyak pompa hidram PVC 2 inci pada tinggi output 3,91 m , 4,91 m dan 5,91 m dengan variasi tinggi input, panjang langkah katup limbah dan berat beban katup limbah.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil di dalam pembuatan peralatan penelitian ini yaitu :

1. Pompa air hidram menggunakan pipa PVC dengan diameter2 inci. 2. Tinggi tabung udara yang digunakan adalah 610 mm dengan diameter

tabung 109 mm (4 inci).

3. Luasan katup hantar yang digunakan adalah 100% dari luasan lubang input yaitu 2.868 mm2.

(19)

1.5 Manfaat Penelitian

1. Menambah kepustakaan teknologi pompa air hidram.

2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototype dan produk teknologi pompa hidram yang dapat diterima

(20)

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Jafri dan Limbong (2010) menggunakan pompa hidram dengan diameter 2 inci dengan variasi berat beban katup limbah 400 gram dan panjang langkah 0,5 cm. Dengan variasi tersebut menghasilkan debit terbanyak 11,5 x 10−5

3

. Cahyanto dan Taufik (2008) melakukan penelitian dengan menggunakan diameter pipa masuk 1,5 inci, diameter pipa keluar 0,5 inci dan berat katup limbah 410 gram menghasilkan kapasitas aliran maksimum 11,146 x 10−5

3 masuk kedalam pompa melalui pipa (Fane dkk, 2012).

Pompa hidram adalah suatu alat untuk mengalirkan air dari tepat rendah ke tempat yang lebih tinggi secara kontinyu dengan menggunakan energi potensial sumber air yang akan dialirkan sebagai daya penggerak tanpa menggunakan sumber energi luar (Suarda dan Wirawan, 2008).

(21)

Dalam kerjanya alat ini memanfaatkan tekanan dinamik air yang ditimbulkan memungkinkan air mengalir dari yang rendah, ke tempat yang lebih tinggi.

Penggunaan pompa hidram tidak terbatas hanya pada penyediaan air untuk kebutuhan rumah tangga, tapi juga dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan air untuk pertanian, peternakan dan perikanan darat. Di beberapa daerah pedesaan di Jepang, alat ini telah banyak digunakan sebagai alat penyediaan air untuk kegiatan pertanian maupun untuk keperluan domestik.

Dalam operasinya, alat ini mempunyai keuntungan dibandingkan dengan jenis pompa lain, biaya operasinya murah, tidak memperlukanpelumasan, hanya mempunyai dua bagian yang bergerak sehingga memperkecil terjadinya keausan, perawatannya sederhana dan dapat bekerja dengan efisien pada kondisi yang sesuai serta dapat dibuat dengan peralatan bengkel yang sederhana.

2.3 Bagian Utama Pompa Hidram

Gambar 2.1 pompa hidram 1

2

(22)

Pada pompa hidram terdapat 4 bagian utama, yaitu : 1. Rumah Pompa

Fungsi rumah pompa adalah sebagai tempat terjadinya proses pemompaan, dimana di bagian ini juga terdapat dudukan agar pompa dapat berdiri tegak 2. Katup limbah

Katup ini berfungsi untuk memancing gerakan air yang berasal dari bak penampung, sehingga dapat menimbulkan aliran air yang bekerja sebagai sumber tenaga pompa. Katup limbah tersusun dari plat dan terdapat pemberat berupa besi

3. Tabung Udara

Tabung udara berfungsi sebagai penerus dan pelipat ganda tenaga pemompaan sehingga air yang masuk di tabung udara dapat dipompa. Pada tabung ini juga terdapat pipa output untuk mengalirkan air yang telah terpompa.

4. Katup Hantar

Katup hantar adalah katup satu arah, dimana katup ini menghantarakan air dari rumah pompa ke tabung udara dan menahannya agar air tidak kembali ke rumah pompa.

2.4 Prinsip Kerja dan Siklus Pompa Hidram

(23)

masih tertutup. Pada kondisi awal seperti ini, tidak ada tekanan dalam tabung udara dan belum ada air yang keluar melalui pipa buang.

Gambar 2.2 Skema pompa hidram pada kondisi 1 (Mohammed, 2007)

Air telah memenuhi badan hidram, ketika kecepatan air telah mencapai nilai tertentu, katup limbah mulai menutup. Pada pompa hidram yang baik, proses menutupnya katup limbah terjadi sangat cepat.

(24)

Katup limbah masih tertutup. Penutupan katup yang dengan tiba-tiba tersebut menciptakan tekanan yang sangat besar dan melebihi tekanan statis pipa masuk. Kemudian dengan cepat katup pengantar terbuka , sebagian air terpompa masuk ke tabung udara. Udara pada tabung udara mulai mengembang untuk menyeimbangkan tekanan , dan mendorong air keluar melalui katup hantar.

.

Gambar 2.4 Skema pompa hidram pada kondisi 3 (Mohammed, 2007)

Katup pengantar tertutup. Tekanan di dekat katup pengantar masih lebih besar dari pada tekanan statis pipa masuk, sehingga aliran berbalik arah dari bodi hidram menuju bak penampung. Peristiwa inilah yang disebut dengan recoil. Recoil menyebabkan terjadinya kevakuman pada bodi hidram, yang

(25)

Gambar 2.5Skema pompa hidram pada kondisi 4 (Mohammed, 2007)

Jika digambarkan dengan grafik, satu siklus hidram dapat dijelaskan melalui grafik pada gambar berikut ini.

(26)

Periode 1 : Akhir siklus yang sebelumnya, kecepatan air melalui ram bertambah, air melalui katup limbah yang sedang terbuka, timbul tekanan negatif yang kecil dalam hidram.

Periode 2 : Aliran bertambah sampai maksimum melalui katup limbah yang terbuka dan tekanan dalam pipa pemasukan juga bertambah secara bertahap.

Periode 3 : Katup limbah mulai menutup dengan demikian menyebabkan naiknya tekanan dalam hidram, kecepatan aliran dalam pipa pemasukan telah mencapai maksimum.

Periode 4 : Katup limbah tertutup, menyebabkan terjadinya palu air (water hammer) yang mendorong air melalui katup pengantar. Kecepatan aliran pipa pemasukan berkurang dengan cepat.

Periode 5 : Denyut tekanan terpukul ke dalam pipa pemasukan, menyebabkan timbulnya hisapan kecil dalam hidram. Katup limbah terbuka karena hisapan tersebut dan juga karena beratnya sendiri. Air mulai mengalir lagi melalui katup limbah dan siklus hidram terulang kembali.

2.5 Persamaan yang digunakan

2.5.1 Debit

Debit diartikan sebagai volume air yang mengalir per satuan waktu melewati suatu penampang melintang palung sungai, pipa dan sebagainya. Dalam penghitungan debit secara umum, dapat digunakan rumus :

(27)

dengan Q adalah debit air. V adalah volume air yang ditampung. adalah waktu. Karena aliran air yang dikeluarkan pompa hidram baik melalui katup limbah maupun lubang output bersifat intermittent atau tidak tetap, maka alat ukur debit yang dapat digunakan adalah V-notch Sharp Created Weir yang dilakukan dengan mengukur ketinggian air yang keluar melalui V-notch. Dalam perhitungan debit menggunakan V-notch dapat menggunakan rumus berikut ( Steeter 1985 ) :

Q

t

=

notch. Hv adalah tinggi permukaan air dari dasar V-notch.

Gambar 2.7. Gambar penampang V-notch (Bengston, 2011)

2.5.2 Efisiensi

Dalam perhitungan efisiensi pompa hidram, metode yang digunakan yaitu :

Menurut D’ Aubuisson (Sitepu, 2011):

�

_�

=

�ℎ

�+� �

× 100%

(2.3)

(28)

dengan �� adalah efisiensi pompa hidram menurut D’ Aubuisson, Q adalah debit air limbah, q adalah debit air yang dinaikkan atau output, H adalah tinggi terjunan air atau input, h adalah tinggi air angkat atau output.

2.5.3 Hukum Bernoulli

Dalam pompa hidram, aliran yang digunakan adalah aliran termampatkan karena fluida yang bekerja berupa fluida cair. Untuk itu, persamaan Bernoulli yang digunakan yaitu sebagai berikut.

z + P/γ + v2

/2g = C (2.4)

dengan z adalah elevasi (tinggi tempat), P/γ adalah tekanan, v2/2g adalah kecepatan.

2.5.4 Kecepatan aliran pada suatu titik

Kecepatan aliran pada suatu titik dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

v = � (2.5)

dengan v adalah kecepatan aliran, adalah percepata gravitasi, h adalah tinggi kolom udara.

2.5.5 Hukum Boyle

(29)

P1 V1 = P2 V2 = konstan ( 2.6) dengan P1 adalah tekanan awal, V1 adalah volume awal, P2 adalah tekanan setelah dimampatkan, V2 adalah volume setelah dimampatkan.

2.5.6 Tekanan pada fluida

Besarnya tekanan pada fluida dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

P = ρ g h (2.7)

Dengan P adalah tekanan fluida, ρ adalah massa jenis air, g adalah percepatan gravitasi, dan h adalah tinggi permukaan air.

2.5.7 Energi Potensial

Energi potensial merupakan energi akibat dari ketinggian. Pada fluida, energi potensial pada fluida adalah energi yang dimiliki fluida karena pengaruh ketinggian permukaan fluida terhadap permukaan tanah. Energi potensial dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

Ep = m g h (2.8)

dengan Ep adalah energi potensial fluida, m adalah massa fluida, g adalah percepatan gravitasi, dan h adalah ketinggian permukaan fluida.

2.5.8 Energi Kinetik

(30)

Ek = ½ m v 2

(2.9)

(31)

16

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan sebagai penunjang dalam penelitian meliputi:

1. Pompa Hidram

Merupakan komponen utama dalam penelitian. 2. Pompa air

Digunakan untuk mensimulasikan ketersediaan air pada bak tampungan input.

3. Selang sebagai saluran output

Selang digunakan untuk menyalurkan air dari pompa hidram menuju tempat atau ketinggian tetentu

4. Pipa saluran input

Pipa yang digunakan merupakan pipa PVC dengan ukuran 2 inci yang digunakan untuk mengalirkan air dari bak penampungan menuju pompa hidram.

5. Bak v-notch

(32)

6. Sensor Arduino

Sensor ini berfungsi untuk mengukur ketinggian air pada v-notch yang terdapat di bak penampung air limbah maupun out put.

Alat ini menggunakan sensor ultrasonik sebagai pendeteksi dari benda dengan cara pemantulan suara oleh transmiter dan di tangkap oleh receiver. Respon itu di eksekusi oleh arduino sebagai komponen mikrokontroler sederhana atau bisa di katakan sebagai otak dari sistem alat ini.

7. Laptop

Laptop digunakan sebagai alat pengolah data yang didapatkan oleh sensor arduino tersebut. Data yang didapatkan dari sensor langsung masuk ke dalam notebook.

(33)

Gambar 3.1 Rangkaian Instalasi Rangkaian Keterangan gambar :

1) Pompa air. 2) Bak tampungan input. 3) Pipa saluran input. 4) Pompa hidram. 5) Selang saluran output. 6) Bak tampungan output. 7) Sensor arduino. 8) Bak tampungan air limbah. 9) Notebook.

3.1.3 Panjang Langkah

Panjang langkah katup limbah pada penelitian ini terdapat 3 variasi, yaitu 1 cm, 1,5 cm dan 2 cm. Panjang langkah tersebut diukur dari jarak katup limbah tertutup samapi posisi terbuka. Untuk setiap variasi panjang langkah dapat di atur menggunakan penahan langkah berulir dari katup limbah yang terdapat di engsel katup buang. Penahan tersebut terdapat mur, jika jarak sudah diatur maka mur dikencangkan sehingga panjang langkah katup limbah tidak berubah-ubah.

9 2

7 8

4 6

3

5

(34)

Gambar 3.2 Panjang langkah katup limbah 1 cm

Gambar 3.3 Panjang langkah katup limbah 1,5 cm

(35)

3.1.4 Beban

Beban yang digunakan terdiri dari dua jenis, yaitu terbuat dari besi dan almunium. Untuk beban yang terbuat dari besi diperlukan pemotongan dan pengukuran berat besi pejal agar sesuai dengan berat yang diinginkan, sedangkan untuk aluminiun hanya perlu pengurangan berat saja karena hanya terpaut sedikit dari berat beban yang di inginkan. Beban dari besi terdapat 1 buah dengan berat 150 gram, sedangkan aluminium terdapat 2 buah yang masing-masing 100 gram. Untuk variasi berat beban yang digunakan ada 3 variasi berat, yaitu 150 gram, 250 gram dan 350 gram. Sehingga beban yang dari besi menjadi beban pokok, dan untuk mendapankan beban 250 gram, beban pokok tersebut hanya perlu ditambah aluminium 100 gram, begitu juga untuk yang 350 gram.

Gambar 3.5 beban katup buang

3.1.5 Alat Ukur Debit

Dalam penelitian pompa hidram ini, peneliti menggunakan alat ukur berupa V-notch. Penggunaan alat ukur debit tersebut dikarenakan aliran air yang dihasilkan pompa hidram baik pada limbah maupun outputnya bersifat intermittent. Gambar untuk alat ukur debit dapat dilihat pada gambar berikut.

150 gram

250 gram

(36)

Gambar 3.6 Gambar alat ukur debit (V-notch)

hs merupakan data ketinggian yang dicatat oleh sensor, terdapat 2 data yang dicatat oleh sensor, yaitu hs untuk limbah (hslimbah) dan hs untuk hasil (hshasil).

Dari data hslimbah dan hshasil, kemudian dirata-rata dan hasil dari rata-rata tersebut

diolah guna mendapatkan Hv untuk Hvlimbah dan Hvhasil. Hvlimbah dan Hvhasil dapat

dihitung dengan cara :

Hv = Htotal – hs (3.1) dengan Htotal untuk bak limbah adalah 148 mm (0,148 meter) dan Htotaluntuk hasil

adalah 150 mm (0,150 meter).

3.2 Menentukan Tinggi Input (H) dan Tinggi Output (h)

Dalam penelitian ini terdapat 3 variasi ketinggian input, yaitu 0,55m , 1,05m dan 1,55m. Pengukuran tinggi input diukur dari lubang katup limbah sampai permukaan air pada bak input. Sedangkan untuk ketinggian output juga terdapat 3 variasi yaitu 3,91m , 4,91m dan 5,91m. Untuk ketinggian output diukur dari pipa out pada tabung udara pompa hidram sampai ketinggian dimana air keluar dari selang ke bak penampungan output.

hs

Htotal

Hv

(37)

Gambar 3.8 Tinggi input Hin dan tinggi output Hout

3.3 Tahap Penelitian

Sebelummemulaipenelitian,yangharusdilakukanterlebihdahulu

adalah merangkai instalasi pompa hidram yang terdiri atas pompa hidram, bak input, bak output, sensor arduino, pompa air tenaga diesel.

Hin

(38)

Pemasangan pompa hidram

Variasi Beban katup buang

(150gr, 250gr , 350gr) Variasi ketinggian output

(39)

Penjelasan diagram penelitian :

Dilakukan pemasangan pompa hidram dengan variasi berat beban 150 gram, tinggi output 3,91m, tinggi input 0,55m dan panjang langkah katup buang 1 cm. Setelah itu dilakukan uji coba untuk mengetahui pompa hidram berkerja dengan baik atau tidak, bila hidram tidak bekerja dengan baik dilakukan pengecekan kembali terhadap instalasi pompa hidram, tetapi jika pompa hidram sudah bekerja dengan baik maka dapat dilakukan pengambilan data.

(40)

3.4 Variabel Penelitian

Variabel dalam penelitian ini adalah : 1. Variabel bebas :

a. Variasi beban katup buang yaitu : 150 gram, 250gram dan 350gram b. Variasi langkah katup buang yaitu :1cm, 1,5cm dan 2 cm

c. Variasi tinggi input yaitu :0,55m, 1,05m, dan 1,55m d. Variasi ringgi output yaitu :3,91m, 4,91m dan 5,91m 2. Variabel terikat :

a. Debit air limbah (Q) b. Debit hasil (q)

Pengambilan data dengan alat ukur debit pada v-notch dlakukan setiap 8 sampai 10 detik selama 5 menit pada setiap variasi, sehingga didapatkan data untuk setiap variasi sekitar 35 data. Data hs yang diperoleh tersebut terdiri dari hslimbah dan hshasil. Dari 35 data hs tersebut kemudian dirata-rata untuk

mendapatkan nilai hs yang valid. Setelah rata-rata dari hslimbah dan hshasil

diperoleh, kemudian menghitung tinggi Hv dengan rumus (3.1). Nilai Hv juga ada dua, yaitu Hvlimbah dan Hvhasil. Dari nilai Hv yang diperoleh tersebut, kemudian

(41)

26

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Hasil yang didapat dari penelitian yang dilakukan adalah jarak antara sensor dengan permukaan air di dalam bak v-notch (hs). Data yang didapat kemudian diolah untuk mendapatkan debit hasil, debit limbah dan efisiensi. Tetapi karena adanya ganguan berupa angin dan kotoran berupa dedaunan sehingga menyebabkan data kurang baik maka data yang kurang bauk tersebut dihilangkan. Data data yang didapatkan lalu dirata rata dan dimasukkan ke dalam tabel hasil penelitian guna mengurangi banyaknya tabel yang ada. Data ketinggian yang dicatat oleh sensor dapat dilihat pada lampiran.

Tabel yang tersedia dibagi menjadi 2, yaitu tabel data berupa Hvlimbah, dan

Hvhasil, serta tabel perhitungan meliputi debit dan efisiensi. Dari hasil penelitian

didapatkan data seperti berikut :

Tabel 4.1 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 3,91 meter dan panjang langkah 1 cm

(42)

Tabel 4.2 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 3,91 meter dan panjang langkah 1,5 cm

no Hinput

Tabel 4.3 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 3,91 meter dan panjang langkah 2 cm.

no Hinput

(43)

Tabel lanjutan 4.4 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 4,91 meter dan panjang langkah 1 cm.

no Hinput

Tabel 4.5 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 4,91 meter dan panjang langkah 1,5 cm.

no Hinput

(44)

no Hinput

Tabel 4.8 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 5,91 meter dan panjang langkah 1,5 cm.

no Hinput

(45)

Tabel lanjutan 4.9 Hasil penelitian pompa hidram dengan tinggi output 5,91 meter dan panjang langkah 2 cm.

no Hinput Tabel 4.9. Data lain yang dipergunakan yaitu :

gaya gravitasi (g) : 9,8 m/s2

sudut Ø _{: 60}o

tan Ø_/2 _{: 0,58}

Sebagai contoh perhitungan debit hasil (q), menggunakan data dengan ketinggian input 0,55 meter dan ketinggian output 3,91 meter. (data lain pada

(46)

Sebagai contoh perhitungan debit limbah (Q) data yang dipergunakan yaitu data dengan ketinggian input 0,55 meter dan ketinggian output 3,91 meter. (data lain pada Tabel 4.1). Hvbuang yaitu 0,0355 meter.

Q

=

8₅ 2� � ∅

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 4.10, Tabel 4.11, Tabel 4.12, Tabel 4.13, Tabel 4.14, Tabel 4.15, Tabel 4.16, Tabel 4.17, dan Tabel 4.18.

Sebagai contoh perhitungan efisiensi (η), data yang dipergunakan yaitu data dengan ketinggian input 0,55 meter dan ketinggian output 3,91 meter. (data lain pada Tabel 4.1). q = 1,05 l/menit. Q = 19,44 l/menit yang didapat dari contoh perhitungan debit hasil dan debit limbah.

(47)

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 4.10, Tabel 4.11, Tabel 4.12, Tabel 4.13, Tabel 4.14, Tabel 4.15, Tabel 4.16, Tabel 4.17, dan Tabel 4.18.

Tabel 4.10 Hasil perhitungan Q, q, dan �_� pada tinggi output 3,91 meter dan panjang langkah 1 cm.

no Hinput

Tabel 4.11 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 3,91 meter dan panjang langkah 1,5 cm.

(48)

Tabel 4.12 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 3,91 meter dan panjang langkah 2 cm

no Hinput panjang langkah 1 cm

no Hinput panjang langkah 1,5 cm

(49)

Tabel lanjutan 4.14 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 4,91 meter dan panjang langkah 1,5 cm

no Hinput

Tabel 4.15 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 4,91 meter dan panjang langkah 2 cm

no Hinput

Tabel 4.17 Hasil perhitungan Q, q, dan �_� pada tinggi output 5,91 meter dan panjang langkah 1,5 cm

(50)

Tabel lanjutan 4.17 Hasil perhitungan Q, q, dan �� pada tinggi output 5,91 meter dan panjang langkah 1,5 cm

(51)

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input (H) terhadap beban dengan tinggi output 3,91m dan panjang langkah 1 cm

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input (H) terhadap beban dengan tinggi output 3,91m dan panjang langkah 1,5 cm

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara debit hasil (q) dengan tinggi input (H) terhadap beban dengan tinggi output 3,91m dan panjang langkah 2 cm Gambar 4.1, gambar 4.2, dan gambar 4.3 di atas adalah grafik hubungan debit hasil (q) dengan tinggi input (H) terhadap beban dan panjang langkah katup

(52)

limbah pada output 3,91 meter. Dilihat dari ketiga grafik, hidram dengan tinggi input 1,55 m menghasilkan debit hasil yang lebih banyak juga daripada tinggi input 1,05 m maupun 0,55 m.. Hal ini karena pada setiap ketinggian input air mengalir, semakin tinggi input maka semakin tinngi juga kecepatan aliran nya. Hal ini dapat dilihat pada rumus (2.5) yaitu kecepatan aliran suatu fluida dengan h adalah tinggi kolom udara atau tinggi input. Dari rumus tersebut, jika nilai h semakin besar, nilai v juga akan semakin besar dan berpengaruh terhadap banyaknya fluida yang mengalir menuju rumah pompa per satuan waktu, dimana semakin tinggi kecepatan aliran semakin banyak juga air yang mengalir. Jika dilihat pada persamaan Bernoulli (2.4) terdapat hubungan antara kecepatan aliran dengan tekanan air dan tinggi elevasi. Jadi semakin tinggi input maka kecepatan aliran pada pipa input semakin tinggi juga, sehingga tekanan yang dihasilkan di badan hidram juga akan meningkat. Tekanan pada badan hidram akan diteruskan ke tabung udara melalui katup hantar sehingga udara yang termampatkan tersebut akan mampu menaikkan air lebih banyak daripada input yang rendah.

(53)

(54)

Gambar 4.4, gambar 4.5, dan gambar 4.6 di atas adalah grafik hubungan debit hasil (q) dengan tinggi input (H) terhadap beban dan panjang langkah katup limbah pada output 4,91 meter. Dilihat dari ketiga grafik, hidram dengan tinggi input 1,55 m menghasilkan debit hasil yang lebih banyak juga daripada tinggi input 1,05 m maupun 0,55 m

Pompa hidram bekerja berdasarkan prinsip palu air. Palu air (water hammer) adalah hentakan tekanan atau gelombang air yang disebabkan oleh

(55)

(56)

Gambar 4.7, gambar 4.8 dan gambar 4.9 menunjukkan grafik hubungan antara debit hasil (q) dan tinggi input (H) terhadap beban dan panjang langkah katup limbah pada ketinggian output 5,91 meter. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa nilai debit hasil terbanyak sebesar 7,01 liter/menit dengan ketinggian input 1,55 meter dengan beban 150 gram dan panjang langkah 1,5 cm. Seperti pada grafik sebelumnya pada ketinggian input tertinggi yaitu 1,55 m dan dan beban 150 gram menghasilkan debit hasil terbaik. Pada penggunaan jarak main katup limbah yang terlalu pendek yaitu 1 cm mengakibatkan frekuensi tertutupnya katup limbah lebih banyak, sehingga debit hasil nya kurang baik. Karena pemompaan pada rumah pompa hidram terlalu cepat sehingga tekanan yang dihasilkan kurang maksimal.

(57)

42

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari data penelitian pompa hidram pvc 2 inci dengan variasi tinggi input, panjang langkah katup limbah dan berat beban katup limbah dapat diketahui pada ketinggian output 3,91 m, debit hasil terbanyak 11,57 l/menit dengan tinggi input 1,55 m , panjang langkah 1,5 cm dan berat beban katup limbah 150 gram. Untuk tinggi output 4,91 m diperoleh debit hasil terbesar sebesar 11,05 l/menit dengan tinggi input 1,55 m , panjang langkah 2 cm dan berat beban katup limbah 150 gram. Dan pada tinggi output 5,91 m debit hasil terbanyak sebesar 7,01 l/menit dengan tinggi input 1,55 m , panjang langkah 1,5 cm dan berat beban katup limbah 150 gram.

5.2 Saran

(58)

43

DAFTAR PUSTAKA

Bengston, Harlan., 2011, Low Cost Easy to Use Spreadsheets for Engineering Calculations Available at Engineering Excel Spreadsheets ale enhancement cialis, http://www.engineeringexcelspreadsheets.com (diakses pada hari Jumat, 24 Oktober 2014)

Cahyanta,Yosef A. Dan Taufik, Indrawan ,1996, Studi Terhadap Presentasi Pompa Hidraulik Ram Dengan Variasi Beban Katup Limbah, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CAKRAM , 2 (2).

Fane, Didin S., Sutanto, R., dan Mara, I Made., 2012, Pengaruh Konfigurasi Tabung Kompresor Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram, Jurnal Teknik Mesin Universitas Mataram, 2, pp 1-5.

Jafri, Muhamad dan Limbong, Ishak ,2011, Analisa Unjuk Kerja Pompa Hidram Paralel Dengan Variasi Berat Beban dan Panjang Langkah Katup Limbah, Jurnal MIPA FST UNDANA, 10 (1A).

Jeffery, T.D, Thomas, T.H, Smith, A.V, Glover, P.B, dan Fountain, P.D., 1992, Hydraulic Ram Pumps A Guide to Ram Pump Water Supply System, 1 (4), 1-9, ITDG, Warwick UK.

Panjaitan, D.O, dan Sitepu, T., 2012, Rancang Bangun Pompa Hidram dan Pengujian Pengaruh Variasi Tinggi Tabung Udara dan Panjang Pipa Pemasukan Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram, Jurnal e-dinamis, 2, pp 1-9.

San, Gan Shu, et al. ,2012, Studi Karakteristik Volume Tabung Udara dan Beban Katup Limbah Terhadap Efisiensi Pompa Hydraulic Ram, Surabaya. Universitas Kristen Petra, 4 (2), pp 81-87.

Streeter, Victor L., Wylie E. Benjamin., 1985, Mekanika Fluida, Erlangga, Jakarta, 8 (2), pp 345-347.

Suarda, M, dan Wirawan, I.K.G., 2008, Kajian Eksperimental Pengaruh Tabung Udara Pada Head Tekanan Pompa Hidram, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CAKRAM, 2, pp 10-14.

Triatmodjo, Bambang., 1996, Hidraulika I, Beta Offset, Yogyakarta, 2. Winarto, Dwi., 2012, Penjelasan Hukum Boyle, http://www.ilmukimia.org

(59)

Lampiran 1

Gambar pompa hidram PVC 2 inci

(60)

Lampiran 2

Gambar bak tampungan air limbah pompa

(61)

Lampiran 3

Gambar pompa air