USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
PENGARUH VOLUME TABUNG UDARA DAN BEBAN KATUB LIMBAH TERHADAP EFISIENSI UNJUK KERJA POMPA HIDRAM
BIDANG KEGIATAN : PKM-P
Diusulkan oleh :
Ketua : Eko Sulistiawan ; 102641911563 ; Angkatan 2010
Anggota : Romadhan Triwahyudi ; 112741811673 ; Angkatan 2011
Anggota : Setia Pradana ; 122841911712 ; Angkatan 2012
UNIVERSITAS WIDYAGAMA MALANG
MALANG
DAFTAR ISI Halaman Judul Lembar Pengesahan Daftar isi ... i Daftar Gambar ... ii A. Judul ... 1 B. Latar Belakang ... 1 C. Perumusan Masalah ... 2 D. Tujuan ... 3
E. Luaran yang diharapkan ... 3
F. Kegunaan ... 3
G. Tinjauan Pustaka ... 3
G.1 Definisi Pompa Hidram ... 3
G.2 Cara Kerja Pompa Hidram ... 3
G.3 Perancangan Instalasi Pompa untuk Percobaan ... 5
G.3.1 Sistem siklus pompa hydram ... 5
G.3.2 Dimensi sistem... 5
G.3.3 Pemilihan Alat Ukur ... 5
H. Metode Pelaksanaan ... 5
H.1 Prosedur dan hasil percobaan ... 5
H.2 Pengolahan data ... 5
H.3 Diagram Alir Penelitian ... 7
I. jadwal Pelaksanaan ... 11
J. Rancangan Biaya ... 11
K. Daftar Pustaka ... 13 Lampiran
DAFTAR GAMBAR
A. Gambar 1. Bagan Rumah Pompa ... 6
B. Gambar 2. Instalasi Pompa Hydram Untuk Percobaan ... 6
C. Gambar 3 . Plot Efisiensi Terhadap Faktor Beban Katup Limbah ... 7
D. Gambar 4. Surface Plot untuk Efisiensi ... 8
A. Judul
Pengaruh volume tabung udara dan beban katub limbah terhadap unjuk kerja pompa hidram.
B. Latar Belakang
Air merupakan salah satu faktor yang sangat penting dan dibutuhkan dalam kehidupan makhluk hidup. Selain untuk pengembangan fiskologis makhluk hidup, air juga menjadi input bagi beragam upaya atau kegiatan makhluk hidup dalam rangka menghasilkan sesuatu untuk kelangsungan hidupnya. Oleh karena itu, air harus tersedia kapanpun dan dimanapun dalam jumlah, waktu, dan mutu yang memadai. Dengan jumlah air yang tersedia relatif tetap, sementara kebutuhan air semakin meningkat, maka air dari sisi ketersedian dan permintaannya perlu dikelola dan diatur sedemikian rupa, sehingga air dapat disimpan jika berlebihan dan selanjutnya dimanfaatkan dan didistribusikan jika diperlukan. Sektor pertanian dan konsumsi masyarakat membutuhkan air dalam jumlah besar, baik yang berasal dari sumber air permukaan maupun air tanah, memanfaatkan beragam teknologi yang mampu mengangkat dan mengalirkan air dari sumbernya ke lahan-lahan pertanian serta hunian penduduk. Penggunaan pompa air yang digerakkan dengan tenaga listrik menjadi pilihan utama saat ini. Namun jika dilihat dari sisi pembiayaan, baik dalam tahap pengembangan maupun pengelolaan, teknologi irigasi tersebut memunculkan persoalan di tingkat lapangan.
Oleh karena itu, perlu dicari dan dikembangkan suatu model teknologi irigasi yang memadai, menggunakan teknologi tepat guna, efisien, dan ekonomis sehingga dalam pengelolaannya tidak tergantung pada tenaga listrik atau bahan bakar lainnya, sebuah teknologi yang membutuhkan biaya operasional yang murah dan tidak membebani petani dalam melakukan kegiatan usaha taninya. Salah satu teknologi irigasi yang mulai dikembangkan adalah pompa hydraulic ram atau lazim disebut pompa hidram. Pompa hidram adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengangkat air dari suatu tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi dengan memanfaatkan energy potensial sumber air yang akan dialirkan. Pompa hidram mengalirkan air secara kontinyu dengan menggunakan energy potensial sumber air yang akan dialirkan sebagai daya
penggerak tanpa menggunakan sumber energi luar. Pompa hidram hanya dapat digunakan pada aliran sumber yang memiliki kemiringan, sebab pompa ini membutuhkan energy terjunan air dengan ketinggian lebih besar atau sama dengan 1 meter yang masuk ke dalam pompa. Air mengalir melalui pipa penggerak kedalam badan pompa dan keluar melaui katup limbah yang terbuka. Pada kecepatan aliran yang mencukupi katup ini akan menutup dengan sangat cepat. Akibatnya, tekanan yang tinggi akan terjadi didalam badan pompa, selanjutnya air hanya dapat keluar lewat katup tekan ke dalam tabung udara serta mengkompresi udara yang ada dalam tabung sampai kecepatan aliran menjadi nol. Udara yang telah dikompresi tadi akan menekan air dalam tabung udara ke dalam pipa penyalur. Akan tetap, pompa hidram tidak dapat memompa semua air yang masuk, namun sebagian air terpompa dan sebagian lagi terbuang melalui katub limbah.
Beberapa penelitian tentang berbagai rancangan dan performansi pompa hidram telah dilakukan, namun penelitian tersebut belum mengkaji peningkatan tekanan yang terjadi akibat volume tabung udara dan besar celah katub pada pompa hidram. Padahal pompa hidram bekerja selain berdasarkan mekanisme dari palu air, juga pada volume tabung udara dan beban katub limbah. Oleh sebab itu, maka perlu dilakukan kajian mengenai volume tabung udara dan beban katub limbah untuk mengetahui unjuk kerja pompa hidram.
C. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka masalah yang akan dikaji pada penelitian ini mencakup beberapa hal, yaitu:
1. Bagaimanakah pengaruh volume tabung udara terhadap unjuk kerja pompa hidram?
2. Bagaimanakah pengaruh volume tabung udara terhadap tekanan air pada pompa hidram?
3. Bagaimanakah Pengaruh beban katub limbah terhadap tekanan air pada pompa hidram?
D. Tujuan
1. Mengetahui pengaruh volume tabung udara terhadap unjuk kerja pompa hidram.
2. Mengetahui pengaruh volume tabung udara terhadap peningkatan volume dan tekanan air yang dihasilkan pompa hidram.
3. Mengetahui pengaruh beban katub limbah terhadap peningkatan volume dan tekanan air yang dihasilkan pada pompa hidram.
E. Luaran Yang Diharapkan
Luaran yang dihasilkan dari penelitian ini adalah artikel ilmiah tentang pengaruh volume tabung udara dan beban katub limbah pada pompa hidram, yang akan dipublikasikan ke jurnal ilmiah nasional.
F. Kegunaan
Hasil penelitian dengan tujuan diatas akan dapat memberikan manfaat diantaranya adalah :
a. Dapat mengetahui volume tabung udara yang mampu meningkatkan volume dan tekanan air.
b. Untuk mengetahui pengaruh volume tabung udara terhadap volume dan tekanan air yang dihasilkan.
c. Untuk mengetahui pengaruh beban katub limbah terhadap peningkatkan volume dan tekanan air yang dihasilkan.
G. Tinjauan Pustaka
G.1 Definisi Pompa Hidram
Pompa Hydraulic ram (hydram) digunakan untuk memindahkan fluida dari tempat tinggi ke tempat yang lebih tinggi. Mekanisme kerja pompa hydram adalah melipat-gandakan kekuatan pukulan air pada tabung udara, dimana terjadi perubahan energi kinetik air menjadi tekanan dinamik yang menimbulkan water
hammer. Tekanan dinamik akan diteruskan ke dalam tabung udara yang berfungsi
sebagai penguat. Akan tetapi kerja pompa ini tidak dapat memompa semua air yang masuk. Jadi sebagian air terpompa dan sebagian dibuang melalui katup limbah. Adapun bagan pompa hydram dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Bagan Rumah Pompa Bagian-bagian pompa hydram adalah sebagai berikut : 1. Rumah pompa
Merupakan ruang utama tempat terjadinya proses pemompaan 2. Katup Limbah
Merupakan tempat keluarnya air yang berfungsi memancing gerakan air yang berasal dari reservour, sehingga dapat menimbulkan aliran air yang bekerja sebagai sumber tenaga pompa.
3. Tabung Udara
Tabung ini berfungsi untuk memperkuat tekanan dinamik. 4. Katup Hantar
Katup yang menghantarkan air dari rumah pompa ke tabung udara, serta menahan air yang telah masuk agar tidak kembali masuk ke rumah pompa.
G.2 Cara Kerja Pompa Hidram
Cara kerja pompa hydram adalah dimulai dari air yang turun dari reservoir melalui pipa dengan kecepatan tertentu masuk ke rumah pompa. Karena katup limbah yang berada dalam pompa awalnya terbuka, maka gerakan air dari
reservoir tadi akan terpancing untukmelalui katup limbah. Dengan air dari reservoiryang mengalir terus menerus, maka tekanan dalam rumah pompa akan
meningkat, sehingga katup limbah akan tertutup. Hal ini akan menyebabkan katup hantar terbuka akibat dari tekanan air di rumah pompa sehingga air akan naik melalui pipa hantar. Selanjutnya, air yang bertekanan ini akan menekan udara dalam tabung udara. Karena udara bersifat compressible maka volume udara akan mengecil akibat tekanan air. Pada saat aliran dari rumah pompa sudah mengecil
maka udara akan menekan air ke pipa discharge dan juga akan menekan katup hantar sehingga tertutup. Karena berat katup limbah, maka katup limbah akan terbuka sehingga air mengalir melalui katup limbah. Pompa hydram tidak menggunakan sumber energi dari luar untuk bekerja, tetapi pompa ini menggunakan pukulan atau hantaman air itu sendiri sebagai tenaga penggeraknya. Karena itu, masuknya air ke dalam ruang pompa harus secara kontinyu.
Dalam menentukan efisiensi pompa hydram digunakan rumus
D’Aubuisson :
Qd Hd
çD = --- . 100% (Qd + Qb) Hs
dimana:
çD = efisiensi D’Aubuisson dari pompa (%)
Qd = kapasitas pompa yang dihasilkan tiap siklus (m3/detik) Qb= kapasitas yang terbuang tiap siklus(m3/detik)
Hd= head hantar (m) Hs = head suplai (m)
G.3 Perancangan Instalasi Pompa untuk Percobaan
Gambar sistem instalasi pompa hydram untuk percobaan ini dapat dilihat di gambar 2.
Keterangan:
1. Pipa PVC 1” 6. Kerangka 2. Pipa PVC 2” 7. Bak discharge 3. Pompa hydram 8. Reservoir 4. Pressure Gauge 9. Bak buangan 5. Pompa Wooley 175 A 10. Bak sirkulasi
G.3.1 Sistem siklus pompa hydram
Pada pompa hydram, air masuk (suction)berasal dari reservoir yang permukaannya tidak berubah, oleh karena itu direncanakan sebuah bak yang bila diisi dapat membuang air sehingga menjaga permukaan tetap stabil. Bak tersebut dinamakan bak reservoir. Dari bak reservoir air disalurkan melalui pipa menujupompa hydram yang letaknya lebih rendah. Dalam proses pemompaan oleh pompa hydram terbagi dua aliran. Aliran yang berguna adalah aliran air yang dipompa oleh pompa hydramdan ditampung dalam sebuah bak untuk diukur debitnya. Bak yang menampung air discharge disebut bak discharge. Sedangkan aliran air yang lainnya tidak dapat terpompa, sehingga ditampung di bak limbah untuk dikur juga debitnya. Karena air yang dipompa mempunyai letak yang paling tinggi, maka letak bakdischarge di paling atas, kemudian bak reservoir di tengah dan bak limbah paling bawah. Supaya aliran air dapat berputar sehingga terbentuk siklus, maka air dari bak discharge, bak reservoir, dan bak limbah ditampung pada sebuah bak sirkulasi. Karena letak bak discharge dan bak reservoir dekat dan air yang melimpah dari reservoir tidak dihitung debitnya, maka air dari bak
discharge diperbolehkan jatuh ke reservoir. Sedangkan air dari reservoir tidak
boleh jatuh ke bak limbah, karena bak limbah digunakan untuk mengukur aliran buang dari pompa hydram. Jadi, air dari reservoir dan air dari bak limbah masuk ke bak sirkulasi untuk dipompa kembali ke reservoir oleh pompa sirkulasi.
G.3.2 Dimensi sistem
Perbandingan ketinggian antara head hantar dan head suplai dipilih sebesar 2. Head hantar (Hd) adalah ketinggian air yang keluar dari pipa discharge dan head suplai (Hs) adalah ketinggian permukaan air reservoir yang mensuplai pompa hydram.
G.3.3 Pemilihan Alat Ukur
Alat ukur tekanan yang digunakan adalah manometer dengan skala paling kecil, yaitu 0- 2,5 kg/cm2 karena pompa hydram hanya memanfaatkan energi air jatuh. Sedangkan untuk alat ukur debit, karena pompa hydram tidak menggunakan tenaga dari luar, maka debit yang dihasilkan sangat kecil dan tekanan kerjanya
sangat rendah. Pada waktu pompa hydram bekerja tidak dapat diketahui kecepatan aliran air di dalam rumah pompa, sehingga tidak dapat diketahui bilangan
Reynold-nya. Berdasarkan dua alasan diatas, maka alat ukur debit yang dapat digunakan adalah V-Notch Sharp Crested Weir yang dilakukan dengan mengukur ketinggian air yang keluar melalui V-Notch.
H. Metode Pelaksanaan
Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan volume tabung udara dan beban katup limbah pada pengoperasian pompa hydram, kemudian mengambil data ketinggian bak discharge (hd) dan data ketinggian bak limbah (hb). Data ini akan dipakai untuk menghitung kapasitas pompa yang dihasilkan tiap siklus, Qd (m3/detik), dan kapasitas pompa yang terbuang tiap siklus, Qb (m3/detik), sehingga dapat dihitung efisiensi pompa, çD (%).
H.1 Prosedur dan hasil percobaan Persiapan :
• Mengisi bak discharge, bak limbah, dan bak Sirkulasi
• Memeriksa pompa sirkulasi (Wooley 175A) sehingga siap dioperasikan • Mengisi bak reservoir dengan menjalankan pompa sirkulasi
• Memasang tabung udara yang akan diukur pada pompa hydram • Meletakkan beban pada katub limbah (beban awal katup : 50 gram) Percobaan
• Membuka gate valve discharge & suction supaya air masuk pada pompa hydram
• Menunggu sampai air yang keluar dari pipa discharge steady
• Mengambil data ketinggian (hd) pada bak discharge dan ketinggian pada bak limbah (hb) sebanyak 3 kali untuk tiap selang waktu 3 menit.
• Memberi beban tambahan pada katub limbah sesuai yang diperlukan • Menutup gate valve discharge & suction
• Mengganti tabung udara untuk variasi volume.
• Mengulangi kembali prosedur diatas sampai semua data percobaan diperoleh.
H.2 Pengolahan data
Untuk mengetahui apakah variabel percobaan ini berpengaruh terhadap respon (output) maka dilakukan analisa statistik dengan Balanced Anova dengan 2 faktor, yaitu faktor beban katup limbah (A) dan volume tabung (B) dan
respon-nya adalah efisiensi D’Aubuisson (E). Pengolahan data menggunakan Minitab 11.12.
Gambar 3 . Plot Efisiensi Terhadap Faktor Beban Katup Limbah
Gambar 4. Surface Plot untuk Efisiensi
Dari hasil anova, dengan tingkat signifikansi 5%, maka dapat dilihat bahwa untuk faktor A, B maupun interaksi AB, nilai F > Ftabel sehingga dapat disimpulkan bahwa faktor-faktor tersebut berpengaruh secara signifikan terhadap efisiensi. Untuk mengetahui seberapa banyak variabilitas respon disebabkan oleh faktor-faktor dalam eksperimen, baik itu sebagai main effect maupun sebagai
interaction effect maka dilakukan perhitungan koefisien determinasi (R2).
SSmodel = SSA + SSB + SSAB = 13710.14 + 20.86 + 111.76 = 13842.76
R2 = SSmodel / SSt = 0.9951 = 99.51%
Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa 99.51% dari variabilitas efisiensi
D’Aubuisson dijelaskan oleh faktor beban katup limbah dan faktor volume tabung
serta interaksinya. Sedangkan dari hasil analisa residual yang ditunjukkan pada gambar 3, dapat dilihat bahwa data sudah random dan sesuai dengan distribusi normal. Plot data pada gambar 4 dan surface plot pada gambar 5 menunjukkan
bahwa memang ada perbedaan pada respon untuk tiap variasi perlakuan variabel (faktor).
Dari penelitian ini dan analisis yang telah diberikan dapat ditunjukkan bahwa faktor beban katup limbah dan volume tabung berpengaruh pada variabilitas dari efisiensi pompa hydram, begitu pula interaksi antara kedua faktor itu. Lebih jauh lagi diperoleh hasil bahwa pengaturan optimal untuk kedua faktor tersebut adalah saat beban katup limbah 400 gram dan volume tabung 1300 ml dengan efisiensi pompa sebesar 42,9209%. Angka efisiensi pada pompa hydram memang relatif rendah mengingat bahwa tidak semua air yang diumpankan dapat disalurkan ke tempat yang dikehendaki karena adanya air yang harus dialihkan/ dibuang.
H.3 Diagram Alir Penelitian
Adapun Diagram alir Pompa Hidram sebagai berikut :
I. Jadwal Pelaksanaan
Tabel 1. Jadwal Pelaksanaan Kegiatan Penelitian
No Uraian Kegiatan Bulan ke:
1 2 3 4 5 6 1 Persiapan 2 Studi pendahuluan 3 Kajian pustaka 4 Desain Alat 5 Pembuatan Alat 6 Pengujian/Percobaan 7 Analisa data 8 Penulisan Laporan
9 Presentasi hasil penelitian
10 Pembuatan dan Pemuatan Artikel Ilmiah 11 Laporan akhir
J. Rancangan Biaya
Satuan biaya penelitian didasarkan pada setiap jenis kegiatan penelitian yang tercantum pada perhitungan berikut ini.
1. Bahan Habis Pakai
No Bahan/ Alat Harga Satuan (Rp)
Jumlah Satuan Total
1 ATK 200.000,00 1 Ls 200.000,00
2 Cartrige dan Tinta 500.000,00 1 Ls 500.000,00
3 Kertas HVS 80 gr 40.000,00 2 Rim 80.000,00
Jumlah Total 1 Rp. 780.000,00
2. Peralatan
No Bahan/Alat Harga Satuan
(Rp)
Jumlah Satuan Total (Rp)
1 Pembuatan Pompa Hydram
6.250.000,00 1 unit 6.250.000,00
2 Variasi Ukuran tabung 350.000,00 3 buah 1.050.000,00
4 Sewa lab. Teknik Mesin
200.000,00 4 unit 800.000,00
Jumlah Total 2 Rp. 9.100.000,00
3. Perjalanan
No Uraian Kegiatan Biaya Satuan (Rp)
Jumlah Satuan Total (Rp)
1 Transportasi Ketua 200.000,00 1 Ls 200.000,00 2 Transportasi Anggota 200.000,00 2 Ls 400.000,00 3 Transportasi Teknisi 200.000,00 1 Ls 200.000,00
Jumlah Total 3 Rp. 800.000,00
4. Lain-lain
No Uraian Kegiatan Biaya Satuan (Rp)
Jumlah Satuan Total (Rp)
1 Studi Literatur 250.000,00 1 Ls 250.000,00 2 Akomodasi 200.000,00 3 kali 600.000,00 3 Dokumentasi 100.000,00 1 Ls 100.000,00 4 Fotocopi 50.000,00 1 Ls 50.000,00 Jumlah Total 4 Rp. 1.000.000,00 Jumlah Keseluruhan Rp. 11.680.000,00 Usulan Biaya Rp. 11.680.000,00
Rekapitulasi Biaya Penelitian
No Uraian Kebutuhan Kebutuhan
1. Bahan Habis Pakai Rp 780.000,00
2. Peralatan Rp 9.100.000,00
3. Perjalanan Rp 800.000,00
4. Lain-lain Rp 1.000.000,00
K. Daftar Pustaka
1. Diamer, P. dan M. Chi, 2002, Hydroulic Ram Handbook, Zhejiang University of Technology, China.
2. Jennings, G.D., 1996, Hidroulic Ram Pump, North Carolina Cooperative Extension Service, North Carolina.
3. Kahangire, P., 1990, The Hidroulic Ram Pump Project, Water Development Departement, Uganda, Canada.
4. Rajput, R, K., 2002, A Textbook of Fluid Mechaniics and Hydroulic
Machines, S. Version, S. Chad and Company Ltd, New Delhi
5. Sularso, dan Haruo Tahara, 1987, Pompa & Kompresor Pemilihan,
Pemakaian, dan Pemeliharaan, Penerbit Pradnya Pranita, Jakarta.
6. San, G.S., 2003, Studi karakteristik Volume Tabung Udara dan Beban
Katub Limbah Terhadap Efisiensi Pompa Hidroulic Ram, [Online,
diakses : tanggal 15-6-2006], URL:http://www.allspeeds.co.uk
7. Taye, T., 1998, Hydroulic Ram Pump, Journal of the ESME, Vol.II, Addis Ababa, Ethiopia.
8. Tessema, A.A., 2000, hydraulic Ram Pump Sys tem Design and
Aplication.[Online, diakses : tanggal 5-6-2006], URL : http: //
home.att.net~africantech/ESME/hydram2/Hydram2
9. Toirisima., 1968, Torishima Pump Handbook, Penerbit Torishima Pump, MFG. Co. Ltd.
10. Young, B., 1996, Design of Homologus Ram Pump, Journal of Fluids Engineering, Vol. 119, Papua New Guinea University of Technology, Papua New Guinea.
