Analisis Perencanaan dan Instalasi Pompa Hydraulic Ram di Desa Jingkang – Tanjung Kerta, Sumedang Halomoan P. Siregar Balai Besar Pengembangan Teknologi Tepat Guna – LIPI Jl. Ks. Tubun 5 Subang 41213, Telp. (0260) 411478, Fax. 411239 E-mail :
[email protected] Abstrak Pompa hydraulic ram (hydram) adalah suatu pompa yang digerakkan oleh energi air dari suatu sumber air jatuh dengan suatu ketinggian. Air dari sumber tersebut dialirkan ke pompa hydram melalui suatu pemipaan disebut sebagai pipa suplai atau pipa penggerak (drive pipe) dan kemudian di dalam unit pompa, sendiri terjadi apa yang disebut dengan peristiwa tumbukan air (water hammer) yang disebabkan oleh mekanisme gerakan katup yang secara mendadak tertutup, sehingga sebagian kecil dari air penggerak tersebut terdorong keluar dari pompa melalui pipa keluaran (discharge pipe), oleh karena adanya tekanan tinggi akibat peristiwa tumbukan air tersebut. Sedangkan sebagian besar air lainnya terbuang melalui mekanisme katup limbah pompa. Telah di-instalasi suatu unit pompa hydram di Desa Jingkang Kecamatan Tanjung Kerta Sumedang untuk digunakan pada suatu sistem irigasi. Kondisi spesifikasi sistem lapangan instalasi pompa hydram sebagai berikut : perbedaan tinggi sumber air dengan pompa 29 meter, panjang pemipaan suplaipenggerak 136 meter, sedangkan tinggi bak penampungan air diatas lahan yang akan diairi dari pompa setinggi 162 meter. Pipa penggerak mempunyai diameter 2 inchi dan pipa keluaran 1,5 inchi dengan panjang pipa 536 meter. Hasil ujicoba awal operasional instalasi pompa ini dilaporkan berjalan tidak baik/pompa tidak berfungsi, hasil keluaran air kecil setelah menunggu beberapa lama dan kemudian tidak berfungsi lagi. Spesifikasi pompa dinyatakan dengan besaran diameter pipa penggerak/suplai dan diameter pipa keluaran, yaitu 2,0 x 1,5 inchi. Ukuran tabung udara, ф 4,0 inchi x 100 cm. Dalam tulisan ini akan diutarakan analisis kegagalan operasi dan sistem instalasi pompa serta saran-saran perbaikan instalasi agar instalasi unit pompa hydram dapat berfungsi normal/optimal.
Abstract Hydraulic ram pump is a pump that drived by the water energy from a water fall resource that having a height. The water from the resources is flowed to the hydram pump by the piping system is called as driving pipe and then in the pump it self there is happening a water hammer fenomenon because of the valve moving mechanism suddenly shut, so that some small part of the water be pressed out of the pump through the discharge pipe because of the high pressure of the water hammer. While some of big part of the water wasted through the wasted valve. One unit of hydram pump have been installed in Jingkang Village, Tanjung Kerta District – Sumedang, it will be used for an irrigation system. The spesification of the field system of the installtion as follows : the difference head between the water resource and the hydram pump is 29 m, the length of drive pipe is 139 m, while the head diffrerennce between the pump to the storage tank on the irrigation field is 162 m. The drive pipe and discharge pipe diameter is 2.0 and 1.5 inchi respectively and the length of the discharge piping is 536 m. The result of the first operation testing of the hydram pump reported that the hydram pump was not functioned, and some small part of the water flowing out of discharge pipe after some hours waiting but not continuously functioned. Spesification of the hydram pump stated as the diameter size of the drive pipe and discharge pipe i.e., 2.0 x 1.5 inchi.The size of the air chamber is ф 4.0 inchi x 100 m. In this paper will be described the design and the installation system analysis of the hydram pump and some improvement installtion advice so that the pump installation can be functioned normally and /optimal.
1. Pendahuluan Perencanaan suatu instalasi peralatan menggambarkan hasil rancangan secara teoritis berdasarkan hasil perhitungan dan ataupun pengalaman, sehingga apabila perencanaan tersebut diwujudkan dalam bentuk yang sebenarnya, maka diharapkan dapat menghasilkan sesuai atau tidak terlalu menyimpang dari hasil perhitungan teoritis. Sehingga dari aspek ekonomi, perencanaan sangat penting karena akan menyangkut biaya investasi yang diharapkan akan memberi keuntungan. Pompa hydram mempunyai konstruksi sederhana dan relatif murah terdiri dari pipa, fitting, tabung, katup-katup dan sebagainya. Tetapi instalasinya terdiri dari sistem perpipaan, tangki penyimpan air, sistem pengambilan air (water intake) dan sebagainya, dapat menjadi mahal apabila unit instalasi relatif besar. Pompa hydram adalah suatu pompa otomatis yang digerakkan oleh energi potensial air. Pompa hydram bekerja dengan mengeksploitasi energi potensial air yang dialirkan pada unit pompa melalui pipa hantar, dan sebagian kecil dari air tersebut dapat dinaikkan oleh pompa hingga pada ketinggian tertentu, sedang sebagian besar air terbuang melalui katup buang (katup limbah). Kemampuan pompa untuk menaikkan air tersebut adalah akibat dari terjadinya peristiwa tumbukan air (water hammer) di dalam unit pompa. Peristiwa tumbukan air di dalam pompa dieksploitasi melalui mekanisme katup (katup buang dan katup hantar) dimana pada peristiwa tumbukan air tersebut diketahui dapat menimbulkan tekanan air yang cukup besar. Tekanan air besar yang terjadi digunakan untuk melakukan kompressi terhadap udara di dalam tabung udara. Selanjutnya tekanan balik dari udara yang tertekan, kembali memberi tekanan pada air yang terperangkap di dalam tabung udara yang menyebabkan air dipaksa mengalir melalui pipa keluaran hingga pada ketinggian tertentu lebih tinggi dari head air penggerak pompa semula. Seperti diketahui bahwa peristiwa tumbukan air pada sistem perpipaan misalnya pada sistem perpipaan turbin air sangat berbahaya karena dapat memecahkan saluran pipa unit turbin air maupun unit turbin sendiri. Siklus kerja pompa hydram : 1. Pada saat air dialirkan pada pipa penggerak, maka air keluar melalui katup buang karena katup tersebut pada posisi terbuka.
Gambar 2. Siklus fluida pada pompa hydram 23) 2.
3. 4.
Kemudian beberapa saat kecepatan aliran air pada pipa penggerak cukup tinggi untuk mengangkat/memberi gaya angkat pada katup buang, maka katup secara cepat menutup. Dan akibat penutupan katup buang secara tiba-tiba maka tekanan air meningka tinggi sehingga membuka katup hantar, sehingga air masuk ke dalam tabung udara dan menekan udara di dalamnya. Tekanan air yang terjadi relatif tinggi sesuai dengan tekanan tumbukan air. Pada siklus yang ketiga udara yang tertekan tinggi sesuai dengan tekanan tumbukan air, kembali menekan balik air di dalam tabung dan karena tekanan itu pula maka katup hantar tertutup sehingga air keluar melalui pipa hantar. Pada saat katup hantar tertutup maka tekanan air pada pipa penggerak akan cukup rendah sehingga katup buang akan kembali terbuka dan siklus pertama terulang kembali dan seterusnya. Siklus ini dapat terjadi 30 – 120 kali per menit tergantung kondisi head, besar aliran, ukuran ram dan berat atau panjang langkah katup buang. 2. Sistem Instalasi Pompa Hydram Desa Jingkang
Pada gambar 1 merupakan gambaran tipikal kondisi instalasi pompa. Skema sistem instalasi pompa hydram yang dipasang di Desa Jingkang sebagai berikut (gambar 2). Data ketinggian masing-masing lokasi pengambilan air dari sumber mata air, lokasi pompa, bak penampungan air, perkiraan panjang pipa dilakukan pengukuran dan sebagai titik nol adalah lokasi pompa hydram.
Gambar 1. Tipikal Skema Instalasi Pompa Hydram
Meter
Bak Penyimpan Air 192 m
150
100
168 m
162 m
50
176 m Sumber Mata Air
0
29m
Pompa Hydram
136 m
Gambar 1. Skema Instalasi Pompa di Desa Jingkang dengan Data Ketinggian dan Panjang Pipa 11) Spesifikasi sistem perpipaan : Panjang pipa suplai/penggerak Panjang pipa keluaran Head sumber air dari pompa Head tangki penyimpan air
: 136 meter : 536 meter : 29 meter : 162 meter
Spesifikasi pompa hydram : Diameter pipa suplai x pipa keluaran Tabung udara
: 2 x 1,5 inchi. : φ 4inchi x 100 cm
3. Rumusan Matematik Parameter Pompa Hydram η =
Qd Hd Qp Hp
(1 )
dimana η = 0,66 (untuk hydram buatan pabrik dan 0,33 untuk buatan home made).1) Qd (vol)d = Qp (vol)p
Fd = CdAvρ
Dimana, Fd Av ρ Cd
(2)
V
2
(3)
2g
: gaya drag pada katup buang, N : penampang luas katup buang, m2 :densiti fluida air, 1000 kg/m3 : koefisien drag
Panjang pipa penggerak Lp, Lp = (4 – 6) Hp
(4)
Rasio panjang pipa keluaran Ld dan diameter pipa keluaran Dd,
Ld = (150 : 1000) Dd
(5)
Tekanan palu air yang terjadi, P = u √ρK
(6)
Dimana, u : kecepatan liran air pada pipa penggerak ρ : densiti air K : modulus elastisitas air 4. Hasil dan Pembahasan
Dibawah ini akan ditabelkan (tabel 1) prediksi head pada beberapa kondisi ukuran pipa keluaran baik panjang maupun diameter, pada efisiensi pompa 0,66. Tabel 1. Prediksi Head Pompa (m) pada Beberapa Kondisi Ukuran Pipa Keluaran. Panjang Pipa Keluaran (m) 50 150 250 350 400 450 500 536
Diameter Pipa Suplai ½ inchi
Diameter Pipa Suplai ¾ inchi
Diameter Pipa Suplai 1,0 inchi
Diameter Pipa Suplai 1,5 inchi
867 289 172 123 108 95 86 80
371 122 72 52 48 41 36 34
212 79 42 30 26 23 21 20
93 30 18 13 11 10 9 8
Ternyata dari tabel 1 diatas bahwa, untuk menaikkan air dengan instalasi pompa hydram diatas, sama sekali tidak mampu sampai ke ketinggian 162 m, dengan menggunakan diameter pipa keluaran 1,5 inchi. Dengan pipa 1,5 inchi hanya mampu hingga ketiinggian 93 m. Apabila menggunakan pipa 1,0 inchi, mampu menaikkan air lebih dari 162 m, tetapi dengan panjang pipa keluaran hanya 50 m saja. Dan apabila
menggunakan pipa keluaran ¾ inchi, maka kemampuan pompa dapat mencapai ketinggian 371 m dengan panjang pipa 50 m, atau 122 m pada panjang pipa 150 m. Apabila menggunakan ukuran pipa ½ inchi, maka dengan panjang pipa keluaran 536 m, juga tidak mampu menaikkan air ke ketinggian 162 m, kemampuannya hanya mencapai 80 m saja. Untuk operasi pompa mencapai ketinggian 162 m, maka panjang pipa yang digunakan kurang lebih 250 m, dengan kata lain harus dicari lokasi bak penampung yang lebih dekat dari pompa. Kemampuan pompa juga sangat dipengaruhi oleh ukuran tabung udara. Agar pompa dapat bekerja optimal maka ukuran tabung udara sedapat mungkin dengan volume tidak kurang dari volume air pada pipa keluaran. Dalam hal ini instalasi pompa mempunyai tabung udara terlalu kecil dibandingkan dengan volume air pipa keluaran. Untuk dapat melayani kondisi lapangan tersebut diatas, maka spesifikasi pompa yang digunakan harus diganti dengan spesifikasi yang lebih besar, yaitu pompa hydram dengan spesifikasi 3,0 x 0.5 inchi. Dengan spesifikasi ini, maka pompa akan dapat menaikkan air setinggi kurang lebih 175 m, sedang diketahui bahwa lokasi bak penampung tingginya 162 m dan tabung udara dengan volume tidak kurang dari 65 liter.
5. Kesimpulan
Instalasi pompa hydram dengan spesifikasi yang terpasang, tidak mampu menaikkan air ke ketinggian 162 m. Agar instalasi dapat berfungsi, maka spesifikasi pompa harus diganti dengan pompa 3,0 x 0.5 inchi , pipa suplai/penggerak 3,0 inchi dan pipa keluaran ½ inchi sedangkan tabung udara tidak kurang dari 65 liter. Daftar Pustaka
1. 2. 3. 4.
5. 6. 7. 8. 9. 10.
11.
12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.
Awoke A.,2000, Hydraulic Ram Pump System Design and Application, ESME 5 th Annual Conference on Manufacturing and Process Industry, Addis Ababa, Ethiopia. Bamfort Industries, 2003, http//www.bamfort.com.au/rampump/pumpdriv/install.htm. DesigningaHydraulicRamPump, 1997(Posted), http://www.lifewater.org/wfw/rws4/rws4d5.htm, P.O.Box 3131 San Luis Obispo, CA 93403 USA, opened 11/05/04. Jennings Gregory D., 1996, Hydraulic Ram Pumps, http://www.ncsu.edu/programs/extension/publicat/wqwm/ebae161_-162.html Hanafie S., 1979, Teknologi Pompa Hidraulik Ram, Pusat Teknologi Pembangunan ITB, Bandung. Hydraulic ram, 2004, http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic.ram Hydraulic Ram Pumps, 2002, http://www.suntrekenergy.com/rampump.htm., Suntrek Energy Systems, 10629 138th Ave SE, Rainer, WA 98576. HydraulicRamPumps, http://www.org/htm/technical_enquiries/docs/hydraulic_rampumps.pdf.,TDG, Opened 11/05/04. Hydram Pump Calculation, http://www.aquatext.com/tables/hydram.htm, opened 11/05/04. Tribowo I.R., Martosudirdjo A.W., Abbas A., 1998, Analisis Pemanfaatan Pompa Hidram Sebagai Alternatif Penyedia Air Irigasi Sistem Tetes untuk Budidaya Tanaman Cabai, Prosiding Seminar Pemberdayaan Kawasan Berbasis Masyarakat di Kabupaten Sumedang, Kerjasama LIPI dan Pemda Tk. II Sumedang, hal. 193 – 207, Sumedang. Tribowo I.R., Martosudirdjo A.W., Abbas A., 1998, Perancangan Lay Out Sistem dan Instalasi Pompa Hidram di Desa Jingkang Kecamatan Tanjung Kerta, Kabupaten Sumedang, Prosiding Seminar Pemberdayaan Kawasan Berbasis Masyarakat di Kabupaten Sumedang, Kerjasama LIPI dan Pemda Tk. II Sumedang, hal. 208 – 221, Sumedang. Khetagurov M., (……..), Marine Auxiliary Machinery and Systems, Peace Publishers Moscow. Lewitt, E.H. 1958. Hydraulics and Fluid Mechanics, London, ELBS and Sir Isaac Pitman & Sons Ltd. Martosudirdjo A.W, 1981. Pengembangan Implemen Teknologi Pedesaan (Hidram) Laporan Teknik Penelitian dan Pengembangan Teknologi Tepat Guna, Lembaga Fisika Nasional – LIPI. Nekrasov B. ( …….), Hydraulic for Aeronautical Engineers, Moscow, Peace Publishers Moscow. Schiller E.J.1984, An Experimental Investigation and Design of Hydraulic ram Pumps, International Journal for Development Technology, Vol. 2, p 173 – 183. Siregar H.P., 1994, Rancang bangun dan Penerapan Teknologi Pompa Hidram dan Pemipil Jagungdi Kabupaten Rejang-Lebong – Bengkulu, Prosiding Seminar Ilmiah Puslitbang Fisika Terapan LIPI, P3FT - LIPI, Subang, hal. 383 – 398. Siregar H.P., 2001, Rancangan Hidrolik Ram untuk Irigasi Lahan Sempit dengan Sumber Air Deras, Prosiding Seminar Nasional Air, Lahan dan Pangan, Volume I, Pusat Penelitian Manajemen Air dan
19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29.
Lahan, Program Studi Ilmu Tanaman Program Pasca Sarjana – UNSRI Palembang, hal.A .14.1 s/d A.14.7. Siregar H.P., 2004, Evaluasi Kinerja Pompa “Hydraulic Ram” Buatan BPTTG-LIPI, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Tjipto Utomo – ITENAS Bandung, hal. D2-1 s/d D2-7. Siregar H.P., 2004, Karakteristik Pompa Hydraulic Ram, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa dan AplikasiTeknik Mesin di Industri III, ITENAS – Bandung, hal. TKE – 25 s/d TKE – 30. Siregar H.P.2004, Analisis Implementasi Pompa Hydraulic Ram di Curup – Bengkulu, Prosiding SeminarNasional Rekayasa dan Aplikasi Teknik Mesin di Industri III, ITENAS – Bandung, hal. TKE – 37 s/d TKE -41. Siregar H.P., 2005, Matching Pompa Hydraulic Ram pada Kondisi Aktual Lapangan, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan” – UPN “Veteran” Yogyakarta, hal. B02.1 – B02.6. Slack D.C.,1984, Predicting the Performance of A Water Pumping Hydraulic Ram, International Journal for Development Technology, Vol. 2, p 261 – 271. Taye T.,1998, Hydraulic Ram Pump, http://home.att.net~africantech/ESME/hydram1/Hydram1.htm, opened 11/05/04. The Bamford “Hi – Ram Pump, 2004, http://www.bamford.com.au/rampump/index.html.,Bamfords, Post Office Box 11, HALL ACT 2618, Australia. Water Rams or Hydraulic Ram Pumps. Non Electric and efficient, http://www.ncollier.com/rams.html., Allen Gawthrop, Jr., Successor to A.Gawthrop & Son, No. 100 W. Fourth St., Wilmington, Del., opened 11/05/04 Wech M.c/o Redwood Alliance, 1994, Hydraulic Ram Pump, http://www.ncollier.com/rampumps.pdf, PO Box 293, Arcata, CA 95521 . 707-822-7884 (voice) 707-822-8640 (Computer BBS). Wylie E.B. 1978, Fluid Transients, New York, McGraw-Hill International Book Co.
