PENGARUH DIAMETER PIPA INLET TERHADAP DEBIT PEMOMPAAN POMPA HIDRAM
Tugas Akhir Diajukan Untuk Melengkapi dan Memenuhi Syarat Kelulusan Guna Mencapai Gelar Sarjana Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
disusun oleh :
MOHAMMAD SULTHONI NIM : D 100 000 111 NIRM : 00 6 106 03010 50111
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2011
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH DIAMETER PIPA INLET TERHADAP DEBIT PEMOMPAAN POMPA HIDRAM Tugas Akhir Diajukan dan dipertahankan pada Ujian Pendadaran Tugas Akhir di hadapan Dewan Penguji Pada tanggal 3 Agustus 2011
disusun oleh : MOHAMMAD SULTHONI NIM : D 100 000 111 NIRM : 00 6 106 03010 50111 Susunan Dewan Penguji: Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Gurawan Djati W, S.T. NIK : 782
Ir. H. Karim Fatchan, M.T. NIK : 496
Anggota
Jaji Abdurrosyid, S.T. M.T. NIK : 691
Tugas Akhir ini diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil Surakarta, 3 Agustus 2011 Dekan Fakultas Teknik
Ir. Agus Riyanto, M.T NIK : 483
Ketua Program Studi Teknik Sipil
Ir. H. Suhendro Trinugroho, M.T NIK : 732
“Katakanlah” Terangkanlah kepadaku jika sumber air kamu menjadi kering : siapakah yang akan mendatangkan air yang mengalir.” ( Q.S. Al-Mulk : 30 )
“Keputusaasaan akan sesuatu adakalanya sama dengan keberhasilan, seperti halnya ketamakan akan sesuatu adakalanya sama dengan kebinasaan.” ( Imam Ali r. a.)
“Hidup adalah perjuangan untuk sukses” (Tri Rahayu)
“Hiduplah dengan kekuatan terbesarmu.” ( Mario Teguh)
PENGARUH DIAMETER PIPA INFLET TERHADAP DEBIT PEMOMPAAN POMPA HIDRAM
ABSTRAKSI Air merupakan kebutuhan pokok manusia. Salah satu upaya untuk mendapatkan pasokan air secara kontinyu adalah dengan metode pemompaan. Dari beberapa jenis pompa pada saat ini, pompa hidram (hydraulic ram pump) merupakan salah satu solusi yang tepat. Karena pompa hidram tidak menggunakan energi bahan bakar minyak, melainkan menggunakan energi hantaman air (water hammer). Penelitian ini bertujuan untuk mengamati dan menganalisa pengaruh pemberat katup limbah dan diameter pipa inlet terhadap debit pemompaan pompa hidram. Metode penelitian melalui perancangan instalasi pompa hidram dan pengamatan pangaruh pemberat katup limbah dengan 3 variasi pemberat (0,46kg, 0,69kg dan 0,92kg), dan diameter pipa inlet (0,0254m, 0.0508m, 0.0762m) terhadap debit pemompaan pompa hidram. Pengujian dilakukan di kampus Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dari hasil percobaan di laboratorium Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UMS, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut ini : rumus empiris pompa hidram didapatkan dengan menurunkan rumus Q = k.(2g)0.5d2.h0.5 dengan nilai k bersifat non linier dengan persamaan power, dengan menurunkan persamaan k adalah merupakan fungsi h/H, Semakin kecil diameter ukuran pipa inlet maka debit pompa hidram (q) yang dihasilkan akan semakin kecil. Hal ini juga berbanding lurus dengan dengan head pipa penghantar, dimana semakin tinggi head pada pipa penghantar (H+h) maka akan semakin kecil debit pompa hidram (q) yang dihasilkan. Dari hasil penelitian juga dapat disimpulkan bahwa semakin berat katup limbah maka efisiensi pompa akan semakin kecil begitu pula dengan diameter pipa inlet semakin kecil maka nilai efisiensi semakin kecil juga. Nilai efisiensi pompa maksimum adalah efisiensi dengan menggunakan pemberat 0,46 kg pada kolom 12,5 cm dan head pipa penghantar (H+h) 200 cm, dengan efisiensi debit sebesar 21.66 % dan efisiensi D’Aubuisson sebesar 28.88 %.
Kata kunci : katup limbah, diameter pipa inlet, (k) konstanta, efisiensi debit
vi
PRAKATA
Assaalamu’alaikum Wr Wb. Alhamdulillah, segala puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penyusunan Tugas Akhir dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Kemudian dengan selesainya Tugas Akhir ini penyusun mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1). Bapak Ir. Agus Riyanto, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2). Bapak Ir.H Suhendro Trinugroho, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3) Bapak Basuki, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 4) Bapak H. Muhammad Ujianto, S.T., M.T., selaku Pembimbing Akademik Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. 5) Bapak Ir. H. Karim Fatchan, M.T., selaku Pembimbing Utama sekaligus sebagai Ketua Dewan Penguji, yang telah memberikan dorongan, arahan serta bimbingan. 6) Bapak Gurawan Djati W, S.T., selaku Pembimbing Pendamping sekaligus sebagai Sekretaris Dewan Penguji, yang telah memberikan dorongan, arahan serta bimbingan dan nasehatnya. 7). Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Dosen Tamu sekaligus sebagai Dewan Penguji, yang telah memberikan arahan serta bimbingan dan nasehatnya. iv
8). Bapak-bapak dan ibu-ibu dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta terimakasih atas bimbingan dan ilmu yang telah diberikan. 9). Ayah, Kakakku dan adikku tercinta yang selalu melimpahkan kasih sayang, dan doa restu tanpa henti-hentinya. 10).Umi Tri dan kedua Anakku Sofi serta Sifa tercinta yang selalu melimpahkan kasih sayang, dorongan, baik moril maupun materiil. 11).Teman-teman di Jurusan Teknik Sipil pada umumnya dan angkatan 2000 pada khususnya yang telah memberikan bantuan dan semangat pada penyusun. 12).Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa penyusunan Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan dan semoga laporan ini bermanfaat bagi kita semua. Amiin. Wassalamu’alaikum Wr Wb.
Surakarta, Juni 2011 Penyusun
v
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL. ............................................................................................. i LEMBAR PENGESAHAN. ................................................................................. ii MOTTO. ............................................................................................................... iii PRAKATA ........................................................................................................... iv ABSTRAKSI ........................................................................................................ vi DAFTAR ISI........................................................................................................ vii DAFTAR TABEL ............................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR............................................................................................. x DAFTAR NOTASI............................................................................................... xi
BAB I. PENDAHULUAN......................................................................................1 A. Latar Belakang ...........................................................................1 B. Rumusan Masalah ..................................................................... 2 C. Tujuan Penelitian....................................................................... 2 D. Manfaat Penelitian .................................................................... 2 E. Batasan Masalah ....................................................................... 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 4
BAB III. LANDASAN TEORI............................................................................. 6 A. Sistem Kerja Pompa Hidram .................................................... 6 B. Dasar Teori................................................................................ 7 1. Definisi dan jenis aliran ........................................... ...........7 2. Teori pada aliran pipa ......................................................... 8 3. Persamaan momentum (Water hammer) .......................... 11 4. Efisiensi pompa hidram .................................................... 14 5. Model dan analisis dimensi (Metode Rayleigh)................ 15 vii
BAB IV.
METODE PENELITIAN .......................................................... 17 A. Lokasi Penelitian..................................................................... 17 B. Bahan dan Peralatan ............................................................... 17 C. Perencanaan Model ................................................................. 18 D. Pengamatan Model.................................................................. 20 E. Metode Analisa Data .............................................................. 20 1. Analisa Data Osilasi Katup Limbah. ................................ 20 2. Analisa Data Kenaikan Muka Air...................................... 21 3. Analisa Data Debit Pompa Hidram.................................... 21 4. Analisa Data Efisiensi Pompa Hidram. ............................. 21 5. Analisa Data untuk Penurunan Rumus Empiris................. 22 F. Bagan Alur Penelitian............................................................. 23
BAB V.
ANALISA DAN PEMBAHASAN ........................................... 24 A. Gambaran Umum dan Proses Percobaan Pompa Hidram....... 24 B. Hasil Percobaan dan Pembahasan........................................... 24 1. Analisa gaya angkat air pada klep limbah pompa hidram 24 2. Analisa Water Hammer..................................................... 28 3. Waktu Osilasi beban ......................................................... 30 4. Hubungan antara waktu dengan kenaikan air dan variasi beban ..................................................................... 32 5. Hubungan head dengan debit pompa hidram ................... 33 6. Hubungan head dengan efisiensi pompa hidram .............. 34 7. Penurunan persamaan empiris debit pompa hidram ......... 38
BAB VI.
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................. 45 A. Kesimpulan ............................................................................ 45 B. Saran ..................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii
DAFTAR TABEL
Tabel V.1
Hasil pengamatan osilasi katup dengan beban katup............... 31
Tabel V.2
Hasil pengamatan head di pipa penghantar dan debit pompa hidram ................................................................. 33
Tabel V.3
Efisiensi pompa hidram (efisiensi debit).................................. 35
Tabel V.4
Efisiensi pompa hidram (efisiensi D’Aubuisson)..................... 36
Tabel V.5
Konstanta untuk diameter pipa inflet 0,0254m........................ 39
Tabel V.6
Konstanta untuk diameter pipa inflet 0,0508m........................ 41
Tabel V.7
Konstanta untuk diameter pipa inflet 0,0762m........................ 42
Tabel V.8
Debit hitungan untuk diameter pipa inflet 0,0254m ................ 43
Tabel V.9
Debit hitungan untuk diameter pipa inflet 0,0508m ................ 43
Tabel V.10
Debit hitungan untuk diameter pipa inflet 0,0762m ................ 44
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar III.1
Persamaan Bernoulli zat cair.............................................. 9
Gambar III.2
Sistem pipa.... .................................................................... 9
Gambar III.3.
Penurunan persamaan momentum ..................................... 12
Gambar III.4.
Sketsa pompa hidram......................................................... 14
Gambar IV.1.
Pompa hidram .................................................................... 17
Gambar IV.2.
Gaya pompa hidram........................................................... 18
Gambar IV.3.
Bagan alir penelitian .......................................................... 22
Gambar V.1.
Visual gaya angkat air pada pompa hidram. ...................... 23
Gambar V.2.
Grafik hubungan antara beban katub dan osilasi katup limbah ........... .................................................................... 31
Gambar V.3.
Grafik hubungan antara kenaikan air di pipa penghantar dengan waktu dan dengan 3 variasi diameter pipa inflet ... 32
Gambar V.4.
Grafik hubungan antara head pipa penghantar dengan debit untuk diameter 3 variasi pipa inflet ............. 34
Gambar V.5.
Instalasi pompa hidram ...................................................... 35
Gambar V.6..
Grafik efisiensi debit.......................................................... 36
Gambar V.8.
Grafik efisiensi debit (D’Aubuisson) ................................. 38
Gambar V.9.
Grafik persamaan debit dan konstanta pompa hidram (diameter pipa inflet 0,0254m) .......................................... 40.
Gambar V.10..
Grafik persamaan debit dan konstanta pompa hidram (diameter pipa inflet 0,0508m) .......................................... 41
Gambar V.11.
Grafik persamaan debit dan konstanta pompa hidram (diameter pipa inflet 0,0762m) .......................................... 42
x
Daftar Notasi
A1
= Luas tampang pipa (hulu)
(cm2)
A2
= Luas tampang pipa (hilir)
(cm2)
D
= Luas tampang pipa
(cm2)
f
= koefisien gesekan
g
= Percepatan gravitasi
(cm/dt2)
h
= Tinggi tekan statik diatas tabung udara
(cm)
H
= Tinggi tekan statik pada tabung udara
(cm)
He1
= Kehilangan energi akibat pembesaran penampang
He2
= Kehilangan energi akibat pengecilan penampang
k
= Konstanta
L
= Panjang pipa
Q
= Debit spill
(cm3/dt )
q
= Debit outlet pompa
(cm3/dt )
Re
= Bilangan Reynold
T
= Waktu
(dt)
V
= Kecepatan rata-rata aliran
(m/dt)
v
= Kekentalan kinematik
(m2/dt)
= Rapat massa zat cair hf
= Kehilangan energi = Berat jenis air
ηq
= Efisiensi debit
ηD
= Efisiensi D’Aubuisson
ηR
= Efisiensi Rankine
xi
