RANCANG BANGUN POMPA HIDRAM (HYDRAULIC RAM PUMP)
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi
Oleh : KINANTI PANGESTY
NIM : 1005052079
EVALENTINA NABABAN
NIM : 1005052064
INDAH JULITA SARAGIH
NIM : 1005052073
JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013 vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan petunjuk, rahmat serta kekuatan dan kesehatan bagi penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat yang harus di penuhi untuk menyelesaikan pendidikan Diploma III (D3) Jurusan teknik mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah “Rancang Bangun Pompa Hidram (Hydraulic Ram Pump)” Penulis menyadari keterbatasan pengetahuan dan waktu serta pengalaman penulis dalam menyusun laporan ini, namun atas bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, maka laporan ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Ir. Gidion Sembiring, M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Ir. Isman Harianda, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi; 4. Ir. Abdul Razak, M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir; 5. Rihat Sebayang, S.T., M.T., Kepala Laboratorium Teknik Konversi Energi; 6. Ir. Suprapto, M.T., Dosen Wali kelas EN – 6D; 7. Seluruh Dosen, Staff dan Karyawan Program Studi Teknik Konversi Energi di Politeknik Negeri Medan; 8. Untuk yang tercinta Ayahanda (Endra Irawan) dan Ibunda (Gusnelly Harmi Daryus) yang selalu memberikan dukungan, doa, serta mengasuh, mengarahkan, membimbing dan memberikan kasih sayangnya; 9. Untuk yang tersayang tante Donna dan adik-adikku Azka, Paes, Khansa atas dukungannya; 10. Rekan Tugas Akhirku Indah Julita Saragih dan Eva Lentina Nababan atas kerja samanya;
viii
11. Seluruh rekan-rekan mahasiswa khususnya Program Studi Teknik Konversi Energi, EN-6D Politeknik Negeri Medan stambuk ’10, terima kasih atas kebersamaannya, motivasi serta dukungan semangat kita semua; 12. Dan kepada pihak lain yang telah membantu penulis dalam penyelesaian studi dan tugas akhir. Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan maupun kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk perbaikan dan penyempurnaan penulisan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi pembaca.
Medan, 7 September 2013 Penulis,
Kinanti Pangesty NIM. 1005052079
ix
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .................................................................. ii LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... iv KATA PENGANTAR ................................................................................... v DATFAR ISI ................................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... x DAFTAR TABEL ........................................................................................ xi INTISARI .................................................................................................... xii ABSTRACT .................................................................................................. xiii
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1 A. Latar Belakang ..................................................................................... 1 B. Perumusan Masalah ............................................................................. 2 C. Tujuan .................................................................................................. 3 D. Manfaat Tugas Akhir ........................................................................... 3 E. Metode Pembahasan............................................................................. 3 F. Sistematika Penulisan .......................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI ................................................................................ 5 A. Sejarah Singkat Pompa Hidram ........................................................... 5 B. Prinsip Kerja Pompa Hidram ............................................................... 7 C. Operasional Pompa Hidram ................................................................. 8 D. Aliran Fluida dalam Pipa ..................................................................... 9 1. Jenis-jenis Aliran............................................................................ 9 a. Aliran Laminer ......................................................................... 9 b. Aliran Turbulen ...................................................................... 10 2. Bilangan Reynolds ...................................................................... 10 E. Persamaan yang digunakan ................................................................ 11
x
1. Kapasitas ...................................................................................... 11 2. Head Pompa ................................................................................. 11 a. Head Potensial........................................................................ 12 b. Head Kecepatan ..................................................................... 12 c. Head Tekanan......................................................................... 12 F. Gejala Benturan Air (Water Hammer) ............................................... 13
BAB III CARA KERJA ............................................................................. 15 A. Konstruksi Pompa Hidram ................................................................. 15 1. Peralatan Pengujian ...................................................................... 16 2. Alat Ukur yang Digunakan .......................................................... 16 3. Alat Pendukung ............................................................................ 16 B. Cara Kerja Pompa Hidram ................................................................. 17 C. Komponen Utama Pompa Hidram ..................................................... 20 1. Bak Pemasukan ............................................................................ 20 2. Pipa Masuk (Driven Pipe) ........................................................... 21 3. Katup Limbah (Waste Valve) ...................................................... 21 4. Katup Penghantar (Delivery Valve) ............................................ 22 5. Tabung Udara (Air Chamber) ..................................................... 23 6. Pipa Penghantar (Delevery Pipe) ................................................ 24
BAB IV PEMBAHASAN ............................................................................ 25 A. Performansi Pompa Hidram ............................................................... 25 1. Aliran Air pada Pipa Masuk......................................................... 25 2. Kecepatan Aliran Air ................................................................... 25 a. Kecepatan Aliran pada Pipa Masuk ....................................... 25 b. Kecepatan Aliran Air pada Pipa Penghantar .......................... 26 3. Head Losses ................................................................................ 26 a. Head Losses pada Pipa Masuk ............................................... 26 b. Head Losses pada Pipa Penghantar ........................................ 27 4. Head Pompa ................................................................................ 28
xi
5. Efisiensi ........................................................................................ 28 B. Permasalahan Pengoperasian Pompa Hidram .................................... 28 C. Perawatan Pada Pompa Hidram ......................................................... 30 D. Analisa Biaya ..................................................................................... 30 1. Biaya Material ............................................................................. 31 a. Bahan Baku ........................................................................... 31 b. Biaya Bahan Jadi .................................................................... 31 2. Biaya Transportasi ....................................................................... 32
BAB V PENUTUP ....................................................................................... 34 A. Simpulan ............................................................................................. 34 B. Saran .................................................................................................. 34
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Contoh instalasi Pompa Hidram ........................................................ 7 Gambar 2. Aliran Laminer .................................................................................. 10 Gambar 3. Aliran Turbulen ................................................................................. 10 Gambar 4. Kontruksi Pompa Hidram ................................................................. 15 Gambar 5. Cara Kerja Pompa Hidram 1 ............................................................ 17 Gambar 6. Cara Kerja Pompa Hidram 2 ............................................................ 18 Gambar 7. Cara Kerja Pompa Hidram 3 ............................................................ 18 Gambar 8. Cara Kerja Pompa Hidram 4 ............................................................ 19 Gambar 9. Cara Kerja Pompa Hidram 5 ............................................................ 19 Gambar 10. Bak Pemasukan ............................................................................... 20 Gambar 11. Katup Limbah (Waste Valve) .......................................................... 22 Gambar 12. Katup Penghantar (Delevery Valve) ............................................... 23 Gambar 13. Tabung Udara (Air Chamber) ......................................................... 24
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Debit air berdasarkan diameter pompa .............................................. 8 Tabel 2. Ukuran hidram buatan PTP-ITB Bandung dengan modifikasi desain I.T.D.G London .................................................................... 21
xiv
INTISARI Air merupakan salah satu faktor yang sangat penting dan dibutuhkan dalam kehidupan makhluk hidup. Selain untuk pengembangan fisologis makhluk hidup, air juga menjadi input bagi beragam upaya atau kegiatan makhluk hidup dalam rangka menghasilkan sesuatu untuk kelangsungan hidupnya. Di samping itu air juga merupakan sumber tenaga yang disediakan oleh alam yang dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga mekanis. Kenaikan bahan bakar minyak (BBM) telah berpengaruh pada penggunaan pompa air oleh masyarakat pedesaan. Bagi petani, kondisi itu tentu sangat berpengaruh pada peningkatan hasil pertanian, karena salah satu cara untuk mengaliri sawah adalah menggunakan bahan bakar minyak. Menghadapi krisis akibat kenaikan bahan bakar minyak (BBM) belakangan ini, perlu dicari alternatif alat-alat yang tidak membutuhkan bahan bakar minyak (BBM) dalam operasionalnya. Untuk dapat menanggulangi masalah penyediaan air baik untuk kehidupan maupun untuk kegiatan pertaniaan, perternakan dan perikanan khususnya di daerah pedesaan, maka penggunaan pompa hidram yang sangat sederhana, baik dalam pembuataannya dan juga dalam pemeliharaannya, mempunyai prospek yang sangat baik karena tidak menggunakan energi listrik maupun bahan bakar, dapat beroperasi 24 jam. Pompa Hidram yang digunakan pada penelitian ini memiliki diameter pipa masuk 1,5 inchi, diameter pipa penghantar 3/4 inchi dan diameter pada tabung udara 4 inchi. Kata Kunci: Pompa Hidram, Pipa Pemasukan, Pipa Penghantar, Tabung Udara, Bahan Bakar Minyak (BBM)
xv
ABSTRACT Water is one factor that is very important and necessary in the life of living beings. In addition to the physiological development of living things, water well be input for a variety of efforts or activities of living beings in order to produce something for their survival. In addition, water is also a source of energy provided by nature that can be used to generate mechanical power. The increase in fuel oil has an effect on the use of water pumps by rural communities. For farmers, the condition was certainly very influential on increasing agricultural output, because one way to drain field is the use of fuel. Facing a crisis due to rising fuel oil in recent years, have sought alternative means that do not require fuel oil in operation. In order to address the problem of water supply either for life or for Agriculture of activities, animal husbandry and fisheries, particularly in rural areas, the use of pumps hidram very simple, both in made and also in maintenance, has a very good prospect because it does not use electricity or materials fuel, can operate 24hours. Hydraulic ram pumps are used in this study has a 1.5-inch diameter pipe driven, delivery diameter pipe ¾ inches in diameter and 4 inches in the water chamber Keyword : Hydraulic Ram Pump, Driven Pipe, Delevery Pipe, Air Chamber, Fuel Oil
BAB I
xvi
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Air merupakan salah satu faktor yang sangat penting dan dibutuhkan dalam kehidupan makhluk hidup. Selain untuk pengembangan fisologis makhluk hidup, air juga menjadi input bagi beragam upaya atau kegiatan makhluk hidup dalam rangka menghasilkan sesuatu untuk kelangsungan hidupnya. Di samping itu air juga merupakan sumber tenaga yang disediakan oleh alam yang dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga mekanis. Kenaikan bahan bakar minyak (BBM) telah berpengaruh pada penggunaan pompa air oleh masyarakat pedesaan. Bagi petani, kondisi itu tentu sangat berpengaruh pada peningkatan hasil pertanian, karena salah satu cara untuk mengaliri sawah adalah menggunakan bahan bakar minyak. Menghadapi krisis akibat kenaikan bahan bakar minyak (BBM) belakangan ini, perlu dicari alternatif alat-alat yang tidak membutuhkan bahan bakar minyak (BBM) dalam operasionalnya. Untuk dapat menanggulangi masalah penyediaan air baik untuk kehidupan maupun untuk kegiatan pertaniaan, perternakan dan perikanan khususnya di daerah pedesaan, maka penggunaan pompa hidram yang sangat sederhana, baik dalam pembuataannya dan juga dalam pemeliharaannya, mempunyai prospek yang sangat baik. Pompa Hidram (Hydraulic Ram Pump) sudah digunakan sejak dua abad lalu dibanyak tempat didunia.Pompa hidram pertama dibuat oleh Jhon Whiteshurt pada tahun 1775. Kesederhanaan dan kemudahan dalam pemeliharaan membuat pompa hidram sukses secara komersial, terutama di Eropa sebelum digunakan secara luas tenaga listrik dan mesin pompa. Di Amerika pompa hidram terbesar pernah dibuat dengan diameter 300 mm mampu memompa 1700 liter/menit sampai ketinggian 43 meter. Namun karena perkembangan teknologi yang pesat dan meninggkat ketergantungan pada bahan bakar fosil, maka pompa hidram diabaikan. Akhir-akhir ini dengan meningkatnya perhatian pada peralatan-
xvii
peralatan untuk energi terbarukan dan kesadaran kebutuhan teknologi di Negara berkembang, pompa hidram mulai dipakai kembali. Pompa hidram, berasal dari kata Hydraulic Ram Pump, yang berarti pompa air dengan tenaga hantaman air. Di Indonesia pompa ini sebenarnya sudah ada sejak zaman penjajahan Belanda, namun kurangnya perawatan dan edukasi membuat pompa ini tidak lestari. Ditambah zaman dulu sumber air sangat banyak, sungai masih lancar mengalir dengan debit besar, hutan masih lebat belum gundul, tanahnya belum erosi hingga mendangkalkan sungai, tetapi keadaan sekarang kebalikannya semua itu, membuat pompa hidram tampil lagi sebagai solusi. Pompa hidram bekerja tanpa menggunakan bahan bakar atau tambahan energi dari luar. Pompa ini memanfaatkan tenaga aliran air yang jatuh dari tempat suatu sumber air dan sebagian dari air itu dipompakan ketempat yang paling tinggi. Pada berbagai situasi, penggunaan pompa hidram memiliki banyak keuntungan dibandingkan penggunaan jenis pompa air lainnya. Diantaranya, tidak membutuhkan bahan bakar atau tambahan tenaga dari sumber lain, tidak membutuhkan pelumasan, bentuknya sangat sederhana, dan biaya pembuatannya serta pemeliharaanya sangat murah dan tidak membutuhkan keterampilan teknik tinggi untuk membuatnya. Selain itu pompa ini mampu bekerja dua puluh empat jam per hari. Pompa hidram sangat tepat untuk daerah-daerah dataran tinggi.
B. Perumusan Masalah Untuk mendapatkan pembahasan yang semaksimal mungkin dan dapat mudah dipahami, maka penulis membatasi masalah yang akan dibahas dalam laporan ini yaitu : 1. Bagaimana prinsip kerja dan cara kerja pompa hidram ? 2. Bagaimana perhitungan aliran yang terjadi pada pompa hidram ? 3. Bagaimana performansi efisiensi pompa hidram ? 4. Bagaimana Konstruksi pompa hidram dan komponen utama pompa hidram?
xviii
C. Tujuan Adapun tujuan penulisan dari tugas akhir ini adalah : 1. Untuk mengetahui bagaimana prinsip kerja pompa hidram. 2. Untuk menerapkan teknologi sederhana bagi masyarakat perdesaan, khususnya yang memiliki masalah penyediaan air bersih. 3. Untuk mengurangi penggunaan listrik dan bahan bakar.
D. Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaatdari penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Agar dapat membantu masyarakat pedesaan dalam menangani masalah persediaan air. 2. Membantu pengurangan penggunaan listrik dan bahan bakar. 3. Sebagai bahan acuan untuk pengembangan teknologi pompa hidram (Hydraulic Ram Pump) selanjutnya.
E. Metode Pembahasan 1. Dalam pembuatan pompa hidram ini, pengambilan dan informasi adalah melalui internet, kepustakaan yaitu mengambil data dari buku-buku referensi yang berhubungan dengan pompa hidram. 2. Survei lapangan dengan mengamati sistem kerja dari pompa hidram, debit sumber air, kecepatan dan aliran air. 3. Melakukan kosultasi dengan dosen pembimbing yang dapat membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
F. Sistematika Penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis membaginya dalam beberapa sub bab. Secara garis besar gambaran dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I
: Pendahuluan uraian selanjutnya berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan tugas akhir, manfaat tugas akhir metode pembahasan dan sistematika penulisan.
xix
BAB II
: Teori-teori dasar yang mendukung perancangan dan pembuatan pompa hidram.
BAB III
: Konstruksi pompa hidram, bagian-bagian pompa hidram, cara kerja pompa hidram.
BAB IV
: Membahas permasalahan pengoperasian pompa hidram, perbaikan pompa hidram, performansi pompa hidram dan analisa biaya.
BAB V
: Menyajikan kesimpulan dan saran-saran dari pembahasan rancang bangun ini.
xx
