artikel pompa hidram

0
54

ABSTRACT

 

Pencemaran lingkungan dan perubahan iklim global menyebabkan degradasi air bersih di seluruh dunia. Kenaikan harga minyak juga menuntut kenaikan biaya operasional pengolahan air, terutama untuk pemompaan dan pengangkatan air dari dataran rendah ke dataran tinggi. Salah satu alternatif untuk menekan biaya operasional adalah dengan menggunakan Pompa Hidram. Pompa hidram adalah pompa yang bekerja dengan cara memanfaatkan energi air yang jatuh dari suatu ketinggian untuk mengangkat sebagian dari jumlah air itu ke ketinggian yang jauh lebih tinggi. Dengan cara ini, air dari mata air atau aliran di lembah dapat dipompa ke desa atau skema irigasi di lereng bukit. Keuntungan utama dan unik dari pompa hidram adalah dengan aliran air yang terus menerus, pompa hidram beroperasi secara otomatis dan terus menerus tanpa sumber energi eksternal lainnya – baik itu listrik atau bahan bakar hidrokarbon. Ini menggunakan sumber energi terbarukan (aliran air) pertengahan sehingga memastikan biaya operasional yang rendah. Daya angkat vertikal minimum pompa adalah dua kali dari jarak vertikal air ke bawah dan daya angkat vertikal ke atas maksimum adalah dua puluh kali dari jarak vertikal air ke bawah. Jika ada udara yang terperangkap dalam pipa distribusi, maka perlu katup pelepas. Pompa hidram Ini sama sekali tidak membahayakan lingkungan, memerlukan perawatan minimal dan memiliki desain yang sederhana. Semua keunggulan ini membuat pompa hidram cocok untuk pasokan air masyarakat pedesaan.

 

PENDAHULUAN

Pompa Hidram (Hydraulic Ram Pump)

 

Hydraulic ram pump atau bisa disebut juga sebagai pompa hidram adalah pompa yang sudah digunakan melebih se abad, yang berfungsi untuk menaikan air melebihi 100 meter. Pompa ini sederhana dan efektif digunakan pada kondisi sesuai dengan syarat-syarat yang diperlukan untuk operasinya. Dalam kerjanya alat ini, tekanan dinamik air yang ditimbulkan memungkinkan air mengalir dari tinggi vertikal (head) yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Penggunaan 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 alat ini telah banyak digunakan sebagai alat penyediaan air untuk kegiatan pertanian maupun untuk keperluan masyarakat.

Dalam operasinya, alat ini mempunyai keuntungan dibandingkan dengan jenis pompa lainnya, antara lain; tidak membutuhkan sumber tenaga tambahan, biaya operasinya murah, tidak memerlukan pelumasan, hanya mempunyai dua bagian yang bergerak sehingga memperkecil terjadinya keausan, perawatannya sederhana dan dapat bekerja dengan efesien pada kondisi yang sesuai serta dapat dibuat dengan peralatan bengkel yang sederhana.

Prinsip kerja pompa hidram adalah merupakan perubahan energi atau konversi energi dari energi kinetis aliran air menjadi tekanan dinamik dan sebagai akibatnya menimbulkan palu air (water hammer) sehingga terjadi tekanan tinggi dalam pipa. Dengan mengusahakan supaya katup limbah (waste valve) dan katup pengantar (delivery valve) terbuka dan tertutup secara bergantian, maka tekanan dinamik diteruskan sehingga tekanan inersia yang terjadi dalam pipa pemasukan memaksa air naik ke pipa pengantar 

Bagian bagian utama yang menyusun alat ini terdiri dari :

  1. Pipa pemasukan (drive pipe)
  2. Pipa pengeluaran atau pipa pengantar (delivery pipe)
  3. Katup limbah (waste valve)
  4. Katup pengantar (delivery valve)
  5. Katup udara (air valve)
  6. Ruang udara (air chamber).

Penggunaan pompa hidram dapat memberikan banyak manfaat, diantaranya:

  1. a) Untuk mengairi sawah dan ladang ataupun areal perkebunan yang membutuhkan pasokan air secara berkesinambungan. Hal ini cocok diterapka di daerah pertanian dan persawahan tadah hujan yang tidak terjangkau oleh jaringan irigasi dan terletak di tempat yang lebih tinggi daripada sumber air, karena pompa hidram dapat memompa air dari bawah ke tempat yang lebih tinggi dalam jumlah yang memadai,
  2. b) Untuk mengairi kolam dalam usaha perikanan atau tambak,
  3. c) Mampu menyediakan air pada usaha peternakan,
  4. d) Mampu memasok air untuk kebutuhan masyarakat,
  5. e) Air yang dihasilkan dapat menggerakan turbin yang berputar karena kekuatan air yang masuk dari pompa hidram, sehingga mampu menghasilkan listrik bila dihubungkan dengan generator

Bagian-Bagian Hydraulic Ram Pump

Dalam konstruksi pompa hidram, ada beberapa bagian atau komponen pada

pompa yang sangat menentukan bisa atau tidaknya pompa bekerja sesuai dengan

syarat syarat yang ada dilingkungan pemasangan pompa. Bagian bagian pompa harus memiliki akurasi yang baik agar pompa hidram dapat bekerja dengan effesiensi yang sesuai karakteristiknya

Pipa pemasukan (drive pipe)

Diameter dan panjang pipa pemasukan (drive pipe) sangat penting dalam mempengaruhi kinerja pompa hidram. Untuk mengetaui kualitas dimensi pipa pemasukan yang paling tepat digunakan untuk konstruksi pompa hidram maka dapat digunakan persamaan rasio dari panjang pipa (L) dan diameter pipa (D) yang mana Batasan perbandingan tersebut harus di antara 150 sampai 1000 dan juga rasio antara panjang pipa (L) dan supply

head (H) harus bernilai di antara 3-7.

L/D = 150 − 1000 (1)

L/H = 3 − 7

Visikositas air dan gesekan pada dinding pipa (friction) juga dipengaruhi oleh diameter pipa pemasukan dimana rasio yang hampir sama antara pipa dan volume air akan membuat visikositas air dan gesekan yang terjadi semakin membesar yang otomatis akan menurunkan kecepatan aliran air dan mereduksi effesiensi pompa hidram. Pipa pemasukan juga dapat menentukan pipa pengantar (drive pipe) dimana pada tabel 1 menunjukan perbandingan antara pipa pemasukan dan pipa pengantar sesuai penelitian yang dilakukan PTP-ITB.

 

 

 

 

Pipa pengantar (delivery pipe)

Hidram dapat memompa air pada ketinggian yang cukup tinggi. Dengan menggunakan pipa pengantar (delivery pipe) yang panjang akan menyebabkan ram harus mengatasi geseakan antara air dengan dinding pipa. Pipa pengantar dapat dibuat dari bahan apapun termasuk pipa plastik tetapi dengan syarat bahan tersebut dapat menahan tekanan dinamik air.

Katup limbah (waste valve)

Katup limbah merupakan salah satu komponen terpenting pompa hidram, oleh sebab itu katup limbah harus dirancang dengan baik sehingga berat dan gerakannya dapat disesuaikan. Katup limbah sendiri berfungsi untuk mengubah energi kinetik fluida kerja yang mengalir melalui pipa pemasukan menjadi energi tekanan dinamis fluida yang akan menaikkan fluida kerja menuju tabung udara

Katup limbah dengan beban yang berat dan panjang langkah yang cukup jauh memungkinkan fluida mengalir lebih cepat, sehingga saat katup limbah menutup, akan terjadi lonjakan tekanan yang cukup tinggi, yang dapat mengakibatkan fluida kerja terangkat menuju tabung udara. Sedangkan katup limbah dengan beban ringan dan panjang langka lebih pendek, memungkinkan terjadinya denyutan yang lebih cepat sehingga debit air yang terangkat akan lebih besar dengan lonjakan tekanan yang lebih kecil. Beberapa desain katup limbah yang sering digunakan

diantaranya:

Adapun bagian – bagian sebuah katup limbah dapat dilihat dari gambar dibawah ini:

Keterangan gambar :

1) Tangkai Katup

2) Mur Penjepit Atas

3) Karet Katup

4) Plat Katup

5) Mur Penjepit Bawah

Katup pengantar (delivery valve)

Katup pengantar (delivery valve) harus mempunyai lubang besar sehingga memungkinkan air yang dipompa memasuki ruang udara (air chamber). Katup ini dapat dibuat dengan bentuk yang sederhana yang dinamakan katup searah (non return), katup ini dibuat dari karet kaku dan bekerja seperti pada katup kerdam

Ruang udara (air chamber)

Ruang udara harus dibuat sebesar mungkin untuk memampatkan udara dan menahan tegangan tekanan (pressure pulse) dari siklus ram, memungkinkan aliran air secara tetap melalui pipa pengantar dan kehilangan tenaga karena gesekan diperkecil. Jika ruang udara penuh air, ram akan bergetar keras dan dapat mengakibatkan ruang udara pecah. Jika hal ini terjadi ram harus dihentikan degan segera. Beberapa ahli menyarankan bahwa volume ruang udara harus sama dengan volume air dalam pipa pengantar. Pada pipa pengantar yang panjang hal ini akan membutuhkan ruang udara yang terlalu besar dan untuk itu sebaiknya dirancang ruang udara dengan ukuran yang kecil.

Katup udara (air valve)

Udara yang tersimpan dalam ruang udara diisap perlahan-lahan oleh turbulensi air yang masuk melalui katup pengantar dan hilang ke dalam pipa pengantar. Udara ini harus diganti dengan udara baru melalui katup udara

Katup udara harus disesuaikan sehingga mengeluarkan semprotan air yang kecil setiap terjadi denyutan kompressi. Jika katup udara terbuka terlalu besar, maka ruang udara terisi dengan udara dan air akan memompa udara. Jika katup kurang terbuka sehingga memungkinkan masuknya udara yang cukup banyak maka hidram akan bergetar. Keadaan ini harus diperbaiki dengan memperkecil lubang udara.

Mekanisme Hydraulic Ram Pump

Air mengalir dari suatu sumber atau sebuah tangki melalui pipa pemasukan dan keluar melalui katup limbah (waste valve). Aliran air yang keluar melalui katup limbah cukup cepat, maka tekanan dinamik yang merupakan gaya ke atas mendorong katup limbah sehingga tertutup secara tiba-tiba sambal menghentikan aliran air dalam pipa pemasukan (drive pipe). Aliran air yang terhenti mengakibatkan tekanan tinggi terjadi secara tiba-tiba dalam ram, jika tekanan cukup besar akan mengatasi tekanan dalam ruang udara (air chamber) pada katup pengantar (delivery valve) dengan demikian membiarkan air mengalir ke dalam ruang udara dan seterusnya ke tangki penampungan.

Gelombang tekanan atau “hammer” dalam ram sebagian dikurangi dengan lolosnya air ke dalam ruang udara dan denyut tekanan melompat kembali ke pipa pemasukan mengakibatkan hisapan di dalam badan ram. Hal ini menyebabkan katup pengantar menutup kembali dan menghalangi mengalirnya air kembali ke dalam ram. Katup limbah turun atau terbuka dan air sumber air melalui pipa pemasukan mengalir ke luar dan siklus tadi terulang lagi. Sejumlah kecil udara masuk memalui katup udara (air valve) selama terjadi hisapan pada siklus tersebut. Air masuk ke dalam ruang udara melalup katup pengantar pada setiap gelombang air yang masuk ke dalam ruang udara. Ruang udara diperlukan untuk meratakan perubahan tekanan yang drastic dalam hidram. Udara dimampatkan dalam ruang dan secara kontinyu terjadi pergantian dengan udara baru yang masuk melalui katup udara, sebab ada sebagian udara yang telah dimampatkan bersama dengan air ke luar melalui pipa pengantar, dan selanjutnya ke tangki penampungan.

Dengan mengatur berat katup limbah dan jarak antara lubang katup dengan

lubang limbah, di harapkan hidram dapat memompa air sebanyak mungkin dan

biasanya terjadi bila siklus kira-kira 75 kali tiap menitnya. Pada diperlihatkan diagram siklus yang menunjukan satu siklus denyut tekanan dari hidram.

Periode 1. Akhir siklus yang sebelumnya, kecepatan air melalui ram mulai

bertambah, air melalui katup limbah yang sedang terbuka, timbul

tekanan negative yang kecil dalam hidraulik ram.

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 hidraulik ram. Kecepatan aliran dalam pipa pemasukan telah mencapai maksimum.

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

Periode 5. Denyut tekanan terupukul ke dalam pipa pemasukan, menyebabkan timbulnya hisapan kecil dalam hidraulik ram. Katup limbah terbuka karena hisapan tersebut dan juga karena beratnya sendiri. Air mulai mengalir lagi melalui katup limbah dan skilus hidraulik ram terulang lagi.

Karakteristik Hydraulic Ram Pump

Karakteristik dari sebuah pompa hidram yang bekerja pada keadaan dimana

jarak antara lubang dan katup limbah (waste valve) bernilai konstan, tinggi vertikal tangki pemasukan (supply head) tetap sedang tinggi pemompaan berubah-ubah. Penelitian yang telah dilakukan pada sebuah hidram ukuran kecil, dimana tinggi vertikal tangka pemasukan (supply head) adalah 1,58 m dan tinggi pemompaan (delivery head) adalah 3 m. Hasil penelitian menunjukkan betapa efektifnya penyetelan pada katup limbah terhadap kerja hidraulik ram. Data yang diperoleh

 

Mekanika Fluida

Mekanik fluida merupakan salah satu cabang tertua dari ilmu fisika dan merupakan pondasi bagi pengetahuan dan aspek lain ilmu terapan dan keteknikan

(engineering) yang memperhatikan gerakan dan keseimbangan fluida. Ilmu ini

merupakan suatu subjek yang mendasari hampir semua bidang keteknikan seperti;

mechanical engineering, civil engineering, aerospace, naval architecture, marine

engineering serta bidang-bidang lain seperti; astrophysics, biology, biomedicine,

plasma-physics. Studi mengenai seluruh aspek tingkah laku fluida kemudian dapat dibagi menjadi tiga kategori; statika fluida, kenematika fluida dan dinamika fluida. Pada kasus pertama, elemen fluida berada pada keadaan relative terhadap lainnya sehingga bebas dri tegangan geser (shear stress). Distribusi-distribusi tekanan statis dalam suatu fluida dan pada benda benda yang tenggelam didalam suatu fluida dapat ditentukan dari analisa statika. Kinematika fluida berhubungan dengan studi mengenai translasi, rotasi dan rate deformasi dari suatu partikel fluida. Analisa ini berguna dalam menentukan metode yang menggambarkan gerakan suatu partikel dan dalam menganalisa bentuk aliran. Selanjutnya, perlu untuk mengadakan Analisa dinamis bagi suatu gerakan fluida untuk menentukan efek-efek fluida tersebut beserta lingkungannya terhadap gerakan. Analisa dinamis meliputi pertimbangan terhadap gaya-gaya yang bekerja pada partikel-partikel fluida yang bergerak. Karena adanya gerakan relative dari partikel partikel, maka gaya geser menjadi penting dalam Analisa tersebut.

Jenis aliran fluida

Ada dua jenis aliran fluida; laminar dan turbulen yang pertama kali diperlihatkan oleh Osborn Reynold pada tahun 1883. Ketika suatu fluida didalam tabung tabung memperlihatkan bahwa partikel-partikel fluida bergerak mengalir

dalam keadaan sejajar dan lurus maka keadaan aliran disebut sebagai aliran laminar yang mengartikan aliran dalam keadaan stabil atau steady. Tetapi begitu kecepatan fluida dinaikan maka bentuk aliran fluida didalam tabung tabung menjadi berubah. Pertama fase fluida dalam bentuk bentuk bergelombang, kemudian pada daerah dekat entrance menjadi putus menjadi sejumlah pusaran atau vortices. Aliran tersebut dinamai sebagai aliran fluida turbulen

 

 

Efisiensi Pompa Hidram

Efisiensi pada sebuah instalasi pompa hidram ditentukan oleh berbagai faktor, baik dari dimensi atau bahan yang digunakan untuk membuat pompa hidram serta tergantung dari karakteristik instalasi pompa hidram yang berbeda pada lokasi pemasangan yang diinginkan. Untuk mengetahui efisiensi pompa hidram biasanya

dalam penelitian dapat menggunakan dua persamaan efisiensi yaitu efisiensi D’Aubuisson dan efisiensi Rankine.

  1. Menurut D’Aubuisson

Menurut D’Aubuisson, perhitungan efisiensi pompa hidram berpatokan pada katup limbah untuk digunakan sebagai datum. Efisiensi D’Aubuission dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Ƞ = q ( H + h ) / (Q + q ) H

Dimana

Ƞ = efisiensi pompa hidram (%)

q = debit hasil, (m3 /s)

Q = debit limbah, (m3 /s)

h = head keluar, (m)

H = head masuk, (m)

(Michael dan Kheepar, 1997)

Menurut Rankine

Sedangkan efisiensi menurut Rankine adalah perbandingan antara selisih tinggi tekan isap dan sisi buang yang dikali kapasitas pengisapan dengan tinggi tekan isap dikalikan kapsitas air yang dipindahkan. Efisiensi Rankine dapat dihitung mengunakan persamaan berikut :

Ƞ = qh / QH

Dimana

Ƞ = efisiensi pompa hidram (%)

q = debit hasil, (m3 /s)

Q = debit limbah, (m3 /s)

h = head keluar, (m)

H = head masuk, (m)

(Michael dan Kheepar, 1997)

 

 

 

 

SIMPULAN

Pencemaran lingkungan dan perubahan iklim global menyebabkan degradasi air bersih di seluruh dunia. Kenaikan harga minyak juga menuntut kenaikan biaya operasional pengolahan air, terutama untuk pemompaan dan pengangkatan air dari dataran rendah ke dataran tinggi. Salah satu alternatif solusi untuk menekan biaya operasional adalah dengan menggunakan Pompa Hidrolik. Pompa hidram adalah alat pengangkat air yang ditenagai oleh pengisian air Hydraulic ram pump atau bisa disebut juga sebagai pompa hidram adalah pompa yang sudah digunakan melebih se abad, yang berfungsi untuk menaikan air melebihi 100 meter. Pompa ini sederhana dan efektif digunakan pada kondisi sesuai dengan syarat-syarat yang diperlukan untuk operasinya. Dalam kerjanya alat ini, tekanan dinamik air yang ditimbulkan memungkinkan air mengalir dari tinggi vertikal (head) yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Penggunaan 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 alat ini telah banyak digunakan sebagai alat penyediaan air untuk kegiatan pertanian maupun untuk keperluan masyarakat.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here