Hid Ram

1.

JUDUL PROPOSAL PENELITIAN Optimalisasi Output Pada Pompa Hidram (Upaya Implementasi Alat Non BBM Untuk Pertanian dan Perairan Nongravitasi).

2.

LATAR BELAKANG MASALAH 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. Begitu juga dalam bidang ketahanan pangan dan perairan, dalam hal ini untuk keperluan irigasi dan drainase nongravitasi, diperlukan pompa hidram yang bekerja secara hidrolik tanpa menggunakan bahan bakar minyak (BBM). Pompa Hidram sudah diaplikasikan untuk debit kecil diantaranya untuk menaikkan air keperluan air minum dan rumah tangga. Namun penggunaan untuk irigasi dan sistem

drainase non-gravitasi yang

memerlukan debit out put yang besar belum diketahui kriteria hidrolika dan dimensi yang digunakan. Untuk itu perlu diketahui korelasi antara karakteristik hidrolika dan dimensi material dengan reaksi hasil debit tekanan dan tekanan yang dihasilkan. Disamping itu, perlu juga diteliti kemungkinan out put yang diperoleh jika pompa hidram dirangkai baik secara seri maupun pararel mengenai besar debit dan nilai efisiensi yang diperoleh. Sebagai variabel bebas penelitian ini adalah tinggi jatuh elevasi air (Hin), debit input (Qin) dan dimensi pompa. Sedang variabel dependentnya adalah tekanan hidrolik (Hout) dan debit output (Qout) yang dihasilkan. Penelitian yang akan dilakukan pada tahun pertama adalah dengan survey-survey di beberapa lokasi di Propinsi Jawa Tengah di antaranya di Wonogiri, Purworejo, Magelang dan Semarang. Data hasil survey

dikumpulkan, kemudian dianalisis untuk mendapatkan gambaran awal korelasi antara variabel yang diteliti. Diharapkan akan didapatkan korelasi antara debit input (Qin) dan debit output (Qout), kemudian korelasi antara tekanan input (Hin) dan tekanan output (Hout) serta karakteristik mengenai yang paling dominan pada pompa hidram. Berdasarkan atas kondisi lapangan yang ada dibuat rancangan pompa hidram secara detail. Rancangan alat tersebut akan direalisir dan diuji coba dengan beberapa variasi input. Untuk mendapatkan pompa yang maksimal, maka pada tahun kedua perlu diadakan variasi pompa hidram dan juga variasi varibel input. sehingga didapat korelasi antar variabel dan kondisi ideal untuk aplikasi pompa hidram di lapangan yang maksimal. Variasi alat dibuat dengan dimensi yang diperbesar. Data hasil eksperimen kemudian dianalisis berupa

korelasi

antara

variabel-variabel

bebas

dan

variabel

terikat.sehingga dapat dibuat dalam bentuk grafik dan rumus persamaan korelasi yang representatif.

3.

PERUMUSAN MASALAH Masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini antara lain : -

Bagaimana implementasi pompa hidram yang selama ini sudah ada,

dilihat dari segi karakteristik hidrolika, input dan output serta dimensi peralatannya? -

Bagaimana agar pompa hidram yang direncanakan dapat bekerja sesuai

dengan output debit dan tekanan air? -

Bagaimana rumusan korelasi antar variabel bebas berupa tinggi jatuh

air, debit input dengan output tekanan dan debit yang diperoleh? -

Bagaimana debit dan tekanan yang diperoleh jika pompa dirangkai,

baik secara seri maupun pararel? Manakah cara yang paling efektif dan efisien?

4.

TUJUAN PENELITIAN Berdasarkan permasalahan di atas, penelitian ini bertujuan untuk : -

Memperoleh data lapangan karakteristik hidrolika dan dimensi peralatannya.

-

Membuat model fisik pompa hidram dilengkapi dengan instalasi alat ukurnya.

-

Mensimulasi variabelnya untuk mendapatkan rumus korelasi variabel bebas dengan variabel terikatnya.

5.

KEGUNAAN PENELITIAN Hasil penelitian ini dapat dipergunakan sebagai : -

Publikasi dalam jurnal ilmiah mahasiswa untuk korelasi antara variabel

input dan output dari pompa hidram. -

Acuan dalam perencanaan menentukan tinggi jatuh yang tepat untuk

suatu target tinggi output yang diinginkan, juga dimensi pompa untuk menentukan output tekanan dan debit air yang diinginkan. -

Tambahan pengayaan materi hidrolika bagi mahasiswa tentang korelasi

variabel bebas tinggi jatuh air, dimensi pompa dengan tekanan dan debit output. -

Kombinasi karakteristik input hidrolik dan dimensi serta modifikasi

komponen dapat dilanjutkan untuk aplikasi pada alat.

6.

TINJAUAN PUSTAKA

6.1

Konsep 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 energi potensial sumber air yang akan dialirkan. Pompa hidram mengalirkan air secara kontinyu dengan menggunakan energi potensial sumber air yang akan dialirkan sebagai daya penggerak tanpa menggunakan sumber energi luar (Suarda, 2008). Alat Hidraulik ram (hidram) ini sederhana dan efektif digunakan pada kondisi yang 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 Hidraulik ram (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 pedesaan di Jepang, alat ini telah banyak digunakan sebagai alat penyediaan air untuk kegiatan pertanian maupun untuk keperluan domestik. Dalam operasinya, alat ini mempunyai keuntungan dibanding dengan jenis pompa lainnya, antara lain; tidak memerlukan 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 efisien pada kondisi yang sesuai serta dapat dibuat dengan peralatan bengkel yang sederhana (Hanafie, 1979). 6.2

Prinsip Kerja Prinsip kerja hidraulik ram automatic merupakan proses perubahan energy 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 pipa pemasukan (drive pipe). Pipa pengeluaran atau pipa pengantar (delivery pipe), katup limbah (waste valve), katup pengantar (delivery valve), katup udara (air valve) dan ruang udara (air chamber). 6.3

Cara Kerja Air mengalir dari suatu sumber atau sebuah tangki melalui pipa pemasukan dan keluar melalui katup limbah. Aliran air yang melalui katup limbah cukup cepat, maka tekanan dinamik yang merupakan gaya ke atas mendorong katup limbah sehingga tertutup secara tiba-tiba sambil menghentikan aliran air dalam pipa pemasukan. Aliran air yang terhenti mengakibatkan tekanan terjadi secara tiba-tiba dalam ram, jika tekanan cukup besar akan mengatasi tekanan dalam ruang udara pada katup pengantar 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 yang mengakibatkan hisapan di dalam badan aram. Hal ini menyebabkan katup pengantar menutup kembali dan menghalangi mengalirnya air kembali ke dalam ram. Katup limbah turun atau terbuka dan air dari sumber melalui pipa pemasukan mengalir ke luar dan siklus tadi terulang lagi secara terus menerus (Hanafie, 1979).

6.4

Karakteristik Hidraulik Ram Karakteristik dari sebuah hidraulik ram yang bekerja pada keadaan di mana jarak antara lubang dan katup limbah konstan, tinggi vertical tangki pemasukan (supply head) tetap sedang tinggi pemompaan berubahubah, ternyata bahwa jumlah denyutan tiap menit bertambah pada setiap penambahan tinggi pemompaan. Penelitian yang telah dilakukan pada sebuah hidraulik ram ukuran kecil, di mana tinggi vertikal tangki pemasukan (supply head) adalah 1,58 m dan tinggi pemompaan (delivery head) adalah 3,00 m. Hasil penelitian

menunjukkan betapa efektifnya penyetelan pada katup limbah terhadap kerja hidraulik ram. data yang diperoleh tentang pengaruh penyetelan katup limbah terhadap denyutan katup dan nilai efisiensi dari hidraulik ram tercantum pada Tabel 6.1(Hanafie, 1979).

Tabel 6.1 “Performance” hidraulik ram dengan jarak katup limbah yang bervariasi (menurut Addison, 1964) Jumlah denyutan tiap menit 92 110 157

6.5

Air yang terbuang /W (kg/menit) 32.0 23.6 13.0

1)

Efisiensi “Rankine”

2)

Efisiensi “D’Auburson”

Debit pemompaan/ We (kg/menit) 7.36 6.28 4.09

Effisiensi R R2) 1)

0.44 0.51 0.59

0.54 0.61 0.69

Persyaratan Penerapan Persyaratan penerapan pompa hidram yang pertama adalah tersedianya air baku yang cukup dan kontinyu, tinggi terjunan air terhadap kedudukan pompa terpenuhi, tinggi lokasi yang akan disuplai dari kedudukan pompa proporsional, kemampuan menampung air baku dari pompa hidram antara kedudukan pompa dengan daerah yang disupply (Wahyudi, 2005a). Umumnya persyaratan teknis bahan yang digunakan terdiri dari (Rochmanhadi, 2000) : 1.

Tempat penampungan sumber air

2.

Pipa galvanis untuk pemasukan air ke pompa hidram

3.

Pompa hidram

4.

Pipa galvanis untuk pengeluaran air ke bak penampungan (reservoir)

5.

Tempat bak penampungan air II

6.

Sambungan pipa (Socket, belokan, isolatif)

7.

Kran. Secara detail proses pompa hidram melewati siklus berikut ini:

•

Tangki pemasukan

•

Pipa masuk

•

Lubang katup limbah

•

Katup pembuangan

•

Katup pengantar

•

Katup udara

•

Ruang udara

•

Tinggi vertical antara lubang katup,limbah dengan lubang pengeluaran pipa pengantar

•

Tinggi vertical antara lubang permukaan air da;am tangki pemasukan dengan lubang katup limbah

•

Pipa pengantar Untuk mempermudah pemahaman bentuk dari pompa hidram,

gambar 1 mempresentasikan gambar pmpa hidram ini. Berdasarkan uraian di atas persyaratan dimensi untuk tiap-tiap komponen belum diberikan secara detail. Untuk itu hal ini perlu diteliti lebih lanjut.

Gambar 1. Contoh pompa hidram yang di operasikan di Laboratorium Hidrolika UNISSULA, Semarang

6.6

Data Variabel Yang Telah Ada Ukuran pompa dibandingkan dengan debit masuk dan debit keluar belum dapat dirumuskan secara lebih detail salah satu contohnya ada dalam tabel 6.2 (Balitbang PU,2005). Tabel 6.2.Ukuran diameter pompa denagan debit yang dapat masuk ke pompa Ukuran Pompa Inchi 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0

Q masuk

mm

Min

Maks

25,0

L /menit 7,6

L / menit 37,9

37,0

15,1

56,8

51,0

30,8

94,6

63,5

56,8

151,4

94,6

94,6

265,0

102,0

151,4

376,5

Berdasar tabel 6.2 diperoleh debit yang bisa masuk ke dalam pompa dengan variasi dimensi (ukuran) pompa. Data tinggi air jatuh inflow belum divariasi dalam penelitian ini. Berikutnya disampaikan debit masuk dikolerasikan dengan debit keluar sebagaimana data di tabel 6.3. Data tersebut masih dalam bentuk data interval dan belum dilengkapi dengan tinggi hidrolik inflow dan out flouwnya. Tabel 6.3. Contoh data diameter pompa,debit masuk dan debit keluar Diameter

Debit masuk

Debit keluar

(inci)

(L /mnt)

(L/mnt)

1

7,60-37,90

5-23

1,5

15,1-56,80

11-34

2

30,30-94,60

18-57

3

94,60-265

57-159

4

151,90-378

138-270

Antara tinggi terjunan, tinggi vertikal pemompaan dan ukuran diameter pompa hidram yang pernah diimplementasikan dipresentasikan dalam tabel 6.4. Data dalam tabel ini belum dilengkapi dengan debit inflow dan outflownya. Tabel 6.4.Contoh data tinggi terjunan vertikal,

tinggi pemompaan dan dimensi pompa Tempat Tinggi Tinggi Ukuran Terjunan Vertikal Diameter Vertikal Pemompaan Pompa Hidram

Jumlah Penduduk yang Dilayani

Desa Samida, Kec.Sela, Kab,Garut-JABAR

11 m

40 m

1,5 inci

160 KK

Desa Dasan Geria, Kec,Narmada Lombok Barat, NTB

15 M

90 m

2,5 inci

350 KK

Data-data tersebut di atas pada tabel 6.1;6.2; dan 6.3 sangat penting sebagai input awal untuk membuat korelasi antara variabel bebas dan variabel terikatnya. Data di lapangan yang berupa data sekunder tersebut perlu dilengkapi dengan data lapangan primer sebelum menentukan karakteristik hidrolik dan dimensi pompa hidram untuk pembuatan model fisiknya di laboratorium sesuai dalam prinsip (De Vriens,1997). 7.

GAMBARAN UMUM KARYA

8.

GAMBARAN LENGKAP KARYA

9.

METODE PELAKSANAAN PENELITIAN Beberapa tahapan penelitian sudah pernah dilakukan. Diantaranya : pemetaan implementasi pompa hidram di lapangan, pengumpulan data input dan output dari variabel yang diteliti. Kemudian merancang alat dan uji alatnya. Berikut ditegaskan kembali variabel penelitian, instrument penelitian,teknik pengukuran dan metoda analisisnya.

9.1

Variabel Penelitian

Variabel-variabel yang akan diteliti dalam penelitian ini dibedakan menjadi variabel bebas (independent variable) dan varibel terikat (dependent variable) (Sudjono,2002). a.

Varibel Bebas Variabel bebas (independent varibel) dalam penelitian ini adalah tinggi jatuh air dari sumber pompa hidram (Hin) dalam satuan meter (m), debit air input (Qin) dalam satuan L/dt atau m3/dt dan dimensi pompa (D) dalam satuan mm atau m. Karakteristik pompa yang lain dapat divariasi saat dilakukan eksperimen.

b.

Variabel Terikat Variabel terikat (dependent variable) dalam penelitian ini adalah tinggi hidrolik hasil (Hout) dalam satuan meter (m),dan debit hasil (Qout) dalam satuan L/dt atau m3/dt. 9.2

Instrumen Penelitian Pada tahap identifikasi variabel dalam implementasi lapangan eksisting, dipergunakan instrument pompa hidram,system inflow dan outflow yang sudah ada. Instrumen tambahan yang diperlukan adalah alat ukur debit dan tekanan air untuk inflow dan outflownya. Pelaksanaan identifikasi variabel di lapangan sudah dilakukan di beberapa lokasi yaitu Kabupaten Purworejo, Magelang, Semarang dan juga Wonogiri. Kemudian pada tahap simulasi di laboratorium pada tahun kedua dilakukan: •

Pompa hidrolik dalam beberapa dimensi dan system parallel

•

Sumber air yang berupa tampungan (reservoir) dengan ketinggian yang dapat diatur

•

Pipa inflow untuk mensimulasi debit yang masuk dalam pompa

•

Pipa outflow yang dilengkapi dengan alat ukur tekanan dan debit yang dihasilkan. Pelaksanaan simulasi akan dilakukan di Laboratorium Hidrolika

Teknik Sipil Universitas Islam Sultan Agung, Semarang. Skema dari alat dipresentasikan dalam gambar 2.

Gambar 2. Skema instrument 9.3

Teknik Pengukuran Pengukuran untuk variabel bebas meliputi beda tinggi antara sumber air dengan pompa,debit air inflow dan dimensi pompa. Beda tinggi diukur dengan peilscale atau meteran. Debit air inflow diukur dengan flowmeter. Kemudian dimensi pompa diukur dengan jangka sorong (Wahyudi,2004). Pengukuran untuk variabel terikat meliputi tekanan air debit yang dihasilkan. Tekanan air diukur dengan menggunakan pressure gauge yang juga dilengkapi piezometer. Kemudian debit air diukur dengan flowmeter (Wayudi,2002).

3.3 Teknik Analisis Setelah data diperoleh, maka sebelum dianalisis dilakukan pengolahan data untuk menjamin bahwa data yang diperoleh merupakan data yang layak,sehingga hasil analisis dapat mencerminkan interpretasi yang signifikan dengan keadaan sesungguhnya. Setelah simulasi laboratorium dengan pengukuranya, langkah-langkah pengolahan data yang dilakukan (Santoso,2000) adalah : •

Editing, yaitu proses pemeriksaan kelengkapan data eksperimen

•

Coding, yaitu proses pengkodean hasil sesuai dengan symbolsimbol yang dipergunakan.

•

Categorization, yaitu proses pengkategorian data dalam satu kelompok kategori. Proses ini dilakukan untuk mempermudah operasi komputer yang akan dijalankan.

•

Keying,yaitu proses pengetikan data pada komputer sebagai input data untuk diolah. Data yang dikumpulkan akan diolah dengan analisis regresi. Analisis regresi adalah sebuah teknik statistik untuk membuat model dan menyelidiki hubungan antara dua variabel atau lebih. Dalam persamaan linier, hubungan antara dua variabel bila digambarkan secara grafis (dengan scatter diagram ), semua nilai X ( varibel bebas ) dan Y ( varibel terikat ). Hubungan ini dapat dinyatakan dalam bentuk: Y= f ( X1,X2,X3,…..) Korelasi antara variabel bebas dan varibel terikat dapat berbentuk persamaan liniar maupun non liniar,tergantung model persamaan yang paling sesuai dan hasil regresinya menunjukan koefisien korelasi yang memadai. 3.4 Bagan Alir Penelitian

Untuk memperjelas metode penelitian yang akan dilakukan dengan mengakomodasikan lingkup penelitian,berikut ini disampaikan bagan alir penelitian :

Penentuan variabel penelitian

Identifikasi variabel dalam implementasi lapangan eksisting

Analisis dimensional variabel lapangan dan model laboratorium

T a h u n 1

Realisasi Model Laboratorium dan instalasi alat ukurnya

Simulasi dan uji validitas

Eksperimental terhadap variabel yang ditentukan pada penelitian

Analisis data didapat korelasi antara variabel bebas dan terikat

T a h u n 2

Kesimpulan dan Publikasi

10.

NAMA DAN BIODATA KETUA SERTA ANGGOTA KELOMPOK

1. Ketua Kelompok

a.

Nama lengkap

: Samsul Arifin

b.

NIM

: 02.205.2825

c.

Fakultas / Program Studi : Teknik / Teknik Sipil

d.

Perguruan Tinggi

: Universitas Islam Sultan Agung

e.

Waktu Untuk Kegiatan

: 15 jam/minggu

2.

Anggota Pelaksana I. a. Nama Lengkap

: Annas Firman

b. NIM

: 02.205.2778

c. Fakultas / Program Studi

: Teknik / Teknik Sipil

d. Perguruan Tinggi

: Universitas Islam Sultan Agung

e. Waktu untuk kegiatan

: 10 jam/minggu

a. Nama Lengkap

: Mohammad Hizkil

b. NIM

: 02.207.2897

c. Fakultas / Program Studi

: Teknik / Teknik Sipil

d. Perguruan Tinggi

: Universitas Islam Sultan Agung

e. Waktu untuk kegiatan

: 10 jam/minggu

II.

11.

NAMA DAN BIODATA DOSEN PEMBIMBING a. Nama Lengkap dan Gelar

: Dr. Ir. Slamet Imam Wahyudi, DEA

b. Golongan Pangkat dan NIK : IIIc, 210291014 c. Jabatan Fungsional

: Lektor Kepala

d. Jabatan Struktural

: Kepala Lembaga Peneitian (Lemlit) UNISSULA

12.

e. Fakultas/Program Studi

: Teknik/Sipil

f. Perguruan Tinggi

: Universitas Islam Sultan Agung

g. Bidang Keahlian

: Teknik Sipil Keairan

h. Waktu untuk Kegiatan

: 10 (jam/minggu)

RENCANA ANGGARAN BIAYA

1

Gaji dan Upah a. Ketua b. Anggota (2) c. Dosen

Rp Rp Rp

200.000,150.000,300.000,-

16 16 12

bln bln bln

Rp Rp Rp

3.200.000,4.800.000,3.600.000,Rp

2

Bahan dan peralatan a. Bahan - Kertas - Print - CD - f. copy b. Alat - Pompa Hidram - Alat Tulis

Rp RP Rp Rp

60.000,400.000, 30.000,100.000,-

2 2 2

Rim bh box ls

Rp Rp Rp Rp

120.000,800.000,60.000,100.000,-

Rp

3.500.000,-

2

set

Rp

7.000.000,-

Rp

300.000,-

Is

Rp

300.000,-

Jumlah Total

11.600.000,-

Rp 8.380.000,Rp 19.980.000,(Sembilan belas juta sembilan ratus delapan puluh ribu rupiah)

13.

DAFTAR PUSTAKA

14.

LAMPIRAN