Konferensi Nasional Teknik Sipil 13 Banda Aceh, 19-20 September 2019

STUDI AWAL PENGGUNAAN POMPA VAKUM-HIDRAM DALAM MENGATASI

KEKURANGAN AIR PADA LAHAN PERBUKITAN

Maimun Rizalihadi 1, Mahmuddin2 dan Ziana3

1,2,3,4 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Syiah Kuala, Jl. Syech Abdul Rauf 7 Darussalam-Banda Aceh

Email:dilamalia@hotmail.com

ABSTRAK

Secara umum daerah pedesaan di Aceh Besar memiliki sumber air dari tampungan alami. Namun

permasalahannya adalah masyarakat tidak mampu mengekspoitasi sumber daya air yang tersedia,

sehingga banyak lahan potensial pertanian tidak dapat dimanfaatkan secara optimal dan bahkan

menjadi lahan tidur, mengakibatkan produksi hasil pertanin dan perkebunan menurun. Selama ini

sebahagian masyarakat menggunakan pompa air yang digerakkan oleh listrik atau bahan bakar, namun

memerlukan biaya operasi dan perawatan yang sangat tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk

merancang bangun pompa vachydram (vacum hydraulic ram) tanpa bahan bakar dan listrik, dan

sebagai studi awal mengkaji pengaruh ukuran dan tinggi aliran terhadap debit output dari pompa.

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan rancang bangun pompa Vachydram dengan dengan 3

jenis ukuran pompa hidram yaitu; 1/2, 3/4 dan 1”. Pipa pembawa dipasang dengan diameter ½” di

mana outletnya ditempatkan pada elevasi 2, 3 dan 4 meter di atas elevasi pompa. Pompa vakum dibuat

dari drum kapasitas 200 liter dengan diameter pipa hisap 1” dan pipa outlet 2”. Analisis debit

dilakukan dengan volumetrik per menit pada setiap variasi ukuran dan tinggi oulet aliran. Hasil

pengujian menunjukkan bahwa pompa vachydram dapat bekerja dengan baik, dengan debit input 14

liter/menit dan beda tinggi pompa dengan muka air sumber 1,2 meter, dapat menghasilkan debit

output sebesar 0,60-2,25 liter/menit pada ketinggian 2-4 meter. Semakin besar ukuran pompa semakin

besar debit output dan ketinggian aliran walaupun efesiensi yang diperoleh 6-13%. Kajian lanjutan

perlu dilakukan untuk meningkatkan efesiensi dalam mengimplementasikan pompa Vachydram secara

berkelanjutan untuk mengatasi permasalahan ketersediaan air, sehingga dapat mendukung

produktivitas masyarakat dalam rangka ketahanan pangan nasional, dan kesejahteraan masyarakat

secara keseluruhan.

Kata kunci: sumber air, lahan pertanian, pompa hidram, vakum, vachydram

1. PENDAHULUAN

Ketahanan pangan merupakan kondisi terpenuhinya pangan bagi setiap masyarakat yang tecermin dari tersedianya

pangan yang cukup, baik jumlah maupun mutunya, aman, merata, terjangkau, dan berbasis pada keragaman sumber

daya lokal. Kondisi tersebut merupakan pendefinisian dalam Undang-Undang No 18 Tahun 2012 tentang Pangan.

Indikator yang berpengaruh pada akses pangan dapat dikelompokkan menjadi tiga aspek yaitu: a) Aspek ekonomi

(pendapatan, harga pangan dan non pangan, kesempatan kerja); b) Aspek fisik (sarana dan prasarana perhubungan,

infrastruktur daerah, produksi pangan); dan c) Aspek sosial (preferensi terhadap makanan, pendidikan,

konflik/perang, gotong royong, bantuan pangan) (PKP, 2012). Mengacu pada undang-undang tersebut, maka air dan

prasara air adalah salah satu factor yang mendukung ketahanan pangan.

Banyak daerah-daerah di pedesaan Indonesia, secara khusus di Aceh banyak tersedia sumber air permukaan, baik

dari sungai, danau atau tampungan alami. Namun kenyataan menunjukkan bahwa masih banyak daerah di pedesaan

yang masih mengalami kesulitan dalam penyediaan air, baik untuk kebutuhan rumah tangga maupun untuk kegiatan

pertanian. Sehingga produksi pertanian dan perkebunan pada daerah tersebut tidak dapat dimaksimalkan yang

berdampak pada ketahan pangan masyarakat. Sebagai contoh adalah Kabupaten Aceh Besar, menurut data Badan

Pusat Statistik (BPS Aceh, 2016) masih ada 16,88% masyarakat Aceh Besar berada di bawah kemiskinan. Angka

tersebut menunjukkan tingkat kemiskinan di Aceh Besar masih tinggi, meskipun daerah tersebut mempunyai

sumber daya alam (SDA) yang sangat kaya, khususnya industri pertanian.

Secara umum daerah ini mempunyai topografi yang bergelombang, ada bagian dataran dan ada bukit-bukit kecil

dengan elevasi berkisar antara 10-150 m dpl laut. Selanjutnya karena topografi yang demikian maka banyak terdapat

daerah cekungan yang menjadi genangan alami yang berpotensi sebagai sumber air pertanian, seperti terlihat pada

Gambar 1.

Gambar 1. Sumber air genangan alami (Paya) di Aceh Besar, (Google Earth, 2018).

Permasalahan yang dialami masyarakat desa adalah ketidakmampuan dari masyarakat mengekspoitasi sumber daya

air yang ada mengingat lokasi sumber air yang terlalu jauh atau elevasi sumber air yang terlalu rendah di bawah

lahan pertanian. Selama ini untuk mengatasi keadaan tersebut, masyarakat dan petani menggunakan pompa air

yaang digerakkan oleh tenaga listrik atau bahan bakar untuk meyediakan kebutuhan air dari sumber air tersebut.

Namun penggunaan jenis pompa tersebut terbatas pada masyarakat yang mempunyai tingkat ekonomi yang lebih

baik, atau dapat dikatakan banyak masyarakat pedesaan yang belum dapat memilikinya. Hal ini disebabkan karena

kemampuan daya beli masyarakat desa masih terbatas, disamping biaya operasi dan perawatan yang tinggi setiap

penggunaan suatu unit pompa–pompa bermesin tersebut yang terlalu tinggi.

Untuk menanggulangi masalah penyediaan air baik untuk kehidupan maupun untuk kegiatan pertanian, peternakan

dan perikanan khususnya di daerah pedesaan, para ahli mencari alternatif solusi dalam menangami permasalahan

tersebut. (krol, 1951), (Molyneux, 1960), (Watt, 1982) dan (Teye, 1998) telah membuat dan menggunakan jenis

pompa yang tidak menggunakan bahan bakar atau listrik untuk mengalirkan air dari sumber air. Pompa yang

digunakan disebut Hydraulic Ram Pump, di mana energi utamanya berasal dari energi kinetik yang dihasilkan oleh

aliran air. Sementara (Jeffery, 1992) telah menyusun cara membuat pompa hidram.

Pompa hidram bekerja tanpa menggunakan bahan bakar atau listrik. Pompa ini hanya memanfaatkan tenaga aliran

air yang jatuh dari tempat suatu sumber air yang mengalir dan sebagian dari air itu dipompakan ke tempat yang

lebih tinggi. Pada berbagai situasi, penggunaan pompa hidram memiliki banyak keuntungan dibandingkan

penggunaan jenis pompa air lainnya, diantaranya, tidak membutuhkan bahan bakar, tidak membutuhkan pelumasan,

bentuknya sangat sederhana, dan biaya pembuatannya serta pemeliharaannya sangat murah dan tidak membutuhkan

keterampilan teknik tinggi untuk merakit dan memasangnya (Arie, 2006). Selain itu pompa ini mampu bekerja

selama dua puluh empat jam per hari. Jadi pompa hidram sangat tepat untuk daerah-daerah yang mempunyai

sumber air yang mengalir seperti sungai, anak sungai atau alur. Di samping itu masyarakat mudah merakit tanpa

keterampilan teknis yang tinggi dan pemeliharaan sederhana.

Jenis pompa lainnya yang sudah digunakan di Indonesia atau negara lainnya adalah jenis pompa sistem vakum atau

disebut pompa air gravitasi. Pompa ini menggunakan tenaga hisap yang dihasilkan dari tabung utama pompa yang

harus kedap udara. Pompa ini dapat mengalirkan sumber air permukaan yang menggenang dari suatu genangan

alami atau rawa-rawa. Pompa vakum merupakan suatu kondisi dari udara/gas sekitar lingkungan tertentu di mana

tekanan udara di bawah tekanan atmosfir. Untuk menghasilkan vakum perlu untuk mengeluarkan udara dari sistem,

ini merupakan prinsip dasar dari cara kerja agar drum yang digunakan menjadi vakum (Muchtar, 2011) dan (Paijo,

2007).

Penggunaan ke dua jenis pompa di atas mempunyai kelebihan dan kelemahan. Kedua pompa ini sama-sama tidak

membutuhkan listrik atau bahan bakar dalam menjalankannya pembuatannya mudah dan murah perawatannya.

Namun Pompa hidram hanya bisa dijalankan bila sumber air yang ada dapat menghasilkan tenaga kinetik, jadi

sumber airnya harus mengalir. Sehingga dari energi ini dapat membangkitkan energi mekanik pompa yang bisa

dimanfaatkan untuk menaikkan air dengan elevasi tertentu. Sementara pompa vakum dapat mengalirkan air

genangan walaupun air tersebut dalam kondisi tidak mengalir, namun pompa ini tidak dapat menaikkan air ke

tempat yang mempunyia ketinggian tertentu.

Mengingat kelebihan dan kekurangan dari dua pompa itu, maka perlu dicari dan dikembangkan suatu model pompa,

menggunakan teknologi tepat guna, efisien, dan ekonomis sehingga dalam pengoperasiannya tidak bergantung pada

tenaga listrik atau bahan bakar. Salah metode rancang bangun pompa yang dapat digunakan pada begagai kondisi

sumber air yang ada. Salah satu teknologi pengairan yang akan dikembangkan adalah dengan mengkombinasikan

kedua pompa vakum dan hidram yang akan diberi nama dengan pompa Vachydram (Vacuum hydraulic ram).

Pompa Vachydram adalah pompa yang dirancang dengan mengkombinasikan kelebihan dari kedua pompa vakum

dan hidram terbut di atas. Prinsip kerjanya adalah air yang ada di sumber air genangan yang tidak mempunyai

energi kinetik dihisap oleh pompa vakum. Sumber air yang tadinya diam dapat dialirkan oleh pompa vakum,

sehingga dapat menghasilkan energi kinetik menghasilkan energi kinetik yang menjadi sumber penggerak dari

pompa hidram. Energi kinetik yang masuk ke dalam pompa hidram, dapat diubah oleh pompa hidram menjadi

energi mekanik yang dapat memompa dan mengalirkan air ke suatu elevasi tertentu. Sehingga lahan pertanian atau

perkebunan atau untuk kebutuhan lain dapat dialirkan air. Pompa sejenis sudah pernah dipublikasikan oleh Zakir

(2018) dengan mengkaji jumlah debit pada setiap penambahan waktu, namun tidak ada informasi ketinggian

pengaliran, sehingga perlu pengembangan lebih lanjut.

Penelitian ini bertujuan untuk merancang bangun pompa vachydram (vacum hydraulic ram) tanpa bahan bakar dan

listrik, dan sebagai studi awal mengkaji pengaruh ukuran dan tinggi aliran terhadap debit output dari pompa, yang

diharapkan dapat bermanfaat bagi masyarakat pedesaan dalam mengatasi masalah penyediaan air untuk lahan

pertanian yang lebih tinggi dari sumber air.

2. DASAR TEORI

Pompa vakum

Pompa vakum atau juga disebut sebagai pompa air tenaga gravitasi yang bisa memompa air dari genangan tanpa

memerlukan bahan bakar maupun listrik tentu menjadi impian semua orang. Sudah banyak pula para peneliti yang

menggambar desain serta membuat prototypenya baik berupa miniatur maupun dalam skala penuh. Namun banyak

pembatannya yang mengalami kegagalan. Air yang diharapkan tidak dapat tertarik oleh pompa vakum, karena beda

elevasi sumber air dengan tujuan aliran terlalu tinggi. Air yang berasal dari sumber baru bias mengalir bila elevasi

lahan lebih rendah dari sumber air, agar air dapat mengalir secara gravitasi ke tempat yang lebih rendah. Fungsi

drum vakum disini adalah untuk membantu menghisap air agar dapat mengalir.

Untuk itu konsep dasar pengaliran yang harus dilakukan oleh peneliti adalah seperti yang diuraikan oleh Paijo

(2018). Dia menjelaskan secara detail seperti yang diuraikan pada Gambar 2 dan 3. Gambar 2 menjelaskan tentang

ketidak mampuan pompa untuk mengalirkan air ke ttik C, karena beda elevasi AB (h1) lebih besar dari beda elevasi

BC (h2). Agar dari titik A dapat mengalirkan air ketitik C maka beda elevasi BC (h2) harus lebih besar dari beda

elevasi AB (h1) seperti pada Gambar 3. Konsep ini diharapkan dapat memperbaiki kekeliriun selama ini dalam

pengoperasian pompa vakum.

Gambar 2. Sumber air lebih rendah dari tampungan Gambar 3. Sumber air lebih tinggi dari tampungan .

Analisa teori pompa air tenaga gravitasi

Paijo, (2007) menguraikan dasar teori yang berlaku pada pompa air tenaga gravitasi secara mekanika fluida yaitu:

berdasarkan Gambar 1 diperoleh tekanan hidrostatik pada ujung titik A adalah

PA = gh1 (1)

Pada titik C adalah

PC = gh2 (2)

Selanjutnya tekanan dari titik A ke B adalah

PA-B = Patm - gh1 (3)

Dan tekanan dari titik B ke C adalah

PB-C = Patm - gh2 (4)

dimana: = massa jenis air (1000 kg/m3); g = gravitasi (9,81 m/det2); h1 = beda tinggi antara titik A ke B; h2 = beda

tinggi antara titik B ke C dan Patm = tekanan atmosfir udara (mb).

Syarat untuk dapat mengalirkan air adalah tekanan pada titik awal harus lebih tinggi dari titik akhir, yang dapat

diuraikan sebagai berikut PA>PB dengan mengkombinasikan persamaa 3 dan 4 maka dapat ditulis sebagai berikut;

Patm - gh1 > Patm - gh2 (5)

Sehingga dapat diperoleh

- gh1 > - gh2 atau h1 < h2 (6)

Karena h1 < h2 maka air tidak dapat mengalir ke ujung akhir aliran, atau berdasarkan Gambar 1, maka air tidak dapat

mengalir dari titik A ke titik C. Berdasarkan analisa tersebut selama elevasi sumber air lebih rendah dari lahan yang

ada maka air tidak dapat mengalir dengan menggunakan pompa air gravitasi. Oleh karena itu pelu dibuat suatu

kondisi agar elevasi sumber air harus lebih tinggi dari lahan yang akan di alirkan, seperti yang tergambarkan pada

Gambar 2.

Pompa hydram

Pompa Hydraulic ram (Hydram) adalah pompa air dijalankan dengan tenaga air itu sendiri. Bekerja seperti

transformator hidrolik dimana air yang masuk kedalam pompa, yang mempunyai tekanan (hydraulic head) dan debit

tertentu, menghasilkan air dengan hydraulic head yang lebih tinggi namun dengan debit yang lebih kecil.

Pompa ini memanfaatkan “Water hammer effect” untuk menghasilkan tekanan yang memungkinkan sebagian dari

air yang masuk memberi tenaga kepada pompa, diangkat ke titik lebih tinggi dibandingkan head awal dari air

tersebut.

John Whitehurst, seorang warga inggris adalah penemu pertama pompa hidram pada tahun 1771. Kemudian seorang

warga perancis bernama B. Montgolfier menambahkan katup yang membuat pompa bisa aktif sendiri. Pada tahun

1809, paten pertama amerika untuk pompa hydram dikeluarkan bagi J. Cerneau and S. S. Hallet di New York. Dan

semenjak tahun 1800-an pompa hydram telah menyebar luas di dunia ke Indonesia dan bahkan di Aceh sendiri juga

sudah menggunakan pompa hydram di beberapa daerah perbukitan.

Pompa Hydram ini sangai sesuai untuk digunakan di daerah terpencil, dimana terdapat sumber air yang mempunyai

head rendah, serta diperlukan memompa air kelokasi pemukiman yang mempunyai elevasi lebih tinggi dari sumber

air tersebut. Pada kondisi seperti inilah pompa hydram menjadi sangat bermanfaat sekali, karena pompa ini tidak

membutuhkan sumber daya lain selain energi kinetik dari air yang mengalir itu sendiri.

Faktor-faktor yang berpengaruh

Untuk menjalankan pompa hidram ada beberapa factor yang sangat diperlukan agar penggunaan pompa dapat lebih

efesien. Gambaran kondisi lapangan yang menjadi faktor utama perencanaan pompa hidram tergambar pada Gambar

4 (Lya, 2014). Adapun faktor-faktor yang perlu perhatian antara lain:

a. Sumber air

Sumber air yang digunakan untuk menggerakkan pompa hidram berasal dari, sungai, danau, waduk, artesis

atu dari genangan air. Sumber air yang digunakan secara kualitas dan kuantitas harus dapat dipenuhi.

Sumber air yang tersedia harus secara kontinyu meskipun pada musim kemarau.

b. Elevasi sumber air

Untuk menggerakkan pompa hidram diperlukan ketinggian tertentu biasanya minimal 100 cm, sehingga

diharapkan dapat menghasilkan debit minimal 30 liter per menit. Secara umum elvasi ini dimaksudkan

untuk mendapatkan data ketinggian lokasi yang antara lain: beda tingg antara letak sumber air dengan

rencana letak pompa dan daerah layanan; jarak antara sumber air ke penenpatan pompa dan daerah layanan

Gambar 4. Faktor-faktor pendukung kondisi lapangan dalam perencanaan pompa hidram, (Lya, 2014)

c. Daerah layanan

Lokasi penempatan pompa hidram dan bak penampung harus tepat yang bergantung pada jumlah

penduduk, dan luas layanan baik untuk masyarakat maupun untuk pertanian. Lokasi penempatan juga harus

aman dari banjir, longsor, erosi dan Iain-Iain.

Rangkaian dan bagian utama pompa hidram

Prinsip kerja pompa hidram otomatis merupakan suatu proses perubahan energi kinetis aliran air rneajadi tekanan

yang dinamik, sebagai akibatnya menimbulkan pukulan air (water hammer) sehingga terjadi tekanan tinggi dalam

pompa, rnaka dari tekanan dinamik diteruskan sehingga tekanan enersia yang terjadi dalam pipa pemasukan

memaksa air naik ke pipa penghantar, (Silver, 1977). Untuk menjalankan pompa hidram sesuai dengan prinsip

kerjanya, Silver (1977) merangkai bagian-bagian utama dari pompa hidram, yang secara jelas dapat dilihat pada

Gambar 5 dan 6.

Gambar 5. Rangkaian pompa hidram Gambar 6. Bagian utama pompa hidram

Keterangan; A) Tangki pemasukan, B) Pipa pemasukan, C) Lobang katup limbah, D) Pemberat katup limbah, E)

Katup limbah, F) Tangkai katup limbah, G) Katup udara, I) Katup penghantar, J) Ruang udara, K) Pipa pengantar,

L) Lobang pengeluaran pipa pengantar, H) Tinggi vertikal pipa pengantar, h) Tinggi vertikal pipa pemasukan, W1)

Debit air terbuang di katup limbah dan W2= Debit pompa. Sedangkan bagian-bagian utama dari unit pompa hidram

dapat dilihat pada Gambar 6 adalah sebagai berikut: 1) pipa pemasukan, 2) katup limbah, 3) katup penghantar, 4)

tabung udara, 5) pipa pengeluaran, 6) ventil udara, 7) kran pemasukan, 8) kran pengeluaran dan 9) dudukan pipa.

Cara Kerja Pompa Hidram

Perlu diingat bahwa air dalam jumlah sedikit tetapi dijatuhkan dari ketinggian yang besar mampu mengalirkan air

sebanyak air dalam jumlah besar tetapi dijatuhkan dari ketinggian yang kecil sesuai dengan persamaan

kesetimbangan energi. Semakin tinggi head penyaluran, akan semakin sedikit air yang dipompakan. Pompa hydram

bekerja dalam suatu siklus pemompaan yang didasarkan pada posisi katup impulsnya (impulse valve). Siklus kerja

pompa hydram terbagi dalam empat periode seperti Gambar 7 Taye, 1998), yaitu:

Gambar 7. Siklus kerja pompa hydram

1. Accelaration (Akselerasi). Pada tahap ini, air pada pipa suplai mulai mengalir dengan cepat. Dan sebagian air

keluar melalui katup buang. Semakin lama tekanan air terus membesar, hingga sampai pada saat dimana tekanan air

mulai melebihi berat katup buang, sehingga katup buang mulai terangkat karena gaya dorong air.

2. Compression (Kompresi). Pada tahap kompresi, tekanan air telah menyebabkan katup buang menutup secara

sempurna, sehingga aliran air tidak dapat mengalir melalui katup buang. Akibatnya, air hanya mampu mengalir

kearah tabung udara. Air terus mengalir, menekan udara di dalam tabung, hingga saat dimana gaya dorong air tidak

lagi mampu menekan udara di dalam tabung. Pada saat itu, air disekitar pompa tiba-tiba berhenti. Partikel air tidak

mampu lagi bergerak, baik melalui katup impuls, atau melalui tabung udara. Bersamaan dengan itu, partikel air di

2

11

2 H

rQHQ

pipa suplai masih terus mengalir dengan cepat, sehingga terjadilah tumbukan antara partikel air yang tiba tiba

terhenti dengan partikel air dalam pipa suplai yang masih bergerak cepat. Proses tabrakan itu menghasilkan

hentakan yang kembali menekan udara sehingga udara dalam tabung kembali terkompresi.

3. Delivery (Penyaluran). Sesaat setelah terjadinya hentakan, udara akan menekan balik air didalam tabung, mirip

seperti pegas. Air yang telah masuk kedalam tabung udara tak bisa lagi balik ke katup buang dan pipa suplai, karena

adanya katup searah. Akibatnya, tekanan balik itu akan mendorong air mengalir masuk ke pipa penyaluran (delivery

pipe).

4. Recoil (Pembalikan). Pada tahap ini, tekanan air mulai berkurang. Air mengalir yang telah kehilangan gaya

dorongitu akan mengalir balik ke arah pipa suplai. Bersamaan dengan itu, katup buang mulai terbuka kembali

karena adanya gaya berat dari katup impuls tersebut.

Rancangan Pompa Hidram

Setelah diperoleh data lokasi tentang debit sumber air, perbedaan ketinggian dan daerah pelayanan, maka kita

dapat menghitung sebagai berikut, (Lya, 2014):

(7)

dimana; Q1 = debit sumber air yang masuk ke Pompa, Q2 = Volume air yang dihasilkan pompa (liter/menit), H1 =

beda tinggi jatuh vertical sumber air dengan pompa (m), H2 = ketinggian lokasi bak tampungan, r = rendemen atau

efisiensi (bernilai antara 0,5 – 0,6).

Kinerja (Performance) Hidram dapat dilihat seberapa besar debit yang keluar bia dibandingkan dengan debit yang

masuk atau dapat dikatakan efisiensi dari suatu pompa, besar efisiensi dari pompa dapat diestimasi dengan

persamaan berikut ini.

(8)

Dimana; efisiensi (%), Qin = debit yang masuk (liter/menit) dan Qout = debit yan keluar (liter/menit).

Standar Puskim berdasarkan Watt, (1974) menyusun besaran debit dan ukuran pompa seperti yang tercantum

pada Tabel 1 di bawah ini.

Tabel 1. Kapasitas berdasarkan ukuran pompa hidram Ukuran hidram 1 2 3 4 5 6

Diameter dalam mm 32 38 51 76 101 127

Inci 1¼ 1½ 2 3 4 5

Debit pompa dari 7 12 27 68 132 180

(Qs). (L/menit) ke x) 16 25 55 137 270 410

Sementara menurut Silver, (1977) jumlah maksimum dan minimum debit pemasukan yang harus tersedia disusun

dalam Tabel 2. Berikut ini.

Tabel 2. Besaran maksimum dan minimum debit pemasukan yang harus tersedia

Badan Pompa Pemasukan

minimum

Pemasukan

Maksimum

(inci) (mm) (L/menit) (L/menit)

1,00 25 7,6 37,9

1,50 37 17,1 56,8

2,00 51 30,3 94,6

2,50 63,5 56,8 151,4

3,00 76 94,6 265

4,00 102 151,4 378,5

3. METODOLOGI PENELITIAN

Rancang bangun Model pompa vachydram

Penelitian ini dilakukan dengan merancang model pompa vachydram yang merupakan gabungan antara pompa

vacuum dan hydram, seperti pada Gambar 8. Pompa vakum berfungsi untuk mengisap air dari sumber air yang diam

menjadi aliran yang dengan dit tertentu, sehingga aliran yang dihasilkan menjadi energi kinetik yang menggerakkan

pompa hidram untuk dapat menaikkan air dengan ketinggian tertentu. Rancangan model pompa ini dibagi atas 3

bagian utama, yaitu; A) rancangan model pompa vakum, B) rancann model pompa hidram dan C) pengukur output

pompa.

Rangkaian, bahan dan alat pompa vachydram

Rangkaian, bahan dan alat yang digunakan pompa vachydram secara jelas pada penomoran rangkiannya. Sumber air

dipasang dari container kapasitas 110 liter (no. 1), pipa hisap dari pipa PVC ” (no. 2) dengan ujung pipa

disambung dengan katup kaki PVC ” (no. 3). Pada bagian kiri-kanan atas drum (no. 8) dipasang pipa ” yang

dilengkapi dengan kran PVC ” (no. 4) dan reduser PVC ” (no. 5). Pada bagian kiri bawah dipasang pipa

PVC ” (no. 6) yang dilengkapi dengan kran PVC ” (no. 7) dan ujungnya dihubungkan dengan pipa output

pompa vakum ” (no. 9). Inilah rangkaian dan bahan yang digunakan untuk pompa vakum (bagian A). Output

pompa vakum (no. 9) menjadi input pada pompa hidram (bagian B).

Gambar 8. Model rancang bangun pompa vachydram

Selanjutnya pompa hidram yang dirancang terdiri atas 3 ukuran, yaitu; dan ”. Untuk menghubungkan

digunakan union PVC dan 1” (no. 10) yang dihubungkan dengan bagian utama pompa hidram, yaitu katup

limbah kuningan , ¾ dan 1” (no.11), lalu dihubungkan dengan katup penghantar kuningan , 3/4 dan 1”

(no. 12). Katup penghantar dihubungkan ke tabung udara yang dibuat dari PVC dan 3” (no. 17) yang dilengkapi

dengan Samsungan T (no 13), reduser ”, dan ” (n0. 15) serta penutup dari PVC , dan 3” (no. 18).

Ujung tabung udara dihubungkan dengan pengukur tekanan (no. 14) dan kran PVC , 3/4 dan 1” dan di akhiri

dengan union ke pipa output (no.19). Rangkaian, bahan dan alat tersebut di atas merupakan rangkaian pompa

hidram (bagian B). Terakhir bagian C adalah papan pengukur ketinggian aliran dan pengukur debit out put dari

pompa vachydram (n0. 20 dan 21), dengan variasi ketinggian 1, 2 dan 3 meter dari muka air di sumber air. Inilah

rangkaian, bahan dan alat yang digunakan dalam rancang bangun model pompa vachydram.

Prosedur pengoperasian pompa vachydram

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan sebelum proses running dilakukan, yaitu pastikan bahwa drum serta sambungan tidak mengalami kebicoran. Mengingat pompa vakum harus bebas dari kebocoran untuk menjaga tekanan dalam pompa tidak sama dengan tekanan udara luar (atmosfir). Sama halna dengan pompa hidram, tabung udara dan sambungannya harus bebas dari kebocoran, agar pompa hidram dapat memberi tekan maksimal untuk memompa air. Adapun langkah yang harus dilakukan dalam mengoperasi pompa vachydra adalah;

a. Set rangkaian pompa hidram terlebih dahulu sebelum dihubungkan ke pompa hidram, atur ketinggian muka air di container sumber air, pada pengujian ini ditetapkan 120 cm dari ketinggian pompa hidram, sementara ketinggian drum adalah bagian bawah 105 cm dan bagian atas 165 cm.

b. Pastikan kran no 4 terbuka, lalu isi drum dengan air hingga penuh dengan selang melalui inlet pada no. 5 terlihat melimpah air dengan stabil, tanpa terlihat gelembung udara

b. Setelah penuh air di dalam drum semua kran pada no. 4 ditutup, lalu buka stop kran no. 7, sehingga air

mengalir kepipa no. 9.

c. Perhatikan tinggi air pada sumber air di dalam kontainer no.1, bila terjadi perubahan ketinggian berarti pompa

vakum berjalan dengan baik, dan bila sebaliknya stop berarti ada bagian yang menalami kebocoran lalu

periksa dan perbaiki yang mengalami kebocoran sebelum melanjutkan running.

d. Sebelum dihubungkan ke pompa hidram, ukur debit yang keluar dari pipa out pompa vakum untuk melihat

kesesuaian debit dengan pompa hidram, agar pompa hidram dapat bekerja dengan baik.

21

. 20

5

5

4 4

19 . 2

k

1

18 6 8

17 7

9

16 14 15 . 11

8

10 13 12 10

A

v

c

v

v

v

v

1

3

C

B

165 cm 120 cm

e. Debit aliran diukur dengan metode volumetrik, dengan mengukur volume tampungan selama 1 menit,

sehingga debit output dalam liter/menit dapat diketahui.

f. Bila debit sudah memenuhi, lalu sambungkan pipa output pompa vakum dengan union ke pompa hidram, lalu

amati pompa hidram, bila katup limbah masih tertutup akibat aliran, berarti pompa hidram sudah bekerja, dan

bila airnya keluar dari katup berarti tekanan yang masuk sangat lemah, kemungkinan debit yang terlalu kecil

atau perlu menaikkan muka air di sumber air.

g. Bila pompa hidram sudah bekerja, meskipun katup limbah tertutup, maka colok katup limbah dengan tangan

hingga air memancar keluar, kemudian biarkan lagi dan perhatikan bila masih belum bekerja lanjutkan

mencolok kembali katup limbah sampai katup limbah tersebut mengalami gerakan tutup buka.

h. Bila katup limbah sudah mengalami tutup buka secara kontinyu, biarkan selama 1 menit, lalu matikan dan

amati tekanan yang terjadi pada pengukur tekanan. Pengukuran tekan dapat memberi gambaran ketinggian air

yang mampu dinaikkan oleh pompa hidram, misalkan 10 psi dapat menaikkan air setinggi sekitar 7 meter.

i. Buka kembali kran input agra air masuk kembali ke pompa hidram, ulangi point (g) hingga pompa hidram

bekerja tutup buka secara kintinyu.

j. Buka kran no. 16, perhatikan pergerakan air yang naik secara perlahan-lahan hingga ketinggian yang

dinginkan. Ukur volume air yang keluar melalui pipa no. 19 dan mengisi wadah tampungan no. 20 yang

dilekatkan pada papan no. 21 selama 1 menit. Lalu hitung debit yang dihasilkan oleh pompa hidram. Maka

selesai proses running menggunakan pompa vachydram.

k. Lakukan pengulangan hingga pengukuran selesai.

Pengukuran dan analisis Data

Running dilakukan pada ketiga variasi ukuran pompa hidram yaitu; dan ”. Pengukuran debit dilakukan

pada variasi ketinggian ketinggian 200, 300 dan 400 cm dari pompa hidram. Seri rancangan percobaan yang

dilakukan dengan tiga kali pengulangan dan hasilnya pengukuran diolah dengan menggunakan software excel untuk

mendapatkan pengaruh ukuran pompa dan ketinggian out terhadap debit aliran output dari pompa.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dan pembahasan meliputi analisa debit output berdasarkan tinggi muka air di sumber air dan diameter pipa

hantar (delivery pipe) dan analisa hubungan antara ukuran pompa dan ketinggian pancaran air terhadap debit output

aliran.

Analisa debit output pompa vakum

Pngukuran debit dilakukan sebanyak 5 kali dengan variasi ketinggian muka air di sumber air dan diameter pipa

hantar. Ketinggian muka air di sumber air di set setinggi 80 dan 120 cm, dengan ukuran pipa output disesuaikan

denganukuran pompa hidram yaitu 1/2 , 3/4 dan 1 inch. Hasil pengukuran dapat dilihat pada gambar 9, dimana

besaran debit out cenderung naik dengan peningkatan diameter pipa hantar.

Gambar 9. Hubungan tinggi muka air dan diameter pipa hantar

Hasil juga menunjukkan bahwa debit output juga meningkat dengan meningkatnya ketinggian muka air di sumber

air. Debit output pompa vakum yang dihasilkan antara 14-22 l/menit. Menurut Silver (1977), untuk menjalankan

pompa hidram diperlukan debit minimum 7,5 l/menit dan maksimum 37,9 l/menit, (lihat Tabel 2 di atas). Jadi

pompa vakum sangat layak untuk difungsikan untuk menggerakkan pompa hidram mengingat debit yang dihasilkan

berada diantara standar yang ada, atau dengan kata lain rancang bangun pompa vachydram dapat digunakan.

Analisa ukuran pompa terhadap debit dan ketinggian output aliran

Hasil pengukuran debit output pada setiap ketinggian output aliran dengan 3 kali seri percobaan diperoleh hasil rata-

rata seperti yang tercantum pada Tabel 3. Harga debit output berkisar antara 0,60-2,25 l/menit. Bila dihitung dengan

menggunakan Rumus 7, dimana beda elevasi antara tinggi sumber muka air dengan pompa hidram (H1=1,20 m),

tinggi elevasi output aliran (H1=3,0 m), debit input (Qi=14 l/menit) dan rendemen (r=0,5), maka diperoleh debit

output aliran sebesar 2,8 l/menit. Nilai estimasi ini masih jauh lebih besar dari hasil pengukuran. Ini disebabkan

karena nilai rendemen yang diambil terlalu tinggi bila dibandingkandengan efesiensi yang dihasilkan dari aliran

pompa berkisar antara 6-13% lebih kecil dari 0,5. Perbedaan in perlu dikaji ulang untuk menyesuaikan kembali nilai

rendemen yang ditetapkan secara teori sebesar 0,5-0,6. Perlu kajian kehilangan air yang terjadi sewaktu masuk ke

tubuh pompa hidram, air buangan pada katup limbah dan kehilangan di pipa hantar (delivery pipe) dan kehilangan

lainnya.

Tabel 3. Hasil pengukuran debit untuk variasi ukuran pompa dan ketinggian output aliran

Ukuran pompa

Debit output (liter/ menit)

Ketinggian output aliran (cm)

200 300 400

1/2” (1,27 cm) 0,88 0,67 0,60

3/4” (1,905 cm) 2,00 1,51 1,36

1” (2,540 cm) 2,25 1,80 1,53

Secara umum hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa ada pengaruh ukuran pompa dan ketinggian output aliran.

Debit output mempunyai kecenderungan meningkat dengan makin besar ukuran pompa hidram. Untuk jelasnya

dapat dilihat pada Gambar 10. Sebaliknya debit output pompa berkurang dengan meningkatnya ketinggian output

aliran, seperti yang terlihat pada Gambar 11.

Gambar 10. Hubungan ukuran pompa hidram dengan debit output pompa

Sewaktu dilakukan penambahan ketinggian output aliran hingga 5 m, pompa ukuran 1/2 inch masih tetap bekerja

namun tidak mampu lagi mengalirkan air, hal ini disebabkan desakan pompa ½ inch tidak lagi sanggup menahan

berat air yang ada di pipa hantar. sementara pompa 3/4 dan 1 inch masih mampu memompa air dengan ketinggian 6-

7 m meskipun sangat kecit volume yang dihasilkan. Dari hasil pengukuran tekanan menggunakan alat pengukur

tekanan yang dipasang pada dipompa 3/4 dan 1 inch diperoleh tekanan antara 9-10 psi. Nilai ini bila dikonversikan

diperoleh ketinggian maksimum yang dapat dihasilkan oleh pompa adalah sekitar 6-8 m. Untuk mendapatkan debit

yang dibutuhkan maka beda elevasi antara muka air sumber dan pompa perlu dinaikkan. Cara lain adalah pompa

vakum perlu diupayakan dapat menghasilkan daya hisap yang lebih baik agar debit yang dihasilkan dapat

meningkat.

Gambar 11. Hubungan ketinggian output aliran dengan debit output pompa

Berdasarkan hasil yang diperoleh dapat dikatakan bahwa rancang bangun pompa vachydram sudah dapat bekerja

dengan baik walaupun dirasa masih ada kelemahan, khususnya daya hisap pompa vakum. Namun kelebihan pompa

vachydram adalah tanpa bahan bakar dan energi listrik, dan ramah lingkungan dengan tanpa merusak daerah sumber

dengan membangun intake atau bendung untuk mengalirkan air ke pompa. Atas dasar ini maka rancang bangun

pompa vachydram dapat dikatakan peralatan yang memenuhi konsep hijau (green equipment concept).

Oleh karena itu, perlu kajian lebih lanjut untuk merancang pompa ini menjadi lebih efektif dan efisien dan berdaya

guna dalam pemenuhan ketersediaan air baik untuk air bersih maupun untuk kebutuhan lahan pertanian.

5. KESIMPULAN

Berdasarkan analisa dari hasil pengukuran dan perhitungan dari penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan

antara lain:

Pompa vachydram sangat baik untuk digunakan karena dapat membantu menaikkan air pada suatu genangan,

dengan debit input 14 liter/menit dan beda tinggi pompa dengan muka air sumber 1,2 meter, dapat menghasilkan

debit output sebesar 0,60-2,25 liter/menit pada ketinggian 2-4 meter

Meskipun efesiensi pompa antara 6-13%, pompa vachydram sangat baik untuk digunakan karena tanpa

menggunakan energi listrik dan bahan bakar, di samping itu penggunaannya tidak merusak lingkungan di sekitar

genangan tersebut, jadi bisa dikatakan pompa ini ramah lingkungan dan memenuhi konsep green.

Pompa ini sangat baik digunakan pada daerah yang mempunyai beda elevasi muka air lebih dari 1 meter, sehinga air

dapat dinaikkan pada lahan yang mempunyai elevasi lebh dari 5 meter.

Ukuran pompa sangat mempengaruhi debit output yang dihasilkan di samping kemampuan mengalirkan aliran pada

elevasi yang lebih tinggi, semakin besar ukuran pompa semakin besar debit dan ketinggian aliran yang dihasilkan.

DAFTAR PUSTAKA

Arie, H. dan Heru, D.W., 2006, Rancang Bangun Pompa Hidram, JAI Vol.2, No.2 2006, Pusat Teknologi

Lingkungan (PTL), Kedeputian Bidang Teknologi Pengelolaan Sumberdaya Alam (TPSA), Badan Pengkajian

dan Penerapan Teknologi (BPPT), Jakarta.

BPS, Provinsi Aceh (2016), Aceh dalam Angka 2016, (online) http://aceh.bps.go.id)

Jeffery, T. D., 1992, Hydraulic Ram Pumps - A Guide to Ram Pumps Water Supply System, Intermediate

Technology Publications.

Krol J., Automatic hydraulic Pump, PROC.I. MECH.E 1951, 164, p.103.

Lya, M.S., Pemanfaatan Pompa Hidram dalam Penyediaan Air Bersih, 2014, Modul, Cetkan 1, PUSKIM, Bandung,

ISBN : 978-602-8330-90-9.

Molyneux F. 1960, The Hydraulic ram for Rival Water Supply, Fluid Handling, , p. 274.

Muchtar, Z., 2011, Pengaruh diameter pipa keluar dan dimensi bak penampung pada aliran system vacuum, PILAR

Jurnal Teknik Sipil, Vol. 6, No. 2, PNS, Palembang.

PKP, Undang-undang Republik Indonesia No. 18 Tahun 2012 Tentang Pangan, (online) http://bkp.pertanian.go.id/

Paijo, (2007), Pompa Air Tenaga Gravitasi (2), https://paijo1965.wordpress.com/2007/03/06/pompa-air-tenaga-

gravitasi-2/

Silver, M., (1977), Use of Hydraulic Rams in Nepal. A guide to Manufacturing and Installation, UNICEF,

Kathumandu, Nepal.

Taye, T., 1998. Hydraulic Ram Pump, Journal of the Ethiopian Society of Mechanical Engineers, Vol. II, No. l, July

1998.

Watt, S.B., 1982, Manual on a Hydraulic Ram for Pumping Water, Intermediate Technology Publication Ltd.

London.

Zakir, H., dan Maidi, S., Rancang Bangun Kombinasi Pompa Vakum Dengan Pompa Hidrolik Ram, Jurnal

Mekanova,Vol 4. No. 6, April 2018.