## Manutech :

## Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 14, No. 02, (2022)   p-ISSN : 2089-5550       e-ISSN : 2621-3397

## Analisa Pengaruh Volume Tabung Udara terhadap Debit Air yang Dihasilkan pada Perancangan Pompa Hydram
Ayu Pitri Yeni 1 , Ilham Handoko 2 , Asmed 3 , Menhendry 4 , Bukhari S 4 , Yuli Yetri 6 1,2,3,4,5,6 Politeknik Negeri Padang, Padang Email: yuliyetri@pnp.ac.id
Received: 12 September 2022; Received in revised form: 13 Oktober 2022; Accepted: 19 Oktober 2022

## Abstract
Currently,  the  technology  for  supplying  water  is  still  mostly  using  pumps  with  electric  motor drives. Most of these pumps are dependent on electrical energy or fuel oil as the pump driving energy. One of the technologies being developed is the hydraulic ram pump. The hydraulic ram works on the water hammer principle. When the fluid flow is stopped suddenly, the change in momentum of the fluid mass will increase the pressure suddenly. This  increased pressure is used to lift some of the water to higher ground. So a hydraulic ram pump is designed that uses the potential energy of water as its driving force. In designing the hydraulic ram pump that the author did, using a variation of the height of the air tube with a height of 100 cm, 80 cm and 60 cm with a diameter of 3 inches and an outlet pipe diameter of inch with a water source height of 0.5 m. From the experiment, the maximum pump discharge was obtained on an air tube with a height of 100 cm with a discharge of 0.010309 L/s.
Keywords: h ydram pump; water hammer; air tube; pumping discharge debit.

## Abstrak
Saat ini teknologi untuk menyuplai air masih banyak menggunakan pompa dengan penggerak motor  listrik.  Sebagian  besar  pompa  tersebut  memiliki  ketergantungan  akan  energi  listrik  atau  bahan bakar minyak sebagai energi penggerak pompa. Salah satu teknologi yang mulai dikembangkan adalah pompa hydraulic ram. Pompa hidram bekerja berdasarkan prinsip palu air. Ketika aliran fluida dihentikan secara tiba-tiba maka perubahan momentum massa fluida tersebut akan meningkatkan tekanan secara tiba-tiba. Peningkatan tekanan ini digunakan untuk mengangkat sebagian air ke tempat yang lebih tinggi. Maka dirancanglah pompa hidram yang menggunakan energi potensial air sebagai penggeraknya. Dalam perancangan pompa hidram yang dilakukan, menggunakan variasi tinggi tabung udara dengan tinggi 100 cm,  80  cm  dan  60  cm  dengan  diameter  3  inch  dan  diameter  pipa  keluaran  ½  inch  dengan  ketinggian sumber air 0,5 m. Dari percobaan di dapat debit pompa maksimum pada tabung udara dengan tinggi 100 cm dengan debit sebesar 0,010309 L/s.
Kata kunci: pompa hidram; palu air; tabung udara; debit pemompaan

## 1. PENDAHULUAN
Jumlah air yang tersedia relatif tetap dan sementara kebutuhan air semakin meningkat, maka air dari  sisi  ketersediaan  dan  permintaan  perlu  dikelola  atau  diatur  sehingga  air  dapat  disimpan.  Jika berlebihan maka selanjutnya dimanfaatkan dan  didistribusikan  pada waktunya diperlukan. Di berbagai daerah yang ada di Indonesia yang pada umunya merupakan daerah mayoritas pertanian masih terdapat berbagai  daerah  yang  mengalami  krisis  air  yang  sangat  parah.  Padahal  air  sendiri  merupakan  sumber kehidupan yang sangat penting bagi masyarakat dikarenakan dalam berbagai aktifitas kehidupan sehari- hari  tentunya  memerlukan  yang  dinamakan  air  baik  keperluan  yang  bersifat  primer  seperti  untuk
dikomsumsi dan aktifitas bertani maupun keperluan yang bersifat sekunder seperti mandi, mencuci dan keperluan kesaharian lainnya[1].
Pompa  hidram  mempunyai  asal  kata Hydraulic  Ram  Pump,  artinya  pompa  air  dengan  tenaga hantaman  air.  Pompa  hydram  dengan  singkatan hydraulic  ram  berasal  dari  kata hidro yang  berarti  air (cairan) dan ram yang berarti hantaman, pukulan atau tekanan, sehingga terjemahannya menjadi tekanan air. Pada  buku yang diterbitkan oleh Laxmi Publication  (1999) mengatakan  bahwa “Hydraulic ram is a pump which raises water without any external power (such as electricity) for its operation”. Jadi pompa hidram adalah sebuah pompa yang energi atau tenaga penggeraknya berasal dari tekanan atau hantaman air yang masuk ke dalam pompa melalui pipa. Pompa adalah peralatan mekanis untuk mengubah energi mekanik dari mesin penggerak pompa menjadi tekan fluida yang dapat membantu memindahkan fluida ketempat yang lebih tinggi elevansinya [2].
Air yang masuk berasal dari berbagai sumber air ke pompa harus berjalan secara kontinyu atau terus menerus. Sesuai dengan hukum kontinuitas bahwa debit berbanding lurus dengan kecepatan fluida, pada  pompa  hidram  dengan  tabung  udara,  fluida  yang  mengalir  di  dalam  pipa  penyalur  mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dari pada saat pompa hidram tanpa tabung udara. Karena kecepatan juga berbanding lurus dengan perubahan head tekanan, sehingga pada instalasi pompa hidram dengan tabung udara perubahan head tekanan menjadi lebih besar dari pada pompa hidram tanpa tabung udara. Sesuai dengan  rumus  efisiensi  pompa  hidram  dimana  nilai  efisiensi  pompa  hidram  berbanding  lurus  dengan besarnya  head  tekanan  pada  pipa  penyalur  dan  berbading  lurus  dengan  besarnya  debit  pada  pipa penyalur, maka dapat di ketahui bahwa efisiensi pompa hidram dengan tabung udara jauh lebih besar dari pada efisiensi pompa hidram tanpa tabung udara[3].
Alat  ini  sederhana  dan  efektif  digunakan  pada  kondisi  yang  sesuai  dengan  syarat-syarat  yang diperlukan untuk operasinya. Dalam kerjanya alat ini, tekanan dinamik yang ditimbulkan memungkinkan air mengalir dari tinggi vertikal (head) yang rendah ke tempat yang lebih tinggi. Pompa adalah peralatan mekanis untuk mengubah energi mekanik dari mesin penggerak pompa menjadi energy tekan fluida yang dapat membantu memindahkan fluida ke tempat yang lebih tinggi elevasinya[4].

## 1. Komponen & Karakteristik Pompa Hidram
Gambar 1. Instalasi Pompa Hidram Dan Detail Pemasangan Pipa
Sistem instalasi pompa hidram pada Gambar 1 terdiri dari beberapa bagian antara lain [5]: a.   Pipa pemasukan
Pipa pemasukan merupakan saluran antara sumber air dan pompa. b.   Rumah Pompa
Rumah pompa merupakan ruang utama dan tempat terjadinya proses pemompaan.
c.   Katup Pembuang
Katub pembuang merupakan tempat keluarnya air yang berfungsi memancing gerakan air yang berasal dari reservoir. Katup pembuang yang berat dan langkah katup yang panjang memungkinkan kecepatan aliran air dalam pipa mencapai titik maksimum, sehingga pada saat katup pembuang menutup terjadi
energi tekanan efek (waterhammer) yang besar dan daya pemompaan yang tinggi, namun debit air yang terbuang relatif banyak.
d.   Katup penghisap
Katup  penghisap  merupakan  katub  yang  menghisap  air  dari  rumah  pompa  ke  tabung  udara,  serta menahan air yang telah masuk agar tidak kembali masuk ke rumah pompa.
e.   Tabung udara
Tabung udara berfungsi untuk memperkuat tekanan dinamik.
f.   Pipa penghisap
Pipa penghisap merupakan saluran air yang menghisap air dari pompa ke bak penampung.
2. Prinsip Kerja Pompa Hidram
Tekanan dan kecepatan aliran pada ujung pipa pemasukan dan kedudukan katup limbah selama satu  siklus  kerja  pompa  hidram  terjadi  mempunyai  bentuk  yang  ideal  dalam  lima  periode.  Periode pertama, kecepatan air melalui ram mulai bertambah dari akhir siklus sebelumnya, kemudian limbah yang sedang terbuka timbul tekakanan negative yang kecil dalam ram. Periode kedua, aliran bertambah sampai maksimum  melalui  katup  limbah  yang  terbuka  dan  tekanan  dalam  pipa-pipa  masuk  juga  bertambah secara bertahap.
Periode  ketiga,  katup  limbah  mulai  menutup  sehingga  menyebabkan  naiknya  tekanan  dalam ram. Pada periode ini kecepatan aliran dalam pipa pemasukan telah mencapai maksimum. Selanjutnya periode keempat, katup kembali tertutup menyebabkan terjadinya water hummer yang mendorong air melalui  katup  penghantar.  Kecepatan  dalam  pipa  pemasukan  berkurang  dengan  cepat.  Periode  yang terakhir atau kelima, denyut tekanan terpukul ke dalam pipa pemasukan menyebabkan timbulnya hisapan kecil dan beban dari katup dalam ram membuat katup tersebut terbuka, air mulai mengalir lagi melalui katup limbah dan siklus hidraulik ram terulang kembali.

## 2.   METODE PENELITIAN
Pembuatan  pompa  hidram  ini  berawal  dari  mempelajari  teori-teori  dasar  serta  proses-proses aliran  air  yang  terjadi  pada  pompa,  nantinya  akan  didapatkan  data-data  serta  persamaan  untuk merancang  sebuah  popa  hidram.  Perhitungan  yang  nantinya  akan  dijadikan  dasar  pembuatan  pompa dengan ukuran tertentu. Pembuatan dilakukan di kampus Politeknik Negeri Padang.
Tahap pembuatan dapat dilakukan setelah mengetahui  dimensi setiap komponen pompa. Tahap ini  dimulai  dengan  pembuatan  komponen  satu  persatu,  yang  dapat  dimulai  dari  pembuatan  rumah pompa, tabung udara, klep hantar, dan yang terakhir klep buang. Setiap komponen dibuat berdasarkan gambar  kerja,  agar  nantinya  dapat  bekerja  maksimal.  Setelah  itu  semua  komponen  dirangkai  hingga menjadi sebuah pompa hidram.
Setelah  pembuatan  pompa  selesai,  pompa  harus  diuji  untuk  melihat  kinerja  pompa,  apakah sesuai  dengan  teori  yang  direncanakan.  Dalam  pengujian,  pompa  seharusnya  memberikan  hasil  yang mendekati perencanaan teori, dan itu dianggap berhasil. Namun jika tidak, kita harus kembali lagi ke tahap perencanaan.  Memeriksa  kembali  setiap  komponen  pompa  hingga  kebutuhan  minimal  pompa  untuk dapat  beroperasi.  Semua  itu  dilakukan  berulang  kali  hingga  pompa  dapat  benar-benar  berjalan  dan memberikan hasil yang diharapkan.

## 3.   HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1.   Dasar Perencanaan Pompa Hidram
1.   Persamaan-Persamaan Aliran
Persamaan-persamaan aliran yang terjadi pada pompa hidram dapat dilihat pada Gambar 2, sehingga dapat dituliskan persamaan Bernaulli sebagai berikut :
𝑃1 𝜌𝑔 + 𝑉1 2
2𝑔 + 𝐻 𝑖𝑛 − 𝐻𝑙 = 𝑃3 𝜌𝑔 + 𝑉3 2 2𝑔 +  𝐻3 ………………………………………….……………………………… (1)
Dimana:
P1 =   tekanan pada titik nol yaitu tekanan pada atmosfer (0 N/m²)
P3 =   tekanan pada titik 3 (N/m²)
V1 =   kecepatan aliran pada titik nol karena debit konstan (0 m/s)
V3 =   kecepatan aliran pada titik tigakarena aliran terhenti seiring menutupnya katup limbah (0 m/s) H in  =   ketinggian sumber air (m) Hl =   kerugian tinggi tekan (m)
H3 =   ketinggian katup limbah (0 m)
ρ =   masa jenis fluida (1000 kg/m³)
g =   percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
Jika dimasukan harga-harga yang telah ditentukan maka persamaan Bernaulli di atas menjadi:
H in − Hl = P3 𝜌𝑔 ……………………………………………………………………………………………………………… (2)
Dari hasil survey di lapangan didapat data-data sebagai dasar perencanaan pompa hidram: H in   =   ketinggian sumber air (0,7m) H out  =   ketinggian air keluar (5m) Q in  =   debit air di pipa pemasukan (0,4762 x 10ˉ³ m³/s)
L in =   panjang pipa pemasukan (4m)
L out  =   panjang pipa penghantar (6m)
A in =   luas penampang pipa pemasukan (2,025 x 10ˉ³ m²)
2.   Kecepatan Aliran Pada Pipa Pemasukan (V in)
V in = Q in A in ……  ……        ……………………………………………………………… …………………………………… (3)
3.   Kerugian Tinggi Tekan Pada Titik 3
a. Head loss (Hl) mayor
Re = V in .D in µ
…  …………………… ……………………………………………………………………………  … (4) f  = 0,316 Re⁰’²⁵ ……    ………………………………………………………………………………………………………… (5)
Hl mayor  = f . L in .V in² D in.2g …………………………………………………………………………………………………… (6)
b. Head loss minor
Hl minor  = Kl . V in ² 2g ……………………………………………………………………………………………………. (7)
Hl   = Hl mayor + Hl minor ……………………………………………………………………………           ………… (8)
Dimana:
Hl mayor =   kerugian tekanan akibat gesekan pipa (m) Hl minor   =   kerugian tekanan akibat klep (m) Hl =   Head loss (m) f =   Faktor gesekan dascy waishbah Re =   bilangan Reynold D in =   diameter pipa pemasukan (m) µ =   Viskositas kinematik air pada 20° C (lampiran) L in =   panjang pipa pemasukan (m) Kl =   faktor kontraksi yang terdiri dari

## 4.   Tekanan Normal Yang Terjadi Pada Titik 3 (P3)
P3 = ρ. g. (H in -Hl) …………………………………………………………………………………………………………… (9)
Dimana:
P3 =   tekanan pada titik 3 (N/m²)
H in =   tinggi sumber air (m)
Hl =   Head loss (m)
5.   Kecepatan Aliran Pada Titik 3 (V3)
V3  =  (Q in)/A3 (10)
𝐴3 = [ ᴫ 4 . 𝐷 𝑖𝑛 2 ] − [ ᴫ 4 . 𝑑𝑣 2 ] …………………………………………………………. . (11) Dimana: V3 =   kecepatan aliran pada titik 3 (m/s)
Q in  =   debit air pada pipa pemasukan (m³/s) A3 =   luas penampang pada titik 3 (m²)
dv =   diameter payung katup (m)
D in =   diameter saluran pemasuka atau diameter badan pompa (m)
6. Debit Keluaran Pompa (Qd)
Q out = H in x Q in x 0,6 H out …………………………………………………………………………………………………. (12) Dimana:
Q out  =   debit pemompaan (m³/s)
H in =   tinggi jatuh vertikal (m)
Q in  =   debit pemasuka (m³/s)
H out  =   tinggi angkat vertikal (m)
7. Debit air pada katup buang (Qw)
Qw = Q in – Q out ………………………………………………………………………………………………………… (13)
8. Efisiensi Pompa Hidram ( η)
η = Q out .H out (Qw+Q out) H in ……………………………………….…………………………………………………………….. (14)
3.2.   Analisa Pengaruh Volume Tabung Udara Terhadap Kapasitas Air Yang Dihasilkan
Untuk  mengetahui  pengaruh  perubahan  volume  tabung  udara  terhadap  kapasitas  air  yang dihasilkan, dilakukan beberapa pengujian, yaitu:

## 1. Menggunakan Tabung Dengan Tinggi 100cm
Tabel 1. Debit Air Tabung 1 No. Tabung Diameter Pipa Keluaran (inch) Kapasitas Air (L/s) Tabung 1 Tinggi 100 cm ½ 0,041667 ¾ 0,019608 1 0,018519

## 2. Menggunakan Tabung Dengan Tinggi 80cm
Tabel 2. Debit air tabung 2 No. Tabung Diameter Pipa Keluaran (inch) Kapasitas Air (L/s) Tabung 2 Tinggi 80 cm ½ 0,04 ¾ 0,018518 1 0,017857

## 3. Menggunakan Tabung Dengan Tinggi 60cm
Tabel 3. Debit air tabung 3 No. Tabung Diameter Pipa Keluaran (inch) Kapasitas Air (L/s) Tabung 3 Tinggi 60 cm ½ 0,037037 ¾ 0,017543 1 0,016949
4. Grafik Perbandingan Pengaruh Volume Tabung Udara Terhadap Kapasitas Air
Besarnya pengaruh volume tabung udara yang digunakan (Gambar 2) terhadap kapasitas air yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 2. Tabung Udara
Gambar 3.  Perbandingan Hasil Debit Air
Dari data pada Tabel 1, 2 dan 3, dapat digetahui bahwa tabung udara juga  berpengaruh terhadap kinerja  sebuah  pompa.  Penggunaan  tabung  udara  yang  tepat  mampu  memperbesar  efisiensi  pompa hidram, dengan menggunakan tabung udara yang lebih besar maka debit air yang dihasilkan bisa lebih besar. Dimana debit air yang lebih besar dihasilkan oleh tabung dengan tinggi tabung udara 100 cm dan diamater pipa keluaran ½ inch, mampu menghasilkan debit sebanyak 0,041667 L/s. Sedangkan debit yang paling  kecil  dihasilkan  oleh  tabung  udara  dengan  tinggi  60  cm  dan  diameter  keluaran  1  inch,  mampu menghasilkan debit 0,016949 L/s.

## 4. SIMPULAN
Penelitian  ini  telah  dibuktikan  bahwa  perhitungan  teoritis  sesuai  dengan  hasil  pengukuran lapangan dengan hasil:
1. Perancangan  pompa  hidram  yang  optimal  sesuai  dengan  kondisi  yang  dibutuhkan  telah  berhasil dilakukan dan dapat berfungsi dengan baik.
2. Meminimalisir penggunaan bahan bakar dan listrik.
3. Penggunaan  tabung  udara  juga  mampu  memperbesar  efisiensi  pompa  hidram,  dengan menggunakan tabung udara yang lebih besar maka debit air yang dihasilkan akan lebih besar pula.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Munir,  A.  "Pompa  Hidram  Sebagai  Pompa  Air  Harapan  Masyarakat  Di  Desa  Berkemajuan”,  Jurnal Pengabdian Masyarakat, 1(1), 45–51, 2017
[3]. Arianta, A. N. "Pengaruh Variasi Ukuran Tabung Udara terhadap Unjuk Kerja Sebuah Pompa Hidram", Angewandte Chemie International Edition, 6(11), 951–952, 1967
[4]. Panjaitan, D. O., Sitepu, T., Mesin, D. T., & Utara, U. S. "Rancang bangun Pompa Hidram dan Pengujian Pengaruh Variasi Tinggi Tabung Udara dan Panjang Pipa Pemasukan Terhadap Unjuk Kerja Pompa Hidram", Jurnal E-Dinamis, II(2), 1–9, 2011
[5]. Taye, T. “Hydraulic Ram Pump”, Journal of the ESME, Vol II, 1998
[6]. Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. Mekanika Fluida Jilid 1 Edisi 4. 2004.
1 2 3 t 100 0,041667 0,019608 0,018519 t 80 0,04 0,018518 0,017857 t 60 0,037037
0,017543 0,016949 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 D e b it A ir Diameter Pipa Keluaran (Inchi)

## Perbandingan Hasil Debit