A.
Sejarah Pompa Hidram
Pompa hidram pertama kali
dibuat oleh John Whitehurst seorang peneliti asal Inggris pada tahun 1772.
Pompa hidram buatan Whitehurst masih berupa hidram manual, dimana katup limbah masih
digerakkan secara manual. Pompa ini pertama kali digunakan untuk menaikkan air
sampai ketinggian 4,9 meter (16 kaki). Pada tahun 1783, Whitehusrt memasang
pompa sejenis ini di Irlandia untuk keperluan air bersih sehari-hari.
Pompa hidram otomatis pertama kali dibuat oleh
seorang ilmuwan Prancis bernama Joseph Michel Montgolfier pada tahun 1796.
Desain pompa buatan Montgolfier sudah menggunakan 2 buah katup (waste
valve
dan delivery
valve)
yang bergerak secara bergantian. Pompa ini kemudian digunakan untuk menaikkan
air untuk sebuah pabrik kertas di daerah Voiron. Satu tahun kemudian, Matius
Boulton, memperoleh hak paten atas pompa tersebut di Inggris.
Pada tahun 1820, melalui Easton’s Firma yang
mengkhususkan usahanya di bidang air dan sistem drainase, Josiah Easton
mengembangkan hidram hingga menjadi usaha ram terbaik dalam penyediaan air
bersih untuk keperluan rumah tangga, peternakan dan masyarakat desa. Pada tahun
1929, usaha Eastons ini dibeli oleh Green and Carter, yang kemudian meneruskan
manufaktur ram tersebut.
Di Benua Amerika, hak paten hidram pertama kali di
pegang oleh J. Cernau dan SS Hallet, di New York. Pompa tersebut sebagian besar
digunakan di derah pertanian dan peternakan. Periode berikutnya kepopuleran
hidram mulai berkurang, seiring berkembangnya pompa elektrik.
Di kawasan Asia, pompa hidram mulai dioperasikan di
Taj Mahal, Agra, India pada tahun 1900. Pompa Hidram yang di pasang di daerah
tersebut adalah Black’s hidram yang dibuat oleh John
Black Ltd., sebuah perusahaan asal Inggris. Black’s
hidram
digunakan untuk memompa air dengan debit 31,5 liter per detik. Selain di Agra, Black’s
hidram
juga dipasang di daerah Risalpur, Pakistan, pada tahun 1925. Ditempat itu, Black’s
hidram
berhasil memompa air hingga ketinggian 18,3 m dengan debit mencapai 56,5
Liter/detik.
Pada akhir abad 20, penggunaan pompa hidram kembali
digalakkan lagi, karena kebutuhan pembangunan teknologi di negara-negara
berkembang, dan juga karena isu konservasi energi dalam mengembangkan
perlindungan ozon. Contoh pengembang pompa hidram yang baik adalah AID
Foundation di Filipina. Pompa hidram disana dikembangakan dan digunakan untuk
desa-desa terpencil. Oleh sebab itu mereka meraih Penghargaan Ashden.
B.
Definisi Pompa Hidram
Pompa hidram, berasal dari kata Hydraulic
Ram Pump, yang berarti pompa air dengan tenaga hantaman air. Pompa hydram
atau singkatan dari hydraulic ram berasal dari kata hidro = air (cairan), dan ram = hantaman, pukulan atau tekanan,
sehingga terjemahan bebasnya 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 kedalam
pompa melalui pipa. Masuknya air yang berasal dari berbagai sumber air ke dalam
pompa harus berjalan secara kontinyu atau terus menerus. 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.
C.
Bagian-Bagian
Pompa Hidram
Bagian-bagian pompa hidram dapat dilihat dari penampang samping
pompa hidram (Gambar 1).
Gambar
1. Penampang Samping Pompa Hidram
1.
Ruang Udara (Air Chamber)
Ruang udara merupakan tempat udara tersimpan dimana udara ini akan
menghambat air sehingga air dapat keluar melaui lubang keluaran untuk kemudian
bergerak menuju pipa keluaran yang akan menghantarkan air menuju tempat tujuan.
Ruang udara harus dibuat sebesar mungkin karena berfungsi untuk memampatkan
udara dan menahan tekanan dari siklus ram yang memungkinkan aliran air secara
tetap melaui pipa pengantar dan kehilangan tenaga karena gesekan diperkecil.
Udara yang tersimpan dalam ruang udara diisap perlahan-lahan oleh turbulensi
air yang masuk melalui katup pengantar. Udara ini harus diganti dengan udara
yang baru melalui katup udara.
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 dengan 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.
2.
Reducer Pipa
Reducer
pipa berfungsi untuk menggabungkan pipa-pipa dengan diameter yang berbeda, bisa
dari pipa yang diameter besar ke pipa yang berdiameter kecil atau sebaliknya.
3.
Double Niple
Dobel
niple ini berfungsi untuk menyambungkan tiap bagian.
4.
Sambungan T
Sambungan
T berguna untuk menggabungkan tabung udara dengan check valve dan daerah
keluaran.
5.
Katup Pengantar (Delivery
Valve)
Katup pengantar harus mempunyai lubang yang besar, sehingga
memungkinkan air yang dipompa memasuki ruang udara tanpa hambatan pada aliran.
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 (Gambar 3).
Gambar 2. Katup Searah (Non-Return Valve).
6.
Belokan (Elbow)
Belokan
(elbow) berguna untuk
menggabungkan antara percabangan pertama dengan check valve.
7.
Pemberat/tangkai katup/batang kendali
Pemberat/batang
kendali merupakan batang yang sudah terdapat dalam check valve itu
sendiri dimana batang ini berfungsi untuk menjaga air untuk tetap masuk dan
tidak keluar dari bagian tabung udara sehingga air dapat dialirkan menuju
bagian keluaran.
8.
Saluran Katup Limbah
Saluran
katup limbah berguna untuk menyalurkan air yang terbuang sebagai konsekuensi
tekanan pada hidram.
9.
Penyanggah Katup
Penyanggah
katup berfungsi untuk menjaga tangkai katup tidak goyang.
10. Plat
Katup Limbah
Plat
katup limbah berfungsi untuk menyanggah katup agar naik dan turun pada range
tertentu.
11. Katup limbah (waste
valve)
Katup limbah merupakan salah satu bagian penting dari
hidram, dan harus dirancang dengan baik sehingga berat dan gerakannya dapat
disesuaikan. Katup limbah dengan tegangan yang berat dan jarak antara lubang
katup dengan karet katup cukup jauh, memungkinkan kecepatan aliran air dalam
pipa pemasukan lebih besar, sehingga pada saat katup limbah menutup, terjadi
energi tekanan yang besar dan menimbulkan efek palu air (water hammer effect).
Katup limbah yang ringan dan gerakanya pendek akan
memberikan pukulan atau denyutan yang lebih cepat dan menyebabkan hasil
pemompaan lebih besar pada tingggi pemompaan rendah. Penelitian mengenai bentuk
dari katup limbah masih kurang, tetapi pada saat ini jenis katup kerdam
sederhana kelihatannya bekerja cukup baik. Beberapa model hidram komersil telah
menggunakan jenis katup kerdam yang dilengkapi dengan per tetapi belum
diketahui apakah hal tersebut meningkatkan efisiensi ram, yang jelas jenis ini
menghindari pemakaian “sliding bearing”
yang harus diganti bila aus. Komponen dari suatu katup limbah dapat dilihat
pada Gambar 2.
Gambar 3. Katup Limbah dan Komponen Penyusunnya
12.
Sambungan T
Sambungan T untuk menggabungkan daerah masukkan dengan waste
valve dan belokan 900.
13.
Pipa Masukan
Pipa ini berfungsi untuk mengalirkan air dari sumber air
atau tangki pemasukan ke pompa hidram.
14.
Water Mur
Water mur berguna untuk menyambungkan pipa air baku dari
penampungan dengan pompa hidram.
15.
Water Mur
Water mur berguna untuk menyambungkan pipa air baku dari
penampungan dengan pompa hidram.
16.
Water Mur
Water mur berguna untuk menyambungkan pipa air baku dari
penampungan dengan pompa hidram.
17.
Pipa Pengantar (Delivery Pipe)
Hidram dapat memompa air pada ketinggian yang cukup tinggi,
dengan menggunakan pipa pengantar yang panjang akan menyebabkan ram harus
mengatasi gesekan antara air dengan dinding pipa. Pipa pengantar dapat dibuat
dari bahan apapun, termasuk pipa plastik tetapi dengan syarat bahan tersebut
dapat menahan tekanan air.
18.
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
terjadinya denyutan kompresi. Jika katup udara terbuka terlalu besar,
maka ruang udara terisi dengan udara dan ram akan memompa udara. Jika katup
kurang terbuka, sehingga tidak memungkinkan masuknya udara yang cukup banyak
maka ram akan bergetar. Keadaan ini harus diperbaiki dengan memperhatikan besar
lubang udara.
D.
Material
Komponen Pompa Hidram
1.
Pipa Masukan
Material pipa masukan dari hidram biasanya terbuat dari
Baja Karbon Medium atau Medium Carbon Steel, dengan pertimbangan berikut
ini:
a. Tahan tekanan
Tekanan yang dimaksud adalah tekanan air yang melewati pipa
masukan. Seperti yang kita tahu bahwa air dalam pipa masukan mengalir dari
tepat yang tinggi ke tempat yang rendah.
b. Tahan korosi
Diperlukan bahan yang tidak mudah terkorosi karena pipa masukan
ini kontak langsung dengan air. Pada bagian luar pipa yang terhubung dengan
lingkungan luar kemungkinan korosi juga tinggi. Untuk itu diperlukan pelapisan.
Kemungkinan korosi tersebut bisa diakibatkan oleh uadara yang lembab ataupun
air hujan yang kita tahu sangat mudah mengakibatkan korosi.
c. Tidak mudah patah
Dengan sifat ductility
dan toughness yang dimiliki oleh baja
karbon maka pipa masukan tidak mudah patah bila terkena beban atau goncangan.
Goncangan yang mungkin terjadi seperti gempa bumi.
2.
Pipa Keluaran
Pipa keluaran dari hidram biasanya terbuat dari PVC (Polivinil Chlorida). Dengan pertimbangan
PVC relatif murah, tahan lama, dan mudah dirangkai. PVC bisa dibuat lebih
elastis dan fleksibel dengan menambahkan plasticizer,
umumnya ftalat. Selain itu PVC
sebagai polimer tidak akan mengalami korosi walaupun kontak langsung dengan
air.
Pada umumnya proses produksi pada PVC yang dipakai adalah
polimerisasi suspensi. Pada
proses ini, monomer vinil klorida dan air diintroduksi ke reaktor polimerisasi dan inisiator polimerisasi, bersama bahan
kimia tambahan untuk menginisiasi reaksi.
Kandungan pada wadah reaksi terus-menerus dicampur untuk mempertahankan suspensi dan memastikan keseragaman ukuran
partikel resin PVC. Reaksinya adalah
eksotermik, dan membutuhkan mekanisme pendinginan untuk mempertahankan reaktor pada temperatur yang dibutuhkan.
Karena volume berkontraksi selama reaksi (PVC
lebih padat dari pada monomer vinil klorida), air secara kontinu ditambah ke campuran untuk mempertahankan
suspensi.
Ketika reaksi sudah selesai, hasilnya, cairan PVC, harus
dipisahkan dari kelebihan monomer vinil klorida yang akan dipakai lagi untuk
reaksi berikutnya. Lalu cairan PVC yang sudah jadi akan disentrifugasi untuk
memisahkan kelebihan air. Cairan lalu dikeringkan dengan udara panas dan
dihasilkan butiran PVC. Pada operasi normal, kelebihan monomer vinil klorida
pada PVC hanya sebesar kurang dari 1 PPM.
Proses produksi lainnya, seperti suspensi mikro dan polimerisasi
emulsi, menghasilkan PVC dengan butiran yang berukuran lebih kecil, dengan
sedikit perbedaan sifat dan juga perbedaan aplikasinya. Produk proses
polimerisasi adalah PVC murni. Sebelum PVC menjadi produk akhir, biasanya
membutuhkan konversi dengan menambahkan heat
stabilizer, UV stabilizer, pelumas, plasticizer,
bahan penolong proses, pengatur termal, pengisi, bahan penahan api, biosida,
bahan pengembang, dan pigmen pilihan.
3. Katup
Gambar 4. Katup Limbah
a.
Katup pembuangan terdiri dari beberapa komponen:
1)
Tangkai katup
Bagian ini
terbuat dari besi
2)
Karet katup
Merupakan
potongan karet ban. Ini berfungsi meredam benturan antara pemberat dengan dasar
katup.
3)
Pemberat
Terbuat dari
besi.
4)
Dasar katup
5)
Mur penjepit
Materialnya
dari besi. Seperti yang ada di pasaran pada umunya.
b.
Katup Pengantar:
Terdiri dari
sambungan pipa yang ditutup plat baja lunak berbentuk lingkaran sesuai bentuk
pipa. Plat baja dilubangi beberapa bagian dan diatasnya diletakkan karet kaku
dengan bentuk lingkaran yang sama dengan plat baja lunak.
4. Badan RAM
Gambar 5. Katup Limbah dan Komponen Penyusunnya
Berdasarkan gambar di atas, badan RAM secara garis besar terdiri
dari elbow dan Tjunction yang keduanya terbuat dari besi cor. Untuk menghubungkan
keduanya adalah dengan proses pengelasan.
5. Tabung Udara
Tabung udara di sini materialnya juga merupakan besi cor. Untuk
menghubungkan tabung udara dan
badan RAM digunakan mur. Bukan pengelasan.
6. Dudukan Hidram
Dudukan Hidram terdiri dari besi (cor) profil siku yang dirangkai
membentuk rangka baja dengan penyambungan las.
7. Mur dan Baut pada
Sambungan
Materialnya dari besi. Seperti yang ada di pasaran pada umunya.
E.
Gejala
Palu Air (Water hammer) sebagai
Sumber Energi Pompa Hidram
Sumber
energi pompa hidram berasal dari tekanan tinggi yang diakibatkan adanya gejala
palu air (water hammer). Gejala palu
air terjadi karena adanya air dari reservoir dialirkan melalui pipa secara
tiba-tiba dihentikan oleh suatu penutupan katup, maka energi potensial akan
berubah menjadi energi kinetik, sehingga serangkaian gelombang tekanan positif
dan negatif akan bergerak maju mundur di dalam pipa sampai terhenti akibat
gesekan.
Dengan
adanya perubahan kecepatan tiba-tiba dari aliran air oleh penutupan katup,
sehingga pompa ini tidak memerlukan suplai energi dari luar seperti BBM atau
listrik. Hal ini tentunya sangat baik untuk medukung pengembangan energi
terbarukan (renewable energy) yang
bebas polusi dimana isu lingkungan menjadi sangat gencar akhir-akhir ini.
F.
Prinsip
Kerja Pompa Hidram
Prinsip
kerja hidram adalah pemanfaatan gravitasi dimana akan menciptakan energi dari
hantaman air yang menabrak faksi air lainnya untuk mendorong ke tempat yang
lebih tinggi. Untuk mendapatkan energi potensial dari hantaman air diperlukan
sarat utama yaitu harus ada terjunan air yang dialirkan melalui pipa dengan
beda tinggi elevasi dengan pompa hidram minimal 1 meter. Sarat utama kedua
adalah sumber air harus kontinyu dengan debit minimal 7 liter per menit. Prinsip
kerja dari pompa hidram dapat dilihat dari gambar 4 berikut ini :
Gambar 6. Prinsip Kerja Pompa Hidram
Bagian kunci dari hidram adalah dua buah klep, yaitu: klep pembuangan
dan klep penghisap. Air masuk dari terjunan melalui pipa A, klep pembuangan terbuka
sedangkan klep penghisap tertutup. Air yang masuk memenuhi rumah pompa
mendorong ke atas klep pembuangan hingga menutup. Dengan tertutupnya klep
pembuangan mengakibatkan seluruh dorongan air menekan dan membuka klep
penghisap dan air masuk memenuhi ruang dalam tabung kompresi di atas klep
penghisap.
Pada volume tertentu pengisian air dalam tabung kompresi optimal,
massa air dan udara dalam tabung kompresi akan menekan klep penghisap untuk
menutup kembali, pada saat yang bersamaan sebagian air keluar melalui pipa B.
Dengan tertutupnya kedua klep, maka aliran air dalam rumah pompa berbalik
berlawanan dengan aliran air masuk, diikuti dengan turunnya klep pembuangan
karena arah tekanan air tidak lagi ke klep pembuangan tetapi berbalik ke arah
pipa input A.
Di sinilah hantaman -ram- palu air (water hammer) itu
terjadi, dimana air dengan tenaga gravitasi dari terjunan menghantam arus balik
tadi, 2/3 debit keluar lubang pembuangan, sementara yang 1/3 debit mendorong
klep penghisap masuk ke dalam tabung pompa sekaligus mendorong air yang ada
dalam tabung pompa untuk keluar melaui pipa output B. Energi hantaman yang berulang-ulang
mengalirkan air ke tempat yang lebih tinggi.
Secara umum prinsip kerja pompa hidram dapat
dilihat pada skema berikut :
Gambar 7. Skema Prinsip Kerja Pompa
Hidram
Diagram kerja satu siklus pompa hidram akan ditunjukkan
oleh gambar berikut ini.
Gambar 8. Diagram Satu Siklus Kerja
Hidram
Keterangan gambar 6:
1. Periode 1 : Akhir siklus yang
sebelumnya, kecepatan air melalui ram bertambah, air melalui katup limbah yang
sedang terbuka, timbul tekanan negatif yang kecil dalam hidram.
2. Periode 2 : Aliran bertambah sampai
maksimum melalui katup limbah yang terbuka dan tekanan dalam pipa pemasukan
juga bertambah secara bertahap.
3. Periode 3 : Katup limbah mulai
menutup dengan demikian menyebabkan naiknya tekanan dalam hidram, kecepatan
aliran dalam pipa pemasukan telah mencapai maksimum.
4. Periode 4 : Katup limbah tertutup,
menyebabkan terjadinya palu air (water hammer) yang mendorong air melalui katup
pengantar. Kecepatan aliran pipa pemasukan berkurang dengan cepat.
5. Periode 5 : Denyut tekanan terpukul
ke dalam pipa pemasukan, menyebabkan
timbulnya
hisapan kecil dalam hidram. Katup limbah terbuka karena hisapan tersebut dan
juga karena beratnya sendiri. Air mulai mengalir lagi melalui katup limbah dan
siklus Hidram terulang kembali.
G.
Karakteristik
Pompa Hidram
Karakteristik
pompa hidrolik ram atau hidram yang bekerja pada keadaan tertentu dimana jarak
antara lubang dan katup limbah konstan, tinggi vertikal tangki pemasukan tetap
tinggi, sedangkan tinggi pemompaan berubah-ubah, ternyata menunjukkan bahwa
jumlah denyutan katup limbah tiap menit bertambah pada setiap penambahan tinggi
pemompaan. Pompa hidrolik ram yang dirancang dengan baik dapat bekerja baik
pada semua keadaan dengan pemeliharaan yang minimum.
Pompa yang
terbuat dari bahan besi cor yang kuat dapat bekerja dengan baik hingga
bertahun-tahun. Hal ini merupakan penghematan investasi yang luar biasa bagi
kelompok petani. Ukuran pompa hidrolik ram ditentukan oleh kapasitas yang
dikehendaki dan juga dibatasi oleh jumlah air yang tersedia untuk menggerakkan
pompa. Pompa harus dipasang serata mungkin untuk meyakinkan bahwa katup limbah
yang diberi beban dapat jatuh tegak lurus ke bawah dengan gesekan sekecil
mungkin. Pemasangan pipa juga harus diperhatikan agar tidak ada belokan-belokan
tajam atau sudut yang mengurangi kekuatan aliran air. Beberapa hasil eksperimen
juga menunjukkan bahwa adanya ruang udara pada pompa hidram semakin meningkatkan
efisiensi pompa dalam mengalirkan air ke tempat yang lebih tinggi. Pemasangan
ruang udara meningkatkan efisiensi pompa Hidram dari 0,7 % menjadi 19,45 %.
Secara
spesifik, menurut Direktorat Pengelolaan Air Departemen Pertanian, daerah yang
bisa memanfaatkan teknologi irigasi pompa Hidram adalah memiliki ciri sebagai
berikut :
1.
Merupakan
daerah sentra produksi pertanian yang memiliki potensi luas lahan untuk
dijadikan sebagai lahan pertanian beririgasi.
2.
Di
sekitar lokasi pengembangan, terdapat sumber air permukaan seperti sungai
dengan jumlah dan kualitas air yang memadai, terutama pada musim kemarau.
3.
Di
lokasi pengembangan terdapat kelompok tani yang aktif.
4.
Lokasi
merupakan lahan milik petani dan sekaligus penggarap.
5.
Penentuan/penetapan
lokasi berdasarkan kesepakatan kelompok dan tidak menuntut ganti rugi atas
pemanfaatan lahan.
Sarat tersebut
dimaksudkan agar sistem irigasi tersebut dapat digunakan dan terpelihara dalam
jangka panjang. Jika suatu daerah sudah memenuhi sarat umum tersebut, maka
pembangunan sistem irigasi dengan menggunakan pompa hidram bisa dimulai.
Selain sarat
utama tadi, pembuatan pompa hidram perlu memperhatikan perbandingan tinggi
terjunan dan tinggi pemompaan air yaitu 1:5. Tiap beda tinggi terjunan 1 meter
akan mampu memompa air setinggi 5 meter dari rumah pompa ke tempat tandon air.
Jadi bukan hal yang mustahil ketika beda tinggi terjunan air 12 meter di
perkebunan teh mampu memompa air hingga ketinggian lebih dari 50 meter dengan
jarak lebih dari 500 meter. Hal kedua yang perlu diperhatikan adalah
penyesuaian diameter pompa dengan debit air. Dalam mengoptimalkan tekanan
semakin besar debit air, diameter pompa semakin besar pula.
Parameter
kelayakan pemanfaatan sistem hidram:
1. Belum ada pelayanan air
bersih.
2. Sumber air bersih sulit
dijangkau karena kondisinya terletak pada kecuraman.
3. Tidak ada alternatif air
bersih lain.
4. Jumlah minimum air baku
yang diperlukan mencukupi (kontinu) untuk memberikan tenaga pada pompa.
5. Sumber air baku terletak
pada ketinggian.
6. Letak pompa tidak pada
daerah banjir.
7. Daya angkat hidram 15 kali
tinggi jatuh vertikal air baku.
8. Kualitas debit air minimal
0,3 liter/detik.
Debit air baku harus kontinu pada musim kemarau.
H.
Parameter
Perhitungan Pompa Hidram
Adapun
beberapa persamaan yang digunakan dalam merencanakan sebuah pompa hydram adalah
sebagai berikut :
1.
Peningkatan
Head yang terjadi akibat penutupan
katup secara tiba-tiba
Dimana :
ΔHp =
Kenaikan head tekanan (m)
v1 = Kecepatan aliran air di dalam
pipa sebelum katup menutup (m/s)
v2 = Kecepatan aliran air di dalam pipa
seseudah katup menutup (m/s)
g = Percepatan grafitasi (m/s2).
2.
Pressure Shock (Tekanan Kejut Akibat Palu Air)
Ps = vs. v. ρ
Dimana :
Ps = Pressure shock (N/m3)
v = Kecepatan aliran masuk (m/s)
vs = Kecepatan aliran balik(m/s)
ρ = Massa jenis air (kg/m3)
3.
Kecepatan
aliran balik
vs = 
Dimana ;
vs = Kecepatan aliran balik (m/s)
k = Modulus bulk air (N/m2)
ρ = Massa jenis air (kg/m3)
4.
Waktu
yang diperlukan untuk air kembali pada terjadi palu air
Tp = 
Dimana :
Tp = Periode osilasi (s)
L = Panjang pipa (m)
vs = Kecepatan aliran balik(m/s)
5.
Kapasitas
aliran
Q = Aw.Vw =Ad.Vd
Dimana :
Q = Kapasitas aliran (m3/detik)
Aw = Luas penampang saluran katup limbah (m2)
Vw = Kecepatan air dikatup limbah
(m/s)
Ad = Luas penampang drive (m2)
Vd = Kecepatan air dikatup drive (m/s)
6.
Head tekanan yang terjadi secara gradual
Dimana:
Hp = Head tekanan (m)
l = Panjang pipa (m)
v = Kecepatan air (m/s)
g = Percepatan grafitasi (m2)
t = Waktu yang diperlukan untuk
penutupan katup
7.
Efisiensi
Daya Pompa
Ada
dua metode dalam perhitungan efisiensi daya pompa hidram, yaitu :
a. Menurut D’ Aubuisson :
Menurut D’ Aubuisson, katup limbah
digunakan sebagai datum. Untuk lebih memahami, dapat dilihat pada gambar 7.
Gambar 9. Datum dalam Perhitungan Efisiensi Menurut
D’Aubuisson
Sehingga dapat dirumuskan :
Dimana:
=
Efisiensi daya pompa hidram menurut D’ Aubuisson
q =
Debit hasil, (m3/s)
Q =
Debit limbah, (m3/s)
h =
Head keluar, (m)
H =
Head masuk, (m)
b. Menurut Rankie
Menurut Rankine, permukaan air pada
tangki pemasukan digunakan sebagai datum. Untuk lebih memahami, dapat dilihat
pada gambar 8.
Gambar 10. Dantum dalam Perhitungan Efisiensi Menurut
Rankine
Sehingga dapat dirumuskan :
Dimana:
ηA = Efisiensi
Hydram menurut Rankine
q =
Debit hasil, (m3/s)
Q = Debit limbah, (m3/s)
h =
Head keluar, (m)
H = Head masuk,
(m)
I.
Manfaat
dan Pemanfaatan Pompa Hidram
Manfaat pompa hidram yang paling signifikan adalah
efisiensi biaya untuk membeli energi seperti listrik atau BBM. Dengan
berfungsinya pompa hidram maka lahan-lahan yang dulunya tidak terjangkau
irigasi dapat dipergunakan untuk budidaya tanaman, dapat pula dipergunakan
sebagai penyuplai air kebutuhan industri dan rumah tangga termasuk air minum
dengan menggunakan filtrasi. Usaha perikanan dan peternakan juga akan sangat
terbantu dengan adanya aliran air.
1.
Pemanfataan Pompa Hidram di Filipina
Pemasangan pompa hidram
yang oleh yayasan AIDFI di desa-desa di pulau Negros mampu mengangkat air dari
permukaan sungai hingga ketinggian 200 meter ke atas bukit dengan debit antara
1.500 sampai 72.000 liter air per hari dalam rangka menyelesaikan permasalahan
pokok masyarakat setempat tentang suplai air di musim kemarau. Yayasan AIDFI
melakukan modifikasi desain pompa hidram, sehingga pompa dapat diletakkan di
dekat aliran sungai untuk menyesuaikan
dengan kondisi geografis setempat,. Sebelum memasuki pompa, air sungai
terlebih dahulu dilewatkan ke bak pengendap agar air tidak membawa pasir dan
kerikil saat masuk ke pipa pemasukan. Modifikasi desain ini dilakukan dengan
maksud agar kelompok tani yang bertugas memelihara pompa ini di masa depan,
bisa melakukan perbaikan-perbaikan kecil pada pompa dengan peralatan bengkel
sederhana seandainya terjadi kerusakan pada pompa. Pompa hidram yang dipasang
oleh yayasan AIDFI terbuat dari besi dan
beberapa bagian penting seperti katup yang bergerak dibuat dari stainless steel
agar masa pakai pompa itu bisa sangat lama.
Dengan adanya instalasi
air menggunakan pompa hidram, kebutuhan air masyarakat sekitar dapat dipenuhi
tanpa mereka harus turun ke lembah. Suplai air yang terus menerus menyebabkan mereka bisa
meningkatkan kesehatan karena mereka dapat mandi dengan mudah dan yang lebih
penting lagi lahan pertanian dan ternak mereka bisa mendapatkan suplai air di
saat musim kemarau.
2.
Pemanfaatan Pompa Hidram di Indonesia
Setelah melihat
keberhasilan pembangunan sistem irigasi dengan pompa hidram di Filipina, metode
yang sama perlu lebih ditingkatkan penerapannya di Indonesia sebagai solusi
dari permasalahan pemenuhan kebutuhan air di kawasan terpencil. Meskipun
pembangunan instalasi irigasi pompa hidram ini juga membutuhkan investasi awal
yang cukup besar, namun biaya investasi tersebut akan bisa tertutup setelah 2
tahun pompa itu beroperasi. Jadi dalam
jangka panjang hal pompa hidram lebih menguntungkan jika dibandingkan pompa
sumur akuifer dalam.
Banyak faktor yang harus
dibenahi agar teknologi pompa hidram yang sudah ada lebih dari 30 tahun di
Indonesia menjadi teknologi yang
popular dan banyak digunakan di
daerah-daerah terpencil. Modifikasi dan inovasi desain pompa harus terus
dilakukan oleh para ahli agar pompa lebih mudah digunakan oleh petani danagar
efisiensinya semakin meningkat. Modifikasi
juga perlu dilakukan agar pompa tetap bisa bekerja walaupun tekanan masukan air
rendah seperti yang dilakukan di Filipina.
Publikasi dan sosialisasi
tentang kelebihan penggunaan pompa hidram dan manfaat positifnya bagi
lingkungan harus lebih aktif dilakukan
dan merata di berbagai lapisan masyarakat, hingga teknologi pompa hidram bisa
menjadi alternatif pertama yang muncul di benak masyarakat Indonesia saat
mereka dihadapkan pada permasalahan pemenuhan kebutuhan air di wilayahnya.
Pedoman teknis dari Departemen Pertanian serta pengalaman yayasan AIDSI di
Filipina jelas menunjukkan bahwa tahapan pertama yang harus dilakukan dalam
proyek pembangunan sistem irigasi ini adalah mengorganisir kelompok masyarakat
setempat.
Dengan melakukan
pengorganisasian masyarakat, maka anggota masyarakat bisa dilibatkan dalam
proyek ini sejak dini dan diharapkan ikut memelihara sistem irigasi ini dalam
jangka panjang. Dalam hal ini dibutuhkan seorang inisiator yang mempunyai
motivasi dan kemampuan untuk mengorganisir masyarakat setempat agar mereka bisa
merasa menjadi bagian proyek yang bisa bermanfaat bagi mereka di masa depan.
Peran serta lembaga swadaya masyarakat atau individu yang peduli terhadap peningkatan kualitas hidup
masyarakat di daerah terpencil sangat dibutuhkan agar keberhasilan proyek
irigasi pompa hidram di Pulau Negros dapat diterapkan juga di berbagai daerah
di Indonesia.
Gambar 11. Pompa Hidram
Berikut
beberapa daerah di Indonesia yang menggunakan pompa hidram sebagai pompa air
yang digunakan dalam sehari-hari.
3.
4.
 |
 |
J.
Kesalahan
yang Timbul dalam Pengoperasian Pompa Hidram
Adapun
beberapa permasalahan yang mungkin timbul dalam pengoperasian pompa hidram
antara lain:
1.
Klep
pembuangan tidak dapat naik atau menutup, disebabkan beban klep terlalu berat
atau debit air yang masuk pompa kurang. Dapat diatasi dengan mengurangi beban
atau memperdek as klep pembuangan.
2.
Klep
pembuangan tidak mau turun atau membuka, karena beban klep terlalu ringan, jadi
bisa diatasi dengan menambah beban klep atau memperpanjang as klep pembuangan.
3.
Tinggi
pemompaan di bawah rasio rumus, yaitu setiap terjunan 1 meter dapat menaikkan
setinggi 5 meter. Penyebab pertama adalah terjadinya kebocoran atau tidak
rapatnya klep. Penyebab kedua rasio diameter pipa input dibanding pipa output
lebih besar dari 1 berbanding 0,5. Dapat diatasi dengan memeriksa dan memperbaiki
klep atau mengurangi diameter pipa output. Penyebab ketiga adalah terlalu
banyaknya hambatan pada pipa output menuju baktandon, berupa banyaknya belokan
pipa. Agar hal tersebut tidak terjadi, pada saat instalasi pipa sedapat mungkin
dikurangi lekukan atau belokan pipa menuju tandon.
Kunci keawetan dan operasional pompa hidram adalah
perawatan rutin, mengingat sumber air yang dipergunakan mengalir pada saluran
umum yaitu: sungai, saluran irigasi atau mata air. Selain harus menjaga air
yang mengalir terbebas kototan/sampah dengan cara membuat saringan, dipakainya
sumber air umum tersebut membuat debit air berubah-ubah, fluktuatif, yang bisa
menyebabkan klep pembuangan berhenti bekerja membuka-metutup. Cara membuat klep
pembuangan bekerja lagi adalah dengan cara pemukul as klep dengan balok kayu.
K. Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Pompa
Hidram
1. Kelebihan
Pompa Hydraulic Ram
a.
Hemat
energi.
b.
Bisa
beropeasi tanpa bantuan energi listrik atau BBM.
c.
Prinsip
kerja sederhana, sehingga dapat dibuat atau direkayasa dengan mudah oleh semua
orang.
d.
Pemeliharaan
sederhana sehingga tidak membutuhkan teknisi ahli.
e.
Mampu
bekerja secara non-stop tanpa diragukan adanya malfungsi serius pada
komponen-komponennya.
2.
Kekurangan Pompa Hydraulic Ram
a.
Klep
pembuangan membuka karena beban klep terlalu ringan
b.
Klep
pembungan menutup karena beban klep berlebihan.
c.
Perawatan
harus rutin.
d.
Masih
tergantung dari keadaan alam yang berubah-ubah.
