Materi Pompa Hidram

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)

P_s = v_s. v. ρ

Dimana :

P_s        = 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

v_s =

Dimana ;

v_s         = 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)

v_s         = Kecepatan aliran balik(m/s)

5.    Kapasitas aliran

Q = A_w.V_w =A_d.V_d

Dimana :

Q         = Kapasitas aliran (m³/detik)

A_w        = Luas penampang saluran katup limbah (m²)

V_w          = Kecepatan air dikatup limbah (m/s)

A_d        = Luas penampang drive (m²)

V_d        = 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:

    η_A      = 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.