Topik 8 Kuliah-pompa-dkk

Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
1
Topik 8. Pemanfaatan Airtanah dan Irigasi Pompa
Pendahuluan
Tujuan instruksional khusus: mahasiswa mampu (a) memahami, membuat konstruksi
dan pemeliharaan sumur; (b) memahami perhitungan dan penerapan dalam irigasi
pompa; (c) memahami perhitungan biaya air pompa dan perencanaan untuk agribisnis
tanaman hortikultura beririgasi
Bahan Ajar
Bahan Ajar terdiri dari: (1) Irigasi Pompa, (2) Pompa Hidram, (3) Pompa Air Tenaga
Angin. Pada File Tambahan Kuliah Topik 8, tercantum naskah dalam bentuk pdf
yakni (a). Bahan ajar 3 Pompa Air Tenaga Angin (Kincir Angin), (b) Centrifugal
Pump, (c) Pumping Station Design
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
2
1. Irigasi Pompa
IRIGASI POMPA
Oleh: Dedi Kusnadi Kalsim (Ir.,M.Eng.,Dip.HE)
Bagian Teknik Tanah dan Air, FATETA IPB;
E-mail: [email protected]
Sumber:
(1) A.M. Michael, 1978. Irrigation: Theory and Practice.
(2) Sularso; H. Tahara, 1983. Pompa & Kompresor
(3) Kay M.; N. Hatcho, 1992. Small-scale pumped irrigation: energy and cost.
FAO, Rome, Italy.
1. Konsep Dasar
SI units (International Metric System) digunakan dalam buku ini. Satuan dasar dalam
unit SI adalah sebagai berikut:
Pengukuran
Panjang
Volume
Massa
Gaya
1.1.
Unit
Meter
meter kubik
Kilogram
Newton
Simbol
m
m3
kg
N
Tekanan
Tekanan adalah istilah yang sering digunakan dalam hidrolika yang menggambarkan
gaya yang dikeluarkan oleh air pada luasan bidang tertentu dari suatu objek yang
tenggelam dalam air. Tekanan umumnya dinyatakan dalam kilo Newton per meter
persegi (kN/m2). Sebagai alternatif lain sering pula digunakan “bar” dimana 1 bar
sama dengan 100 kN/m2. Tekanan dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
Tekanan (kN
m
2
)=
Gaya ( kN )
luas m 2
( )
… /1.1/
Suatu tipikal tekanan operasional dalam irigasi curah (sprinkler irrigation) adalah
sebesar 3 bar (300 kN/m2), hal ini berarti bahwa setiap luasan 1 m 2 pada pipa bagian
dalam dan pompa mempunyai gaya seragam sebesar 300 kN yang bekerja padanya.
Beberapa satuan yang sering dipakai adalah kilogram gaya per sentimeter persegi
(kgf/cm2) atau pounds-force per inci persegi atau psi (lbf/in2). Konversi dari satuansatuan tersebut adalah:
1 bar = 14,7 lbf/in2 = 1 kgf/cm2 = 100 kN/m2
Teknik Irigasi dan Drainase
… /1.2/
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
3
1.1.1. Pengukuran Tekanan
Tekanan air dalam pipa dapat diukur dengan Bourdon Gage (Gambar 1.1). Di dalam
alat ini terdapat suatu tabung (tube) berbentuk lengkung yang akan meregang apabila
di bawah tekanan. Tabung ini disambungkan dengan penunjuk berskala sehingga
besarnya tekanan dapat dibaca. Teknisi biasanya juga mengacu tekanan sebagai
tekanan head dalam satuan meter kolom air. Jika pengukur Bourdon digantikan
dengan slang vertikal, maka air dalam slang akan naik sampai ketinggian tertentu
sesuai dengan besarnya tekanan. Jika tekanannya 1 bar maka air akan naik setinggi
sekitar 10 meter.
Head tekanan (m) = 0,1 x tekanan (kN/m2) = 10 x tekanan (bar) …/1.3/
1.1.2. Tekanan atmosfir
Tekanan atmosfir adalah tekanan dari atmosfir udara sekeliling kita, menekan ke
bawah tubuh kita pada permukaan bumi.
Meskipun udara kelihatannya ringan, jika
mempunyai kolom udara yang besar pada
permukaan bumi akan menghasilkan tekanan
sekitar 100 kN/m2 atau ekivalen dengan 1 bar
atau 10 m kolom air
Tekanan atmosfir = 100 kN/m2 = 1 bar = 10 m
kolom air
… /1.4/
Gambar 1.1. Pengukuran tekanan
1.2.
Debit
Laju air mengalir per satuan waktu dalam pipa atau saluran disebut dengan kecepatan
(velocity) yang dinyatakan dengan satuan m/detik. Debit (discharge) adalah volume
air mengalir dalam pipa atau saluran per satuan waktu yang dinyatakan dengan
m3/detik. Sebagai contoh pada Gambar 2 dimana air mengalir dalam pipa berdiameter
100 mm pada kecepatan 1,5 m/detik. Maka dalam 1 detik sejumlah air akan mengalir
dalam pipa dengan volume sama dengan yang diarsir pada Gambar 1.2. Volume ini
besarnya sama dengan kecepatan dikalikan dengan luas penampang aliran yakni 1,5 x
0,008 = 0,012 m3/detik.
1.2.1. Pengukuran Debit
Debit dapat diukur dengan berbagai cara antara lain: (a) flow meter (Gambar 1.3a)
dimana jumlah putaran baling-baling per satuan waktu dikonversikan ke penunjuk
berskala dalam satuan debit; (b) Dengan secara langsung menggunakan wadah yang
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
4
diketahui volumenya dan pengukur waktu (stopwatch) yang diperlukan untuk mengisi
penuh wadah tersebut (Gambar 1.3b); (c) Di saluran terbuka dapat menggunakan
sekat ukur seperti pada Gambar 1.3c.
Debit aliran (m3/detik) = luas
penampang aliran (m2) x
Kecepatan (m/detik) … /1.5/
Gambar 1.2. Perhitungan debit
1.3.
Energi
Dengan energi kita mampu bekerja. Dalam pemompaan energi diperlukan untuk
mengangkat air dengan debit tertentu. Energi air dipasok oleh suatu pompa yang
bergerak dengan tenaga manusia atau motor dengan menggunakan tenaga matahari,
angin atau bahan bakar.
1.3.1. Pengukuran energi
Energi biasanya diukur dalam satuan Watt-jam atau Watt-hour (Wh atau W-jam).
Karena nilai 1 Wh ini sangat kecil maka satuan yang biasanya digunakan adalah
kilowatt-jam (kWh) dimana 1 kWh = 1.000 Wh. Beberapa gambaran umum nilai
energi yang digunakan untuk pekerjaan tertentu adalah:
a. Seorang petani bekerja di sawah menggunakan energi sekitar 0,2 – 0,3 kWh
setiap hari
b. Kipas angin di atas meja menggunakan energi 0,3 kWh setiap jam
c. AC menggunakan energi sekitar 1 kWh setiap jam
Perhatikan bahwa periode waktu selalu diberikan jika menerangkan jumlah energi
yang diperlukan. Misalnya petani memerlukan energi 0,2 kWh setiap hari untuk
bekerja, energi tersebut dipasok dari makanan yang dimakan setiap hari. Dalam irigasi
jumlah energi yang diperlukan ditentukan dalam satuan waktu harian, bulanan atau
musiman.
1.3.2. Sumber energi
Energi dapat berasal dari makanan (bagi manusia dan hewan), dari bahan bakar fossil,
dari angin dan matahari (untuk mesin dan motor). Tabel 1.1, memberikan gambaran
nilai energi untuk makanan, bahan bakar fosil dan sumber energi lainnya.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
5
Gbr 1.3a
Gbr 1.3b
Gbr 1.3c
Gambar 1.3. Pengukuran debit
Tabel 1.1. Kandungan energi bahan bakar dan makanan
Bahan
Jagung
Kayu
Diesel
Bensin
Angin
Matahari
Energi
1 kWh/kg
4 kWh/kg
11 kWh/liter
9 kWh/liter
0,01-41
kWh/m2
1 kWh/m2
Efisiensi
(%)
10
10
20
10
1.3.3. Perubahan energi
Teknik Irigasi dan Drainase
Keterangan
Sebagai konsumsi manusia dan hewan
Kadang-kadang dinyatakan sebagai konsumsi bahan bakar
(0,09 lt/kWh untuk diesel dan 0,11 lt/kWh untuk bensin)
20
Untuk kecepatan angin dari 2,5 – 40 m/det
5
Maksimum energi matahari di permukaan laut
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
6
Aspek penting dalam energi adalah bahwa energi dapat diubah dari suatu bentuk
energi ke bentuk lainnya (Gambar 1.4). Manusia dan hewan mengkonversi makanan
menjadi energi yang berguna untuk menggerakkan ototnya. Dalam suatu tipikal sistim
pompa yang digerakkan oleh mesin diesel, energi diubah beberapa kali sebelum
digunakan untuk memompa air. Energi kimia yang dikandung oleh bahan bakar diesel
dibakar dalam mesin diesel menghasilkan energi mekanik. Energi ini masuk ke
pompa melalui poros putar (drive shaft) dan akhirnya ke air.
Gambar 1.4. Konversi energi, analogi antara manusia (atas) dengan mesin (bawah)
1.3.4. Perhitungan energi yang diperlukan
Jumlah energi yang diperlukan untuk memompa air tergantung pada volume air yang
dipompa dan head1 yang diperlukan dihitung dengan rumus:
( )
Volume air m 3 × head ( m )
Energi air ( kWh ) =
365
… /1.6/
Contoh 1.1:
Sejumlah 600 m3 air dipompa setiap hari ke suatu tangki air yang terletak 10 m di atas
permukaan tanah. Hitung jumlah energi yang diperlukan? Dengan menggunakan
persamaan di atas maka energi air = (600 x 10)/365 = 16,4 kWh setiap hari.
1
Head adalah energi dalam satuan panjang (L)
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
7
Gambar 1.5. Ilustrasi pada contoh 1.1
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
8
1.4.
Tenaga atau Daya (Power)
Tenaga atau Daya sering membingungkan dalam konteks istilah energi, mereka
berhubungan tetapi berbeda arti. Energi adalah kapasitas untuk mengerjakan sesuatu
kerja sedangkan tenaga adalah laju dimana energi tersebut digunakan. Tenaga atau
Daya adalah laju penggunaan energi yang biasanya diukur dengan satuan kilowatt
(kW). Tenaga yang diperlukan untuk memompa air disebut tenaga air yakni:
Tenaga ( kW ) =
Energi ( kWh )
waktu ( jam )
… /1.7/
Satuan lainnya yang biasa digunakan untuk tenaga adalah Tenaga Kuda (HP) dengan
konversi 1 HP = 0,74 kW atau 1 kW = 1,35 HP.
Contoh 1.2:
Pada contoh 1.1 di atas telah dihitung bahwa energi diperlukan setiap hari untuk
mengangkat 600 m3 air setinggi 10 m adalah 16,4 kWh. Berapa tenaga air yang
diperlukan ?
Untuk menghitung tenaga air dari energi air diperlukan waktu yang diperlukan untuk
pemompaan:
a. Jika pemompaan kontinyu selama 24 jam per hari, maka Tenaga Air (kW)
adalah 16,4/24 = 0,68 kW = 0,92 HP
b. Jika pompa hanya bekerja 12 jam/hari, maka Tenaga Air = 16,4/12 = 1,37 kW
= 1,85 HP
c. Jika pemompaan hanya 6 jam/hari, maka Tenaga Air = 16,4/6 = 2,73 kW =
3,68 HP.
Catatan: energi yang diperlukan adalah sama untuk ketiga kasus tersebut. Akan tetapi
tenaga tergantung pada laju penggunaan energi tersebut. Jumlah tenaga diperlukan
lebih besar jika waktu penggunaan energi lebih pendek.
Cara lain menghitung tenaga dan energi adalah menggunakan debit air yang dipompa
(daripada volume air yang dipompa).
(
3
Tenaga Air ( kW ) = 9,81 × Debit m
det
) × Head ( m)
… /1.8/
Selanjutnya energi air dapat dihitung dari Tenaga air dengan mengalikan dengan
waktu operasional,
Energi Air = Tenaga Air ( kW ) × Waktu operasional ( jam))
1.5.
… /1.9/
Pompa dan Unit Tenaga
Jenis/tipe pompa yang sering digunakan dalam irigasi adalah (a) Pompa aliran Axial
(atau tipe propeler), (b) Pompa tipe aliran radial (atau sentrifugal), dan (c) Tipe aliran
campur (mixed flow). Suatu indeks yang sering digunakan untuk menentukan tipe
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
9
pompa adalah kecepatan spesifik (specific speed) yang dihitung dengan rumus sebagai
61.65 N q 1 / 2
berikut, n s =
… /1.10/ dimana ns: kecepatan spesifik (rpm), N:
h3/ 4
kecepatan putaran (rpm), q: debit (m3/det), h: total head (m). Karakteristik dari ketiga
tipe pompa berdasarkan nilai ns dapat dilihat pada Gambar 1.6.
Gambar 1.6. Hubungan
antara kecepatan
spesifik,
bentuk impeller dan
tipe pompa
Pompa tipe aliran axial terdiri dari suatu propeller yang ditempatkan di dalam tabung
pipa yang ditempatkan di bawah muka air (Gambar 1.7). Pompa jenis ini mempunyai
karakteristik kecepatan spesifik yang besar yakni debit besar tetapi head kecil,
sehingga biasanya digunakan untuk irigasi padi sawah atau untuk keperluan drainase.
Tipe aliran radial biasa disebut juga pompa centrifugal biasanya sering digunakan
untuk irigasi, mempunyai karakteristik nilai kecepatan spesifik yang rendah atau head
tinggi, tetapi debit kecil. Pompa ini cocok digunakan untuk irigasi curah dan tetes
dimana diperlukan head yang cukup tinggi. Prinsip kerja pompa ini adalah gaya
centrifugal seperti diilustrasikan pada Gambar 1.8.
Jika kita memutar air dalam ember dengan panjang tali tertentu, maka air tetap
tertahan dalam ember karena adanya gaya centrifugal. Beberapa ember digantikan
dengan suatu impeller dengan beberapa blades atau vanes yang berputar dengan
kecepatan tinggi di dalam rumah pompa. Bentuk impeller dapat berupa impeller
tertutup, terbuka dan setengah terbuka (semi enclosed). Berdasarkan bentuk rumahnya
(casing), pompa centrifugal dapat diklasifikasikan dalam dua tipe yakni tipe volute
dan tipe turbin (diffuser). Perbedaan utama adalah tipe turbin mempunyai beberapa
diffuser vanes. Pompa jenis centrifugal sering dinyatakan kapasitasnya dengan
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
10
diameter pipa keluar, misalnya pompa ukuran 50 mm. Tabel 1.2 memberikan suatu
petunjuk hubungan antara diameter pipa keluar dengan kapasitas pompa.
Gambar 1.7. Pompa tipe aliran axial
Pompa centrifugal dirancang dengan bentuk poros putar horizontal dan vertikal dan
dengan jumlah impeller dan inlet isap yang berbeda. Inlet isap dapat berbentuk
tunggal atau ganda (double). Inlet isap tunggal dan poros horizontal biasanya
digunakan untuk tinggi isap tidak lebih dari 4 ~ 6 m. Hampir semua pompa turbin
adalah tipe poros vertikal. Pompa ini biasanya mempunyai lebih dari satu impeller
sehingga biasa disebut multi-stage pump kadang-kadang disebut juga pompa turbin
sumur dalam (deep well turbine pump) (Gambar 1.9)
Pompa aliran campur (mixed flow) adalah adalah campuran dari aliran axial dan
centrifugal. Pompa aliran campur lebih efisien untuk memompa debit besar daripada
pompa centrifugal dan juga lebih efisien untuk memompa pada tekanan tinggi
daripada pompa axial. Pompa ini juga dapat beroperasi pada pompa tenggelam
(submersible pump) yakni berada di bawah muka air (Gambar 1.10)
Tabel 1.2. Suatu pegangan untuk pemilihan pompa
Ukuran pipa keluar Debit (liter/detik)
(mm)
(inchi)
25
1
0~5
50
2
5 ~ 15
75
3
15 ~ 25
100
4
25 ~ 35
125
5
35 ~ 50
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
11
Gambar 1.8. Pompa aliran radial atau Pompa centrifugal
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
12
Gambar 1.9. Pompa
turbin sumur dalam
dengan 2 tingkat
impeller
Gambar 1.10.
Pompa tipe
aliran campur
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
13
2. TERMINOLOGI
2.1
Kapasitas adalah volume air yang keluar dari pompa per satuan waktu. Biasa
disebut juga debit aliran, umumnya dinyatakan dalam satuan liter/detik atau
liter/menit.
2.2
Tinggi Isap Statik (Static Suction Lift): Jarak vertikal dari poros pompa ke
muka air sumber (Gambar 2.1)
2.3
Total Tinggi Isap (Total Suction Lift): Jumlah dari tinggi isap statik dengan
semua kehilangan energi pada pipa isap (pipa, saringan dan klep kaki)
ditambah dengan velocity head pada pipa isap.
2.4
Tinggi Tekan Statik (Static Discharge Head): jarak vertikal dari poros pompa
ke elevasi muka air yang keluar dari pompa (Gambar 2.1)
2.5
Total Head tekan (Total Discharge Head): jumlah tinggi tekan statik dengan
semua kehilangan energi pada pipa tekan (pipa, sambungan) ditambah velocity
head dan pressure head.
2.6
Total Head: energi yang diberikan pompa pada air, besarnya merupakan
penjumlahan dari Total Head Tekan dengan Total Suction Lift.
2.7
Total Head Statik: jarak vertikal dari muka air pada pipa isap ke muka air
keluar.
2.8
Friction head: head ekuivalen dinyatakan dalam meter kolom air untuk
menanggulangi gesekan aliran dalam pipa
2.9
Pressure head: tekanan dinyatakan dalam meter kolom air dalam ruang
tertutup dimana pompa mengisap atau menekan air (Hp=p/γ) (Gambar 2.2.)
2.10
Velocity Head: tekanan air (dinyatakan dalam meter kolom air) yang
diperlukan untuk menghasilkan aliran (Hv= v2/2g)
2.11
Maksimum tinggi isap pompa (maximum practical suction lift). Untuk
opersional pompa sentrifugal tanpa cavitasi, tinggi isap ditambah dengan
semua kehilangan lainnya harus lebih kecil dari tekanan atmosfir teoritis.
Maksimum tinggi isap dihitung dengan persamaan:
Hs = Ha - Hf - es - NPSH - Fs … /2.1/
dimana:
Hs: maksimum tinggi isap, atau jarak dari pusat pompa ke muka air (meter); H a :
Tekanan atmosfir pada permukaan air (meter atau 10,33 m pada permukaan laut); H f :
Kehilangan karena gesekan pada saringan, pipa, sambungan dan klep pada pipa isap
(m); es : Takanan uap air jenuh (m); NPSH : net positive suction head pompa
termasuk kehilangan di impeller dan velocity head (m); Fs: Faktor pengaman
(biasanya diambil sekitar 0,6 m).
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
14
Gambar 2.1. Sistim
pemompaan dimana
sumber air di bawah
pusat pompa keluar
secara gravitasi
Koreksi Ha untuk ketinggian tempat adalah sekitar 0,36 m per 300 m tinggi tempat.
Kehilangan gesekan dan tinggi angkat harus dijaga serendah mungkin. Untuk alasan
tersebut umumnya diameter pipa isap lebih besar dari pipa tekan, dan pompa
ditempatkan sedekat mungkin dengan muka air sumber air.
Gambar 2.2. Sistim
pemompaan dimana
sumber air di bawah
pusat pompa keluar lewat
sprinkler bertekanan
Contoh 2.1:
Tentukan maksimum tinggi isap untuk pompa dengan debit 38 lt/detik. Suhu air 20o
C. Total hilang gesekan pada pipa diameter 10 cm dan sambungan adalah 1,5 m.
Pompa beroperasi pada ketinggian tempat 300 m dpl. NPSH pompa dari pabriknya
4,7 m.
Penyelesaian:
es pada 20o C = 0,24 m (dari Tabel 2.1)
Fs = 0,6 m. Tekanan atmosfir = 10,33 - 0,36 = 9,97 m
Hs = 9,97 - 1,5 - 0,24 - 4,7 - 0,6 = 2,93 m.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
15
Hubungan antara ketinggian tempat dengan tekanan atmosfir dinyatakan dengan
persamaan (atau Tabel 2.2):
0,0065h 

Pa = 10,331 −

288


5 , 256
… /2.2/
dimana Pa: tekanan atmosfir (m H2O); h: ketinggian tempat di atas muka laut (m).
Tabel 2.1. Hubungan antara Suhu
dengan Tekanan Uap Air
Suhu (o C)
10
15
20
30
40
50
90
100
Tekanan uap air
(m kolom air)
0,12
0,17
0,24
0,43
0,77
1,26
7,3
10,33
Tabel 2.2. Hubungan antara ketinggian tempat dengan Tekanan Atmosfir
Ketinggian di atas
muka laut (m)
0
250
500
1.000
1.500
2.000
2.12
Tekanan atmosfir
(m kolom air)
10,33
10,0
9,75
9,20
8,60
8,10
Water Horse Power (WHP): tenaga kuda teoritis yang diperlukan untuk
memompa air dengan debit dan tinggi head tertentu. Head dan debit yang
dinyatakan dalam daya kuda (horse power).
WHP =
Debit (lt / det) × Total Head ( m )
Debit ( m 3 / det) × Total Head ( m )
=
75
0,075
../2.3/
atau
1 HP = 75 liter/detik.meter= 0,075 m3/detik meter = 0,74 KW
… /2.4/
CATATAN:
•
•
Berdasarkan sistim Inggris (UK): 1 HP (Horse Power) = 550 ft-lbsf/sec = 550 x
0,305 x 0,454 m-kgf/sec = 76,2 m-kgf/sec = 76,2 liter air. m/det = 0,746 kW. Air
pada suhu 20o C, 1 liter = 1 kgf.
Berdasarkan sistim metrik 1 PS (Pferdestarke, Tenaga Kuda Jerman) = 75 mkgf/sec = 75 liter air. m/det = 0,74 kW.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
16
•
•
•
Satuan Tekanan: 1 kN/m2 = 1 k Pa = 0,145 psi; 1 bar = 1 kg/cm2 = 100 kPa = 10
m kolom air = 14,5 psi
Power (Daya/Tenaga) = ρ g Q H = γ Q H = N/m3 x m3/det x J/N = J/det = Watt;
Contoh: Q = 1 m3/det, H = 1 m (kolom air); Pada suhu 20o C, γ air = 9,789 kN/m3,
maka Daya = 9,789 x 1 x 1 = 9,789 kW = 13,2 HP
1 atm = 101,3 kPa =101,3 kN/m2 = (101,3 : 9,789) m kolom air = 10,35 m kolom
air
Shaft Horse Power adalah tenaga yang diperlukan pada poros pompa.
SHP =
2.13
WHP
Efisiensi Pompa
… /2.5/
Efisiensi adalah perbandingan antara tenaga output dengan tenaga input.
Efisiensi Pompa =
WHP
SHP
… /2.6/
2.14
Brake Horse Power adalah aktual tenaga yang diperlukan oleh mesin untuk
memompa:
 Apabila digunakan sambungan langsung maka BHP = SHP
 Apabila menggunakan sabuk (belt) atau penghubung lainnya maka:
BHP =
WHP
Ef .Pompa × Ef .drive
HP input pada Motor Lsitrik =
… /2.7/
WHP
Ef .Pompa × Ef .drive × Ef .motor
…
/2.8/
Kilowatt input Motor Listrik =
BHP × 0,74
Ef .Motor
… /2.9/
3. KURVA KARAKTERISTIK
Kurva karakteristik pompa biasa disebut juga kurva performansi, menggambarkan
hubungan antara kapasitas, head, tenaga dan efisiensi pompa (Gambar 3.1).
Pengetahuan kurva karakteristik pompa diperlukan untuk memilih pompa pada
kondisi operasional tertentu yang memberikan nilai efisiensi tinggi dan biaya
operasional yang rendah. Umumnya Head, input tenaga dan efisiensi disusun sebagai
ordinat sedangkan kapasitas sebagai absis pada kecepatan pompa konstan. NPSH
apabila ditunjukan juga dipasang pada ordinat. Sekitar 6 - 12 titik digunakan selama
uji pompa (pump test). Kurva yang halus dihubungkan pada titik-titik tersebut.
Kurva Head - Kapasitas memperlihatkan berapa besarnya debit air akan dikeluarkan
pada head tertentu. Debit bertambah dengan menurunnya head. Efisiensi yang
dihasilkan naik dari nol pada debit nol sampai suatu titik maksimum dan selanjutnya
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
17
menurun kembali. BHP pada pompa sentrifugal biasanya naik sampai pada suatu
selang sebagaimana debit bertambah, mencapai suatu titik maksimum. Kurva ini
berubah dengan kecepatan pompa. Maka kecepatan harus dipertimbangkan dalam
pemilihan pompa untuk mendapatkan efisiensi maksimum. Masing-masing kurva juga
berubah terhadap tipe pompa.
Gambar 3.1. Tipikal
Kurva Karakteristik
Pompa Sentrifugal
Beberapa kurva menggambarkan kecepatan atau diameter impeller yang berbeda
dapat digambarkan pada gambar yang sama. Jenis gambar ini menunjukan sejumlah
kurva head-kapasitas untuk satu diameter impeller dan kecepatan berbeda, atau kurva
head-kapasitas untuk diameter impeller berbeda tapi pada satu kecepatan. (Gambar
3.2). Kurva jenis ini disebut dengan Kurva Karakteristik Komposit.
Cara membaca kurva, misalnya pada Gambar 3.1, diinginkan untuk mendapatkan
head, HP dan efisiensi pada kapasitas 10,7 lt/detik. Dengan membaca kurva, pada
10,7 lt/detik pompa akan menghasilkan head 38 m, memerlukan 7,1 BHP dengan
efisiensi 75,5%.
Pembacaan kurva karakteristik komposit seperti pada Gambar 3.2 lebih banyak
informasi yang didapatkan. Contohnya, diperlukan untuk memilih pompa dan unit
tenaga yang mampu mengalirkan debit 16 lt/det pada head 30 meter. Hal yang penting
adalah memilih pompa yang mampu bekerja pada puncak efisiensi. Dari gambar
tersebut didapatkan dengan memilih diameter impeller 176 mm, yang akan
beroperasi pada efisiensi tertinggi 69%. Untuk menentukan tenaga yang diperlukan
antara 5,5 KW dan 7,5 KW, maka kita dapat memilih motor 7,5 KW. Tinggi angkat
terbaca 5 m, dan ukuran pipa isap dan pipa hantar sekitar 125 mm.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
18
Gambar 3.2. Kurva
Karakteristik
Komposit Pompa
Sentrifugal
pada Beberapa
Diameter Impeller
4. PEMILIHAN POMPA
4.1
Kriteria dan Prosedur pemilihan pompa untuk irigasi
Faktor utama pemilihan pompa adalah: (1) Keperluan air Irigasi untuk tanaman, (2)
Debit sumber air (sungai, kolam, sumur), (3) Ketersediaan dan biaya dari jenis pompa
dan energi.
4.2
Penentuan Kapasitas Debit Pompa
Data ketersediaan debit aman dari sumur dan sumber air lainnya, serta debit air irigasi
yang diperlukan tanaman harus diduga dengan perhitungan.
4.2.1 Kapasitas debit pompa berdasarkan kebutuhan tanaman
Debit pompa harus mampu memenuhi keperluan puncak tanaman. Debit pompa
tergantung pada luas areal pada tanaman yang berbeda, keperluan puncak tanaman,
perioda rotasi dan lama operasional pemompaan dalam satu hari. Hubungan tersebut
dapat dihitung dengan persamaan:
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
19
q=
∑
A × y 1000
×
= 27,78 ×
R× T
36
∑
A× y
R× T
… /4.1/
dimana:
q: debit pompa (liter/detik); A : luas areal tanaman (hektar); y: kedalaman air irigasi
(cm);
R: perioda rotasi (hari); T: lama pemompaan per hari (jam/hari)
Contoh 4.1:
Seorang petani mempunyai lahan seluas 5 hektar yang akan ditanami berbagai jenis
tanaman sebagai berikut:
Jenis
Tanaman
1. Padi
2. Jagung
3. Sayuran
Luas areal
(hektar)
2
2
1
Jumlah air
irigasi (cm)
10
7,5
7,5
Perioda Rotasi
(hari)
10
15
10
Jam Kerja Pemompaan
(jam/hari)
10
10
10
Debit pompa yang diperlukan :
 2 × 10 2 × 7,5 1 × 7,5 
27,78 × 
+
+
= 10,4 liter/detik
 10 × 10 15 × 10 10 × 10 
4.3
Kemampuan Sumur
Karakteristik surutan-debit dari suatu sumur menentukan pemilihan pompa. Pompa
yang cocok akan didapat dengan cara mencocokan karakteristik pompa dengan
karakteristik sumur. Hubungan debit pemompaan dengan penurunan muka air di
sumur (surutan) adalah merupakan karaktersitik sumur. Hubungan tersebut
digambarkan seperti pada Gambar 4.1. Penurunan elevasi muka air tanah dihitung
dari permukaan tanah.
4.4
Penyesuaian antara karakteristik sumur dengan karaktersitik pompa
Kurva karakteristik sumur dan pompa dapat digunakan untuk pemilihan pompa yang
sesuai dengan sumur tersebut. Karakteristik sumur dan pompa digambar pada skala
yang sama pada kertas transparan (Gambar 4.2). Suatu titik perpotongan antara kurva
head-kapasitas pompa dan sumur menghasilkan debit 3.150 liter/menit pada total head
13 meter, dengan efisiensi sekitar 65%. Input tenaga yang diperlukan sekitar 12 HP.
4.5
Kehilangan Head Gesekan pada Sistem Pipa
Kehilangan head pada instalasi pipa termasuk energi atau head yang diperlukan untuk
menanggulangi gesekan (tahanan) pada pipa dan perlengkapan lainnya (saringan, klep
kaki, sambungan, siku, socket dll). Gesekan terjadi baik pada pipa isap dan pipa
hantar yang besarnya tergantung pada kecepatan aliran, ukuran pipa, kondisi pipa
bagian dalam dan bahan pembuat pipa.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
20
Gambar 4.1. Suatu tipikal
Karakteristik Sumur
Kehilangan energi gesekan pipa umumnya dihitung dengan rumus dari HazenWilliam:
v = 0,849 C R 0, 63 S 0,54
… /4.2a/
atau
hf =
10,684 Q 1,85
× L … /4.2b/
C 1,85 D 4,87
dimana: v: kecepatan rata-rata dalam pipa (m/detik); C: koefisien gesekan pipa (Lihat Tabel
4.1); R: jari-jari hidrolik (m); R = D/4 untuk penampang pipa lingkaran; L: panjang pipa (m);
D: diameter dalam pipa (m); S : gradien hidrolik = hf/L; hf : kehilangan energi (m); Q : debit
aliran (m3/detik).
Nilai C pada rumus Hazen-William, tergantung pada derajat kehalusan pipa bagian
dalam, jenis bahan pembuat pipa dan umur pipa (Tabel 4.1). Sebagai panduan praktis
Gambar pada Lampiran 1 sampai dengan 8 dapat digunakan untuk pendugaan
kehilangan energi gesekan pada berbagai jenis pipa dengan nilai C tertentu pada
berbagai nilai debit aliran dan diameter pipa.
Contoh 4.2:
Hitung kehilangan head karena gesekan pada pipa besi (baru) berdiameter 10 cm,
panjang 120 m jika air mengalir dengan debit 10 liter/detik. Berdasarkan Gambar
dengan C = 130: Kehilangan energi = 20/1000 x 120 m = 2,40 m
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
21
Gambar 4.2. Penggabungan Kurva Karaktersitik Sumur dengan Karakteristik Pompa
Berdasarkan rumus di atas: h f =
4.6
10,684(0,01)1,85
× L = 0,019 x 120 m = 2,3 m
1301,85 (0,1) 4,87
Kehilangan energi pada perlengkapan lainnya (minor losses):
Saringan pompa: h f = K s ×
v2
2g
.. /4.3/, Klep kaki: h f = K f ×
v2
2g
…/4.4/.
Kf dan Ks adalah konstanta, umumnya diasumsikan nilai Ks= 0,95 dan nilai Kf = 0,80.
Head loss dalam klep dan sambungan pipa lainnya ditentukan dengan menggunakan
Nomogram pada Gambar 4.3. Sebagai contoh jika terjadi kontraksi tiba-tiba dengan
perbandingan diameter kecil (d) dengan diameter besar (D) 1:2, dan nilai d = 80 mm.
Maka dari titik d = 80 mm ditarik garis ke “sudden contraction” (penyempitan
serentak) dengan d/D=1/2, maka kehilangan energi sama (ekivalen) dengan
kehilangan energi pada pipa lurus sepanjang 0,9 meter. Kehilangan energi pada klep
balik (Reflux Valve) biasanya disamakan dengan untuk klep kaki.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
22
Tabel 4.1. Kondisi pipa dan nilai C (Hazen-William)
Jenis pipa
Pipa besi cor, baru
Pipa besi cor, tua
Pipa baja, baru
Pipa baja, tua
Pipa dengan lapisan semen
Pipa dengan lapisan asphalt
Pipa PVC
Pipa besi galvanis
Pipa beton (baru, bersih)
Pipa beton (lama)
Alumunium
Pipa bambu (betung, wulung, tali)
Koefisien Kehalusan “C”
130
100
120 ~ 130
80 ~ 100
130 ~ 140
130 ~ 140
140 ~ 150
110 ~ 120
120 ~ 130
105 ~ 110
135 ~ 140
70 ~ 90
Untuk jaringan pipa bambu, kehilangan energi karena pelebaran mendadak dapat
dihitung dengan persamaan:
h f = Kl
(V
2
1
− V2
2g
2
)
… /4.5/, dimana Kl adalah koefisisen losses pada bambu Kl =
2
V
1,57. Pada penyempitan mendadak head loss dihitung dengan h f = K l 2 … /4.6/,
2g
dimana Kl = 0,40. Pada sambungan bambu-bambu nilai Kl = 1,30.
4.7
Rancangan Instalasi Pemompaan
Contoh 4.3:
Suatu pompa diperlukan untuk debit 93.600 liter/jam dengan total head 21 meter.
Hitung besarnya WHP. Jika pompa mempunyai efisiensi 72%, berapa HP tenaga
penggerak diperlukan. Jika motor listrik dengan drive langsung dengan efisiensi 80%
digunakan sebagai tenaga penggerak. Hitung biaya energi listrik dalam sebulan 30
hari. Pompa dioperasikan 12 jam/hari untuk 30 hari. Biaya listrik adalah Rp
100/KWH.
Penyelesaian:
WHP =
SHP =
Debit (lt / det) × Total Head (m) 93.600 × 21
=
= 7,18
75
60 × 60 × 75
WHP
7,18
=
= 9,98 ; Karena pompa disambung secara
Ef .Pompa
0,72
langsung, maka SHP = BHP
BHP × 0,74 9,98 × 0,74
=
= 9,23
Ef .Motor
0,80
Total Konsumsi Energi per bulan = 9,23 × 12 × 30 = 3322,8 KWH
Biaya per bulan = 3322,8 × 100 = Rp.332.280,−
Kilo Watt input pada Motor =
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
23
Contoh 4.4:
Suatu pompa sentrifugal yang digerakkan langsung dengan motor listrik dipasang
dalam sumur gali. Debit pompa 18 liter/detik. Efisiensi pompa 67%. Pusat pompa
berada 60 cm vertikal di atas muka air statik dan 6,2 meter di atas muka air selama
pemompaan berlangsung. Panjang pipa isap 7,5 m dengan diameter 8 cm. Klep kaki
dan saringan dipasang pada pipa isap. Pipa isap disambung pada inlet pipa dengan
siku (long sweep bend) diameter sama. Air dipompa sampai ke puncak pipa yang
disambungkan dengan sistem distribusi pipa dalam tanah. Jarak vertikal dari pusat
pompa ke puncak pipa hantar adalah 16 m. Panjang total pipa hantar 24 m
berdiameter 7 cm. Sambungan pipa pada pipa hantar adalah 3 buah siku (sweep
bend), 1 kran (gate valve) dan 1 reflux valve (disebut juga check valve atau nonreturn valve), semuanya dengan diameter pipa sama. Semua pipa terbuat dari pipa
besi baru. Berdasarkan data tersebut di atas,
HITUNG: (a) Total head; (b) WHP; (c) BHP motor penggerak
Penyelesaian:
Luas penampang aliran Pipa Isap =
Cepat aliran =
π d2
π (0.08) 2
=
= 0,005m 2 .
4
4
Q 18 / 1000
=
= 3,6m / det
A
0,005
π d2
π (0.07 ) 2
Luas penampang aliran Pipa Hantar =
=
= 0,0038m 2
4
4
Q 18 / 1000
Cepat aliran pada pipa hantar =
=
= 4,74m / det
A
0,0038
• Total Head = Total head tinggi isap + Total head tinggi tekan.
• Tinggi Isap Statik = 6,2 m. Head loss pada pipa isap (Q = 18 lt/det, diameter 8 cm,
panjang 7,5 m, C = 130) = 0,171 x 7,5 m = 1,28 m (Gunakan rumus).
• Head loss pada siku, diameter 8 cm : Gambar 4.3: panjang ekuivalen = 1,5 m;
Head loss = 0,171 x 1,5 m = 0,256 m . Head loss pada saringan = 0,95 x
(3,6)2/(2x9,81) = 0,63 m.
• Head loss pada klep kaki = 0,80 x (3,6)2/(2x9,81) = 0,53 m.
• Velocity Head pada pipa isap = v12/2g = 3,62/(2x9,8) = 0,66 m.
• Total Head pada pipa Isap = 6,2 + 1,28 + 0,26 + 0,63 + 0,53 + 0,66 = 9,56 m.
• Tinggi Tekan Statik = 16 m. Head loss pada pipa hantar (diameter 7 cm; panjang
24 m): 0,33 x 24 = 7,92 m.
• Head loss pada 3 buah siku (diameter 7 cm): 3 x (1,4 x 0,33) = 1,39 m. Head loss
pada gate valve, diameter 7 cm = 0,55 x 0,33 = 0,18 m. Head loss pada Reflux
Gate = 0,8 x (4,742/2x9,81) = 0,92 m (menggunakan persamaan untuk klep kaki).
• Velocity Head pada outlet = (4,742/2x9,81) = 1,14 m.
• Total Head pada pipa hantar = 16 + 7,92 + 1,39 + 0,18 + 0,92 + 1,14 m = 27.55 m
• Total Head = 9,56 + 27,55 m = 37,11 m
• WHP = (18 x 37,11)/75 = 8,9 HP
• BHP motor penggerak = 8,9/0,67 = 13,3 HP
Hitung kembali pertanyaan di atas apabila menggunakan pipa PVC?
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
24
Gambar 4.3. Nomogram penentuan kehilangan gesekan pada
perlengkapan pipa (minor losses)
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
25
5. EKONOMI POMPA
Pendugaan ekonomi pompa diperlukan untuk membandingkan biaya relatif dari
berbagai instalasi pemompaan dan untuk menilai ekonomi irigasi. Biaya pemompaan
terdiri dari Biaya Tetap (Fixed Cost) dan Biaya Operasional (variable cost). Biaya
tetap adalah besarnya biaya (Rp/tahun) yang tidak merupakan fungsi dari jam
pemakaian pompa. Sedangkan Biaya tak-tetap besarnya berubah untuk setiap jam
pemakaian pompa.
5.1
Biaya Tetap
Bunga modal (Interest) dihitung pada nilai rata-rata instalasi yakni (Nilai
instalasi awal - Nilai akhir) dibagi 2:
5.1.1
Bunga Modal Tahunan =
5.1.2
( Nilai Instalasi −
Nilai Akhir ) × Bunga
2
… /5.1/
Penyusutan:
Penyusutan Tahunan =
( Nilai Awal −
Nilai Akhir )
Umur Ekonomis (tahun)
… /5.2/
Dugaan umur ekonomi dari pompa dan berbagai peralatannya dapat dilihat pada
Tabel 5.1.
5.2
Biaya Operasional (Biaya Tak Tetap):
5.2.1
5.2.1.1
Bahan bakar/konsumsi energi
Motor Listrik: Efisiensi motor listrik umumnya 80-90%.
Konsumsi energi (KW) =
5.2.1.2
BHP
× 0,74
Ef.Motor
… /5.3/
Motor Bakar
Konsumsi bahan bakar yang teliti diberikan oleh pabrik pembuatnya. Secara kasar
konsumsi bahan bakar mesin diesel adalah 0,23 liter per BHP-jam.
Biaya per jam operasi = BHP x konsumsi liter/jam x Harga bahan bakar per liter.. /5.4/
5.2.2 Oli pelumas dan gemuk
5.2.2.1
Pompa listrik umumnya diabaikan
5.2.2.2
Mesin diesel dan bensin: 4,5 liter per 1000 HP-jam …. /5.5/
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
26
5.2.3
Pemeliharaan dan perbaikan Pompa
Pompa Sentrifugal: Biaya tahunan =
Pompa Turbin: Biaya tahunan =
5.2.4
Harga Pompa
umur pompa
… /5.6/
1,5 × Harga Pompa
umur pompa
… /5.7/
Pemeliharaan dan Perbaikan Mesin
Sulit untuk diduga, tapi nilai nominal harus ditambahkan untuk keperluan ini
Biaya Pemeliharaan dan Perbaikan =
0,015 × Nilai Awal
… /5.8/
100 jam
Tabel 5.1. Dugaan umur ekonomi
Perlengkapan Pompa
Pipa besi
Sumur pompa dan casing
Pompa Sentrifugal
Transmisi Tenaga:
Roda gigi (gear head)
V-belt
Flat belt, karet
Flat belt, kulit
Motor listrik
Mesin diesel
5.2.5
Umur ekonomi
25 tahun
20 tahun
16 tahun atau 32.000 jam
15 tahun atau 30.000 jam
3 tahun atau 6.000 jam
5 tahun atau 10.000 jam
10 tahun atau 20.000 jam
25 tahun atau 50.000 jam
14 tahun atau 28.000 jam
Gaji operator
Contoh 5.1:
Pompa sentrifugal dipasang pada sumur gali dengan menggunakan motor listrik.
WHP pompa = 2,3 Hp. Efisiensi pompa dan motor listrik berturutan 68% dan 76%.
Pompa dioperasikan dalam setahun selama 210 hari atau 2.600 jam. Duga biaya
operasional pompa tahunan. Harga pompa Rp 2 juta dan harga motor Rp 5,5 juta.
Total biaya pipa isap, hantar, sambungan, saringan dan klep kaki adalah Rp 2,375
juta. Biaya perlengkapan listrik Rp 2 juta. Harga listrik Rp 450/KWH. Bunga modal
8%, Nilai akhir pompa dan motor masing-masing diduga Rp.50.000 dan Rp. 75.000.
Nilai akhir alat lainnya diabaikan. Gaji operator Rp 10.000/hari.
Penyelesaian:
Biaya Tetap:
1. Bunga Modal Tahunan = (11.875.000-125.000)/2 x 0,08 =470.000
2. Penyusutan:
2.1. Pompa = (2.000.000-50.000)/16 = 121.875
2.2. Motor = (5.500.000-75.000)/25 = 217.000
2.3. Pipa dll = 2.375.000/25 = 95.000
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
27
2.4. Alat listrik = 2.000.000/25 = 80.000
Total Biaya Tetap (Rp/tahun) = 983.875
Biaya Operasional Tahunan:
1. Konsumsi energi = 2,3/(0,68 X 0,76) x 0,74 x 2.600 = 8.563 KWH
2. Biaya energi = 8.563 x Rp.450 = 3.853.212
3. Pemeliharaan dan Perawatan Pompa = 2.000.000/16 = 125.000
4. Pemeliharaan dan Perawatan Motor listrik = 5.500.000/25 = 220.000
5. Gaji Operator = 210 x 10.000 = 2.100.000
Total Biaya Tidak Tetap = 6.298.212
Total Biaya Pemompaan (Rp/tahun) = 7.282.087
Jika Total head = 20 meter, maka Debit pompa = 8,6 liter/detik. Volume air dalam
setahun = 80.730 m3. Biaya Air per m3 = Rp. 90,20
Cara Perhitungan seperti di atas telah dibuat dalam bentuk Spread Sheet dengan
Program Excel, seperti tercantum pada Tabel 5.2 di bawah ini. Dengan memasukan
variable DATA, maka perhitungan biaya air langsung dapat diperoleh.
5.3
Pemilihan Ukuran Pipa yang Ekonomis
Pemilihan ukuran pipa untuk instalasi pompa harus dihitung berdasarkan analisis
ekonomi. Pipa kecil mungkin memerlukan investasi awal yang rendah akan tetapi
head loss gesekan yang dihasilkan akan lebih besar dan mengakibatkan menambah
biaya tenaga yang diperlukan untuk pemompaan. Pipa yang lebih besar dalam
beberapa kasus akan menghemat biaya tenaga dengan penambahan biaya investasi.
Contoh 5.2:
Suatu pompa dioperasikan dengan debit 7,5 liter/detik melalui pipa besi sepanjang
300 m. Total efisiensi pompa dan motor sebesar 70%. Biaya tarif listrik Rp.90/KWH.
Ukuran pipa yang tersedia di pasaran dengan harganya adalah seperti pada Tabel 5.3.
Bunga modal yang berlaku 7%. Pompa akan dioperasikan 2.600 jam per tahun.
Pilih ukuran diameter pipa yang paling ekonomis?
Analisis biaya dan head loss gesekan dapat dilihat pada Tabel 5.4 di bawah ini.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
28
Tabel 5.2. Analisis ekonomi pompa
DATA HARGA
Pompa sentrifugal
Motor listrik
Pipa dll
Perlengkapan Listrik
JUMLAH
Nilai Akhir Pompa
Nilai Akhir Motor listrik
Jumlah
WHP
Efisiensi pompa
Efisiensi Motor
Rp
2,000,000
5,500,000
2,375,000
2,000,000
11,875,000
50,000
75,000
125,000
2.30
0.68
0.76
Pompa beroperasi
setahun
2,600
210
450
0.08
Harga Listrik/KWH
Bunga modal
Gaji operator Rp/hari)
Biaya Tetap
1. Bunga tahunan
2. Penyusutan
a. Pompa
b. Motor
c. Pipa dll
d. Alat listrik
Total
470,000
121,875
217,000
95,000
80,000
983,875
Baya Operasional:
1. Konsumsi energi tahunan
2. Biaya listrik
3. Pemeliharaan dan Perbaikan
Pompa
Jam 4. Pemeliharaan dan Perbaikan
Motor
Hari 5. Gaji Operator
Total
Biaya Total Operasi Tahunan
(Rp/tahun)
8,563
3,853,212
125,000
220,000
2,100,000
6,298,212
7,282,087
10,000
Total Head (m)
Debit (liter/detik)
Volume air (m3/tahun)
Biaya AIR (Rp/m3)
20
8.63
Umur ekonomi (tahun):
Pompa
16
Motor listrik
25
Pipa
25
Alat listrik
25
80,730
90.20
tahun
tahun
tahun
tahun
Tabel 5.3. Daftar harga pipa besi
Diameter (cm)
Rp/m
5
14.600
6
18.000
Tabel 5.4. Analisis ekonomi pipa
PEMILIHAN EKONOMI UKURAN PIPA
DATA
kolom NILAI
Debit pompa (lt/det)
(a)
7,5
Panjang pipa hantar (m)
(b)
300
Total Efisiensi Pompa dan
(c)
0,7
Motor
Biaya listrik (Rp/KWH)
(d)
90
Jam operasi (jam/tahun)
(e) 2.600
Bunga modal
(f)
0,07
Umur ekonomi pipa (tahun)
(g)
25
Teknik Irigasi dan Drainase
7
21.840
8
25.210
10
32.000
12.5
40.750
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
29
Ukuran Harga
pipa pipa per
(cm)
meter
Biaya untuk
300 m
panjang
Bunga
Modal
Penyusutan
Hf/L
Head Konsumsi Biaya energi Total Biaya
loss
energi
karena
per tahun
gsekan
per
gesekan
pd
tahun
300m
(m)
(KWH)
(Rp)
(Rp)
(7)
(8)
(9)
(10)
99,9
27.458
2.471.241 2.799.741
41,1
11.297
1.016.697 1.421.697
19,5
5.360
482.374
973.774
10,2
2.804
252.319
819.544
3,3
907
81.633
801.633
1,2
330
29.685
946.560
(Rp/m)
(Rp)
(Rp)
(Rp)
(%)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
5
14.600 4.380.000
153.300 175.200 33,3
6
18.000 5.400.000
189.000 216.000 13,7
7
21.840 6.552.000
229.320 262.080 6,5
8
25.210 7.563.000
264.705 302.520 3,4
10
32.000 9.600.000
336.000 384.000 1,1
12,5
40.750 12.225.000 427.875 489.000 0,4
Keterangan:
(4) = (3) x (f)/2; (5) = (3)/(g); (6) = Hf/L (hitung dengan rumus Hazen-William); (7) = (b) x (6); (8)
= (a) x (7)/{75x(c)} x 0,74 x (e); (9) = (8) x (d); (10) = (4) + (5) + (9)
Berdasarkan hasil analisis pada Tabel 5.4 di atas, maka pipa diameter 10 cm, akan
menghasilkan total biaya tahunan yang paling kecil dan layak untuk dipilih.
Total Biaya (Rp/Tahun) untuk
Setiap Diameter Pipa
Rp/tahun
3000000
2000000
1000000
Biaya (Rp/Tahun)
12.
5
10
8
7
6
5
0
Diam e te r Pipa (cm )
Soal Latihan:
Hitung lagi soal di atas apabila akan digunakan pipa PVC merk WAVIN dengan
Daftar Harga (15 Juni 1998, sebelum KRISMON) sebagai berikut:
Diameter
(inchi)
½
¾
1
1 1/4
1 1/2
2
Teknik Irigasi dan Drainase
Rp/
4 meter
8.475
11.685
15.975
24.000
27.075
35.175
Diameter
(inchi)
2 1/2
3
4
5
6
8
Rp/
4 meter
51.450
70.650
117.150
190.515
267.375
456.450
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
30
6. Perencanaan Instalasi Pompa
6.1.
Tata letak pompa
Ruang pompa harus direncanakan dengan memperhatikan jalan masuk mesin, tempat
dan ruangan untuk membongkar dan memasang pompa, jalan untuk pemeliharaan dan
pemeriksaaan, papan tombol, pipa-pipa, penopang pipa, saluran pembuang air,
drainase ruangan, ventilasi, penerangan, keran pengangkat dan lain-lain.Jika beberapa
pompa akan dipasang di dalam ruangan yang sama perlu diperhatikan jarak antar
pompa, sekitar 1~1,5 meter.
6.2.
Pipa Isap
Hal-hal yang harus diperhatikan:
a. Hindari terjadinya penyimpangan aliran atau pusaran pada nosel isap (Gambar
6.1)
b. Pipa harus sependek mungkin dan jumlah belokan harus sesedikit mungkin agar
kehilangan energi sekecil mungkin
c. Hindari terjandinya kantong udara di dalam pipa dengan membuat bagian pipa
yang mendatar agak menanjak ke arah pompa dengan kemiringan 1/100-1/50.
(Gambar 6.2)
d. Hindari kebocoran dalam sambungan pipa
e. Bila saringan atau katup isap akan dipasang maka perlu disediakan cara untuk
membersihkan kotoran yang menyumbat. Hal ini dapat dilakukan misalnya
dengan membuat pipa isap yang mudah dilepas dan tidak ditanam dalam beton
(Gambar 6.3)
f. Kedalaman ujung pipa: Ujung pipa isap harus dibenamkan dibawah muka air
dengan kedalaman tertentu untuk mencegah terisapnya udara dari permukaan
(minimal 60 cm), dan minimal 60 cm dari dasar sungai untuk mencegah
terisapnya lumpur.
6.3.
Pipa Keluar
6.3.1. Diameter dan kecepatan
Diameter pipa keluar dihitung berdasarkan perhitungan ekonomi seperti diuraikan di
atas. Pada umumnya kecepatan aliran pipa diambil 1 sampai 2 m/detik untuk pipa
berdiameter kecil, dan 1,5 sampai 3,0 m/det untuk pipa berdiameter besar. Kecepatan
tidak boleh lebih dari 6 m/det karena akan terjadi penggerusan, sehingga
mempercepat keausan pipa.
Biasanya ukuran pompa dinyatakan dengan kapasitas (debit) dan ukuran pipa keluar.
Secara umum sebagai pegangan ukuran diameter pipa keluar dan debit pompa seperti
pada Tabel 6.1 di bawah ini.
Tabel 6.1. Pegangan umum kapasitas pompa berdasarkan diameter pipa keluar
Diameter pipa (mm)
(inchi)
Debit (m3/jam)
(liter/detik)
50
2
30 ~ 60
8 ~ 17
Teknik Irigasi dan Drainase
75
3
60 ~ 100
17 ~ 28
100
4
100 ~ 140
28 ~ 39
125
5
140 ~ 180
39 ~ 50
150
6
180 ~ 220
50 ~ 62
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
31
6.3.2. Ujung pipa keluar
Untuk pompa dengan head rendah, ujung pipa keluar umumnya dibuat terbuka dengan
arah mendatar, di bawah permukaan air pada bak penampung. Jika pompa akan
dipasang di atas muka air bak penampung, maka harus dibuat sifon dengan
membengkokan pipa keluar ke bawah, seperti pada Gambar 6.4.
6.4.
Penumpu pipa
Dalam instalasi, pipa harus ditumpu untuk menahan beratnya sendiri, berat zat cair di
dalamnya, gaya tekanan dan aliran air, dan gaya lainnya. Tumpuan ini harus dipasang
sedemikian rupa hingga pipa tidak membebani pompa dan katup-katup yang ada.
6.5.
Pondasi
6.5.1. Kekuatan
Pondasi harus dapat sepenuhnya menyerap getaran pompa dan penggeraknya, selain
harus dapat menahan beratnya sendiri. Untuk pompa yang dikopel lamgsumg dengan
motor listrik, berat pondasi harus lebih dari 3 kali berat mesin. Untuk pompa yang
dikopel langsung dengan motor bakar torak, berat pondasi harus lebih dari 5 kali berat
mesin.
6.5.2. Landasan
Jika pompa dikopel langsung dengan penggerak atau digerakkan melalui roda gigi,
maka semuanya harus dipasang pada satu landasan. Apabila digunakan transmisi
sabuk (belt), pompa dan motor penggerak dapt dipasang dengan landasan terpisah.
Namun harus dijaga agar sabuk tidak slip atau landasan tidak miring atau bergeser
karena tegangan sabuk.
Agar landasan dapat duduk mendatar dengan baik pada pondasi, perlu disediakn
celah sebesar 10 sampai 30 mm atara bidang atas pondasi dengan bidang dasar
landasan. Hal ini dimaksudkan untuk dapat menyeletel kedataran landasan. Setelah
landasan distel datar pada pondasi, kemudian celah tersebut diisi dengan adukan.
(Gambar 6.5)
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
32
Gambar 6.1. Penyimpangan aliran karena belokan dan cara mencegahnya
Gambar 6.2. Contoh pemasangan pipa isap yang salah dan benar
Gambar 6.3. Petunjuk pemasangan pompa mendatar
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
33
Gambar 6.4. Pipa Sifon
Gambar 6.5. Landasan dan Pondasi
6.5.3. Lain-lain
Pada waktu membuat pondasi harus disediakan lubang-lubang persegi yang cukup
besar untuk baut jangkar agar pelurusan dapat dilakukan dengan mudah waktu
pemasangan. Pompa baru boleh dipasang pada pondasi setelah beton mengeras
sepenuhnya.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
34
Bahan Ajar 2: Pompa Hidram
POMPA AIR TANPA MESIN
atau
POMPA HIDRAM (HYDRAULIC RAM)
PETUNJUK PENGOPERASIAN, PEMELIHARAAN
DAN PERENCANAAN
OLEH
Dedi Kusnadi Kalsim
LABORATORIUM TEKNIK TANAH DAN AIR
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PO Box 220 Bogor, Tilp. (0251) 627.225
E-mail: [email protected]
Feb 2002
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
35
POMPA AIR TANPA MESIN (PATM) atau HIDRAM (Hydraulic Ram)
PETUNJUK PENGOPERASIAN, PEMELIHARAAN DAN PERENCANAAN
Oleh: Dedi Kusnadi Kalsim (Ir, M.Eng., Dip.HE)
Bagian Teknik Tanah dan Air, Departemen Teknik Pertanian, FATETA, IPB
Tilp/Fax: (0251) 627.225, E-mail: [email protected]
1. Pengantar
Pompa air tanpa mesin (PATM) biasa disebut juga HIDRAM (Hydraulic Ram)
pertama kali dikembangkan oleh Montgolfier tahun 1796 di Italia. PATM adalah
suatu alat untuk memompa atau menaikkan air dari tempat yang rendah ke tempat
yang lebih tinggi dengan cara kerja yang sederhana dan efektif sesuai persyaratan
teknis dan operasionalnya.
Buku petunjuk pengoperasian, pemeliharaan dan perencanaan PATM ini disusun
berdasarkan booklet yang dibuat oleh PT Banyu Barakarsa tahun 1994, dilengkapi
dengan beberapa hasil penelitian Laboratorium Teknik Tanah dan Air, IPB (tahun
1992) di beberapa PATM yang telah terpasang di Jawa Tengah dan Jawa Barat.
Cara kerja PATM hanya memanfaatkan tekanan dinamik air yang timbul karena
adanya aliran air dalam pipa yang tiba-tiba berhenti karena tertutupnya katup.
Fenomena itu biasa disebut sebagai “palu air” (water hammer)2. Dalam operasinya
PATM mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan pompa jenis lainnya
sebagai berikut:
a. Unik
: bekerja dengan kekuatan alami berdasarkan tekanan air
b. Hemat
: tidak memerlukan motor penggerak, sumber listrik dan BBM
c. Awet
: daya tahannya lama dengan pemeliharaan yang murah
d. Efisien
: beroperasi secara terus-menerus 24 jam per hari
e. Mudah
: dijalankan secara manual tetapi bekerja secara otomatis
2. Komponen PATM
Gambar 1.
Komponen
PATM
Bagian utama PATM adalah
sebagai berikut (Lihat
Gambar 1 dan 2)
1. Blok cor pompa; 2.
Tabung pompa; 3. Bingkai
pompa; 4. Katup pompa; 5.
Paking karet; 6. Tuas
(handel) katup limpah; 7. As
katup limpah; 8. Baud-mur; 9. Katup hantar yang terdiri dari: (a) rangka besi, (b) as,
per dan gula-gula karet besi
2
Teori rinci dari fenomena water hammer berdasarkan mekanika fluida dapat dilihat pada Lampiran 3
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
36
3. Prinsip Kerja
Prinsip kerja PATM adalah apabila aliran air dalam pipa tertutup tiba-tiba berhenti,
maka terjadi proses perubahan energi kinetik air menjadi tekanan dinamik yang
disebut sebagai fenomena palu air (water hammer), sehingga terjadi tekanan tinggi
dalam pipa. Dengan mengusahakan katup limpah dan katup hantar dalam tabung
pompa bekerja menutup dan membuka secara bergantian, maka tekanan dinamik
diteruskan sehingga energi yang terjadi dalam pipa masuk (inlet) akan memaksa air
naik ke pipa pengeluaran (outlet) dan diteruskan ke pipa hantar. Teori rinci mengenai
water hammer dapat dilihat pada Lampiran 3.
4. Sistem Kerja
Ada tiga bagian utama jaringan PATM, yakni :
a. sumber air dapat berupa danau, aliran sungai, kolam atau bendungan kecil dengan
debit paling sedikit 20 lt/det/1 PATM.
b. satuan pompa dipasang minimum 2 meter di bawah sumber air, dengan
menggunakan pipa (diameter 6”) dengan panjang antara 18 dan 24 meter dari
sumber air
c. jaringan pipa pengeluaran dan pipa penghantar sampai ke bak penampung.
5. Cara Kerja PATM
Air mengalir dari sumber air melalui pipa inlet dan keluar dari katup limpah. Jika
aliran air cukup besar maka tekanan dinamik akan mendorong katup limpah dan
menutup katup secara tiba-tiba sehingga menghentikan aliran air dalam pipa inlet.
Aliran air yang tiba-tiba berhenti mengakibatkan terjadinya penambahan tekanan
tinggi dalam pompa.
Tekanan ini akan mendorong klep katup
hantar ke atas dan air masuk ke tabung
pompa sehingga tekanan udara dalam
tabung menjadi naik. Kenaikan tekanan
udara tersebut akan menekan klep katup
hantar (menutup) dan menekan air dalam
pipa hantar ke atas. Pada waktu itu tekanan
dalam pompa kembali normal sehingga
katup limpah kembali terbuka dan aliran air
dalam pipa inlet terjadi kembali. Siklus ini
terjadi berulang-ulang sehingga air
mengalir keluar dari pipa outlet secara
berkelanjutan.
Gambar 2. Komponen katup limpah dan katup
hantar
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
37
6. Teknis Pemasangan PATM
Pekerjaan utama konstruksi PATM adalah :
a. Pembuatan Bendung, dapat dikerjakan dengan cara:
(1) Non-permanen : dibuat dengan tumpukan karung pasir, jika lebar sungai
kurang dari lima meter.
(2) Semi-permanen dibuat dengan kawat bronjong, jika debit air besar dan lebar
sungai antara 15 dan 25 meter.
(3) Permanen : dibuat dengan pasangan batu dan beton bertulang, pondasi
bendungan harus sampai pada tanah keras atau cadas
(4) Tambahan pintu air : untuk mempermudah pengurasan apabila bendungan
sudah penuh dengan pasir atau batu-batuan
(5) Di salah satu sisi bendung dibuat bangunan pelimpah untuk melimpahkan air
pada waktu banjir
b. Pekerjaan dudukan PATM
PATM dapat dipasang lebih dari satu, berjejer sesuai dengan debit air yang
diperlukan. Setiap satuan PATM diletakkan pada dudukan, yakni pasangan batu atau
cor, agar stabil dan tidak berubah posisi saat dioperasikan. Dudukan harus kuat karena
tekanan aliran air melalui pipa pemasukkan ke dalam tabung pompa dapat
menimbulkan getaran yang sangat kuat. Pompa dipasang dengan menggunakan
angker.
c. Penampang gambar konstruksi bendung dan dudukan pompa (Lihat Gambar
Lampiran)
d. Pengurasan bendung
Apabila bendung sudah penuh dengan pasir atau batu-batuan maka dilakukan
pengurasan dengan membuka pintu penguras yang terbuat dari buis beton.
e. Pemasangan pipa pemasukan (inlet)
Pipa inlet terbuat dari pipa Galvanis ukuran 6”. Setiap sambungan pipa harus
diperkuat dengan plenes, baud-mur, dan paking karet supaya tidak terjadi kebocoran
air. Pipa inlet harus disangga oleh pipa penyangga atau pasangan batu yang
disesuaikan dengan kecuraman sungai.
f. Pemasangan pipa outlet
Pipa pengeluaran atau pipa penghantar merupakan pipa penyalur air dari tabung
pompa ke daerah yang dikehendaki. Besaran pipa pengeluaran dari tabung pompa
beragam, yakni 2”, 3”, 4”,5” dan 6” tergantung dari banyaknya debit air yang
diperlukan. Pipa pengeluaran dapat dipasang secara paralel dengan beberapa PATM
sesuai dengan jarak dan ketinggian daerah tujuan. Pipa-pipa paralel atau pipa-pipa
gabungan ini harus disangga dengan dudukan atau pipa penyangga dan ditransblok
sebagai penguat pipa penyangga. Gambar contoh pemasangan PATM dapat dilihat
pada Lampiran 4.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
38
7. Cara Operasional
PATM dapat dioperasikan jika pengerjaan seluruh konstruksi telah selesai. Pintu air
atau lubang penguras bendungan harus dalam keadaan tertutup rapat dengan papan
berukuran lebar 25 cm dan panjang 1 meter. Apabila bendungan sudah penuh dan
permukaan air telah mencapai puncak ketinggian, pengoperasian PATM dapat
dilaksanakan melalui tahapan berikut :
(1)Papan pada mulut pipa pemasukan perlahan-lahan dibuka dan katup limpah
dibiarkan terbuka selama 5 detik agar air mengalir. Tuas katup limpah harus
ditahan dengan bambu atau kayu sepanjang 1,5 m agar “udara palsu” dalam pipa
pemasukan keluar.
(2)Tuas dilepas secara tiba-tiba sehingga katup tertutup rapat. Usahakan tidak ada
kebocoran di seputar katup agar air tidak masuk ke dalam tabung sehingga
menimbulkan tekanan balik ke bendungan dan menyebabkan adanya gelembunggelembung udara di mulut pipa pemasukan. Apabila gelembung-gelembung udara
sudah tidak keluar berarti pipa pemasukan sudah terisi penuh oleh air.
(3)Siapkan dua orang tenaga yang masing-masing membawa tongkat kayu atau
tongkat bambu pengungkit membuka tuas katup pompa selama 5 detik. Tuas yang
semula ditahan dan kemudian dilepas secara tiba-tiba dan bersamaan akan
membuat gerakan membuka dan menutup secara berulang-ulang. Jumlah tenaga
kerja ini dapat disesuaikan dengan jumlah PATM yang terpasang.
(4)Apabila katup berjalan terlalu cepat, terlalu lambat, atau tidak ajeg penyetelan
katup limbah dilakukan dengan cara membuka baud-mur tuas. Jarak baku lebar
katup limbah adalah antara 17 dan 19 cm. Penyetelan katup limbah diperlukan
untuk memperoleh debit air secara maksimal. Sebelum penyetelan katup, pompa
harus dihentikan lebih dahulu dengan jalan menutup mulut pipa pemasukan. Stop
kran yang ada pada pipa penghantar pun harus ditutup agar air tidak turun dan pipa
tetap terisi air sehingga memudahkan pengoperasian kembali.
(5)Apabila penyetelan sudah selesai dan PATM siap dioperasikan kembali, stop kran
harus terbuka, jika tetap tertutup akan mengakibatkan pompa dapat pecah atau
meledak.
8. Pemeliharaan
Agar awet dan berdaya guna maksimal PATM harus dirawat secara teratur. Dalam
keadaan pompa bekerja selama 24 jam terus menerus tanpa gangguan, pemeriksaan
dapat dilakukan setiap tiga atau empat bulan sekali sebagai berikut:
a. Periksa baut-mur yang ada pada pipa pemasukan dan bingkai pompa
b. Kencangkan baud-mur yang kendor, kalau rusak ganti dengan yang baru
c. Periksa Klep katup hantar dalam tabung pompa, lakukan pengecatan dengan cat
anti karat pada rangka klep dan tabung pompa
d. Periksa apakah pegas masih lentur, jika sudah tidak lentur ganti dengan yang baru
dan pasanglah seperti keadaan semula.
Untuk merawat dan mengoperasikan PATM sekurang-kurangnya diperlukan dua
orang tenaga yang terlatih. Anjurkan penduduk setempat dan masyarakat yang
memerlukan air dari PATM untuk berperan serta dan bertanggung jawab dalam
perawatan.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
39
9. Peralatan yang Digunakan
Peralatan yang digunakan untuk membongkar-pasang dan merawat PATM adalah
sebagai berikut : (a) Kunci inggris (dua buah); (b) Kunci pas (dua buah); (c) Obeng
dan palu karet; (d) Papan (panjang 1 m dan lebar 25 cm); (e) Baud dan mur cadangan;
(f) Suku cadang: per, gula-gula katup hantar, katup limpah
10. Mengatasi Kerusakan
Beberapa hal yang umumnya menyebabkan PATM tidak berfungsi sebagaimana
mestinya, antara lain :
(a) Bunyi pompa terlalu keras disebabkan oleh udara dalam tabung pompa kurang
banyak
(b) Per katup hantar patah
(c) Las-lasan rangka klep patah
(d) Baud mur lepas dan terpisah dengan as klep dalam tabung pompa
(e) As katup hantar dan katup limpah patah
(f) Karet pembantu putus
(g) Kebocoran di katup limpah dan bingkai katup
(h) Baud dan mur pada bingkai pompa patah
(i) Las-lasan pada pipa pemasukan patah
(j) Blok pompa kemasukan sampah dan terjepit oleh klep
(k) Debit air dari sumber air berkurang
(l) Bendungan penuh lumpur, pasir dan batu.
Untuk mengatasi hal-hal di atas dilakukan hal-hal berikut :
(a) Tutup pipa pemasukan dengan papan agar PATM berhenti
(b) Tutup stop kran agar air dari pipa penghantar tidak turun kembali (hal ini tidak
perlu dilakukan jika menggunakan check valve)
(c) Jangan menutup pompa pada bagian katup limbah karena per terus bergerak
sehingga penutupan dapat mengakibatkan per cepat aus
(d) Buka tabung pompa dengan kunci inggris atau kunci pas, lihatlah kerusakan
yang ada pada komponen klep, mungkin per, as atau rangka klep harus diganti
(e) Bila as katup patah, bukalah katup limpah dan gantilah dengan klep baru
(f) Bila perlu, gunakan paking karet rangkap agar bingkai katup tidak bocor
(g) Bila katup limpah berfungsi untuk beberapa saat namun kemudian berhenti,
biasanya hal ini menunjukan mulut pipa pemasukan tidak terbenam ke air
(h) Bila pompa dapat berfungsi namun air tidak keluar kemungkinan katup sudah
lemah
(i) Bila air tidak keluar tetapi membalik ke bendungan, kemungkinan per patah
atau baud-mur terlepas dan dapat diperbaiki dengan membuka tabung pompa.
11. Karakteristik Pompa Hidram
Pada Gambar 3 diperlihatkan skhematik instalasi PATM. Beberapa parameter yang
penting adalah Hs: tinggi terjun, Hd: tinggi tekan; Qs: debit masuk; Qd: debit keluar;
Ql: debit limpah (Qs = Qd + Ql). Berdasarkan penelitian yang dilakukan IPB sejak
tahun 1992 terhadap PATM buatan PT Banyu Barakarsa (Bandung) yang telah
dipasang di beberapa daerah dengan berbagai nilai Hs, maka hubungan Qd dengan Hd
pada berbagai nilai Hs dapat dinyatakan dengan persamaan seperti pada Tabel 1.
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
40
Tabel 1. Hubungan antara Qd dengan Hd pada berbagai Hs
Hs (m)
4,7
Persamaan: Qd (lt/menit), Hd (m)
Q d = − 141,2 ln(H d ) + 607,62
Q d = − 130,3
3,5
Q d = − 132,6
3,2
Q d = − 105,6
2,8
ln( H d ) + 546,75
ln( H d ) + 536,11
ln( H d ) + 435,91
R2
0,984
0,996
0,991
0,995
Efisiensi PATM dihitung dengan persamaan /1/
EF =
H d × Qd
× 100% / 1 /
H s × Qs
Nilai Qs umumnya sekitar 20 liter/detik. Kurva Hubungan Qd dengan Hd berbagai
nilai Hs dapat dilihat pada Gambar 4. Berdasarkan data tersebut, maka perencanaan
pemasangan PATM untuk berbagai keperluan dapat dikaji seperti pada diagram alir
Gambar 5.
Gambar 3. Skhema instalasi PATM
CONTOH:
•
DATA: Jumlah penduduk = 1.000 orang; Keperluan air = 100 lt/orang/hari; Hs = 3
m; Hd = 40 m, Q sungai pada musim kemarau = 50 lt/det.
•
Dengan menggunakan persamaan pada Table 1: Hs = 3,2 m; Hd = 40 m; Dihitung
Qd = 0,78 lt/det; Hs = 2,8 m; Hd = 40 m; Dihitung Qd = 0,77 lt/det
•
Interpolasi untuk Hs = 3,0 m; Dihitung Qd = 0,775 lt/det = 66.960 lt/hari
•
D = 1.000 x 100 = 100.000 lt/hari
•
n = 100.000/66.960 = 1,5 ≈ 2 unit
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
41
Qp = 2 x 20 = 40 lt/det < Q = 50 lt/det → maka OK
Jika Q sungai yang tersedia hanya 25 lt/det, Maka Qp = 40 > Q = 25 → Dengan
demikian hanya 1 pompa dapat dipasang dan tidak mampu mencukupi seluruh
kebutuhan air .
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa, dkk
42
Kurva Karakteristik PATM (ukuran 6 inchi)
400
y = -141.19Ln(x) + 607.62
Hs = 4.7; R2 = 0.9842
350
y = -130.33Ln(x) + 546.75
Hs = 3.5; R2 = 0.9957
Debit (liter/menit)
300
250
y = -132.6Ln(x) + 536.11
Hs = 3.2; R2 = 0.9908
200
y = -105.65Ln(x) + 435.91
Hs = 2.8; R2 = 0.9946
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Total Head Tekan (meter)
Hs=4.7
Hs=3.5
Hs=3.2
Hs=2.8
Log. (Hs=4.7)
Log. (Hs=3.5)
Gambar 4. Kurva Karakteristik PATM 6”
Teknik Irigasi dan Drainase
Log. (Hs=3.2)
Log. (Hs=2.8)
Topik 8. Irigasi Pompa
43
DATA DIPERLUKAN:
1. Jumlah penduduk, 2. Keperluan air (lt/orang/hari),
3. Luas lahan pertanian (ha), 4. Keperluan air irigasi
tanaman (lt/det/ha), 5. Beda elevasi pompa dengan
outlet (Hd dalam m), 6. Tinggi terjunan (Hs dalam m),
7. Debit sungai (Q dalam lt/det)
Dari Tabel 1 atau Gambar 4 s/d 7, Debit 1 PATM (Qd)
dapat diduga
Hitung Total Debit yang diperlukan
(D) (lt/hari)
Hitung jumlah PATM yang diperlukan
n = D/Qd
Debit pasok
Qp = n x Qs; Qs = 20 lt/det
Tidak
Q > Qp?
Ya
Hitung Biaya Konstruksi
Gambar 5. Alur Perencanaan PATM
Teknik Irigasi dan Drainase
Kurangi n
Topik 8. Irigasi Pompa
44
Lampiran 1. Contoh Analisa Ekonomi Pompa PATM Kasus Bringin Sila NTB 1999
Harga
Rp
Item
Umur
ekonomi
(tahun)
DATA HARGA
Item
Rp/Tahun
Biaya Tetap
PATM 10 unit
Pipa, Infrastructure dan
Assecories lainnya
250,000,000
15
1. Bunga tahunan
600,000,000
15
2. Penyusutan
Mobilisasi dan demobilisasi
100,000,000
Hidrofur
Jasa konsultan 10%
PPN 10%
Nilai Akhir Pompa
50,000,000
Nilai Akhir Pipa
30,000,000
a. PATM
15
12,500,000
Saluran
Bak Penampung
15
b. Pipa dll
c. Hidrofur
c. Bendung
d.Bak penampung
Total biaya tetap
(Rp/tahun)
85,500,000
15,83
3,333
38,000,000
3,166,667
142,500,0
00
15
TOTAL INVESTASI
1,000,000,00
0
Nilai Ahir SALURAN
-
Biaya Tak Tetap:
1. Pergantian per
(2x/tahun)
2. Pergantian packing
gula-gula
Nilai Ahir Bak penampung
Nilai Ahir Hidrofur
Pompa beroperasi setahun
DATA
3. Pergantian baud dll
2,500,000
4,800
Jam
200
hari
Jumlah PATM
10
Bunga modal
0.20
Jumlah operator (orang)
Gaji operator
(Rp/orang/hari)
Tinggi terjun (m)
Tinggi tekan (m)
Debit (liter/detik)
EFISIENSI
DATA TEKNIS:
Qd = 10 l/det
Hd = 35 m
Teknik Irigasi dan Drainase
1
4. Pergantian engsel
katup
5. Pergantian rangka
block
6. Pergantian Check
Valve
7. Pemeliharaan fisik
8. Pemeliharaan
saluran
9. Gaji Operator
7
5,000
40
0,000
12
0,000
50,000
1,500,000
800,000
1,000,000
2,000,000
10,000
4.70
35.00
15.00
0.66
Total Biaya Tak Tetap
(Rp/tahun)
Biaya Total
Operasi Tahunan
(Rp/tahun)
Volume air
(m3/tahun)
Biaya AIR (Rp/m3)
5,94
5,000
148,44
5,000
25
9,200
57
2.70
Topik 8. Irigasi Pompa
45
Lampiran 2. Contoh Analisa Ekonomi Pompa PATM Kasus Lido 1994
Item
DATA HARGA
PATM 3 unit
Pipa dan Assecories
lainnya
Mobilisasi dan
demobilisasi
Jasa konsultan
10%
PPN 10%
Nilai Akhir Pompa
Nilai Akhir Pipa
Bendung
Bak Penampung
TOTAL INVESTASI
Nilai Ahir bendung
Nilai Ahir Bak
penampung
Pompa beroperasi
setahun
Harga
Rp
Umur
ekonomi
(tahun)
12,150,000
10.00
11,514,000
10.00
750,000
2,441,000
2,441,000
1,215,000
1,151,400
40,000,000
20,000,000
89,296,000
10.00
10.00
jam
DATA
360
hari
Bunga modal
Gaji operator
(Rp/hari)
Tinggi terjun (m)
Tinggi tekan (m)
Debit (liter/detik)
Efisiensi
0.20
5.50
56.00
3.00
0.51
Teknik Irigasi dan Drainase
Biaya Tetap
1. Bunga tahunan
Rp/Tahun
8,129,760
2. Penyusutan
a. PATM
1,093,500
b. Pipa dll
4,000,000
c. Bendung
d. Bak penampung
Total
8,640
15,000
Item
4,000,000
2,000,000
19,223,260
Baya Operasional:
1. Pemeliharaan bak
2,000,000
2. Pemeliharaan bendung
4,000,000
3. Pemeliharaan dan
Perbaikan Pompa
4. Pemeliharaan dan
Perbaikan Pipa dll
5. Gaji Operator
Total
Biaya Total Operasi
Tahunan (Rp/tahun)
Volume air (m3/tahun)
Biaya AIR (Rp/m3)
1,215,000
1,151,400
5,400,000
13,766,400
32,989,660
93,312
353.5
Topik 8. Irigasi Pompa
46
Lampiran 3. Teori Water Hammer
1. Water Hammer (Palu Air)
HIDRAM (Hydraulic Ram) pertama kali dikembangkan oleh Montgolfier tahun 1796 di
Italia. Water hammer (palu air): suatu fenomena yang menggambarkan adanya tekanan
gelombang (shock atau pressure wave) yang dihasilkan akibat dari penurunan
kecepatan aliran fluida secara tiba-tiba. Pada aliran air dalam pipa yang tiba-tiba klep
outletnya ditutup, maka waktu rambatan yang diperlukan oleh tekanan gelombang untuk
bergerak ke inlet dan kembali ke klep (round trip) dinyatakan dengan:
Waktu (det ik ) =
2 × panjang pipa (m)
celerity atau kecepa tan tekanan gelombang (m / det)
atau T =
2L
c
/1 /
.
Penutupan klep seketika (rapid closure) didefinisikan jika waktu penutupan t ≤ T
Kenaikan tekanan akibat dari penutupan klep seketika dapat dihitung dengan:
Perubahan Tekanan = density × celerity × perubahan kecepa tan
/ 2a /
atau ∆ p = ρ × c × ∆ V
atau jika tekanan dinyatakan dengan head (m) maka ∆ h =
c× ∆V
g
/ 2b /
Untuk pipa kaku (rigid), kecepatan tekanan gelombang atau celerity, dinyatakan:
c=
bulk mod ulus fluida
=
density fluida
untuk pipa lentur
c=
EB

ρ 1 +

EB
ρ
( )
 EB  d 

E  t 

/ 3a /
/ 3b /
dimana, E: modulus elastisitas dinding pipa (N/m2); d : diameter dalam pipa (m);
t : tebal dinding pipa (m)
Bulk modulus atau Elastisitas fluida menggambarkan compressibility dari fluida
EB =
perubahan tekanan
− ∆p
=
perubahan volume per unit volume ∆ volume ÷ volume asal
/4/
2. Contoh Aplikasi
2.1.
Hitung dan bandingkan kecepatan tekanan gelombang yang merambat sepanjang
pipa kaku yang mengalirkan: (a) air pada suhu 160C; (b) glycerin pada 200C; (c)
minyak dengan relatif density 0,80.
Jawab:
(a) c =
2,16 × 10 9
= 1.470 m / det
1000
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
47
(b) c =
4,34 × 10 9
= 1.854 m / det
1,262 × 1000
(c) c =
1,38 × 10 9
= 1.313 m / det
0,8 × 1000
2.2.
Apabila pada soal 1 tersebut, fluida mengalir dalam suatu pipa dengan kecepatan
1,2 m/det. Kemudian tiba-tiba klep di outlet menutup, berapa kenaikan tekanan
dihasilkan jika pipanya kaku?
Jawab:
(a)
(b)
(c)
∆ p = ρ × c× ∆ V
/ 2a /
Kenaikan tekanan = 1000 x 1470 x (1,2 – 0) = 17,6 x 105 N/m2 = 17,6 bar
Kenaikan tekanan = 1262 x 1854 x (1,2 – 0) = 28,1 x 105 N/m2 = 28,1 bar
Kenaikan tekanan = 800 x 1313 x (1,2 – 0) = 12,6 x 105 N/m2 = 12,6 bar
2.3.
Pipa baja diameter 1,2 m; tebal 10 mm, mengalirkan air pada suhu 160 C dengan
kecepatan 1,8 m/det (debit = 2,04 m3/det). Jika panjang pipa 3.000 m dan jika
klep pada ujung outlet ditutup tiba-tiba pada waktu 2,5 detik, berapa kenaikan
tegangan (stress) dalam dinding pipa?
Jawab:
Tekanan gelombang akan merambat dari klep ke inlet dan kembali lagi ke klep dalam
waktu: T = 2L/c. Celerity untuk pipa lentur baja dimana E baja =207 x 109 N/m2.
(Untuk bahan lain: Cast iron : E = 105 – 150 Gpa; ductile iron E = 150 – 170 GPa)
c=
EB
( )


ρ  1 +  E B  d 
E
t

 

2,16 × 10 9
c=

 2,16 × 10 9
1000  1 + 
9
 207 × 10

T = 2 x 3000/979 = 6,1 detik
  1200  
 

  10  
/ 3b /
= 979 m / det
Karena waktu penutupan klep t = 2,5 det < T, maka termasuk “sudden closure”, karena
gelombang air sebelum mencapai klep harus berbalik kembali.
Kenaikan tekanan = 1000 x 979 x (1,8-0) = 17,6 bar
Dari rumus “hoop tension” untuk “thin-shelled cylinders”:
Tensile stress σ =
tekanan × radius 17,6 × 600
=
= 1056 bar = 105,6 × 10 6 Pa
tebal
10
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
48
Kenaikan stress ini dijumlahkan dengan nilai design 110 x 106 Pa mendekati batas
elastisitas baja E = 207 x 109 Pa. Maka waktu penutupan klep harus diperlambat
beberapa kali dari 6,1 detik.
Pada pipa baja diameter 75 mm, tebal 2 mm mengalir air pada suhu 16 0 C, tibatiba klep ditutup. Kenaikan tekanan tercatat 7 bar. Berapa debit air yang
mengalir?
2.4.
Jawab:
2,16 × 10 9
c=
= 1246 m / det
  2,16 × 10 9   75  

1000 1 + 

9  
  207 × 10   2  
∆ p = ρ × c× ∆ V
/ 2a /
5
7 x 10 = 1000 x 1246 x V, ⇒ Maka V = 0,56 m/det.
π × 0,075 2
Q=
× 0,56 = 0.0025 m 3 / det = 2,5 liter / det
4
Pada pompa hidram dengan pipa hantar baja berdiameter 6 inchi (150 mm),
tebal 6 mm, mengalir air dengan suhu 160 C, debit 17 liter/detik. Berapa
kenaikan tekanan?
2.5.
Jawab:
c=
V =
2,16 × 10 9

1000 1 +

 2,16 × 10 9

9
 207 × 10
  150  
 

 6 
= 1309 m / det
0,017
= 0,96 m / det
π 0,15 2 / 4
Perubahan tekanan = 1000 x 1309 x 0,96 = 12,6 bar
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
49
3. Beberapa Data Performance Hidram buatan pabrik luar negeri
Tabel 1a. Hubungan antara Qd (lt/hari) dengan Hs (m), Hd (m)
untuk setiap Qs = 1 liter/menit (Blake Hydrams, John Blake Ltd, UK)
Hs (m)
1
2
3
4
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
5 7.5 10
144 77 65
220 156
260
15
33
105
180
255
20
29
79
130
173
282
Hd (m)
30 40
19 12
53 33
87 65
115 86
185 140
216 163
187
212
245
295
50 60 80 100 125
25
51
69
112
130
149
168
187
225
265
20
40
53
94
109
125
140
156
187
218
250
280
13
27
36
65
82
94
105
117
140
167
187
210
237
18
23
48
60
69
84
93
113
132
150
169
188
12
16
35
48
55
62
69
83
97
110
124
140
Tabel 1b. Hubungan antara Qd (lt/detik) dengan Hs (m), Hd (m)
untuk setiap Qs = 1 liter/detik (Blake Hydrams, John Blake Ltd, UK)
Hs (m)
1
2
3
4
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
5
7.5
10
15
20
0.100 0.053 0.045 0.023 0.020
0.153 0.108 0.073 0.055
0.181 0.125 0.090
0.177 0.120
0.196
Teknik Irigasi dan Drainase
Hd (m)
30
40
0.013 0.008
0.037 0.023
0.060 0.045
0.080 0.060
0.128 0.097
0.150 0.113
0.130
0.147
0.170
0.205
50
60
80
100
125
0.017
0.035
0.048
0.078
0.090
0.103
0.117
0.130
0.156
0.184
0.014
0.028
0.037
0.065
0.076
0.087
0.097
0.108
0.130
0.151
0.174
0.194
0.009
0.019
0.025
0.045
0.057
0.065
0.073
0.081
0.097
0.116
0.130
0.146
0.165
0.013
0.016
0.033
0.042
0.048
0.058
0.065
0.078
0.092
0.104
0.117
0.131
0.008
0.011
0.024
0.033
0.038
0.043
0.048
0.058
0.067
0.076
0.086
0.097
Topik 8. Irigasi Pompa
50
Tabel 2. Nilai Qs yang dapat digunakan pada berbagai ukuran
diameter pipa masuk (Blake Hydrams, John Blake Ltd, UK)
Ukuran Hidram
Diameter pipa masuk (inchi)
1
2
1.25 1.5
Qs (lt/mnt) dari
Sampai
Qs (lt/detik) dari
Sampai
Max. Hd (m)
7
16
0.12
0.27
150
12
25
0.20
0.42
150
3
2
3.5
2.5
4
3
5
4
6
5
7
6
27
55
0.45
0.92
120
45
96
0.75
1.60
120
68
137
1.13
2.28
120
136
270
2.27
4.50
105
180
410
3.00
6.83
105
270
615
4.50
10.25
105
Tabel 3. Hidram buatan Jepang (Japanese Cataloque)
Deskripsi
Kecil Besar
Diameter pipa masuk (inchi) 1.5
12
Diameter pipa keluar (inchi) ¾
6
Operational head Hs (m)
0.5-4 1-10
Qd (lt/det)
Hd = 2 Hs
0.216 16
Hd = 4 Hs
0.15 13.6
Hd = 6 Hs
0.12 10.6
Hd = 8 Hs
0.08 7.5
Tabel 4. Hidram merk RIFE “Everlasting”, New Jersey 07041 USA
Maksimum Hs = 8.3 m; Maksimum Hd = 83 m
Diameter pipa (inchi)
Qs
Minimum Hs
Masuk
Keluar
Minimum
Normal
Maximum
(m)
(lt/menit) (lt/detik) (lt/menit) (lt/detik) (lt/menit) (lt/detik)
1.25
0.75
11
0.183
27
0.450
38
0.633
1
1.5
0.75
19
0.317
42
0.700
57
0.950
1
2.0
1.0
38
0.633
76
1.267
95
1.583
1.2
2.5
1.0
57
0.950
114
1.900
171
2.850
1.2
3.0
1.25
95
1.583
171
2.850
266
4.433
1.3
4.0
2.0
133
2.217
342
5.700
475
7.917
1.3
6.0
3.0
285
4.750
855
14.250
1330
22.167
1.3
Sumber: National Academy of Sciences, 1976. Energy for Rural Development. Washington DC
Harga tahun 1976 : dari $ 300 sampai $ 2,600 tergantung pada kapasitas
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
51
4. Evaluasi Perbandingan Performance Hidram Matahari dengan Pompa Hidram
buatan luar negeri
•
•
•
•
•
Data: Hs = 4 m, Pipa masuk = 6”, Hd = 40 m :
Blake Hydrams: Minimum Qd = 4,5 x 0,06 = 0,27 lt/det; Maksimum = 10,25 x 0,06
= 0,62 lt/det.
Hidram RIFE “Everlasting” USA: hanya menyatakan Qs: min = 4,75 lt/det, normal
= 14,25 lt/det; max = 22,17 lt/det. Data Qd tidak diketahui
Hidram buatan Jepang: Hanya tersedia data untuk diameter pipa masuk 12”; Hs = 4
m ⇒ Hd = 8 x 4 = 32 m ⇒ Qd = 7,5 lt/det
PATM Matahari: Hs = 3,5 m, Hd = 40 m ⇒ Qd = 0,98 lt/det
Hs = 5,3 m, Hd = 40 m ⇒ Qd = 1,15 lt/det
Interpolasi untuk
Hs = 4,0 m, Hd = 40 m ⇒ Qd = 1,03 lt/det
Kesimpulan : Untuk ukuran 6” PATM Matahari lebih baik dari buatan luar negeri
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
52
Lampiran 4. Beberapa contoh pemasangan pompa hidram
Foto 1. Pemasangan PATM di Jawa Tengah
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
Foto 2. Pemasangan PATM di Gorontalo
(2005)
Teknik Irigasi dan Drainase
53
Topik 8. Irigasi Pompa
54
Foto 3. Pemasangan PATM di Gunung Kidul
Foto 4. Pemasangan PATM di PT Lido Agrowisata, Bogor (1997)
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
55
Penutup
Pertanyaan:
(1) Sebutkan jenis pompa yang sering digunakan dalam irigasi dan drainase
(2) Dikenal dua buah jenis pompa yakni pompa Aksial dan pompa Sentrifugal, untuk
keperluan irigasi biasanya digunakan jenis pompa apa. Untuk keperluan drainase
biasanya digunakan jenis pompa apa. Terangkan alasannya?
(3) Bagaimana prinsip kerja pompa sentrifugal
(4) Jelaskan yang dimaksud dengan: (a) statik head, (b) suction head, (c) dinamik head,
(d) friction head, (e) total head
(5) Jelaskan yang dimaksud dengan minor losses dan major losses. Bagaimana cara
menghitungnya
(6) Bagaimana hubungan antara total head, debit, daya dan efisiensi
(7) Dalam suatu sistim pemompaan diketahui: tinggi isap statik = 4m, tinggi tekan
statik = 10 m, kehilangan energi di pipa isap = 3 m, kehilangan energi di pipa tekan
= 5 m, debit keluar = 4 liter/detik. Ditanyakan: (a) Berapa besarnya WHP (dalam
satuan HP)? (b) Berapa besarnya WHP dalam satuan KW?
(8) Diberikan beberapa data harga pompa, umur ekonomis, bunga modal, perpipaan,
tinggi isap, tinggi tekan, HP mesin dan data lainnya. Hitung biaya air (Rp/m3 air
irgasi)
DATA HARGA
Pompa sentrifugal
Motor listrik
Pipa dll
Perlengkapan Listrik
JUMLAH
Nilai Akhir Pompa
Nilai Akhir Motor listrik
Jumlah
WHP
Efisiensi pompa
Efisiensi Motor
Pompa beroperasi setahun
Harga Listrik: Rp/KWH
Bunga modal
Gaji operator Rp/hari)
Total Head (m)
Debit (liter/detik)
Umur ekonomi (tahun):
Pompa
Motor listrik
Pipa
Alat listrik
Tarif Dasar Listrik: Rp/KWH
Teknik Irigasi dan Drainase
Rp
3,000,000
5,500,000
2,375,000
2,000,000
12,875,000
50,000
75,000
125,000
2.30
0.68
0.76
2,600
210
500
0.10
20,000
20
8.63
2
jam
hari
16
25
25
25
588
659
tahun 2005
tahun 2006
Topik 8. Irigasi Pompa
56
(9) Diberikan beberapa data harga pompa, umur ekonomis, bunga modal, perpipaan,
tinggi isap, tinggi tekan, HP mesin dan data lainnya. Hitung biaya air (Rp/m3 air
irgasi)
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DATA HARGA
Rumah pompa
Sumur dan Casing
Pompa centrifugal
Transmisi tenaga
Mesin diesel
Klep kaki
Pipa isap
Jaringan pipa
Nilai Akhir (%) dari awal
8
9
10
WHP (Hitung)
Efisiensi pompa
Efisiensi Motor
BHP
Jam operasi per tahun
11
12
Rp
2,000,000
4,000,000
5,000,000
1,000,000
3,500,000
250,000
100,000
1,500,000
5
1.98
0.75
0.66
4.00
1,850
210
13
14
15
16
17
18
19
20
Harga Listrik/KWH
Bunga modal (%)
Harga Solar (Rp/liter)
Konsumsi solar (L/jam/BHP)
Oli dan Gemuk (L/1000 HP.jam)
Harga Oli (Rp/L)
Gaji operator (Rp/jam)
Total Head (m)
450
15.00
550
0.23
4.5
10,000
5,000
25
21
22
Perbaikan dan Pemeliharaan:
Pompa (Rp/tahun)
Mesin diesel (Rp/tahun)
200,000
300,000
(tahun)
10
10
10
10
10
10
10
10
jam
hari
(10)Diberikan beberapa data instalasi pompa. Hitung berapa PK pompa dan mesin yang
harus disiapkan
DATA
Tanaman
Ha
Padi
Jagung
Sayuran
TOTAL
Efisiensi Irigasi
2
2
1
5
0.7
INSTALASI
PIPA ISAP
Isap statik (m)
Jenis Pipa (C)
Diameter (mm)
Klep kaki
Saringan
Siku
6.2
140
80
1
1
1
Teknik Irigasi dan Drainase
mm/hari
10
5
7.5
Rotasi
(hari)
10
15
10
Jam Kerja
(jam/hari)
10
10
10
Topik 8. Irigasi Pompa
57
Panjang pipa (m)
7.5
PIPA TEKAN:
Tekan statik (m)
Jenis Pipa (C)
Klep balik
Siku
Gate valve
Diameter (mm)
Panjang (m)
16
140
1
3
1
70
24
DEBIT POMPA
Ef.Pompa
Ef.penyalur tenaga
18
0.67
1
lt/det
(11)Hitung besarnya Kehilangan Energi (Hf) karena gesekan pada kondisi nilai C, D
(diameter pipa), Q (Debit) dan Panjang Pipa (L) seperti pada Tabel di bawah ini:
Nomor
1
2
3
C
130
120
130
D (inchi)
3
2
1
Q (liter/detik)
18
5
0,5
L (meter)
100
150
100
Hf (meter)
(12)Pada Contoh 4.4 (halaman 21). Hitung kembali soal pada Contoh 4.4 dengan
menggunakan pipa jenis PVC
(13)Pada Contoh 5.2 (halaman 26). Hitung kembali soal pada contoh 5.2, jika akan
digunalan pipa PVC merk WAVIN dengan Daftar Harga (15 Juni 1998, sebelum
KRISMON) sebagai berikut:
Diameter
(inchi)
½
¾
1
1 1/4
1 1/2
2
Rp/
4 meter
8.475
11.685
15.975
24.000
27.075
35.175
Diameter
(inchi)
2 1/2
3
4
5
6
8
Rp/
4 meter
51.450
70.650
117.150
190.515
267.375
456.450
(14)Bagaimana prinsip kerja pompa axial
(15)Suatu pompa diperlukan untuk debit 90.000 liter/jam dengan total head 20 meter.
a) Hitung besarnya WHP?.
b) Jika pompa mempunyai efisiensi 70%, berapa HP tenaga penggerak (SHP)
yang diperlukan?.
c) Jika motor listrik dengan efisiensi 80% digunakan sebagai tenaga penggerak.
Hitung biaya energi per bulan?. Pompa dioperasikan 12 jam/hari. Biaya
listrik Rp 200/KWH.
(16)Bila muka air sungai 8 meter di bawah lahan yang luasnya 40 Ha, keperluan air
tanaman padi sebesar 1 lt/dt/ha dengan efisiensi pompa 60 %, tentukan daya (HP)
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
58
pompa air yang akan digunakan untuk memenuhi keperluan ini secara optimum.
Head loss diasumsikan 2 m. Jam kerja pompa per hari 10 jam
(17)Suatu kelompok tani di daerah pertanian tadah hujan terdiri dari 10 orang petani
dengan luas areal 10 hektar. Merencanakan untuk meningkatkan intensitas tanam
dari 100% menjadi 200% dengan mengusahakan pertanaman pada musim kemarau
melalui bantuan kredit pompanisasi. Untuk mengajukan kredit pompa ke Kantor
Departemen Koperasi, kelompok tani tersebut harus mengajukan proposal mengenai
jenis dan ukuran pompa yang diperlukan. Anda sebagai lulusan S1 Program Studi
Teknik Pertanian diminta untuk membantu kelompok tani tersebut. Data yang
diketahui adalah sebagai berikut: Rencana pertanaman pada musim kemarau dan
kebutuhan air tanaman pada kondisi puncak adalah sebagai berikut:
Jenis
Tanaman
1. Jagung
2. Kedele
3. Kacang
panjang
4. Tomat
Luas areal
(hektar)
Periode
Rotasi (hari)
3
5
1
Keperluan air irigasi tanaman
netto pada kondisi puncak
(mm/hari)
6
5
7
10
14
10
Jam kerja
pompa
(jam/hari)
8
8
8
1
8
7
8
Efisiensi irigasi sekitar 70%. Sumber air yang akan digunakan adalah air sungai
dengan debit minimum pada musim kemarau sekitar 10 m 3/menit. Rencana
instalasi pompa sentrifugal adalah sebagai berikut: Pusat pompa diletakkan 5 m
vertikal di atas permukaan air sungai, dengan pipa isap pralon (PVC, nilai C =
140) ukuran 4”, panjang 10 meter, head loss lainnya pada pipa isap = 2 m. Pipa
tekan terdiri dari pipa PVC ukuran 4”, panjang 100 meter, head loss lainnya = 5
m. Pipa pengeluaran terletak 15 meter vertikal dari pusat pompa. Efisiensi
Pompa 0,70. Pompa digerakkan oleh motor bakar melalui sabuk (belt), dengan
efisiensi sambungan tenaga 0,80.
Hitung:
a. Kapasitas pompa yang diperlukan (liter/detik)
b. Total head (meter) yang diperlukan
c. WHP (water horse power)
d. BHP (brake horse power)
(18)Suatu kelompok tani di daerah pertanian tadah hujan terdiri dari 5 orang petani
dengan luas areal 5 hektar. Merencanakan untuk meningkatkan intensitas tanam dari
100% menjadi 200% dengan mengusahakan pertanaman pada musim kemarau
melalui bantuan kredit pompanisasi. Untuk mengajukan kredit pompa ke Kantor
Departemen Koperasi, kelompok tani tersebut harus mengajukan proposal mengenai
jenis dan ukuran pompa yang diperlukan. Anda sebagai lulusan S1 Program Studi
Teknik Pertanian diminta untuk membantu kelompok tani tersebut. Rencana
pertanaman pada musim kemarau dan kebutuhan air tanaman pada kondisi puncak
adalah sebagai berikut:
Jenis Tanaman
Luas
areal
(hektar)
Teknik Irigasi dan Drainase
Keperluan air irigasi
tanaman netto pada
kondisi puncak
(mm/hari)
Periode
Rotasi (hari)
Jam kerja
pompa
(jam/hari)
Topik 8. Irigasi Pompa
1. Kacang panjang
2. Kubis
3. Timun
4. Kedele
59
1
1
1
2
5
5
5
4
10
10
10
14
10
10
10
10
Efisiensi irigasi sekitar 75%. Sumber air yang akan digunakan adalah air sungai
dengan debit minimum pada musim kemarau sekitar 15 m 3/menit. Rencana
instalasi pompa sentrifugal adalah sebagai berikut: Pusat pompa diletakkan 5 m
vertikal di atas permukaan air sungai, dengan pipa isap pralon (PVC, nilai C =
140) ukuran 2”, panjang 10 meter, head loss lainnya pada pipa isap = 2 m. Pipa
tekan terdiri dari pipa PVC ukuran 2”, panjang 100 meter, head loss lainnya = 5
m. Pipa pengeluaran terletak 15 meter vertikal dari pusat pompa. Efisiensi
Pompa 0,70. Pompa digerakkan oleh motor bakar melalui sabuk (belt), dengan
efisiensi sambungan tenaga 0,80.
Hitung:
a. Kapasitas pompa yang diperlukan (liter/detik)
b. Total head (meter) yang diperlukan
c. WHP (water horse power)
d. BHP (brake horse power)
HIDRAM
(19)Bagaimana prinsip kerja pompa Hidram (PATM)
(20)Bagaimana menghitung efisiensi pada pompa hidram
(21)Jelaskan kurva karakteristik pompa hidram dan bagaimana penggunaannya dalam
rancangan aplikasi
(22)Dalam operasional pompa hidram, diketahui: tinggi terjun 3 meter, tinggi tekan 30
meter, debit masuk 20 liter/detik dan debit keluar 1 liter/detik. Berapa besarnya
efisiensi pompa hidram?
(23)Apa keuntungan dan kerugian dari pompa Hidram?
Kunci Jawaban
(1) Pompa centrifugal dan axial
(2) Irigasi diperlukan head besar sehingga yang cocok pompa centrifugal. Drainase
diperlukan debit besar biasanya pada head yang rendah, yang cocok pompa axial
(3) Lihat teks
(4) Lihat teks
(5) Minor losses kehilangan head pada sambungan, belokan dan asesoris pipa. Major
losses hehilangan energi pada pipa karena gesekan. Menggunakan persamaan Hazen
William atau Nomogram
(6) Lihat teks, persamaan
(7) WHP = 1,17 HP = 0,87 kW
(8) Harga Air (Rp/m3 air) = 125
(9) Harga Air (Rp/m3 air) = 351
(10)Kapasitas pompa = 14,9 liter/detik. Total Head = 35,5 m. WHP = 8,53. BHP = 12,7
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
60
(11)
Nomor
1
2
3
C
130
120
130
D (inchi)
3
2
1
Q (liter/detik)
18
5
0,5
L (meter)
100
150
100
Hf (meter)
23.4
27.4
6.5
(12)Hitung seperti Contoh 4.4, tetapi anda gunakan nilai C dari PVC = 145. Total Head
= 34,9 m; WHP = 8,4; BHP = 12,5
(13)Gunakan nilai C dari PVC Wafin = 140. Daftar harga tahun 1998. Umur ekonomi =
25 tahun. Optimum diameter 3 inchi.
(14)Lihat teks
(15)(a) WHP = 6,67. (b) SHP = 9,52. (c) Rp 634.286
(16)Q = 96 lt/det; TH = 10 m; WHP = 12,8; BHP = 21,3
(17)Perhitungan:
DATA
Tanaman
Jagung
Kedele
Kc Pnjang
Tomat
TOTAL
Efisiensi Irigasi
INSTALASI
PIPA ISAP
Isap statik (m)
Jenis Pipa (C)
Diameter (mm)
Klep kaki
Saringan
Siku
Panjang pipa (m)
Head loss lain (m)
PIPA TEKAN:
Tekan statik (m)
Jenis Pipa (C)
Klep balik
Siku
Gate valve
Diameter (mm)
Panjang (m)
Head loss lain (m)
Ef.Pompa
Ef.penyalur tenaga
Debit sungai
Teknik Irigasi dan Drainase
Ha
3
5
1
1
10
0.7
mm/hari
Rotasi
(hari)
Jam Kerja
(jam/hari)
6
5
7
8
10
14
10
7
8
8
8
8
5
140
100
0
0
0
10
2
15
140
0
0
0
100
100
5
0.7
0.8
m3/menit
100
10
Topik 8. Irigasi Pompa
61
lt/det
Pompa
166.67
PERHITUNGAN
KAPASITAS POMPA
(liter/detik)
6.25
8.68
2.43
2.78
20.14
1. Kap.Pompa
28.77
lit/det
1.73
m3/meni
t
TOTAL HEAD
PIPA ISAP
V (m/det)
Tinggi Isap Statik (m)
Hf/L
Hf (m)
Head loss lain (m)
3.665
5
0.0126
0.126
0.12
6
2
2
Hf siku
0.000
Hf saringan
0.000
Hf klep kaki
0.000
Velocity head
0.000
TH pipa Isap (m)
2. TOTAL HEAD (m)
3. WHP
4. BHP
5
0.00
0
0.00
0
0.00
0
0.00
0
7.12
6
PIPA TEKAN
V(m/det)
Tekan statik (m)
Hf/L
3.665
15
0.0126
15
1.258
1.258
5
5
Hf siku
0.000
0.000
Hf Reflux gate
0.000
0.000
Hf (m)
Head loss lain (m)
Hf gate valve:
Panj.ekiv (m)
Hf gate valve
Velocity head
TH pipa Hantar
(m)
0
0.000
0.000
0.000
0.000
21.258
28.384
10.89
19.44
(18)(a) Kapasitas pompa (liter/detik) = 8,52; (b) Total head (m) = 67,5; (c) WHP = 7,7 ,
(d) BHP = 13,7
(19)Water hammer
(20)Lihat teks
(21)Lihat teks
(22)Efisiensi = 50%
(23)Lihat teks
Teknik Irigasi dan Drainase
Topik 8. Irigasi Pompa
62
Daftar Pustaka
1. A.M. Michael, 1978. Irrigation: Theory and Practice.
2. Bruce Withers; Stanley Vipond, 1980. Irrigation Design and Practice.Cornel
University Press, NY.
3. Dedi Kusnadi K., 2001. Irigasi Pompa. Bagian Teknik Tanah dan Air, Fateta IPB.
4. Kay, M.; N. Hatcho, 1992. Small-scale Pumped Irrigation: Energy and Cost. FAO,
Rome, Italy.
5. Sularso; H. Tahara, 1983. Pompa & Kompresor
Teknik Irigasi dan Drainase