Pemanfaatan Air Tanah Dan Irigasi Pompa

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