Pompa Hidram

A.      PENDAHULUAN

1.    Analisis Situasi

Desa Kolodanan adalah salah satu desa di  wilayah Kabupaten Magelang yang berada dipinggir Kaliprogo. Secara geografis desa Kolodanan terletak disebelah Timur Kaliprogo dan sebelah barat Selokan Mataram. Sementara sebelah utara dan selatan merupakan areal persawahan. Desa dengan berpenduduk sekitar 245 KK ini mayoritas masyarakatnya berprofesi sebagai petani. Hal ini karena kawasan persawahan di Desa Kolodanan merupakan daerah yang subur karena mendapat aliran air dari selokan Mataram yang mengalir sepanjang tahun.

Kondisi ini sangat bertolak belakang dengan tempat pemukiman masyarakat Kolodanan. Masyarakat Kolodanan menempati daerah berbukit  yang beda ketinggian dengan permukaan air selokan lebih dari 10 meter. Ini terjadi karena Selokan Mataram dalam proses pembuatannya adalah membela perbukitan yang ada di Desa Kolodanan. Dengan kondisi tersebut maka dapat dipastikan permukaan air tanah di Desa Kolodanan relative dalam (lebih dari 10 meter).

Pada musim penghujan seperti saat ini, pemenuhan kebutuhan air masyarakat Kolodanan diperoleh  melalui sumur galih dengan kedalaman permukaan air sumur kurang lebih 10 meter. Dengan menggunakan pompa air yang dipasang di dalam sumur masyarakat Kolodanan menaikkan air untuk memenuhi kebutuhannya. Sementara pada musim kemarau, semua sumur galih yang ada di desa Kolodanan kering, karena turunnya tinggi permukaan air.

Oleh karena itu, pada musim kemarau masyarakat Kolodanan memanfaatkan aliran Irigasi untuk memenuhi kebutuhan sehari-sehari. Mereka biasanya pergi ke aliran irigasi untuk mencuci, mandi dan pulangnya membawa air dengan menggunakan ember dan jalan yang begitu menanjak. Sementara untuk memasang pompa air listrik dirasakan tidak mungkin karena jaraknya yang begitu jauh dari pemukiman (lebih dari 100 meter) dengan ketinggian lebih dari 10 meter.

Oleh karena itu, pada musim kemarau tahun 2009 masyarakat Kolodanan secara swadaya berupaya untuk memanfaatkan terjunan aliran irigasi yang akan menuju Kaliprogo untuk menggerakkan pompa Hidram.Namun hasilnya belum maksimal (gagal) karena bahannya terlalu rapuh sehingga tidak mampu menahan tekanan air yang memiliki beda ketinggian sekitar 5 meter.

Atas dasar kenyataan tersebut di atas maka perlu peningkatan kemampuan masyarakat Kolodanan dalam merencanakan dan membuat pompa Hidram yang sesuai dengan karakteristik aliran air irigasi yang ada.

2.    Tinjauan Pustaka

Pompa Hidram, berasal dari kata Hydraulic Ram Pump, yang berarti pompa air dengan tenaga hantaman air. Di Indonesia pompa ini sebenarnya sudah ada sejak jaman pen­ja­jahan Belanda, namun kurangnya pera­wat­an dan edukasi membuat pompa ini tidak lestari. Ditambah jaman dulu sumber air masih sangat banyak, sungai masih lan­car mengalir dengan debit besar, tanahnya masih subur dengan humus, hutan masih lebat belum gundul, tanahnya belum erosi hingga mendangkalkan sungai. Tetapi keadaan sekarang adalah kebalikan semua itu, membuat pompa Hidram tampil lagi sebagai solusi.

Prinsip kerja Hidram adalah pemanfaatan gravitasi dimana akan menciptakan energi dari hantaman air yang menabrak faksi air lainnya untuk mendorong ke tempat yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan energi potensial dari hantaman air diperlukan syarat utama yaitu harus ada terjunan air yang dialirkan melalui pipa dengan beda tinggi elevasi dengan pompa Hidram minimal 1 meter.

Syarat utama kedua adalah sumber air harus kontunyu dengan  debit minimal 7 liter per menit (Widarto, 2000). Besarnya debit pemompaan dapat dihitung dengan rumus Q2 = Q1 x H1 : H2 x j. Dimana Q2 adalah debit air yang dipompakan (liter/menit), Q1 adalah debit air yang masuk pompa (liter/menit), H1 adalah tinggi terjunan dalam meter, H2 adalah tinggi pemompaan dalam meter dan j adalah efisiensi pompa yaitu 0,5 -0,75. Dalam prakteknya diperoleh perbandingan tinggi terjunan dan tinggi pengangkatan air sebesar 1:6, akan menghasilkan debit pemompaan sebesar 1/3 dari debit air yang masuk ke pompa, sedang 2/3 debit air akan keluar melalui klep pembuangan setelah memberikan tenaga hantaman.

Prinsip kerja dari pompa Hidram dapat dilihat dari gambar berikut ini :

Gambar 1. Prinsip Kerja Hidram

Bagian kunci dari Hidram adalah dua buah klep, yaitu: klep pem­buangan dan klep penghisap. Air masuk dari terjunan melalui pipa A, klep pem­buangan terbuka sedangkan klep peng­hisap tertutup. Air yang masuk memenuhi rumah pompa mendorong ke atas klep pembuangan hingga menutup. Dengan tertutupnya klep pembuangan meng­akibatkan seluruh dorongan air menekan dan membuka klep penghisap dan air masuk memenuhi ruang dalam tabung kom­presi di atas klep penghisap.

Pada volume tertentu pengisian air dalam tabung kompresi optimal, massa air dan udara dalam tabung kompresi akan mene­kan klep penghisap untuk menutup kem­bali, pada saat yang bersamaan sebagian air keluar melalui pipa B. Dengan tertutup­nya kedua klep, maka aliran air dalam rumah pompa berbalik berlawanan dengan aliran air ma­suk, diikuti dengan turunnya klep pembu­angan karena arah tekanan air tidak lagi ke klep pembuangan tetapi berbalik ke arah pipa input A.

Di sinilah Hantaman -ram- palu air (water hammer) itu terjadi, dimana air dengan tenaga gravitasi dari terjunan menghantam arus balik tadi, 2/3 debit keluar lubang pembuangan, semen­tara yang 1/3 debit mendorong klep penghisap masuk ke dalam tabung pompa sekaligus men­dorong air yang ada dalam tabung pompa untuk keluar melaui pipa output B. Energi hantaman yang ber­ulang-ulang mengalirkan air ke tempat yang lebih tinggi.

Adapun beberapa persamaan yang digunakan dalam merencanakan sebuah pompa hidram adalah sebagai berikut :

a.       Peningkatan Head yang terjadi akibat penutupan katup secara tiba-tiba

Dimana :

ΔHp = Kenaikan head tekanan (m)

v₁ =kecepatan aliran air di dalam pipa sebelum katup menutup (m/s)

v₂ =kecepatan aliran air di dalam pipa seseudah katup menutup (m/s)

g = percepatan grafitasi (m/s²).             

b.      Pressure Shock (tekanan kejut akibat palu air)

Ps = vs. v. ρ

Dimana :

Ps = pressure shock (N/m³)

v = kecepatan aliran masuk (m/s)

vs = kecepatan aliran balik(m/s)

ρ = massa jenis air (kg/m³)

c.       Kecepatan aliran balik

Dimana ;

vs = kecepatan aliran balik(m/s)

k = modulus bulk air (N/m²)

ρ = massa jenis air (kg/m³)

d.      Waktu yang diperlukan untuk air kembali pada terjadi palu air

Dimana :

Tp = Periode osilasi (s)

L = panjang pipa (m)

vs = kecepatan aliran balik(m/s)

e.       Kapasitas aliran

Q = A_w.V_w =A_d.V_d

Dimana :

Q = kapasitas aliran (m³/detik)

A_w = luas penampang saluran katup limbah (m²)

V_w = Kecepatan air dikatup limbah (m/s)

A_d = luas penampang drive (m²)

V_d = Kecepatan air dikatup drive (m/s)

f.        Head tekanan yang terjadi secara gradual

Hp = Head tekanan (m)

l = panjang pipa (m)

v = kecepatan air (m/s)

g = percepatan grafitasi (m²)

t = waktu yang diperlukan untuk penutupan katup

g.      Efisiensi pompa

Dimana :

η = Efisiensi pompa hidram

Qs = kapasitas air pemompaan (m³/s)

Qw = kapasitas air limbah (m³/s)

Hs = Ketinggan air pemompaan (m)

Hd = Ketinggian air ke hidram (m)

Sedangkan beberapa permasalahan yang mungkin timbul dalam pengoperasian pompa hidram antara lain:

a.       Klep pembuangan tidak dapat naik atau menutup, disebabkan beban klep terlalu berat atau debit air yang masuk pompa kurang. Dapat diatasi dengan mengurangi beban atau memperdek as klep pembuangan.

b.      Klep pembuangan tidak mau turun atau membuka, karena beban klep terlalu ringan, jadi bisa diatasi dengan menambah beban klep atau mem­perpanjang as klep pembuangan.

c.       Tinggi pemompaan di bawah rasio rumus, yaitu setiap terjunan 1 meter dapat menaikkan setinggi 5 meter. Penyebab pertama adalah terjadinya kebocoran atau tidak rapatnya klep. Penyebab kedua rasio diameter pipa input dibanding pipa output lebih besar dari 1 berbanding 0,5. Dapat diatasi dengan memeriksa dan mem­perbaiki klep atau mengurangi diameter pipa output. Penyebab ketiga adalah terlalu banyaknya hambatan pada pipa output menuju baktandon, berupa banyaknya belokan pipa. Agar hal tersebut tidak terjadi, pada saat instalasi pipa sedapat mungkin dikurangi lekukan atau belokan pipa menuju tandon.

Kunci keawetan dan operasional pompa hidram adalah perawatan rutin, mengingat sumber air yang dipergunakan mengalir pada saluran umum yaitu: sungai, saluran irigasi atau mata air. Selain harus menjaga air yang mengalir terbebas kototan/sampah dengan cara membuat saringan, dipakainya sumber air umum tersebut membuat debit air berubah-ubah, fluk­tuatif, yang bisa menyebabkan klep pembuangan berhenti bekerja -membuka-metutup. Cara membuat klep pembuangan bekerja lagi adalah dengan cara pemukul as klep dengan balok kayu

3.    Identifikasi Dan Perumusan Masalah

Berdasarkan analisis yang telah dipaparkan di atas, permasalahan yang dihadapi oleh sasaran kegiatan ini dapat diidentifikasi sebagai berikut :

a.       Masyarakat Kolodanan kurang memiliki pengetahuan tentang pompa Hidram.

b.      Masyarakat Kolodanan kurang memahami hal-hal yang perlu diperhatikan dalam membuat pompa Hidram.

c.       Tidak tersedianya air untuk kebutuhan sehari-hari pada masyarakat Kolodanan  pada musim kemarau.

Berdasarkan identifikasi masalah tersebut di atas, permasahan yang hendak dipecahkan dirumuskan sebagai berikut :

a.        Bagaimana meningkatkan pengetahuan masyarakat Kolodanan tentang pompa Hidram?

b.      Bagaimana cara agar masyarakat Kolodanan  dapat membuat Hidram yang benar dan dapat beroperasi ?

4.    Tujuan Kegiatan  PPM

Kegiatan  PPM program reguler di Kolodanan, Kecamatan Ngluwar, Kabupaten Magelang ini bertujuan untuk :

a.       Meningkatkan pengetahuan  masyarakat Kolodanan tentang pompa hidram, terutama dalam hal perencanaan, pemilihan bahan dan penyebab-penyebab hidram tidak dapat berfungsi.

b.      Memberikan ketrampilan pada masyarakat Kolodanan agar dapat membuat pompa hidram yang benar dan dapat beroperasi.

5.    Manfaat Kegiatan

Kegiatan PPM program Reguler ini diharapkan dapat meningkatkan pengetahuan, pemahaman,  dan ketrampilan bagi masyarakat Kolodanan khususnya  dalam hal perencanaan, pemilihan bahan dan penyebab-penyebab hidram tidak dapat berfungsi. Di samping itu diharapkan menumbuhkan kesadaran bagi masyarakat terutama di sekitar Kolodanan untuk memanfaatkan potensi alam yang ada secara optimal.

B.      METODE KEGIATAN PPM

1.       Khalayak Sasaran Antara Yang Strategis

Kegiatan ini direncanakan diikuti oleh 25 KK di desa Kolodanan, terdiri 11 KK merupakan masyarakat yang selama secara  swadaya telah membuat pompa Hidram. Sementara 14 orang lagi akan diambilkan dari pemuda Kolodanan yang tertarik pada bidang teknik, sehingga diharapkan nantinya dapat membagi pengetahuan kepada warga dan  membuat pompa hidram secara mandiri.

2.       Metode Kegiatan

Metode  kegiatan yang digunakan dalam pelatihan ini  adalah sebagai berikut :

a.       Ceramah dan Demonstrasi

Metode ini digunakan  untuk memberikan informasi dan pemahaman peserta tentang berbagai hal yang berkaitan dengan pembuatan pompa Hidram mulai dari desain, perhitungan, bahan dan lain-lain.

b.      Praktek dan Pembimbingan

Metode ini digunakan  untuk memberikan  kesempatan berlatih membuat pompa hidram secara tepat.

3.       Kerangka Pemecahan Masalah

Berdasarkan orientasi lapangan diperoleh gambaran bahwa masyarakat Kolodanan masih mengalami kesulitan dalam mendapatkan informasi tentang pompa hidram terutama dalam hal mendesain dan perhitungannya.  Kesulitan tersebut dapat karena keterbatasan pengetahuan, ketrampilan dan belum adanya upaya-upaya mengoptimalkan sumber-sumber informasi yang ada.  Kondisi ini apabila tidak segera di atasi maka akan menyulitkan masyarakat Kolodanan untuk memenuhi kebutuhan air pada musim kemarau mendatang.

Berdasarkan uraian di atas, maka pemecahan masalah yang diajukan secara operasional adalah sebagai berikut :

a.       Diskusi  secara intensif tentang ;

1)      Karakteristik aliran irigasi yang ada.

2)      Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam memanfaatkan pompa Hidram

b.      Pelatihan intensif tentang ;

1)      Desain pompa hidram

2)      Perhitungan-perhitungan

3)      Pemilihan bahan

4)      Perakitan bagian-bagain pompa hidram

5)      Penyebab-penyebab pompa hidram tidak beroperasi

6)      Perawatan pompa hidram.

4.       Faktor Pendukung dan Penghambatan

Faktor pendukung dalam kegiatan PPM ini adalah adanya dukungan penuh para pengajar/dosen dari FT UNY yang berkompeten dalam mekanika fluida, rancang bangun dan pengelasan sehingga dapat membantu    memecahkan masalah berkaitan dengan pembuatan hidram. Di samping itu ketersediaan fasilitas terutama jaringan irigasi yang mengalir sepanjang tahun dari selokan mataram juga sangat mendukung terlaksananya program-program yang direncanakan. Dari peserta pelatihan, maka motivasi yang tinggi peserta pelatihan sangat berpengaruh terhadap capaian-capaian yang telah direncanakan dan yang dibutuhkan oleh peserta dapat terpenuhi. 

Faktor penghambat dalam kegiatan ini adalah musim kemarau yang tak kunjung dating, sehingga motivasi para peserta menjadi turun terutama dalam pemasangan alat  yang telah dibuat. Hal ini karena apabila alat dipasang namun tidak digunakan maka akan menyebabkan kerusakan terutama pada katup-katupnya. Di samping itu karena alat ini kontak langsung dengan air maka dapat dipastikan akan menyebabkan korosi.

C.      PELAKSANAAN KEGIATAN PPM

1.       Hasil Pelaksanaan Kegiatan PPM

PPM diikuti oleh 30 orang yang terdiri 11 peserta merupakan masyarakat yang selama secara  swadaya telah membuat pompa Hidram dan 19 peserta diambil dari pemuda Kolodanan yang tertarik pada bidang teknik. Pelatihan dilaksanakan tanggal 19, 26 Juli dan 17, 18, 19 September 2010.  Setiap pertemuan dilaksanakan selama 6 jam, yaitu jam 09.00 – 15.00 WIB bertempat rumah Pengabdi dan lokasi pemasangan hidram. Adapun materi yang diberikan meliputi Desain pompa hidram, Perhitungan-perhitungan, Pemilihan bahan, Perakitan bagian-bagain pompa hidram, Penyebab-penyebab pompa hidram tidak beroperasi.

Hasil dari pelaksanaan PPM ini diketahui dari  30 peserta dihasilkan dua buah pompa hidram dengan ukuran pipa 3 inchi berkapasitas 68 – 137 liter/menit. Disamping itu,  ppm juga menghasilkan 1 water tower  dengan ukuran 2 m x 1 m dan tinggi 3,5 meter dari bahan besi kanal ukuran 5 cm x 5 5 cm x 4 mm.

2.       Pembahasan Hasil Pelaksanaan Kegiatan PPM

Pada awal dilaksanakan pelatihan, peserta rata-rata pesimis akan keberhasilan pembuatan hidram. Hal ini karena sebagian peserta pernah membuat hidram dan hasilnya kurang maksimal. Selanjutnya dari uji coba pompa hidram dapat diketahui ada dua kelemahan pokok pada mesin yaitu getaran mesin dan kebocoran pemasangan katup. Kedua kelemahan tersebut diperbaiki sebelum digunakan lebih lanjut agar air dapat naik secara sempurna. Getaran pompa hidram yang terjadi ditimbulkan oleh klaim dudukan pompa yang kurang kuat. Pompa ini bergetar pada waktu uji coba untuk menaikan air. Setelah dianalisis ada dugaan bahwadudukan pompa tidak secara maksimal dapat memegang pompa hidram yang bahannya dari pipa. Dudukan kemudian diperbaiki dengan cara menambah tebal ukuran klam dan jumlah baut ikatannya. Selanjutnya untuk kebocoran yang terjadi pada sambungan-sambungan pipa, maka dilakukan pemasangan pelapis agar sambungan dapat berfungsi sempurna. Dengan dua langka tersebut maka pompa hidram dapat bekerja sebagaimana mestinya.  

Hidram baru ini selanjutnya  menggantikan hidram lama yang tidak dapat dapat bekerja secara maksimal. Hasil pengukuran akhir debit air pompa hidram diketahui antara 68 – 137 liter/menit dengan ketinggan pengangkatan air 15 meter. Dengan demikian maka pompa hidram hasil PPM ini lebih efisien terutama dalam debit air yang dihasilkan, pompa hidram lama hanya mampu menghasilkan debit antara 20 – 60 liter/detik.

D.      PENUTUP

1.       Kesimpulan

Pelaksanan PPM dengan judul Pelatihan Pembuatan Hidram (Pompa Tenaga Air) Sebagai Alternatif Penghematan Tenaga Listrik dan Pemenuhan Kebutuhan Air Pada Musim Kemarau ini dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :

a.       Kegiatan PPM ini telah menghasilkan dua pompa yang sesuai dengan harapan. Pompa hidram dapat berfungsi secara maksimal baik debit (68 – 137 liter/menit) maupun tinggi angkatannya yaitu 15 meter. 

b.      Kualitas aliran air dari pompa hydram yang dibuat dari hasil PPM ini lebih baik jika dibandingkan dengan mesin sebelumnya.

2.       Saran

a.       Dalam setiap pembuatan mesin untuk kepentingan masyarakat maka perlu adanya sinergi antara pelaksana PPM dan pihak masyarakat.

b.      Perhitungan getaran mesin terutama yang menyangkut konstruksi harus dilakukan lebih teliti yaitu dengan menambah angka aman pada bahan yang terkena getaran.

DAFTAR PUSTAKA

Leonardo, El.. (2002). Design and Construction of a Hydraulic Ram Pump. Universitas of Nigeria. Nigeria.

Made Suarda dan IKG Wirawan. 2008. Kajian Eksperimental Pengaruh Tabung Udara pada Head Tekanan Pompa Hidram.  Jurnal Teknik Mesin Cakram. 10 -14.

Santoso. 2005. Pemanfaatan Tenaga Air. Jakarta. LIPI.

Sularso, dan Haruo Tahara. 1997. Pompa dan Kompresor, Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan. Pradnya Pramita. Jakarta.

Widarto, L. & FX. Sudarto C. Ph. (2000). Teknologi Tepat Guna: Membuat Pompa Hidram. Kanisius. Yogyakarta.

http://osv.org/education/WaterPower