Pemanfaatan Air Tanah Dan Irigasi Pompa

  • Published on
    10-Jun-2015

  • View
    9.714

  • Download
    9

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Hubungan dengan Air tanah serta Pompa

Transcript

Topik 8. Irigasi Pompa, dkk1Topik 8. Pemanfaatan Airtanah dan Irigasi PompaPendahuluanTujuan instruksional khusus: mahasiswa mampu (a) memahami, membuat konstruksi danpemeliharaansumur; (b) memahami perhitungandanpenerapandalamirigasi pompa; (c) memahami perhitungan biaya air pompa dan perencanaan untuk agribisnis tanaman hortikultura beririgasiBahan Ajar Bahan Ajar terdiri dari: (1) Irigasi Pompa, (2) Pompa Hidram, (3) Pompa Air Tenaga Angin. PadaFileTambahanKuliahTopik8, tercantumnaskahdalambentukpdf yakni (a). Bahanajar3PompaAirTenagaAngin(KincirAngin), (b)Centrifugal Pump, (c)Pumping Station Design Teknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk21. Irigasi PompaIRIGASI POMPAOleh: Dedi Kusnadi Kalsim (Ir.,M.Eng.,Dip.HE)Bagian Teknik Tanah dan Air, FATETA IPB; E-mail: dedkus@telkom.netSumber: (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 DasarSI units (International Metric System) digunakan dalam buku ini. Satuan dasar dalam unit SI adalah sebagai berikut:Pengukuran Unit SimbolPanjang Meter mVolume meter kubik m3Massa Kilogram kgGaya Newton N1.1. TekananTekanan adalah istilah yang sering digunakan dalam hidrolika yang menggambarkan gayayangdikeluarkanolehairpadaluasanbidangtertentudari suatuobjekyang tenggelamdalamair. TekananumumnyadinyatakandalamkiloNewtonpermeter persegi (kN/m2). Sebagai alternatiflainseringpuladigunakanbardimana1bar sama dengan 100 kN/m2. Tekanan dihitung dengan persamaan sebagai berikut:( )( )22) (m luaskN GayamkNTekanan /1.1/Suatutipikal tekananoperasional dalamirigasi curah(sprinklerirrigation) adalah sebesar 3 bar (300 kN/m2), hal ini berarti bahwa setiap luasan 1 m2 pada pipa bagian dalam dan pompa mempunyai gaya seragam sebesar 300 kN yang bekerja padanya. Beberapasatuanyangseringdipakai adalahkilogramgayaper sentimeter persegi (kgf/cm2) atau pounds-force per inci persegi atau psi (lbf/in2). Konversi dari satuan-satuan tersebut adalah:1 bar = 14,7 lbf/in2 = 1 kgf/cm2 = 100 kN/m2 /1.2/Teknik Irigasi dan Drainase Topik 8. Irigasi Pompa, dkk31.1.1. Pengukuran TekananTekanan 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 bawahtekanan. Tabungini disambungkandenganpenunjukberskalasehingga besarnya tekanan dapat dibaca. Teknisi biasanya juga mengacu tekanan sebagai tekananheaddalamsatuanmeter kolomair. Jika pengukur Bourdondigantikan denganslangvertikal, makaairdalamslangakannaiksampai ketinggiantertentu 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 atmosfirTekananatmosfir adalahtekanandari atmosfir udarasekelilingkita, menekanke bawah tubuh kita pada permukaan bumi. Meskipun udara kelihatannya ringan, jika mempunyai kolom udara yang besar pada permukaan bumi akan menghasilkan tekanan sekitar 100kN/m2atauekivalendengan1bar atau 10 m kolom airTekanan atmosfir = 100 kN/m2 = 1 bar = 10 m kolom air /1.4/Gambar 1.1. Pengukuran tekanan1.2. DebitLaju 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 dalampipa atausaluranper satuanwaktuyang dinyatakandengan 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 DebitDebitdapatdiukur denganberbagai cara antara lain: (a)flow meter(Gambar 1.3a) dimanajumlahputaranbaling-balingpersatuanwaktudikonversikankepenunjuk berskala dalam satuan debit; (b) Dengan secara langsung menggunakan wadah yang Teknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk4diketahui volumenya dan pengukur waktu (stopwatch) yang diperlukan untuk mengisi penuhwadahtersebut (Gambar 1.3b); (c) Di saluranterbukadapat 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 debit1.3. EnergiDenganenergi kita mampu bekerja. Dalampemompaanenergi diperlukanuntuk mengangkat air dengandebit tertentu. Energi air dipasokolehsuatupompayang bergerak dengan tenaga manusia atau motor dengan menggunakan tenaga matahari, angin atau bahan bakar.1.3.1. Pengukuran energiEnergi biasanyadiukurdalamsatuanWatt-jamatauWatt-hour(WhatauW-jam). Karenanilai1Wh inisangat kecil maka satuan yang biasanya digunakan adalah kilowatt-jam(kWh)dimana1kWh =1.000Wh.Beberapa gambaran umumnilai energi yang digunakan untuk pekerjaan tertentu adalah:a. Seorang petani bekerja di sawah menggunakan energi sekitar 0,2 0,3 kWh setiap harib. Kipas angin di atas meja menggunakan energi 0,3 kWh setiap jamc. AC menggunakan energi sekitar 1 kWh setiap jamPerhatikanbahwaperiodewaktuselaludiberikanjikamenerangkanjumlahenergi yangdiperlukan. Misalnyapetani memerlukanenergi 0,2kWhsetiaphari 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 energiEnergi 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 DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk5Gambar 1.3. Pengukuran debitTabel 1.1. Kandungan energi bahan bakar dan makananBahan EnergiEfisiensi (%)KeteranganJagung 1 kWh/kg 10 Sebagai konsumsi manusia dan hewanKayu 4 kWh/kg 10Diesel 11 kWh/liter 20Bensin 9 kWh/liter 10Kadang-kadang dinyatakan sebagai konsumsi bahan bakar (0,09 lt/kWh untuk diesel dan 0,11 lt/kWh untuk bensin)Angin0,01-41 kWh/m220 Untuk kecepatan angin dari 2,5 40 m/detMatahari 1 kWh/m25 Maksimum energi matahari di permukaan laut1.3.3. Perubahan energiTeknik Irigasi dan DrainaseGbr 1.3cGbr 1.3bGbr 1.3aTopik 8. Irigasi Pompa, dkk6Aspekpentingdalamenergi adalahbahwaenergi dapat diubahdari suatubentuk energi ke bentuk lainnya (Gambar 1.4).Manusia dan hewan mengkonversi makanan menjadi energi yang berguna untuk menggerakkan ototnya. Dalam suatu tipikal sistim pompayangdigerakkanolehmesindiesel, energi diubahbeberapakali sebelum digunakan untuk memompa air. Energi kimia yang dikandung oleh bahan bakar diesel dibakar dalammesindiesel menghasilkan energi mekanik. Energi ini masukke 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 diperlukanJumlah energi yang diperlukan untuk memompa air tergantung pada volume air yang dipompa dan head1 yang diperlukan dihitung dengan rumus:( )( ) ( )3653m head m air VolumekWh air Energi /1.6/Contoh 1.1:Sejumlah 600 m3 air dipompa setiap hari ke suatu tangki air yang terletak 10 m di atas permukaantanah. Hitungjumlahenergi yang diperlukan? Denganmenggunakan 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 DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk7Gambar 1.5. Ilustrasi pada contoh 1.1Teknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk81.4. Tenaga atau Daya (Power)Tenaga atau Daya sering membingungkan dalamkonteks istilah energi, mereka berhubungan tetapi berbeda arti. Energi adalah kapasitas untuk mengerjakan sesuatu kerjasedangkantenagaadalahlaju dimanaenergi tersebut digunakan. Tenagaatau Dayaadalahlajupenggunaanenergi yangbiasanyadiukurdengansatuankilowatt (kW). Tenaga yang diperlukan untuk memompa air disebut tenaga air yakni:( )( )( ) jam waktukWh EnergikW Tenaga /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:Padacontoh1.1di atastelahdihitungbahwaenergi diperlukansetiaphari untuk mengangkat 600m3air setinggi 10madalah16,4kWh. Berapatenagaair yang diperlukan ?Untuk menghitung tenaga air dari energi air diperlukan waktu yang diperlukan untuk pemompaan:a. Jikapemompaankontinyuselama24jamperhari, makaTenagaAir(kW) adalah 16,4/24 = 0,68 kW = 0,92 HPb. Jika pompa hanya bekerja 12 jam/hari, maka Tenaga Air = 16,4/12 = 1,37 kW = 1,85 HPc. 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 tenagatergantungpadalajupenggunaanenergi tersebut. Jumlahtenagadiperlukan 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).( ) ( ) ( ) m HeadmDebit kW Air Tenaga det81 , 93 /1.8/Selanjutnyaenergi air dapat dihitungdari Tenagaair denganmengalikandengan waktu operasional,( ) ( ) jam) l operasiona Waktu kW Air Tenaga Air Energi /1.9/1.5. Pompa dan Unit TenagaJenis/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(mixedflow).Suatuindeksyangseringdigunakanuntukmenentukantipe Teknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk9pompa adalah kecepatan spesifik (specific speed) yang dihitung dengan rumus sebagai berikut,4 / 32 / 165 . 61hq Nns /1.10/dimana ns: kecepatan spesifik (rpm), N: 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 pompaPompa 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.Tipealiranradial biasadisebut jugapompacentrifugal biasanyaseringdigunakan untuk irigasi, mempunyai karakteristik nilai kecepatan spesifik yang rendah atau head tinggi, tetapidebitkecil. Pompainicocokdigunakanuntukirigasicurahdantetes dimanadiperlukanheadyangcukuptinggi. Prinsipkerjapompaini adalahgaya centrifugal seperti diilustrasikan pada Gambar 1.8. Jikakitamemutar air dalamember denganpanjangtali tertentu, makaair tetap tertahandalamemberkarenaadanyagayacentrifugal. Beberapaemberdigantikan dengansuatuimpeller denganbeberapabladesatauvanes yangberputar dengan kecepatantinggi di dalamrumahpompa. Bentukimpeller dapat berupaimpeller 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 mempunyaibeberapa diffuser vanes. Pompa jenis centrifugal sering dinyatakan kapasitasnya dengan Teknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk10diameter 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 axialPompa centrifugal dirancang dengan bentuk poros putar horizontal dan vertikal dan denganjumlahimpellerdaninlet isapyang berbeda. Inlet isapdapat 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 tipeporosvertikal.Pompa ini biasanya mempunyailebih dari satu impeller sehingga biasa disebutmulti-stage pumpkadang-kadang disebut juga pompa turbin sumur dalam (deep well turbine pump) (Gambar 1.9)Pompaalirancampur (mixedflow) adalahadalahcampurandari aliranaxial 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 pompaUkuran pipa keluar Debit (liter/detik)(mm) (inchi)25 1 0 ~ 550 2 5 ~ 1575 3 15 ~ 25100 4 25 ~ 35125 5 35 ~ 50Teknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk11Gambar 1.8.Pompa aliran radial atau Pompa centrifugalTeknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk12Gambar 1.9. Pompa turbin sumur dalam dengan 2 tingkat impellerGambar 1.10. Pompa tipe aliran campurTeknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk132. TERMINOLOGI2.1 Kapasitas adalah volume air yang keluar dari pompa per satuan waktu. Biasa disebutjuga debit aliran,umumnya dinyatakan dalam satuan liter/detik atau liter/menit.2.2 Tinggi IsapStatik(StaticSuctionLift):Jarakvertikal dari porospompake 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 HeadStatik: jarakvertikaldari mukaairpadapipaisapkemukaair keluar.2.8 Friction head: head ekuivalen dinyatakan dalammeter kolomair untuk menanggulangi gesekan aliran dalam pipa2.9 Pressure head: tekanandinyatakandalammeter kolomair dalamruang tertutup dimana pompa mengisap atau menekan air (Hp=p/) (Gambar 2.2.)2.10 Velocity Head: tekanan air (dinyatakan dalammeter kolomair) yang diperlukan untuk menghasilkan aliran (Hv= v2/2g)2.11 Maksimumtinggi isap pompa (maximum practical suction lift). Untuk opersional pompa sentrifugal tanpa cavitasi, tinggi isapditambah dengan semuakehilanganlainnya harus lebihkecil dari tekananatmosfir teoritis. Maksimum tinggi isap dihitung dengan persamaan:Hs = Ha - Hf - es - NPSH - Fs /2.1/dimana:Hs:maksimumtinggiisap, atau jarak dari pusat pompa ke muka air (meter); Ha: Tekanan atmosfir pada permukaan air (meter atau 10,33 m pada permukaan laut); Hf : Kehilangan karena gesekan pada saringan, pipa, sambungan dan klep pada pipa isap (m); es: Takananuapair jenuh(m); NPSH:net positivesuctionheadpompa termasuk kehilangan di impeller dan velocity head (m); Fs: Faktor pengaman (biasanya diambil sekitar 0,6 m).Teknik Irigasi dan DrainaseTopik 8. Irigasi Pompa, dkk14Gambar 2.1. Sis...

Recommended

View more >