Perancangan Sistem Distribusi Aliran Air Bersih Pada Komplek Perumahan PT.Pertamina Kota Pangkalan Brandan dengan Kajian Pembanding Epanet

(1)

PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI ALIRAN AIR BERSIH PADA

PERUMAHAN PT.PERTAMINA PANGKALAN BRANDAN

DENGAN KAJIAN PEMBANDING EPANET

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

YAKOP PANJAITAN NIM. 0 4 0 4 0 1 0 61

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan rahmatNya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

Tugas Sarjana merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah Sistem Perpipaan, yaitu “Perancangan Sistem Distribusi Aliran Air Bersih Pada Komplek Perumahan PT.PERTAMINA kota Pangkalan Brandan dengan Kajian Pembanding Epanet”.

Dalam penulisan Tugas Sarjana ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada ;

1. Kedua orang tua tercinta,dan adik – adik yang saya sayangi. Doa, pengorbanan dan kasih sayang yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departement Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU,

3. Bapak Ir.Mulfi Haswi, Msc sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan, 4. Bapak Ir. Tekad Sitepu dan Bapak Ir H.A Halim Nst,MSc sebagai dosen pembanding

seminar tugas sarjana penulis yang banyak membimbing dan memberi saran pada penulis untuk menyelesaikan tugas sarjana ini.

5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai (teristimewa kepada Kak Is, dan Kak Sonta), Departement Teknik Mesin Fakultas Teknik USU,

6. Bapak T.Panjaitan dan segenap pegawai PT.Pertamina UP,P.Brandan yang berkenan memberikan data survey kepada penulis.

7. Kepada teman teman saya “mesin 2004” yang mendukung saya dalam menyelesaikan Tugas skripsi saya.

8. Suryati sinaga yang selalu setia mendukung saya dalam penyelesaian tugas akhir saya 9. Serta semua rekan dan sahabat saya yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu, saya

(10)

Penulis menyadari Tugas Sarjana ini jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan banyak masukan untuk penyempurnaan Tugas Sarjana ini. Atas perhatian Pembaca, Penulis mengucapkan banyak Terima Kasih.

Medan, 10 Maret 2010

Penulis,

04 04 01 061 (Yakop Panjaitan)

(11)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... ...iii

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR LAMBANG ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 3

1.4. Sistematika Penulisan ... 3

1.5 Metologi Penulisan………4

1.6 Diagram Alir perancangan Pipa dengan metode Hardy cross dan Epanet ……… 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Konsep Dasar... 6

2.2. Persamaan Yang Ddigunakan... 7

2.3. Jenis Aliran Fluida ... 10

2.4. Metode Pendistribusian Air ... 11

2.5. Kerugian Head ... 11

2.6. Jenis Jaringan Pemipaan ... 17

2.7. Metode Penyelesaian Sistem Jaringan Pemipaan ... 19

2.8. Dasar Perencanaan Pompa ... 23

2.9 EPANET………...……… 26

BAB III PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA 3.1. Jumlah Pemakaian Air ... 28

3.2. Estimasi Pemakaian Pada Saat Beban Puncak ... 31

3.3. Pemilihan Jenis Pipa ... 37

(12)

BAB IV ANALISA HASIL PERANCANGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK EPANET

4.1 Diagram Alir Analisa Menggunakan Epanet……… 51

4.2 Memasukan Data……… 52

4.3 Proses Eksekusi Program……… 54

4.4 Output……… 55

4.5 Perbandingan Kapasitas ... 55

BAB V PEMILIHAN POMPA 5.1. Analisa Fungsi dan Instalasi Pompa ... 57

5.2. Penentuan Kapasitas Dan Jumlah Pompa ... 57

5.3. Instalasi Pompa dan Perpipaan ... 59

5.4. Head Pompa ... 60

5.5. Pemilihan Jenis Pompa ... 62

5.6. Putaran Motor Penggerak Pompa ... 62

5.7. Putaran Spesifik dan Jenis Impeler ... 63

5.8. Daya Motor Penggerak ... 64

5.9. Penentuan Ukuran Pipa ... 65

5.10 Bak Distribusi ... 67

KESIMPULAN ... 68

DAFTAR PUSTAKA ... 70

(13)

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1 Profil kecepatan pada saluran tertutup ... 4

Gambar 2.2 Profil kecepatan pada saluran terbuka... 4

Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli ... 8

Gambar 2.4 Diagram Moddy ... 11

Gambar 2.5 Pipa yang dihubungkan seri ... 15

Gambar 2.6 Pipa yang dihubungkan secara parallel ... 16

Gambar 2.7 Jaringan pipa ... 17

Gambar 3.1 Distribusi air pada jaringan pipa ... 35

Gambar 3.2 Perhitungan head losses dengan diagram pipa ... 39

Gambar 3.3 Iterasi I Loop I ... 41

Gambar 3.4 Iterasi I Loop II ... 41

Gambar 3.5 Iterasi I Loop III ... 42

Gambar 3.6 Iterasi I Loop IV... 42

Gambar 3.7 Iterasi I Loop V ... 43

Gambar 3.8 Iterasi I Loop VI ... 43

Gambar 3.9 Iterasi I Loop VII ... 44

Gambar 3.10 Iterasi I Loop VIII ... 44

Gambar 3.11 Iterasi I Loop IX ... 45

Gambar 3.12 Iterasi I Loop X ... 46

Gambar 3.13 Iterasi I Loop XI ... 46

Gambar 3.20 Head losses untuk tiap panjang pipa ... 56

(14)

Gambar 4.2 Instalasi pada pumping station ... 60 Gambar 4.3 Instalasi pipa ... 61 Gambar 4.4 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi

(15)

DAFTAR LAMBANG

Simbol Keterangan

As Luas penampang pipa m2

Satuan

C Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams

Ds Diameter dalam pipa mm

D Diameter luar pipa mm

f Faktor gesekan pipa Darcy-Weisbach

g Percepatan gravitasi m/ s2

HL Head losses sepanjang pipa m

HS Head statis m

hf Kerugian head mayor m

hm Kerugian head minor m

K Koefisien kerugian perlengkapan pipa

L Panjang pipa m

Nm Daya motor listrik kW

Np Daya pompa kW

ns Putaran spesifik rpm

P Tekanan pada pipa kPa

Q Kapasitas pompa m3/ s

Re Bilangan Reynold

V Kecepatan aliran pada pipa m/ s

α Faktor cadangan daya

γ Berat jenis air N/ m3

(16)

p

η Effisiensi pompa %

t

η Effisiensi transmisi %

υ Viskositas kinematik air m2/ s

π Konstanta phi

ρ Massa jenis air kg/ m3

(17)

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 2.1 Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams………..33

Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata ... …25

Tabel 3.2 Persentase pemakaian air selama 24 jam ... …29

Tabel 3.3 Pemakaian pada Periode 1 (04.00 - 06.00) wib...29

Tabel 3.4 Pemakaian pada Periode II (06.00 - 11.00) wib...30

Tabel 3.5 Pemakaian pada Periode III (11.00 - 16.00) wib...30

Tabel 3.6 Pemakaian pada Periode IV (16.00 - 20.00) wib...31

Tabel 3.7 Pemakaian pada Periode V (20.00 - 04.00) wib...31

Tabel 3.8 Total pemakaian selama 24 jam………....32

Tabel 3.9 Kebutuhan air pada tiap-tiap blok rumah saat beban puncak…33 Tabel 3.10 Hasil Perhitungan Loop I Iterasi 1 ………...42

Tabel 3.11 Hasil Perhitungan Loop 2 Iterasi 1 ………...…....42

Tabel 3.12 Hasil Perhitungan Loop 3 Iterasi 1 ………...43

Tabel 3.28 Head losses untuk tiap panjang pipa ………...57

(18)

(19)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem pemipaan identik dengan saluran pembuluh darah yang mengalirkan darah keseluruh bagian tubuh. Sistem pemipaan digunakan untuk penyediaan dan pendistribusian air besih, pembuangan limbah dari kawasan industri ataupun dari fasilitas publik lainnya. Selain itu, sistem pemipaan digunakan untuk mentransportasikan minyak mentah dari sumur minyak menuju tangki yang kemudian akan diproses selanjutnya, mentransportasikan dan mendistribusikan gas alam dari sumber gas menuju tangki penyimpanan. Sistem pemipaan juga di aplikasikan dalam pendistribusian minyak atupun gas untuk menyuplai kekebutuhan industri , mesin pembangkit tenaga dan keperluan komersial. Sistem pemipaan juga di gunakan untuk mengangkut cairan, bahan kimia, campuran kimia dan uap pada industri makanan, pabrik kimia dan industri lainnya. Sistem pemipaan juga digunakan untuk instalasi pemadam kebakaran, untuk keperluan mesin-mesin dan lain – lain.

Semakin banyak penggunaan pipa dalam aspek kehidupan manusia maka semakin banyak di perlukan ahli-ahli di bidang pemipaan, oleh karena itu skripsi ini diarahkan dalam bidang Sistem Pemipaan.

(20)

Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perpipaan tentu bukanlah suatu hal yang mudah, selain harus memiliki dasar ilmu kesarjanaan teknik seperti peralatan mekanik, korosi, mekanika fluida, pemilihan material, seni merancang jalur pipa dan banyak disiplin ilmu lain yang harus dikuasai serta yang terpenting dari semua itu adalah pengalaman di lapangan.

Dalam merancang suatu jalur pipa yang tersusun dari beberapa buah pipa yang disusun secara seri maupun paralel maka persoalan yang dihadapi belumlah begitu rumit, namun banyak juga jalur pipa yang ada bukanlah suatu rangkaian yang sederhana melainkan suatu jaringan pipa yang sangat kompleks, sehingga memerlukan penyelesaian yang lebih teliti. Dalam perencanaan itu hal-hal yang perlu diperhitungkan diantaranya besarnya kapasitas dan kecepatan aliran dari fluida yang melalui jalur pipa dan hal-hal lain yang perlu diperlukan dalam hal perencanaan.

Begitu banyaknya penggunaan pipa dalam kehidupan manusia sehingga dengan didasarkan kepada hal tersebut maka dalam rangka penyusunan Tugas Sarjana ini penulis mengambil bidang Sistem Perpipaan.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan khusus dari perancangan ini adalah untuk memenuhi syarat memperoleh gelar Strata 1 pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Sedangkan tujuan umum dari perancangan ini adalah:

1. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh di bangku kuliah terutama mata kuliah Sistem Perpipaan dan Mekanika Fluida. 2. Mencoba untuk mendesain suatu jaringan pipa yang digunakan untuk

(21)

3. Mensimulasikan hasil perancangan dengan menggunakan perangkat lunak EPANET sebagai kajian pembanding.

1.3 Batasan Masalah

Pada perencanaan ini akan dibahas mengenai perancangan dan analisa pendistribusian air bersih ke pelanggan melalui suatu jaringan perpipaan di Komplek Perumahan PT.PERTAMINA UP, P.BRANDAN. Pada komplek perumahan ini terdapat 170 unit rumah, 1 gedung Taman Kanak-kanak, 1 unit rumah ibadah.

Adapun batasan masalah dalam menganalisa distribusi aliran pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida, kerugian head yang terjadi pada tiap pipa dan ukuran pipa yang digunakan. Pada perencanaan ini juga ditentukan spesifikasi pompa yang nantinya sesuai untuk digunakan dalam pendistribusian air bersih, spesifikasi pompa serta simulasi jaringan pemipaan menggunakan perangkat lunak EPANET.

1.4Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi ini terdiri dari 6 bab. Bab I memuat latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan dan metodologi penulisan. Pada bab II memuat pembahasan materi mengenai konsep dasar aliran fluida, jenis aliran, persamaan-persamaan untuk aliran fluida , kerugian head, metoda pendistribusian air bersih, jenis jaringan pemipaan, penyelesaian sistem jaringan pemipaan, dasar perencanaan pompa dan seputar tentang perangkat lunak EPANET.

(22)

1.5 Metologi penulisan

Metodologi penyusunan skripsi ini melalui tahapan-tahapan sebagai berikut: 1. Melakukan survei di PT.PERTAMINA UP P.BRANDAN

2. Mengidentifikasi masalah yang sedang terjadi dan merumuskan permasalahannya 3. Menggumpulkan data yang berhubungan dengan perancangan

4. Merancang kapasitas sesuai dengan kebutuhan 5. Merancang jaringan pemipaan

6. Menganalisa kapasitas jaringan pemipaan 7. Memilih pompa

8. Mensimulasikan jaringan hasil perencanaan sebagai bahan pembanding

(23)

(24)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Konsep Dasar

Untuk aliran fluida dalam pipa khususnya untuk air terdapat kondisi yang harus diperhatikan dan menjadi prinsip utama, kondisi fluida tersebut adalah fluida merupakan fluida inkompresibel, fluida dalam keadaan steady dan seragam.

A v

Q = ×

dimana: Q = laju aliran (m3/s)

A = luas penampang aliran ( m2) v = kecepatan aliran ( m/s )

Untuk aliran steady dalam pipa dengan diameter pipa konstan pada waktu yang sama berlaku 2

2 1

1 A v A

v × = ×

(25)

2.2. Persamaan-Persamaan Untuk Aliran

Untuk aliran fluida adapun beberapa persaman-persaman yang digunakan yaitu : 1. Persamaan Kontinuitas

2. Persamaan Energi 3. Persamaan Momentum 4. Persamaan Bernoulli

2.2.1. Persamaan Kontinuitas

Persamaan kontinuitas digunakan untuk menyeimbangkan kapasitas aliran dan volume untuk sebuah jaringan distribusi. Dengan asumsi fluida merupakan fluida

inkompresibel dengan massa jenis (ρ) konstan

2.2.2. Persamaan Energi

Persamaan energi menunjukkan keseimbangan energi yaitu energy masuk sama dengan energi keluar dan dinyatakan dalam persamaan

E1 = E2

2.2.3. Persamaan momentum

Persamaan momentum mengganbarkan tahan pipa terhadap beban dinamik yang disebabakan oleh aliran bertekanan. untuk fluida inkompresibel momentum M (N) dirumuskan

[lit.9 hal 58] Dimana: ρ = massa jenis (kg/m3)

(26)

2.2.4. Persamaan Bernoulli

Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus didasarkan pada hokum Newton II. Persamaan ini diturunkan dengan anggapan bahwa:

1. Zat cair adalah ideal, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi akibat gesekan adalah nol).

2. Zat cair adalah homogen dan tidak termampatkan (rapat massa zat cair adalah konstan).

3. Aliran adalah kontiniu dan sepanjang garis arus.

4. Kecepatan aliran adalah merata dalam suatu penampang. 5. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan tekanan.

Energi yang ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai head pada suatu titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi pada titik lain sepanjang aliran fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida.

(27)

Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli

Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi diantara dua titik. Jika head losses ini tidak diperhitungkan maka akan menjadi masalah dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan “hl” maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dimana dirumuskan sebagai:

z hl

Persamaan diatas dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan type aliran, biasanya untuk fluida inkompresibel tanpa adanya penambahan panas atau energi yang diambil dari fluida. Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin, dan peralatan lainnya.

hL

(28)

2.3 Jenis Aliran Fluida

Aliran fluida dapat dibedakan atas 3 jenis yaitu aliran laminar , aliran transisi dan aliran turbulen. Jenis aliran ini didapatkan dari hasil eksperiman yang dilakukan oleh Osborne Reynold tahun 1883 yang mengklasifikasikan aliran 3 jenis. Jika air mengalir melalui sebuah pipa berdiameter d dengan kecepatan rata-rata V maka dapat diketahui jenis aliran yang terjadi. Berdasarka eksperimen tersebut maka didapatkan bilangan reynold dimana bilangan ini tergantung pada kecepatan fluida, kerapatan, viskositas, dan diameter. Aliran dikatakan laminar jika partikel-partikel fluida yang bergerak teratur mengikuti lintasan yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama. Aliran ini terjadi apabila kecepatan kecil atau kekentalan besar. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-rata saja yang mengikuti sumbu pipa. Aliran ini terjadi apabila kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil.

Bilangan Reynold (Re) dapat dihitung dengan persamaan: µ

ρ.d.v

Re= [lit.2 hal 80]

dimana: ρ = massa jenis fluida (kg/m3) d = diameter dalam pipa (m) v = kecepatan aliran fluida (m/s) µ = viskositas dinamik fluida (Pa.s)

Karena viskositas dinamik dibagi dengan massa jenis fluida merupakan viskositas kinematik (v) maka bilangan Reynold dapat juga dinyatakan:

(29)

2.4. Metode Pendistibusian Air

2.4.1 Sistem Gravitasi

Metode pendistribusian dengan sistem gravitasi bergantung pada topografi sumber air yang ada dan daerah pendistribusiannya. Biasanya sumber air ditempatkan pada daerah yang tinggi dari daerah distribusinya. Air yang didistribusikan dapat mengalir dengan sendirinya tanpa pompa. Adapun keuntungan dengan sistem ini yaitu energi yang dipakai tidak membutuhkan biaya, sistem pemeliharaan yang murah.

2.4.2. Sistem Pemompaan

Metode ini menggunakan pompa dalam mendistribusikan air menuju daerah didtribusi. Pompa langsung dihubungkan dengan pipa yang menangani pendistribusian. Dalam pengoperasiannya pompa terjadwal utnuk beroperasi sehingga dapat menghemat pemakaian energi. Keuntungan dari metode ini yaitu tekanan pada daerah distribusi dapat terjaga.

2.4.3. Sistem Gabungan Keduanya

Metode ini merupakan gabungan antara metode gravitasi dan pemopaan yang biasanya digunakan untuk daerah distribusi yang berbukit-bukit.

2.5. Kerugian Head

2.5.1 Kerugian Head Mayor

Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil).

Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus berikut, yaitu:

(30)

dimana: hf = kerugian head karena gesekan (m)

f = faktor gesekan (diperoleh dari diagram Moody) d = diameter pipa (m)

L = panjang pipa (m)

v = kecepatan aliran fluida dalam pipa (m/s) g = percepatan gravitasi

Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy – Weisbach. Untuk aliran laminar dimana bilangan Reynold kurang dari 2000, faktor gesekan dihubungkan dengan bilangan Reynold, dinyatakan dengan rumus:

Re 64

=

f

(31)

Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil

Bahan Kekasaran

ft m

Riveted Steel 0,003 – 0,03 0,0009 – 0,009

Concrete 0,001 – 0,01 0,0003 – 0,003

Wood Stave 0,0006 – 0,003 0,0002 – 0,009

Cast Iron 0,00085 0,00026

Galvanized Iron 0,0005 0,00015

Asphalted Cast Iron 0,0004 0,0001

Commercial Steel or Wrought Iron 0,00015 0,000046 Drawn Brass or Copper Tubing 0,000005 0,0000015

Glass and Plastic “smooth” “smooth”

Sumber: Jack B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill. New York. 1987, hal. 134.

Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relative menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain:

a. Untuk daerah complete roughness, rough pipes menurut, yaitu: 

(32)

c. Untuk pipa kasar, menurut Orianto (1989), yaitu: Von Karman : 1 =2log +1,74

ε d

f [lit.2 hal 80]

dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold.

d. Untuk Pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi, menurut Orianto (1989) hal 80, yaitu:

Corelbrook – White :



2. Persamaan Hazen – Williams

Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. Bentuk umum persamaan Hazen – Williams, yaitu:

L

dimana: hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m3/s) L = panjang pipa (m)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams d = diameter pipa (m)

2.5.2. Kerugian Head Minor

Kerugian yang kecil akibat gesekan pada jalur pipa yang terjadi pada komponen-komponen tambahan seperti katup, sambungan, belokan, reduser, dan lain-lain disebut dengan kerugian head minor (minor losses)

(33)

untuk pipa yang panjang (L/d >>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.

2.5.3. Persamaan Empiris Untuk Aliran Dalam Pipa

Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan Darcy dan diagram Moody. Penggunaan rumus empiris juga dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran. Dalam hal ini digunakan dua model rumus yaitu persamaan Hazen – Williams dan persamaan Manning.

1. Persamaan Hazen – Williams dengan menggunakan satuan internasional , yaitu:

v=0,8492.C.R0,63.s0,54 [lit.1hal 160]

dimana: v = kecepatan aliran (m/s)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams R = jari-jari hidrolik

=

w p

A

= D D

π π 2 /4

=

4

d

(34)

Tabel 2.1 Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams Extremely smooth and straight pipes 140

New Steel or Cast Iron 130

Wood; Concrete 120

New Riveted Steel; vitrified 110

Old Cast Iron 100

Very Old and Corroded Cast Iron 80

(Sumber : Jack. B. Evett, Cheng Liu. Fundamentals of Fluids Mechanics. McGraw Hill, New York. 1987, hal. 161.)

2. Persamaan Manning dengan satuan internasional, yaitu: 2

/ 1 3 / 2

0 , 1

s R n

v= [lit.1hal 161]

dimana: n = koefisien kekasaran pipa Manning

(35)

2.6. Jenis Jaringan Pemipaan

2.6.1 Sistem Jaringan Pemipaan Seri

Sistem pemipaan dengan susunan seri merupakan jaringan pipa tanpa cabang ataupun loop. Jaringan ini memiliki satu sumber , satu ujung dan node yang menyambung 2 pipa yang berada dalam satu jalur. Jaringan pemipaan jenis ini sangat kecil dan dipakai untuk pendistribusian air kawasan yang kecil.

Gambar 2.4 Pipa Jaringan Seri

2.6.2. Sistem Jaringan Pemipaan Bercabang (Branch)

Sistem pemipaan dengan susunan bercabang merupakan kombinasi dari jaringan pemipaan susunan seri. Dimana, jaringannya terdiri dari satu sumber dan memiliki banyak cabang. Sistem ini cukup untuk memenuhi kebutuhan sebuah komunitas dan investasi yang dikeluarkan tidaklah besar.

(36)

2.6.3. Sistem Jaringan Pemipaan Tertutup (Loop)

Sistem pemipaan ini merupakan sistem yang mana jaringannya saling terhubung yang terdiri dari node-node yang menerima aliran air lebih dari satu bagian. Dengan sistem ini masalah – masalah yang dihadapi pada sistem seri ataupun bercabang dapat ditangani seperti masalah tekanan. Namun, sistem pemipaan dengan jaringan ini lebih rumit jika dibandingkan dengan sistem seri atau bercabang. Untuk biaya operasi dan investasi yang cukup besar. Sistem ini biasanya dipakai pada daerah yang cukup luas dengan jumlah pemakai yang cukup besar.

Gambar 2.6 Jaringan Tertutup

2.6.4. Sistem Jaringan Pemipaan Kombinasi

Sistem perpipan jenis ini merupakan sistem jaringan pemipaan yang umum digunakan untuk daerah yang luas. Sistem ini merupakan gabungan antara sistem dengan jaringan bercabang dan loop

(37)

2.7. Metode Penyelesaian Sistem Jaringan Pemipaan

Untuk pipa yang dihubungkan secara seri dengan diameter yang berbeda dan pipa yang berbeda berlaku

hl (head losses)= hl1 + hl2 + hl3 +……

Q (kapasitas aliran) = Q1 = Q2 = Q3 =…..

Gambar 2.8 Pipa dengan susunan seri

Untuk pipa yang disusun secara paralel berlaku hl = hl1 = hl2 = hl3 =……

Q = Q1 + Q2 + Q3 +…..

Gambar 2.9 Pipa dengan susunan paralel

Untuk menyelesaikan jaringan pipa dengan sistem loop terdapat tiga cara yaitu 1. Metode Hardy Cross

2. Metode Newton Raphson 3. Metode Teori Linear

(38)

Gambar 2.8. Sistem Jaringan Pipa

Jaringan pipa pengangkut air yang kompleks dapat dianalisis dengan cepat menggunakan persamaan Hazen-Williams atau rumus gesekan lain yang sesuai. Perhitungan distribusi aliran pada suatu jaringan biasanya rumit karena harus memecahkan serangkaian persamaan hambatan yang tidak linear melalui prosedur yang iteratif. Kesulitan lainnya adalah kenyataan bahwa kebanyakan jaringan, arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi sukar untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran akan tekanan di berbagai titik menjadi persyaratan utama untuk menentukan ukuran pipa, sehingga harus diselesaikan dengan cara berurutan dan iterasi.

Sebuah jaringan yang terdiri dari sejumlah pipa mungkin membentuk sebuah loop, dimana pipa yang sama dipakai oleh dua loop yang berbeda. Ada dua syarat yang harus diperhatikan agar aliran dalam jaringan tersebut seimbang, yaitu:

a. Aliran netto ke sebuah titik harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa laju aliran ke sebuah titik pertemuan harus sama dengan laju aliran dari titik pertemuan yang sama.

(39)

Prosedur untuk menentukan distribusi aliran dalam suatu jaringan meliputi penentuan aliran pada setiap pipa sehingga kontinuitas pada setiap pertemuan terpenuhi (syarat 1). Selanjutnya head losses dari setiap loop dihitung dan jika tidak sama dengan nol maka aliran yang telah ditetapkan harus dikoreksi kembali dengan perkiraan dan metode iterasi yang disebut metode Hardy Cross.

Untuk sebuah loop tertentu dalam sebuah jaringan misalkan Q adalah laju aliran sesungguhnya atau laju aliran seimbang dan Q0 adalah laju aliran yang diandaikan sehingga

Q = Q0 + ∆Q. dari persamaan Hazen-Williams hl = nQx, maka fungsi Q dapat dikembangkan

dalam deret Taylor sebagai :

(

+∆

)

=

( )

+

( )

+....

Jika hanya orde pertama yang digunakan, kemudian ∆Q dihitung dengan f(Q) = ∑hl, maka:

Harga x adalah eksponen dalam persamaan Hazen-Williams apabila digunakan untuk menghitung hl dan besarnya adalah 1,85

54 , 0

1 ₌

dan n menyatakan suku-suku yang terdapat

dalam persamaan yang menggunakan satuan British, yaitu: ₁4_,₈₅,73₄_,₈₇ d C

L

n= .

Cara lain yang dapat digunakan ialah dengan persamaan Darcy-Weisbach dengan x = 2 dan 8₂ ₅

= . Hal ini yang perlu diperhatikan adalah bahwa faktor gesekan selalu

berubah untuk setiap iterasi.

Prosedur pengerjaannya adalah, sebagai berikut:

1. Andaikan distribusi aliran yang paling wajar, baik besar maupun arahnya dalam setiap pipa sehingga total aliran ke setiap titik pertemuan mempunyai jumlah aljabar nol. Ini harus ditunjukkan dari diagram jaringan pipa yang bersangkutan.

2. Buat sebuah tabel untuk menganalisa setiap loop tertutup dalam jaringan yang semi-independent.

(40)

4. Untuk tiap loop, anggap bahwa laju aliran Qo dan head losses (hl) positif untuk aliran yang searah dengan jarum jam dan negatif untuk aliran yang berlawanan arah jarum jam.

5. Hitung jumlah aljabar heal losses (∑hl) dalam setiap loop. 6. Hitung total head losses persatuan laju aliran

Qo hl

untuk tiap pipa. Tentukan jumlah

besaran

∑

_=Σ

. Dari defenisi tentang head losses dan arah aliran, setiap suku dalam penjumlahan ini harus bernilai positif.

7. Tentukan koreksi aliran dari tiap loop, dirumuskan sebagai berikut :

∑hl = jumlah aljabar kerugian head untuk semua pipa dalam loop

n = harga yang bergantung pada persamaan yang digunakan untuk menghitung laju aliran.

n = 1,85 bila digunakan persamaan Hazen-Williams. n = 2 bila digunakan persamaan Darcy dan Manning.

Koreksi diberikan untuk setiap pipa dalam loop. Sesuai dengan kesepakatan, jika ∆Q bernilai positif ditambahkan ke aliran yang searah jarum jam dan dikurangkan jika berlawanan arah jarum jam. Untuk pipa yang digunakan secara bersama dengan loop lain, maka koreksi aliran untuk pipa tersebut adalah harga netto dari koreksi untuk kedua loop.

8. Tuliskan aliran yang telah dikoreksi pada diagram jaringan pipa seperti pada langkah 1. untuk memeriksa koreksi pada langkah 7 perhatikan kontinuitas pada setiap pertemuan pipa.

(41)

Prosedur di atas dapat digambarkan pada sebuah tabel berikut:

1 2 3 4 5 6 7

No. pipa Panjang pipa (L)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Diagram

pipa hf1

2.8. Dasar Perencanaan Pompa

Dalam perencanaan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, antara lain:

a. Kapasitas

Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan.

b. Head Pompa

Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu:

- Head Potensial

(42)

- Head Kecepatan

Head kecepatan atau head kinetik, yaitu suatu ukuran energi kinetik yang dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan persamaan V2/2g . - Head Tekanan

Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan dengan P/γ .

Head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (Head mayor dan Head minor).

c. Sifat Zat Cair

Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar.

d. Unit Penggerak Pompa

Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor bakar, motor listrik dan turbin uap.

(43)

dimana: γ

1

2 P

P −

adalah perbedaan head tekanan

g

2 − _{adalah perbedaan head kecepatan} Z2 – Z1 adalah perbedaan head statis

HL adalah head losses total

(44)

2.9 EPANET

EPANET merupakan sebuah perangkat lunak yang dapat memberikan informasi kepada pengguna mengenai simulasi hidrolik dan perilaku kualitas air didalam sistem jaringan pemipaan bertekanan dalam rentang waktu tertentu. Perangkat lunak ini dikembangkan oleh Water Supply and Water Resources Division USEPA’s National Risk Management Research Laboratory. Sistem jaringan pemipaan itu sendiri merupakan sebuah

sistem yang terdiri dari kombinasi antara pipa, node, pompa, valve dan tanki atau reservoir, yang saling terhubungan satu sama lain dalam satu kesatuan. EPANET mampu menelusuri aliran air didalam pipa, tekanan ditiap node, tinggi muka air didalam tanki/reservoir dan konsentrasi bahan kimia (mis. Desinfektan klor) selama rentang simulasi tersebut.

EPANET yang dijalan dibawah operation system Windows ini, menyediakan suatu lingkungan yang terintegrasi untuk melakukan pengeditan terhadap input data, running hydraulic dan simulasi kualitas air serta kemudian menampilkannya dalam berbagai format seperti jaringan pemipaan dan node dengan kode warna, tabel, grafik terhadap waktu dan plot kontur sesuai dengan kebutuhan analisis pengguna. Hasil analisis tersebut sangat bermanfaat bagi pengambil keputusan, baik ditingkat manajemen maupun dilingkup tim perencana, sebagai input dalam pengelolaan sistem distribusi air maupun sebagai input data dalam perencanaan desain sistem distribusi air.

Hasil yang didapatkan dari simulasi hidrolik dan performansi jaringan menggunakan epanet yaitu keseimbangan jaringan, arah aliran, head yang terjadi dan. Selain itu, analisa sebuah jaringan pemipaan dengan menggunakan EPANET dapat membantu kita untuk memecahkan beberapa masalah diantaranya

• Analisa terhadap jaringan baru • Analisa terhadap energi dan biaya

• Optimalisasi dari penggunaan air, kualitas air dan dan tekanan • Diagnosa kua litas air

(45)

Gambar 3. Tampilan EPANET

Untuk menjalankan program ini diperlukan input yang mendukung, sehinggadihasilkan poutpu yang menunjukkan performasi jaringan tersebut. Input yang diperlukan pada program ini yaitu :

1. Input komponen yang mendukung sebuah jaringan pemipaan yang meliputi pipa, pompa dan reservoir

2. Input berupa node yang menghubungkan masing- masing pipa sehingga membentuk sebuah jaringan pemipaan

3. Input berupa nomor masing-masing masing komponen baik pipa, node, pompa dan reservoir

4. Input yang menunjukkan karakteristik masing-masing komponen yang meliputi : - Diameter, panjang, roughness untuk pipa

- Karakteristik pompa

(46)

BAB III

PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA

3.1 Jumlah Pemakaian Air

Dalam merencanakan suatu sistem jaringan pipa yang digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada perumahan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu kebutuhan air secara keseluruhan yang meliputi kebutuhan perumahan itu sendiri dan fasilitas lainnya. Dalam hal ini perumahan yang direncanakan terdiri dari 170 kepala keluarga dan fasilitas penunjang lainnya.

3.1.1 Kebutuhan air bersih pada perumahan

(47)

Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata untuk rumah tangga No Jenis gedung Pemakaian

air Pradnya Paramitha, Jakarta, 1996.

Dengan standard kebutuhan air penduduk rata-rata sebesar 230 liter/hari.orang (untuk keperluan rumah tangga) maka kebutuhan air penduduk dapat dihitung dengan cara :

Kebutuhan air penduduk = jumlah penduduk x kebutuhan air rata-rata perhari = 1.020 x 230 liter

(48)

3.1.2 Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah Mesjid

Jumlah rata-rata jemaah per hari = 200 orang Jumlah gedung = 1 buah Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 10 liter

Kebutuhan air rata-rata per hari = 200 x 1 x 10 liter = 2000 liter

3.1.3 Kebutuhan air bersih untuk fasilitas lainnya. Kebutuhan air bersih untuk Taman Bermain

Di lokasi ini terdapat 1 taman umum. Dari data survei pemakaian air bersih setiap harinya adalah 400 liter.

Kebutuhan air rata-rata per hari = 400 liter

Sehingga total keperluan air bersih pada Perumnas PT.PERTAMINA P.BRANDAN menjadi:

Qtotal = 234.000 liter + 2000 liter +400 liter

= 236.400 liter

Untuk mengatasi losses berupa kebocoran yang terjadi selama pendistribusian air, maka kapasitas total tersebut harus ditambahkan sebesar 10%-20%.

Dalam perencanaan ini diambil faktor sebesar 10%, sehingga kapasitas total air bersih yang didistribusikan pada kompleks perumahan PT.PERTAMINA P.BRANDAN adalah : = 10% (236.400 liter ) +236.400 liter

= 260.040 liter.

(49)

3.2 Estimasi Pemakaian pada saat beban puncak (Peak Hour) Persentase Pemakaian air selama 24 jam dapat dihitung sebagai berikut :

Tabel 3.2 Estimasi pemakaian air per hari

Fasilitas Estimasi Pemakaian Air (%)

04.00 - 06.00 06.00 - 11.00 11.00 - 16.00 16.00 - 20.00 20.00 - 04.00

Rumah 5 35 10 45 5

Mesjid 15 15 20 45 5

Taman umum 5 35 35 20 5

Tabel 3.3 Pemakaian pada Periode 1 (04.00 - 06.00) wib Fasilitas Persentase

Pemakaian Air (%)

Kapasitas Pemakaian

Air (liter/hari)

Total Pemakaian

Air (liter/2jam)

Total Pemakaian

Air (liter/jam)

Rumah 5 234.600 28.083 14.041,5

Mesjid 15 2000 660 330

Taman umum

5 200 0 0

(50)

Tabel 3.4 Pemakaian pada Periode II (06.00 - 11.00) wib Fasilitas Persentase

Pemakaian

Tabel 3.5 Pemakaian pada Periode III (11.00 - 16.00) wib Fasilitas Persentase

(51)

Tabel 3.6 Pemakaian pada Periode IV (16.00 - 20.00) wib Fasilitas Persentase

Pemakaian

106.470 2.661.715

Tabel 3.7 Pemakaian pada Periode V (20.00 - 04.00) wib Fasilitas Persentase

(52)

Periode Pemakaian Air

liter/periode liter/jam liter/detik m3/detik

I 12.030 6.015 1,67083 0,00167083

II 82.460 16.492 4,5811 0,0045811

III 23.900 4.780 1,3278 0,003278

IV 106.470 2.661.715 7,39375 0,00739375

V 11.870 1.478,75 0,41076 0,00041076

Total 236.690 2.690.480,75 15,38424 0,01733444

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008

04.00-06.00 06.00-11.00 11.00-16.00 16.00-20.00 20.00-04.00

Waktu

K

ap

asi

tas

(53)

Dari grafik dapat dilihat bahwa kebutuhan air maksimal (beban puncak) terjadi pada periode IV (16.00 - 20.00 WIB) sebesar 106.470 liter = 0,00739375 m3/detik. Menurut [29] besarnya kapasitas beban puncak dapat ditentukan dengan rumus :

Qh-max = (C1) (Qh)

Dimana : Qh = pemakaian air (m3/dtk)

C1 = konstanta yang bernilai antara 1.5 – 2.0 Qh-max = pemakaian air jam puncak (m3/dtk)

Dari rumus diatas di peroleh kebutuhan air pada beban puncak sebesar: Qh-max = (1,8) (0.00739375) m3/dtk

Qh-max = 0,01330875 m3/dtk

Diperoleh kebutuhan beban puncak adalah 0,01330875 m3/dtk.

(54)

(55)

3.3 Pemilihan Jenis Pipa

Pemakaian pipa pada instalasi plumbing ada dua macam, yaitu pipa yang terbuat dari logam dan pipa yang terbuat dari PVC. Bahan PVC untuk pipa plumbing merupakan terobosan inovatif yang hebat dan sangat efisien dari segi biaya.

Adapun keunggulan yang dimiliki pipa PVC dibandingkan pipa jenis lain ialah 1. Kelenturan yang tinggi (kekuatan tarik ≥ 22 MPa dan kelenturan ≥ 400%).

• Memiliki kemampuan untuk menahan “beban kejut” (impact strenght) yang tinggi. • Tahan terhadap temperatur yang rendah.

2. Ringan (mengapung di air), dengan massa jenis (density) ≥ 0,94 kg/m3 sehingga mudah untuk handling dan transportasi.

• Mudah dan cepat pada penyambungan dan pemasangan. • Tahan karat serta tahan abrasive

3. Permukaannya halus sehingga pengaruh kehilangan tekanannya sangat kecil

• Tidak mengandung zat-zat beracun sehingga direkomendasikan sangat aman untuk sistem distribusi air minum (environmental technology)

• Usia pipa (life time) dapat mencapai 50 tahun.

Satu-satunya kelemahan pipa PVC ialah rawan bocor apabila sistem pengelemannya kurang rapi. Meski demikian, pipa PVC merupakan alternatif yang paling banyak dipakai masyarakat luas saat ini. .

(56)

3.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida

Setelah menentukan besarnya kapasitas aliran fluida yang mengalir di dalam pipa-pipa pada suatu jaringan pipa-pipa dengan cara menaksirnya, maka persoalan di atas belum dapat dianggap selesai dengan begitu saja. Langkah selanjutnya ialah dengan mencari harga kerugian head perpanjangan pipa untuk memperoleh kesetimbangan aliran fluida pada setiap pipa.

Head losses (kerugian head) yang terjadi sepanjang pipa dapat ditentukan dengan 2

cara, yaitu :

1. Dengan rumus empiris.

yaitu : L

Untuk pipa no.2 pada loop I, diperoleh : Q = laju aliran (ditaksir)

= 0,006654375 m3/s.

C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

= 140 (untuk pipa PVC) d = diameter pipa dalam

= 0,1016 m (4 in) L = panjang pipa

= 100 m (dari data site plan hasil survey)

Sehingga diperoleh :

(57)

ITERASI 1

Loop 1 ( BLOK A )

Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q

Koreksi Kapasitas

(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s

no (m) (m) (m3/s) hf (m) m3/s akhir

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

1 35,4 0,1016 0,003992625 0,002732489 0,096730127 24,227200605 0,001073038 0,005065663

2 100 0,1016 -0,006654375 -0,007030378 -0,703037809 105,650464426 0,001480364 -0,005174011

3 35,4 0,0762 -0,002215681 -0,003709979 -0,131333267 59,274447266 0,001357315 -0,000858366

4 79,7 0,0762 0,001597850 0,002026398 0,161503908 101,075763296 0,000831125 0,002428975

(58)

Loop 2 ( BLOK B )

Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo)

Unit head

loss Head Loss(hl) hl / Q

Koreksi Kapasitas

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris hf x L

4 79,7 0,0762 -0,001597850

-0,002026398 -0,161503908 101,075763296 -0,000831125 -0,002428975 5 32,9 0,1016 0,002395575 0,001062034 0,034940910 14,585604532 0,000241912 0,002637487

6 33,9 0,0762 0,000958230 0,000786869 0,026674842 27,837619831 0,000826185 0,001784415

10 42,8 0,0762 0,001820719 0,002580076 0,110427256 60,650356364 -0,000255377 0,001565342

13 32,9 0,0762 -0,002263849

-0,003860565 -0,127012596 56,104712046 0,000107575 -0,002156274

(59)

Loop 3 ( BLOK C )

Unit head

Koreksi Kapasitas

Rumus

Empiris hf x L

6 33,9 0,0762 -0,000958230

-0,000786869 -0,026674842 27,837619831 -0,000826185 -0,001784415

7 148,5 0,0762 0,001437345 0,001665985 0,247398720 172,122016400 -0,000584272 0,000853073

8 38,4 0,0762 0,001437345 0,001665985 0,063973810 44,508319392 -0,000584272 0,000853073

9 124,7 0,0762 0,000862489 0,000647630 0,080759505 93,635403425 -0,001081561 -0,000219072

(60)

Loop 4 ( BLOK D )

Unit head

Koreksi Kapasitas

no (m) (m) (m3/s) hf (m)

Rumus

Empiris hf x L

9 124,7 0,0762 -0,000862489

-0,000647630 -0,080759505 93,635403425 0,001081561 0,000219072

10 42,8 0,0762 -0,001820719

-0,002580076 -0,110427256 60,650356364 0,000255377 -0,001565342

11 187,4 0,0762 -0,002450740

-0,004470777 -0,837823584 341,865552638 0,001831401 -0,000619339

12 96,6 0,0508 0,000594856 0,002327489 0,224835431 377,966148040 0,000497289 0,001092145

(61)

Loop 5 ( BLOK E )

Unit head

Koreksi Kapasitas

Rumus

Empiris hf x L

11 187,4 0,0762 0,002450740 0,004470777 0,837823584 341,865552638 -0,001831401 0,000619339

14 213,5 0,0508 0,003045596 0,047755066 10,195706637 3347,688477779 -0,001334112 0,001711484

15 51,7 0,0508 -0,001612908

-0,014733416 -0,761717625 472,263529437 -0,001468450 -0,003081358

(62)

Loop 6 ( BLOK F )

Unit head

Koreksi Kapasitas

Rumus

Empiris hf x L

13 32,9 0,0762 0,002263849 0,003860565 0,127012596 56,104712046 -0,000107575 0,002156274

15 51,7 0,0508 0,001612908 0,014733416 0,761717625 472,263529437 0,001468450 0,003081358

16 39,4 0,0508 -0,000922429

-0,005240246 -0,206465687 223,828269245 0,000134337 -0,000788092

17 76,9 0,0508 -0,001537382

-0,013482550 -1,036808058 674,398462833 0,000418615 -0,001118767

(63)

Loop 7 ( BLOK H )

Unit head

Koreksi

Kapasitas (ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s

Rumus

Empiris hf x L

3 35,4 0,0762 0,002215681 0,003709979 0,131333267 59,274447266 -0,001357315 0,000858366

17 76,9 0,0508 0,001537382 0,013482550 1,036808058 674,398462833 -0,000418615 0,001118767 18 69,4 0,0508 0,000614952 0,002475039 0,171767673 279,318830358 -0,000284277 0,000330675

19 110,7 0,0762 -0,002811472

-0,005763822 -0,638055100 226,946987076 0,000596221 -0,002215251

20 14 0,1016 -0,004325343

-0,003168606 -0,044360485 10,255946231 0,000123050 -0,004202293

(64)

Loop 8 ( BLOK G )

Unit head

Koreksi Kapasitas

Rumus

Empiris hf x L

2 79,7 0,1016 0,006654375 0,007030378 0,560321134 84,203420147 -0,001480364 0,005174011

20 14 0,1016 0,004325343 0,003168606 0,044360485 10,255946231 -0,000123050 0,004202293

21 29,6 0,0762 0,001513870 0,001833779 0,054279857 35,855031530 0,000473171 0,001987041

22 48,8 0,0762 -0,002041540

-0,003188638 -0,155605530 76,219682232 -0,000407327 -0,002448867

23 51,8 0,0508 -0,000714539

-0,003267185 -0,169240170 236,852250532 0,000285345 -0,000429194

(65)

Loop 9 ( BLOK I )

Unit head

Koreksi Kapasitas

Rumus

Empiris hf x L

19 110,7 0,0762 0,002811472 0,005763822 0,638055100 226,946987076 -0,000596221 0,002215251

21 29,6 0,0762 -0,001513870

-0,001833779 -0,054279857 35,855031530 -0,000473171 -0,001987041

24 57,2 0,0508 -0,002104849

-0,024109292 -1,379051505 655,178354776 -0,000187826 -0,002292675

25 130 0,0508 0,003426424 0,059385682 7,720138689 2253,118320618 -0,000880498 0,002545926

26 34,4 0,0508 -0,002385549

-0,030392340 -1,045496500 438,262429242 -0,000600220 -0,002985769

(66)

Loop 10 ( BLOK J )

Unit head

Koreksi Kapasitas

Rumus

Empiris hf x L

23 57,4 0,0762 0,000714539 0,000457226 0,026244783 36,729671311 -0,000285345 0,000429194

24 51,8 0,0508 0,002104849 0,024109292 1,248861328 593,325852751 0,000187826 0,002292675

27 103,4 0,0762 -0,001327001

-0,001437126 -0,148598852 111,980964484 -0,000692672 -0,002019673

28 37,6 0,0508 -0,000398100

-0,001107162 -0,041629298 104,569951030 -0,000412394 -0,000810494

(67)

Loop 11 ( BLOK )

Pipa Panjang (L) Diameter(d) Laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q

Koreksi Kapasitas

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

26 34,4 0,0508 0,002385549 0,030392340 1,045496500 438,262429242 0,000600220 0,002985769

28 37,6 0,0508 0,000398100 0,001107162 0,041629298 104,569951030 0,000412394 0,000810494

29 97,4 0,0508 -0,000928900 -0,005308457 -0,517043695 556,619329830 -0,000280278 -0,001209178

0,570082102 1099,451710102

(68)

Tabel 3.20 Head losses untuk tiap panjang pipa

Pipa Panjang (L) Diameter(d) Kapasitas tiap pipa(Q) Ditentukan Diketahui Diketahui

1 35.4 0.1016 0.003992625 0.002732489

2 100 0.1016 -0.006654375 -0.007030378

3 35.4 0.0762 -0.002215681 -0.003709979

4 79.7 0.0762 0.001597850 0.002026398

5 32.9 0.1016 0.002395575 0.001062034

6 33.9 0.0762 0.000958230 0.000786869

7 148.5 0.0762 0.001437345 0.001665985

8 38.4 0.0762 0.001437345 0.001665985

9 124.7 0.0762 0.000862489 0.000647630

10 42.8 0.0762 -0.001820719 -0.002580076

11 187.4 0.0762 -0.002450740 -0.004470777

12 96.6 0.0508 0.000594856 0.002327489

13 32.9 0.0762 0.00226389 0.003860565

14 213.5 0.0508 0.003045596 0.003045596

15 51.7 0.0508 -0.001612908 0.014733416

16 39.4 0.0508 -0.000922429 -0.005240246

17 76.9 0.0508 -0.001537382 -0.013482550

18 69.4 0.0508 0.000614952 0.002475039

19 110.7 0.0762 -0.002811472 -0.005763822

20 14 0.1016 -0.004325343 -0.003168606

21 29.6 0.0762 0.001513870 0.001833779

22 48.8 0.0762 -0.002041540 -0.003188638

23 51.8 0.0508 -0.000714539 -0.003267185

24 57.2 0.0508 -0.002104849 -0.024109292

25 130 0.0508 0.003426424 0.059385682

26 34.4 0.0508 -0.002385549 -0.030392340

27 103.4 0.0762 -0.001327001 -0.001437126

28 37.6 0.0508 -0.000398100 -0.001107162

(69)

BAB IV

ANALISA HASIL PERANCANGAN

MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK EPANET

Analisa jaringan pemipaan yang dimaksud pada bab ini yaitu analisa terhadap jaringan pemipaan yang telah dirancang pada bab III. Pada bab ini dilakukan simulasi jaringan pemipaan menggunakan paket program perangkat lunak EPANET 2.0.

4.1. Diagram Alir Analisa Menggunakan Epanet

Diagram alir ini menunjukkan langkah analisa yang dilakukan dengan menggunakan EPANET

(70)

4.2. Masukkan Data ( input )

Input dalam analisa ini dimaksudkan sebagai data-data yang diperlukan sebagai

masukan untuk proses analisa yang akan dilakukan. Data-data ini merupakan langkah awal untuk memulai analisa ini. Langkah awal yang dilakukan dengan menentukan metode analisa yang dilakukan dan unit satuan yang dipakai. Ini dilakukan dengan mengisi opsi pada gambar. Langkah yang dilakukan yaitu project > default > hydraulics

Gambar 4.2 Tampilan Default

Setelah pengaturan awal dilakukan maka input selanjutnya yaitu sumua komponen yang menyusu jaringan pemipaan yang terdiri dari :

1. Node/ Junction

(71)

2. Pipa ( pipe )

Dalam hal ini input yang diperlukan untuk pipa yaitu -panjang pipa ( length )

-diameter pipa (diameter)

-koefisien kekasaran pipa ( roughness)

Data yang dimaksukkan pada iniput ini disesuaikan data yang terdapat pada bab III. Langkah yang dilakukan yaitu memilih ikon pipe pada toolbar ( )

3. Pompa ( pump )

Input yang dimasukkan pada pompa yaitu kurva pompa. Kurva pompa ini dimasuukakan sesuai dengan nomor kurva pompa yang direncanakan. Langkah yang dilakukan yaitu memilih ikon pump ( )

(72)

4. Kurva Pompa ( pump curve )

Kurva pompa ini merupakan input yang menunjukkan karakteristik pompa yang digunakan. Input ini disesuaikan dengan data pompa pada bab III. Langkah yang dilakukan yaitu memilih curves

Gambar 4.6 Input Pump curve

5. Reservoir

Pada analisa ini reservoir yang dimaksud merupakan tempat penampungan air dari masing – masing sumber mata air. Langkah yang dilakukan untuk memasukkan input yaitu dengan memilih ikon reservoir pada toolbar ( )

4.3. Proses Ekesekusi Program

(73)

4.4. Output

Output dari analisa menggunakan epanet ini yaitu kapasitas aliran masing-masing pipa dan gambaran secara visualnya . Adanya output yang dihasilkan dari analisa ini menunjukkan jaringan pemipaan yang dirancang pada bab III dapat beroperasi. Hasil gambaran visual kapasitas masing – masing pipa dapat dilihat pada lampiran C.

4.5 Perbandingan Kapasitas

Perbandingan kapasitas hasil perancangan Metode Hardy Cross dan perangkat lunak EPANET dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa kapasitas hasil perancangan manual tidak jauh berbeda dengan kapasitas hasil analisa menggunakan EPANET.

Metode yang digunakan untuk membandingkan kapasitas ini dilakukan dengan menghitung persen ralat pada masing –masing pipa. Persen ralat dapat di hitung dengan menggunakan persamaan :

Pipa Jumlah

Ralat Persen Total

rata Rata

Persen − = [lit.8 hal 80]

Qt = Kapasitas Hasil Perhitungan metode Hardy Cross

(74)

Hasil dari perbandingan kaspasitas hasil perancangan Metode Hardy Cross dan analisa menggunakan EPANET dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

No Pipa QH Qe % Ralat

Persen ralat rata-rata dari kapasitas hasil perancangan Hardy Cross Method dan Analisa Epanet dapat dihitung dengan persamaan :

(75)

BAB V

PENENTUAN SPESIFIKASI POMPA

Dalam pemilihan suatu pompa, yang perlu diperhatikan adalah mengetahui fungsi dan instalasi pompa, jenis fluida yang akan dipompakan, kapasitas aliran, serta head yang diperlukan untuk mengalirkan fluida tersebut. Selain itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, perlu diperkirakan tekanan minimum yang tersedia pada sisi hisap pompa.

5.1 Analisa Fungsi dan Instalasi Pompa

Pompa digunakan untuk memompakan air bersih dari reservoar Booster ke kompleks Perumahan PT PERTAMINA UP yang dimana didaerah tersebut memiliki daerah yang rata dan tidak berbukit. Pompa direncanakan akan beroperasi pada kapasitas konstan. Instalasi pompa secara sederhana diperlihatkan pada gambar 4.1.

Gambar 5.1 Instalasi Pompa dan reservoir

5.2 Penentuan Kapasitas dan Jumlah Pompa.

Dalam menentukan jumlah pompa dan kapasitasnya, perlu diperhatikan beberapa hal berikut :

(76)

• Pompa harus dapat bekerja secara efisien pada kebutuhan yang berfluktuasi dari waktu ke waktu.

• Sebaiknya pompa-pompa yang digunakan sama, agar penyediaan suku cadang lebih mudah.

• Pemilihan head pompa yang sesuai dengan yang dibutuhkan.

Kapasitas pompa yang direncanakan harus mampu memenuhi kebutuhan pada saat terjadinya beban puncak (peak hour) dimana pada perhitungan Bab III diperoleh besarnya kapasitas pada saat terjadinya beban puncak adalah 0,01330875 m3/dtk = 47,9115 m3/jam

Adapun jumlah pompa yang diperlukan untuk memenuhi jumlah air yang

dibutuhkan dapat di tentukan berdasarkan tabel 4.1 berikut ini

Tabel 5.1 Penentuan jumlah pompa Debit yang

pemeliharaan.PT.Pradnya Paramitha, Jakarta, 2000. hal. 16

(77)

Kapasitas pompa per unit yang direncanakan adalah : Qp = kapasitas total / jumlah pompa beroperasi

Qp =

3

0,01330875

2

m dtk

Qp =0,006654375 m3/dtk = 0,07 m3/dtk = 7 l/dtk

Sehingga dipilih pompa dengan kapasitas 7 liter/dtk per unit atau Qp = 0,007 m3/dtk per unit.

5.3 Instalasi Pompa dan Perpipaan

Setelah kapasitas dan jumlah pompa ditentukan, maka selanjutnya dapat digambarkan instalasi perpipaan pada pusat pemompaan tersebut. Jumlah pompa yang digunakan dalam instalasi adalah 3 unit pompa yang dihubungkan secara paralel. Gambar 4.2 menunjukkan sistem perpipaan pada pusat pemompaan (pumping station).

Gambar 5.2 instalasi pada pumping station.

(78)

5.4Head Pompa

Head pompa adalah energi yang harus ditambahkan pompa ke dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari satu tempat ke tempat yang lain yang mempunyai ketinggian tertentu.

Gambar 5.3 Instalasi pipa

Untuk keadaan seperti gambar 5.3 di atas, head yang diperlukan untuk memindahkan air dari titik 1 ke titik 2 dapat ditentukan dengan rumus :

Maka : Hp = Z Z h_L

= menurut besarnya tekanan standar adalah 1,0 kgf/cm2 (Tekanan Pengukuran )

(79)

Sebelum melakukan perhitungan head pompa, maka perlu dicari terlebih dahulu head losses yang terjadi sepanjang pipa. Karena kerugian head minor diabaikan, maka perhitungan head losses hanya berdasarkan kerugian gesekan saja.

Dengan menggunakan persamaan Hazen-William sebagai berikut :

Dimana : hL = Head Losses

Tabel 5.2 Perhitungan head losses untuk pipa terjauh Pipa Panjang (L) Diameter(d) _{Kapasitas tiap pipa(Q)}

(m3/s)

Head Losses

no (m) (m) (HL)

Ditentukan Diketahui Diketahui

2 100 0.1016 0.004707040 0.122694319 20 14 0.1016 0.004319359 0.034117166 19 110.7 0.0762 0.002509277 0.143347773 25 130 0.0508 0.001802617 5.035673401 Total Head loses 5.35303610

Dari hasil perhitungan di atas didapat total head losses yang terjadi sepanjang pipa adalah, HL

total = 5.35 m

Sehingga untuk mencari head pompa adalah :

L

(80)

2

pompa radial bertingkat banyak

pompa radial bertingkat satu

Pompa

5.5 Pemilihan Jenis Pompa

Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan

direncanakan sebelumnya. Dengan kapasitas Q = 7 l/dtk = 25.2 m3/ jam dan head, Hp = 15 m, maka dari gambar 4.4 dapat dilihat jenis pompa yang cocok digunakan adalah

pompa radial bertingkat satu. Pada perancangan ini dipilih pompa radial bertingkat satu.

Gambar 5.4 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi pompa sentrifugal

5.6 Putaran Motor Penggerak Pompa

Penggerak pompa yang akan direncanakan di atas adalah motor listrik dimana pemilihan ini berdasarkan atas beberapa kriteria, antara lain :

 Tersedianya sumber listrik pada tempat pengoperasian pompa.

 Motor lisrik mudah untuk dikopel langsung dengan pompa sehingga tidak memerlukan transmisi yang rumit.

 Dimensi dari motor listrik relatif kecil, konstruksinya sederhana serta ringan.  Tidak menimbulkan polusi udara dan polusi suara.

 Pemeliharaan dan pengaturannya mudah.

(81)

Tabel 5.3 Harga putaran dan kutubnya Jumlah kutub Putaran (rpm)

2

Sumber : Sularso. Pompa dan Kompresor. Hal. 50

Pada pemilihan kali ini dipilih motor listrik dengan 4 buah kutub dan putaran 1500 rpm.

Akibat adanya faktor slip, maka putaran motor harus diambil 1 – 2 % lebih kecil dari harga-harga dalam tabel 5.3 di atas. Dalam perencanaan ini diambil faktor slip sebesar 2 %, sehingga putaran motor sebenarnya adalah :

n = 1.500 – (2% x 1500) = 1.470 rpm

Motor listrik dikopel langsung dengan pompa sehingga putaran pompa sama dengan putaran motor.

5.7 Putaran Spesifik dan Jenis Impeler

Jenis impeler pompa sentrifugal dapat ditentukan berdasarkan putaran spesifik pompa tersebut.Putaran spesifik pompa sentrifugal dengan satu tingkat impeler dapat dihitung dengan persamaan berikut :

(82)

Maka :

ns =

( )

₁₅ 34

01 , 0 1470 64

,

51 × ×

ns = 833,26 ≈ 833

Dari tabel 4.5, diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 833 maka jenis impeler

yang sesuai adalah jenis radial flow.

Gambar 5.5. Klasifikasi impeler menurut putaran spesifik.

5.8 Daya Motor Penggerak

Untuk mengetahui daya motor penggerak, terlebih dahulu dihitung daya poros pompa yang dipengaruhi oleh efisiensi pompa. Efisiensi pompa tergantung pada kerugian mekanis dan kerugian gesekan. Harga efisiensi pompa dapat dilihat dari gambar 4.6.

Gambar 5.6 Grafik Harga efisiensi pompa vs putaran spesifik

Sumber : Pump Handbook, Igor C. Karasik

Untuk putaran spesifik (ns) = 833 dan kapasitas (Q) = 0.007 m3/dtk , dari gambar 4.6,

(83)

Np =

Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa. Menurut [34], daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus :

Nm =

(

)

= 0,15 (direncanakan)

η_t = efisiensi transmisi

= 1,0 (untuk pengoperasian dengan kopel langsung) Maka :

Nm = 2.509 1 0,15

(

)

1

+

= 3.736,32 Watt ≈ 3.7 kW

Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya 4 kW.

5.9 Penentuan Ukuran Pipa

(84)

Dalam menentukan ukuran pipa beberapa hal perlu dipertimbangkan antara lain batas kerugian gesek yang akan digunakan dan batas kecepatan tertinggi yang disarankan.

5.9.1 Diameter pipa hisap (Suction pipe)

Biasanya digunakan kecepatan standar sebesar 0,9 - 1,5 m/dtk dan batas maksimumnya berkisar antara 1,5 - 2,0. Batas kecepatan 2,0 m/dtk sebaiknya diterapkan dalam penentuan pendahuluan ukuran pipa Bila kecepatan aliran pipa yang digunakan 2 m/s, maka diameter pipa hisap dapat dihitung :

Qp = V . A

Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 3 inci dengan jenis pipa yang digunakan adalah PVC. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa hisap adalah :

5.9.2 Diameter pipa tekan (Discharge pipe)

(85)

Maka diameter pipa tekan sama dengan diameter pipa hisap, yaitu 4 inci dengan bahan PVC. Dengan demikian kedepatan aliran air sebenarnya adalah sama dengan kecepatan aliran air pada pipa hisap, yaitu V = 2 m/s.

5.10 Bak Distribusi (Reservoar)

Reservoar merupakan elemen yang sangat penting dalam sebuah sistem penyaluran air. Ada beberapa fungsi reservoar dalam sebuah sistem penyaluran air, antara lain :

 Sebagai water storage transit (tempat penyimpanan air sementara).  menambah aliran air (flow).

 Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban pemakaian

peak-hour, average dan minimum demand.

Jadi jelaslah bahwa volume reservoar harus mempertimbangkan aspek-aspek di atas. Dari hasil perhitungan sebelumnya diperoleh bahwa kebutuhan air per hari yang diperlukan untuk konsumsi adalah sebesar 0,01330875 m3/dtk atau setara dengan 47,91 m3/jam sehingga kebutuhan total pemakaian dalam sehari adalah 1.149,87 m3 ≈ 1.149m3

(86)

BAB VI

KESIMPULAN

Dari hasil perancangan diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Kapasitas air bersih pada saat kebutuhan beban puncak (peak hour) pada kompleks Perumahan PT Pertamina,P.Brandan adalah sebesar 0,01330875 m3/dtk.

2. Analisa perhitungan distribusi air bersih dilakukan dengan menggunakan Hardy Cross Method dan Program Epanet. Metode ini direkomendasikan untuk mencari

kerugian head pada pipa yang sangat panjang seperti pada pipa penyalur air minum. 3. Pompa yang digunakan untuk mensuplai air bersih dari booster pump Perumahan PT

Pertamina,P.Brandan adalah pompa sentrifugal bertingkat satu dengan jumlah 3 unit, dimana 2 unit beroperasi secara bergantian selama 12 jam per hari dan beroperasi secara bersamaan pada saat beban puncak (peak hour) sedangkan 1 unit pompa yang lain digunakan untuk cadangan.

4. Volume reservoar yang digunakan sebesar 1.200 m3, dengan dimensi reservoar :

Panjang = 20 m. Lebar = 12 m. Tinggi = 5 m

5. Pipa yang digunakan terdiri dari pipa PVC. A. Pipa Hisap (Suction pipe)

• Diameter : 3 inci

• Bahan : PVC

(87)

C. Pipa Transmisi

• Diameter : 4 inchi

• Bahan : PVC D. Pipa Distribusi

• Diameter : 2 inci, 3 inci, dan 4 inchi

• Bahan : PVC

6. Data spesifikasi pompa rancangan :