Perancangan Sistem Distribusi Aliran Air Bersih Pada Perumahan Telanai Indah Kota Jambi

(1)

PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI ALIRAN AIR BERSIH

PADA PERUMAHAN TELANAI INDAH

KOTA JAMBI

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

HITLER MARULI SIDABUTAR NIM. 0 4 0 4 0 1 0 9 1

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 TELANAI INDAH kota JAMBI”.

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 H.A Halim Nst,MSc. sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan,

4. Bapak Ir. Tekat Sitepu dan Bapak Ir.Mulfi Haswi, Msc sebagai dosen pembanding seminar tugas sarjana penulis yang banyak membimbing dan memberi saran pada penulis untuk menyelesaikan tugas sarjana ini.

(10)

6. Bapak Sembiring dan segenap pegawai PDAM Tirtanadi Mayang yang berkenan memberikan data survey kepada penulis. Ir.Mulfi Haswi, Msc 7. Kepada teman teman (Yakop anak Bupati,Jendral Zoro,Parlot ST,Angita si

Danner Silaen,Rusli Harahap)seperjuangan yang telah turut membantu saya dalam menyelesaikan skripsi saya ini.

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,

(Hitter Maruli

Sidabutar)

04 04 01 091

(11)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……….……….i

DAFTAR ISI...iii

DAFTAR TABEL ...vi

DAFTAR GAMBAR………...…viii

DAFTAR LAMBANG...viii

BAB I PENDAHULUAN...1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 3

1.4. Sistematika Penulisan... 3

1.5 Flow Chart Rancangan...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5

2.1. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ... 5

2.2. Energi dan Head... 6

2.3. Persamaan Bernoulli ... 8

2.4. Aliran Laminar dan Turbulen... 10

2.5. Kerugian Head (Head Losses) ... 11

2.6. Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa... 15

2.7. Pipa Yang Dihubungkan Seri... 17

2.8. Pipa Yang Dihubungkan Paralel ... 18

2.9. Sistem Jaringan Pipa ... 19

(12)

2.10.1 Kapasitas ... 23

2.10.2 Head Pompa ... 23

2.10.3 Sifat Zat Cair ... 24

BAB III PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA ...26

3.1. Jumlah Pemakaian Air ... 26

3.1.1. Kebutuhan air bersih pada perumahan... 26

3.1.3. Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah ... 27

3.2 Estimasi Pemakaian air per hari ... 28

3.3. Pemilihan Jenis Pipa ... 34

3.4. Analisa Kapasitas Aliran Fluida ... 35

BAB IV PEMILIHAN POMPA...48

4.1. Analisa Fungsi dan Instalasi Pompa ... 48

4.2. Penentuan Kapasitas dan Jumlah Pompa ... 48

4.3. Instalasi Pompa dan Perpipaan... 50

4.4. Head Pompa ... 51

4.5. Pemilihan Jenis Pompa ... 53

4.6. Putaran Motor Penggerak Pompa ... 54

4.7. Putaran Spesifik dan Jenis Impeler ... 55

4.8. Daya Motor Penggerak ... 56

4.9. Penentuan Ukuran pipa ... 57

4.9.1 Diameter Pipa Sisi Hisap (suction) ... 57

4.9.2. Diameter Pipa Sisi Tekan ... 58

4.9.3. Diameter pipa Transmisi….………...………58

(13)

(14)

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil………..12

Tabel 2.2 Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams……….…...16

Tabel 2.3 Cara mencari head losses ...……….…...23

Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata………....…26

Tabel 3.2 Persentase pemakaian air selama 24 jam ... ..28

Tabel 3.3 Pemakaian pada Periode 1 (04.00 - 06.00) wib...28

Tabel 3.4 Pemakaian pada Periode II (06.00 - 11.00) wib...29

Tabel 3.5 Pemakaian pada Periode III (11.00 - 16.00) wib...29

Tabel 3.6 Pemakaian pada Periode IV (16.00 - 20.00) wib...29

Tabel 3.7 Pemakaian pada Periode V (20.00 - 04.00) wib...30

Tabel 3.8 Total pemakaian selama 24 jam………...30

Tabel 3.9 Hasil Perhitungan Loop I Iterasi 1 ………...38

Tabel 3.10 Hasil Perhitungan Loop 2 Iterasi 1 ………...…....38

Tabel 3.11 Hasil Perhitungan Loop 3 Iterasi 1 ………...39

Tabel 3.14 Hasil Perhitungan Loop 6 Iterasi 1 ………40

Tabel 3.15 Hasil Perhitungan Loop 7 Iterasi 1 ………....41

(15)

(16)

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 2.5 Pipa yang dihubungkan seri ... 15

Gambar 2.6 Pipa yang dihubungkan secara parallel ... 16

Gambar 2.7 Jaringan pipa ... 17

Gambar 2.8 Ilustrasi persamaan Bernouli...25

Gambar 3.1 Grafik estimasi pemakaian air per hari...31

Gambar 3.2 Distribusi air pada jaringan pipa ... 32

Gambar 3.3 Perhitungan head losses dengan diagram pipa... 37

Gambar 3.4 Iterasi I Loop I... 39

Gambar 3.5 Iterasi I Loop II ... 39

Gambar 3.6 Iterasi I Loop III ... 40

Gambar 3.7 Iterasi I Loop IV... 40

Gambar 3.8 Iterasi I Loop V ... 41

Gambar 3.9 Iterasi I Loop VI... 41

Gambar 3.10 Iterasi I Loop VII ... 42

Gambar 3.11 Iterasi I Loop VIII ... 42

Gambar 3.12 Iterasi I Loop IX... 43

Gambar 3.13 Iterasi I Loop X ... 43

Gambar 4.1 Instalasi pompa dan reservoar ... 48

(17)

Gambar 4.3 Instalasi pipa... 51 Gambar 4.4 Daerah kerja beberapa jenis konstruksi

(18)

DAFTAR LAMBANG

Simbol Keterangan Satuan

As Luas penampang pipa m2

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

(19)

ε Kekasaran pipa

p

η Effisiensi pompa %

t

η Effisiensi transmisi %

υ Viskositas kinematik air m2/ s

π Konstanta phi

ρ Massa jenis air kg/ m3

(20)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan pokok dalam kehidupan sehari-hari. Tanpa air

manusia tidak dapat melaksanakan aktivitas mereka sehari-hari. Dalam usaha

memenuhi kebutuhan akan air bersih maka diperlukan tata cara pendistribusian air

bersih tersebut agar sampai ke pelanggan. Untuk itu diperlukan sistem perpipaan.

Pada dasarnya fungsi dari perpipaan ini adalah untuk mendistribusikan air

bersih ke tempat-tempat yang dikehendaki dengan tekanan yang cukup, dan yang

kedua, membuang air kotor dari tempat-tempat tertentu tanpa mencemarkan

bagian penting lainnya.

Umumnya bagian perpipaan dan detailnya merupakan standart dari unit,

seperti ukuran diameter, jenis katup yang akan dipasang, baut dan gasket pipa,

penyangga pipa, dan lain-lain. Sehingga dengan demikian akan terdapat

keseragaman ukuran antara satu dengan lainnya. Sedangkan di pasaran telah

terdapat berbagai jenis pipa dengan ukuran dan bahan-bahan tertentu sesuai

dengan kebutuhan seperti dari bahan Carbon Steel, PVC (Polyvinil Chloride),

stainless Steel, dan lain-lain.

Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perpipaan tentu bukanlah

suatu hal yang mudah, selain harus memiliki dasar ilmu kesarjanaan teknik seperti

(21)

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 mendistribusikan air bersih pada suatu komplek Perumahan

(22)

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 TELANAI INDAH Kota Jambi. Pada komplek perumahan

ini terdapat 250 unit rumah,dan 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.

1.4 Sistematika Penulisan

Tugas Sarjana ini terdiri dari 5 bab. Bab 1 memuat latar belakang, tujuan

penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan tugas sarjana ini. Pada bab 2

memuat pembahasan materi mengenai kecepatan dan kapasitas aliran fluida, jenis

aliran, persamaan empiris di dalam pipa dan sistem jaringan pipa.

Pada bab 3 meliputi perencanaan pipa pada sistem jaringan pipa yaitu

jumlah kapasitas pemakaian air, analisa aliran fluida meliputi kapasitas dan head

losses. Pada bab 4 meliputi pemilihan pompa. Kesimpulan mengenai hasil

(23)

Mulai 1.5Flow Chart Rancangan

Jumlah pelanggan komplek perumahan

Site plan , Jumlah rata-rata penghuni tiap rumah, dan

penduduk yang menggunakan air di areal komplek

Diperoleh kebutuhan air per hari

Diperoleh faktor koreksi yang sudah mendekati nilai nol

Survey ke PDAM

Survey ke Komplek Perumahan

Menghitung kebutuhan air per

hari yang digunakan pada

komplek

Membuat gambar

loop

Menganalisa kapasitas aliran masing-masing loop dengan cara

iterasi it ik l h

Menentukan spesifikasi pompa

(24)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida

Penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu penampang

memungkinkan untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran

sehingga pengukuran kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam

menganalisa suatu aliran fluida. Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukan

pengukuran terhadap waktu yang dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untuk

bergerak sepanjang jarak yang telah ditentukan.

Besarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol pada

dinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah-tengah pipa. Kecepatan

biasanya sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalam

masalah aliran fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah pada

penampang aliran. Bentuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnya

menunjukkan kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yang

disebutkan.

(25)

Gambar 2.2 Profil kecepatan pada saluran terbuka

Besarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir

dalam suatu pipa. Jumlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai volume,

berat atau massa fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju

aliran volume (m3/s), laju aliran berat (N/s) dan laju aliran massa (kg/s).

Kapasitas aliran (Q) untuk fluida yang incompressible, yaitu :

Q = A . v [lit.1hal 100]

Dimana : Q = laju aliran fluida (m3/s)

A = luas penampang aliran (m2)

v = kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)

Laju aliran berat fluida (W), dirumuskan sebagai :

W = γ . A . v [lit.1hal 101]

Dimana : W = laju aliran berat fluida (N/s)

γ = berat jenis fluida (N/m3)

Laju aliran fluida massa (M), dinyatakan sebagai :

M = ρ . A . v [lit.1hal 101]

Dimana : M = laju aliran massa fluida (kg/s)

ρ= massa jenis fluida (kg/m3)

(26)

Energi pada umumnya didefinisikan sebagai kemampuan untuk

melakukan kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan dari sebuah gaya yang

melewati suatu jarak dan umumnya didefenisikan secara matematika sebagai hasil

perkalian dari gaya dan jarak yang dilewati pada arah gaya yang diterapkan

tersebut. Energi dan kerja dinyatakan dalam satuan N.m (Joule). Setiap fluida

yang sedang bergerak selalu mempunyai energi. Dalam menganalisa masalah

aliran fluida yang harus dipertimbangkan adalah mengenai energi potensial,

energi kinetik dan energi tekanan.

Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki fluida dengan tempat

jatuhnya. Energi potensial (Ep),dirumuskan sebagai :

Ep = W . z [J] [lit.1hal 101]

Dimana : W = berat fluida (N)

z = beda ketinggian (m)

Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena

pengaruh kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik, dirumuskan sebagai :

EK = 2

2 1

mv [J] [lit.1hal 109]

Dimana : m = massa fluida (kg)

v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Energi tekanan disebut juga dengan energi aliran adalah jumlah kerja yang

dibutuhkan untuk memaksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu

dan berlawanan dengan tekanan fluida.

Besarnya energi tekanan (EF), dirumuskan sebagai :

(27)

A = luas penampang aliran (m2)

L = panjang pipa (m)

Basarnya energi tekanan,dapat juga dirumuskan sebagai berikut :

γ

pW

Ef= [J] [lit.1hal 110]

Dimana : γ = berat jenis fluida (N/m3)

Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam

energi diatas, dirumuskan sebagai :

γ

Persamaan ini dapat dimodifikasi untuk menyatakan total energi dengan head (H)

dengan membagi masing-masing variabel di sebelah kanan persamaan dengan W

( berat fluida), dirumuskan sebagai :

γ

2.3 Persamaan Bernoulli

Hukum kekekalan energi menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan

tidak dapat dimusnahkan namun dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain.

Energi yang ditunjukkan dari persamaan energi total di atas, atau dikenal sebagai

(28)

titik lain sepanjang aliran fluida tersebut. Hal ini berlaku selama tidak ada energi

yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida.

Konsep ini dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang disebut dengan

persamaan Bernoulli,yaitu :

₂

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 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, dirumuskan sebagai :

hl

Persamaan di atas digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan

tipe aliran, biasanya untuk fluia inkompressibel 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

(29)

Gambar 2.3 Ilustrasi persamaan Bernoulli

2.4 Aliran Laminar dan Turbulen

Aliran fluida yang mengalir di dalam pipa dapat diklasifikasikan ke dalam

dua tipe aliran yaitu “laminar” dan “turbulen”. Aliran dikatakan laminar jika

partikel-partikel fluida yang bergerak mengikuti garis lurus yang sejajar pipa dan

bergerak dengan kecepatan sama. Aliran disebut turbulen jika tiap partikel fluida

bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan hanya gerakan

rata-ratanya saja yang mengikuti sumbu pipa.

Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa koefisien gesekan untuk pipa

silindris merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re). Dalam menganalisa aliran

di dalam saluran tertutup, sangatlah penting untuk mengetahui tipe aliran yang

mengalir dalam pipa tersebut. Untuk itu harus dihitung besarnya bilangan

Reynold dengan mengetahui parameter-parameter yang diketahui besarnya.

Besarnya Reynold (Re), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

μ ρdv =

Re [lit.1hal 131] hL

Arah aliran

(30)

Dimana : ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

d = diameter dalam pipa (m)

v = kecepatan aliran rata-rata 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 :

ρ μ

υ = sehingga

υ

dv

=

Re

[lit.1hal 131]

Aliran akan laminar jika bilangan Reynold kurang dari 2000 dan akan

turbulen jika bilangan Reynold lebih besar dari 4000. Jika bilangan Reynold

terletak antara 2000 – 4000 maka disebut aliran transisi.

2.5 Kerugian Head (Head Losses) A. 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 :

1. Persamaan Darcy – Weisbach, yaitu :

g v d L f hf

2 2

=

[lit.1hal 131]

Dimana : hf = kerugian head karena gesekan (m)

(31)

v = kecepatan aliran rata-rata fluida dalam pipa (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/ s2)

dimana faktor gesekan (f) dapat dicari dengan menggunakan diagram Moody

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

Gambar 2.4 Diagram Moody

Dimana nilai kekasaran untuk beberapa jenis pipa disajikan dalam tabel 2.1 Tabel 2.1 Nilai kekerasan dinding untuk berbagai pipa komersil

Kekasaran Bahan

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

(32)

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.

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 d C

Q hf ₁_,₈₅ ₄_,₈₅

85 , 1 666 , 10 =

[lit.1hal 133]

Dimana : hf = kerugian gesekan dalam pipa (m)

Q = laju aliran dalam pipa (m3/s)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

d = diameter dalam pipa (m)

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 [lit.3hal 31]

(33)

menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa

didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain :

1. Untuk daerah complete roughness, rough pipes yaitu :

⎟⎟

2. Untuk pipa sangat halus seperti glass dan plastik, hubungan antara

bilangan Reynold dan faktor gesekan, dirumuskan sebagai :

a. Blasius : ₀_,₂₅

Dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold.

4. Untuk pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi,

yaitu :

Corelbrook – White :

(34)

B. Kerugian Head Minor

Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga

terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup

dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses).

Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa, dirumuskan sebagai :

g

Dimana : n = jumlah kelengkapan pipa

k = koefisien kerugian ( dari lampiran koefisien minor losses

peralatan pipa)

v = kecepatan aliran fluida dalam pipa.

Menurut Viktor L. Streeter

[lit.5hal 210] yaitu untuk pipa yang panjang (L/d

>>> 1000), minor losses dapat diabaikan tanpa kesalahan yang cukup berarti

tetapi menjadi penting pada pipa yang pendek.

2.6 Persamaan Empiris Untuk Aliran Di Dalam Pipa

Telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran fluida dalam pipa

dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, persamaan Darcy

dan Diagram Moddy. Pengguanaan 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,

(35)

Dimana : v = kecepatan aliran (m/s)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

R = jari-jari hidrolik

= 4

d

untuk pipa bundar

s = slope dari gradien energi (head losses/ panjang pipa)

=

L hl

Tabel 2.2 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

v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Persamaan Hazen – Williams umumnya digunakan untuk menghitung head loss

yang terjadi akibat gesekan (Amerika Serikat). Persamaan ini tidak dapat

digunakan untuk liquid lain selain air dan digunakan khusus untuk aliran yang

bersifat turbulen. Persamaan Darcy – Weisbach secara teoritis tepat digunakan

untuk semua rezim aliran dan semua jenis liquid. Persamaan Manning biasanya

(36)

2.7 Pipa Yang Dihubungkan Seri

Gambar 2.5 Pipa yang dihubungkan seri

Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka semua pipa

akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah

jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa, dirumuskan sebagai :

Q0 = Q1 = Q2 = Q3 Q0 = A1V1 = A2V2 = A3V3

∑hl = hl1 + hl2 + hl3 [lit.1hal 161]

Persoalan aliran yang menyangkut pipa seri sering dapat diselesaikan

dengan menggunakan pipa ekuivalen, yaitu dengan menggantikan pipa seri

dengan diameter yang berbeda-beda dengan satu pipa ekuivalen tunggal. Dalam

hal ini, pipa tunggal tersebut memiliki kerugian head yang sama dengan sistem

yang digantikannya untuk laju aliran yang spesifik.

(37)

Gambar 2.6 Pipa yang dihubungkan secara paralel

Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara paralel, total laju aliran

sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada

sebuah cabang sama dengan pada yang lain,dirumuskan sebagai :

Q0 = Q1 + Q2 + Q3 Q0 = A1V1 + A2V2 + A3V3

hl1 = hl2 = hl3 [lit.1hal 194] Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa persentase aliran yang melalui

setiap cabang adalah sama tanpa memperhitungkan kerugian head pada cabang

tersebut.

Rugi head pada setiap cabang boleh dianggap sepenuhnya terjadi akibat

gesekan atau akibat katup dan perlengkapan pipa, diekspresikan menurut panjang

pipa atau koefisien losses kali head kecepatan dalam pipa, dirumuskan sebagai :

...

(38)

2

2.9 Sistem Jaringan Pipa

Gambar 2.7 Jaringan pipa

Jaringan pipa pengangkut air kompleks dapat dianalisis dengan cepat

menggunakan persamaan Hazen – Williams atau rumus geseskan 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 adanya kenyataan bahwa kebanyakan

jaringan, arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi

sukar untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran dan tekanan di

berbagai titik menjadi persyaratan utama untuk menentukan ukuran pipa, sehingga

(39)

Sebuah jaringan yang terdiri dari sejumlah pipa mungkin membentuk

sebuah loop, dimana pipa yang sama dipakai oleh dua loop yang berbeda, seperti

terlihat pada gambar di atas. Ada dua syarat yang harus diperhatikan agar aliran

dalam jaringan tersebut setimbang, yaitu :

1. Aliran netto ke sebuah titik harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa laju

aliran ke sebuah titik pertemuan harus sama dengan laju aliran dari titk

pertemuan yang sama.

2. Head losses netto di seputar sebuah loop harus sama dengan nol. Jika

sebuah loop ditelusuri ke arah mana pun, sambil mengamati perubahan

akibat gesekan atau losses yang lain, kita harus mendapatkan aliran yang

setimbang ketika kembali ke kondisi semula ( head dan tekanan) pada

kondisi awal.

Prosedur untuk menentukan distribusi aliran dalam suatu jaringan meliputi

penentuan aliran pada setiap 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 suatu jaringan misalkan Q adalah laju

aliran sesungguhnya atau laju aliran setimbang dan Q0 adalah laju aliran yang

diandaikan sehingga Q = Q0 + ΔQ. Dari persamaan Hazen – Williams hl = NqX,

maka fungsi Q dapat dikembangkan dalam deret Taylor sebagai :

(

+Δ

)

=

( )

+Δ

( )

+.... dQ

(40)

Jika hanya orde pertama yang digunakan, kemudian ΔQ dihitung dengan f(Q) =

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 :

87

Cara lain yang dapat digunakan ialah dengan persamaan Darcy –

Weisbach dengan x = 2 dan 8₂ ₅

= . Hal lain yang perlu diperhatikan adalah

bahwa faktor gesekan selalu berubah untuk setiap iterasi.

Prosedur pengerjaannya 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.

3. Hitung head losses pada setiap pipa.

4. Untuk tiap loop, anggap bahwa laju aliran Q0 dan head losses (hl) positif

untuk aliran yang searah jarum jam dan negatif untuk aliran yang

berlawanan arah jarum jam.

(41)

6. Hitung total head losses per satuan laju aliran 0 Q

hl

untuk tiap pipa.

Tentukan jumlah besaran ₀0,85 0

∑ . Dari definisi tentang head

losses dan arah aliran, setiap suku dalam penjumlahan ini harus bernilai

positif.

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

0

Koreksi diberikan untuk setiap pipa dalam loop. Sesuai dengan

kesepakatan, jika ΔQbernilai 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 di koreksi pada diagram jaringan pipa seperti

pada langkah 1. untuk memeriksa koreksi pada langkah 7 perhatikan

kontinuitas pada setiap pertemuan pipa.

(42)

Prosedur di atas dapat digambarkan pada sebuah tabel berikut :

Tabel 2.3 Cara mencari head losses

1 2 3 4 5 6 7

No. pipa Panjang

Pipa (L)

Diameter

Pipa (d)

Laju

Aliran

(Qo)

Unit head

Losses (hf)

Head

Losses

(hl)

0 Q

hl

m m m3/s m s/m2

Diketahui Diketahui Diketahui Ditaksir Diagram pipa hf1x L

1

2

hl ∑

0 Q

hl ∑

2.10 Dasar Perencanaan Pompa

Dalam perancangan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat

ke tempat yang lain dengan head tertentu diperlukan beberapa syarat utama, yaitu:

2.10.1 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.

2.10.2 Head pompa

Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk

memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida

(43)

a. Head potensial

Didasarkan pada ketinggian fluida di atas bidang banding (datum plane).

Jadi suatu kolom air setinggi Z mengandung sejumlah energi yang disebabkan

oleh posisinya atau disebut fluida mempunyai head sebesar Z kolom air.

b. Head kecepatan

Head kecepatan atau head kinetik yaitu suatu ukuran energi kinetik yang

dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan

persamaan

c. Head tekanan

Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan

dinyatakan dengan

γ

p .

Head total dari pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut

di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (head mayor

dan head minor).

2.10.3 Sifat zat cair

Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum

perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan

temperatur kamar.

Persamaan Bernoulli

Untuk mencari head pompa dapat digunakan persamaan Bernoulli, yaitu :

(44)

atau :

(

Z Z

)

H_L g

v v P P

Hp= − + − + ₂ − ₁ +

2 1 2 2 1 2

2

γ

dimana :

γ 1

2 P P −

adalah perbedaan head tekanan

g

v v

2 2 1 2 2 −

adalah perbedaan head kecepatan

Z2 – Z1 adalah perbedaan head statis HL adalah head losses total.

Gambar 2.8 Ilustrasi persamaan Bernoulli

P2

Z2 Z1

P1

Pompa

Z2

P2

1

(45)

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 250 kepala keluarga dan fasilitas penunjang lainnya.

3.1.1 Kebutuhan air bersih pada perumahan

Adapun jumlah anggota keluarga setiap rumah berkisar antara 4 – 8 orang.

Dalam perencanaan ini diambil rata-rata setiap rumah berjumlah 5 orang yang

terdiri dari 1 ayah, 1 ibu dan 3 anak. Dari hasil survei diperoleh jumlah rumah

yang terdapat pada kompleks perumahan Telanai indah = 250 rumah sehingga

jumlah penduduk yang terdapat pada perumahan adalah 250 x 5 orang = 1250

orang.

Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata untuk rumah tangga

No Jenis gedung Pemakaian

air

rata-rata

sehari

(liter)

Jangka waktu

pemakaian air

rata-rata sehari

(jam)

Perbandingan

luas lantai

efektif/total

(%)

Keterangan

1 Perumahan

mewah

250 8-10 42-45 Setiap

penghuni

2 Rumah biasa 160-250 8-10 50-53 Setiap

(46)

3 Asrama 120 8 bujangan

4 SLTP 50 6 58-60 Guru : 100 liter

5 SLTA dan lebih

tinggi

80 6 Guru/dosen :

100 liter

6 Penginapan 250-300 10 Untuk setiap

tamu

7 Gedung

peribadatan

10 3 Berdasarkan

jumlah jemaah

Sumber : “Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plumbing”, Sofyan Noerlambang. Pradnya Paramitha, Jakarta, 1996.

Dengan standard kebutuhan air penduduk rata-rata sebesar 240

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

= 1250 x 240 liter

= 300.000 liter

3.1.3 Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah 1. Mesjid

Jumlah rata-rata jemaah per hari = 250 orang

Jumlah gedung = 1 buah

Kebutuhan air rata-rata per hari per orang = 10 liter

Kebutuhan air rata-rata per hari = 250 x 1 x 10 liter

= 2500 liter

Sehingga total keperluan air bersih pada Perumahan Telanai indah menjadi:

(47)

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 Telanai Indah

adalah :

= 10% (302.500 liter ) + 302.500 liter

= 332.750 liter.

Jadi, total kapasitas air yang harus di distribusikan ke perumahan dalam 24

jam adalah sebesar 332.750 liter.

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

Estimasi Pemakaian Air (%) Fasilitas

Fasilitas Persentase Pemakaian

(48)

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

Pemakaian

115.912,5 23.182,5

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

(49)

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

Air (%)

Kapasitas Pemakaian

Air

(liter/hari)

Total Pemakaian

Air

(liter/8jam)

Total Pemakaian

Air

(liter/jam)

Rumah 5 330.000 16.500 2.062,5

Mesjid 5 2.750 137,5 17,875

16.637,5 2079,6875

Tabel 3.8 Total pemakaian selama 24 jam

Pemakaian Air Periode

liter/periode liter/jam liter/detik m3/detik I 16.912,5 8.456,25 2,348958 0,002348958

II 11.5912,5 2.318,.5 6,439583 0,006439583

III 33.550 6.710 1,838888 0,001838888

IV 149.737,5 36.434,375 10,1206597 0,010126597

V 16.637,5 2.079,6875 0,5776909 0,000577690

(50)

Gambar 3.1 Grafik Estimasi pemakaian air per hari

Dari grafik dapat dilihat bahwa kebutuhan air maksimal (beban puncak)

terjadi pada periode IV (16.00 - 20.00 WIB) sebesar 37406.25liter = 10.390625

m3/detik. besarnya kapasitas beban puncak dapat ditentukan dengan rumus :

Qh-max = (C1) (Qh) [lit.3hal 69] 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) (0.0101206579) m3/dtk

Qh-max = 0,01821718 m3/dtk

Diperoleh kebutuhan beban puncak adalah 0,01821718m3/dtk. . 0001

0.002 0.006 0.010

(51)

Dari kebutuhan beban puncak sebesar 0,01821718 m3/dtk dapat ditaksir

kapasitas air yang mengalir pada tiap – tiap pipa seperti pada gambar 3.2 dengan

menggunakan metode Hardy-Cross. Adapun pendistribusian aliran dapat dilihat

(52)

54 PIPA PVC

NO JLH NAMA BAGIAN BAHAN NORMALISASI KETERANGAN

Skala : 1 : Satuan : mm Tanggal : 15 - 02 - 2009

Digambar : SATRIA BUDI SAGALA NIM : 040401053 Diperiksa : Ir. Tekad Sitepu

Peringatan:

JARINGAN PIPA DISTRIBUSI AIR BERSIH PERUMNAS PEMDATugas Sarjana A Lab. Gambar

Mesin F.T. USU

Universitas

Sumatera

(53)

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. .

Ukuran pipa yang digunakan pada perencanaan ini adalah pipa PVC

(54)

tekan digunakan pipa 4 inci.Pipa 6 inci digunakan sebagai pipa transmisi

Penentuan diameter pipa diperoleh dari data hasil survey.

3.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida

Setelah menentukan besarnya kapasitas aliran fluida yang mengalir di

dalam pipa-pipa pada suatu jaringan 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

d C

Q hf ₁_,₈₅ ₄_,₈₅

85 , 1 666 , 10 =

[lit.3hal 51]

Untuk pipa no.1 pada loop I, diperoleh :

Q = laju aliran (ditaksir)

= 0,009351225 m3/s.

C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

= 140 {diasumsikan sama dengan pipa Extremely smooth and straight pipes}untuk

pipa PVC

d = diameter pipa dalam

= 0,1016 m (4 in)

L = panjang pipa

(55)

Sehingga diperoleh :

2. Dengan menggunakan Diagram Pipa.

Diagram pipa Hazen-Williams juga dapat digunakan untuk menentukan

besarnya kerugian head sepanjang pipa. Pada literatur hanya terdapat diagram

pipa untuk nilai C = 100, 110, 120, dan 130. Sehingga, nilai kapasitas pada aliran

harus dikonversi terlebih dahulu karena untuk pipa PVC nilai C = 140.

(56)

Gambar 3.3 Perhitungan Head Losses dengan diagram pipa

Pertama, kita menghitung jarak Q =

s m3

008015335 .

0 dari nilai Q = 0.001 m3/s

dengan Q = 0.01 m3/s, untuk memperoleh titik x:

(

)

(

)

Setelah diperoleh maka kira menarik garis lurus dari titik tersebut sampai berada

diantara garis miring diameter yaitu antara 160 mm – 140 mm untuk memperoleh

titik y :

Unit head loss (m/m) 0,01

Log 0,01 = -2

0.008015335

Log 0.008015335 = -2,096078322

(57)

5

Kemudian tarik garis lurus verikal dari pertemuan antara garis lurus x dengan

garis miring y, dan menginterpolasikannya dari nilai h1 0,001-0,01 untuk

memperoleh nilai h1 pada pipa 2:

Sehingga head loss sepanjang pipa No. 2 Loop 1 adalah :

hl = hf x L

= 0,0112521763x 82,7 m = 0,93055498 m

Dari perhitungan secara rumus empiris dan grafik di atas dapat dilihat

bahwa kedua nilainya tidak jauh berbeda. Penentuan head loss sepanjang pipa

dengan metode grafik harus dikoreksi lebih lanjut dikarenakan penggunaan dan

pembacaan alat ukur. Sehingga untuk memudahkan penentuan losses sepajang

pipa dilakukan dengan rumus empiris.

Perhitungan besar kapasitas dengan menggunakan metode Hardy – Cross,

meliputi perhitungan koreksi kapasitas untuk masing-masing loop, seperti

(58)

Gambar 3.4 Loop 1 Iterasi 1

Tabel 3.9 Hasil Perhitungan Loop 1 Iterasi 1

Pipa

Panjang

(L) Diameter(d)

Laju aliran

(Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl / Q

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

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L 1 82,7 0,1016 0,009351225 0,013192800 1,091044531 116,673968501 2 51,8 0,1016 -0,008865955 -0,011954253 -0,619230311 69,843610835 6 56,1 0,0762 -0,003546425 -0,008857192 -0,496888455 140,109675242 7 39,5 0,0508 0,001132535 0,007659867 0,302564746 267,157082395 0,277490512 593,784336972

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

no (m) (m) (m3/s) Hf (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris hf x L

(59)

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

3 136 0,1016 0,008218690 0,010389988 1,413038346 171,929875172 7 39,5 0,1016 -0,001132535 -0,000265599 -0,010491144 9,263416965 8 60,5 0,0762 -0,004635435 -0,014536188 -0,879439350 189,720997006 9 37,2 0,0762 -0,003244768 -0,007514029 -0,279521871 86,145410530 12 40 0,0508 0,001053125 0,006695971 0,267838841 254,327682724

0,511424822 711,387382397

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

9 37,5 0,0762 0,003244768 0,007514029 0,281776080 86,840131583 16 40 0,0762 -0,001378510 -0,001542025 -0,061681006 44,744692359 17 9,8 0,0508 0,000671870 0,002915435 0,028571267 42,524992593 18 120,4 0,0508 -0,006698040 -0,205224413 -24,709019306 3688,992497196

(60)

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

4 101,8 0,0762 0,006207950 0,024953835 2,540300359 409,201162815 10 101,8 0,0508 -0,003200713 -0,052351866 -5,329419962 1665,072738963 12 40 0,0508 -0,001053125 -0,006695971 -0,267838841 254,327682724 13 39,4 0,0508 -0,001066245 -0,006851114 -0,269933878 253,163089546 -3,326892322 2581,764674049

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

10 101,8 0,0508 0,003200713 0,052351866 5,329419962 1665,072738963 17 9,8 0,0508 -0,000671870 -0,002915435 -0,028571267 42,524992593 19 37,9 0,0508 -0,007369910 -0,244923665 -9,282606910 1259,527851795 20 73,4 0,0508 -0,003852813 -0,073775962 -5,415155601 1405,506989635 21 36 0,0508 -0,001217874 -0,008761734 -0,315422430 258,994305070

(61)

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

5 93,8 0,0508 0,006413838 0,189406110 17,766293072 2769,994045955 11 74,4 0,0508 -0,003260997 -0,054190598 -4,031780527 1236,364377905 13 39,4 0,0508 0,001066245 0,006851114 0,269933878 253,163089546 14 42,1 0,0508 0,005589470 0,146845747 6,182205957 1106,045109221 20,186652380 5365,566622626

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

11 74,4 0,0508 0,003260100 0,054163016 4,029728396 1236,075202307 21 36 0,0508 0,001217874 0,008761734 0,315422430 258,994305070 22 17,9 0,0508 -0,002634939 -0,036530133 -0,653889383 248,161108536 23 21,5 0,0508 -0,004437442 -0,095812282 -2,059964065 464,223321756 24 36,7 0,0508 0,008850467 0,343647473 12,611862265 1424,993987929

(62)

Tabel 3.17 Hasil Perhitungan Loop 9 Iterasi

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

20 73,4 0,0508 0,003852813 0,073775962 5,415155601 1405,506989635 22 17,9 0,0508 0,002634939 0,036530133 0,653889383 248,161108536 25 81,2 0,0508 -0,003517097 -0,062325640 -5,060841995 1438,925908151 26 63,7 0,0508 -0,001802503 -0,018096571 -1,152751601 639,528256584

-0,144548611 3732,122262905

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

23 21,5 0,0508 0,004437442 0,095812282 2,059964065 464,223321756 26 63,7 0,0508 0,001802503 0,018096571 1,152751601 639,528256584 27 38,7 0,0508 -0,001042715 -0,006574036 -0,254415211 243,993047676 28 82,5 0,0508 0,013287909 0,728820370 60,127680546 4524,991896432

(63)

Dari perhitungan iterasi I di atas, diperoleh koreksi kapasitas untuk tiap loop :

Untuk menghitung laju aliran tiap pipa dilakukan dengan menjumlahkan kapsitas tiap pipa dengan koreksi kapasitas tiap loop.

Loop 1

Pipa Laju aliran (Qo) m3/s

Koreksi Kapasitas

(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s

no mula - mula m3/s akhir

1 0,009351225 -0,000252608 0,009098617 2 -0,008865955 -0,000252608 -0,009118563 6 -0,003546425 -0,000323467 -0,003869892 7 0,001132535 0,000135993 0,001268528

Loop 2

Koreksi Kapasitas

6 0,003546425 0,000323467 0,003869892 8 0,004635435 0,000459460 0,005094895 15 -0,005319530 0,000070859 -0,005248671 16 0,001378510 -0,003351730 -0,001973220

Loop 3

Koreksi Kapasitas

3 0,008218690 -0,000388601 0,007830089

7 -0,001132535 -0,000135993 -0,001268528

8 -0,004635435 -0,000459460 -0,005094895

9 -0,003244768 -0,003811190 -0,007055958

12 0,001053125 -0,001085148 -0,000032023

Loop ∑hl ∑hl/Q ΔQ

(64)

Loop 4

Koreksi Kapasitas

(ΔQ) Laju aliran (Q) m3/s 9 0,003244768 0,003811190 0,007055958 16 -0,001378510 0,003351730 0,001973220 17 0,000671870 0,002289097 0,002960967 18 -0,006698040 0,003422589 -0,003275451

Loop 5

Koreksi Kapasitas

4 0,006207950 0,000696547 0,006904497

10 -0,003200713 -0,000436945 -0,003637658

12 -0,001053125 0,001085148 0,000032023

13 -0,001066245 0,002730201 0,001663956

Loop 6

Koreksi Kapasitas

10 0,003200713 0,000436945 0,003637658

17 -0,000671870 -0,002289097 -0,002960967

19 -0,007369910 0,001133492 -0,006236418

20 -0,003852813 0,001112556 -0,002740257

21 -0,001217874 0,003253001 0,002035127

Loop7

Koreksi Kapasitas

5 0,006413838 -0,002033654 0,004380184 11 -0,003260997 0,000085855 -0,003175142 13 0,001066245 -0,002730201 -0,001663956 14 0,005589470 -0,002033654 0,003555816

Loop8

Pipa Laju aliran (Qo)

Koreksi Kapasitas

no (m3/s) m3/s akhir

11 -0,003260997 -0,000085855 -0,003346852

21 0,001217874 -0,003253001 -0,002035127

22 -0,002634939 -0,002140444 -0,004775383

23 -0,004437442 0,003687074 -0,000750368

(65)

Loop 9

Koreksi Kapasitas

20 0,003852813 -0,001112556 0,002740257 22 0,002634939 0,002140444 0,004775383 25 -0,003517097 0,000020936 -0,003496161 26 -0,001802503 0,005827518 0,004025015

Loop 10

Koreksi Kapasitas

23 0,004437442 -0,003687074 0,000750368 26 0,001802503 -0,005827518 -0,004025015 27 -0,001042715 -0,005806583 -0,006849298 28 0,013287909 -0,005806583 0,007481326

Dikarenakan nilai ΔQ iterasi pertama belum mendekati nol, maka diteruskan ke iterasi kedua. Untuk lebih lengkapnya, perhitungan iterasi kedua sampai iterasi keduapuluh, dapat dilihat pada lampiran.

Tabel 3.19 Head losses untuk tiap panjang pipa

Pipa Panjang (L) Diameter(d)

No. (m) (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui

Kapasitas tiap

4 101,8 0,0762 0,007283911 0,033540165

5 93,8 0,0508 0,002879348 0,043045767

6 56,1 0,0762 0,004520999 0,013879248

7 39,5 0,0508 0,000560458 0,002084566

8 60,5 0,0762 0,005037932 0,016956939

9 37,2 0,0762 0,006919540 0,013417859

10 101,8 0,0508 0,003276799 0,054677055

11 74,4 0,0508 0,002528170 0,033839163

12 40 0,0508 0,001195540 0,008466609

13 39,4 0,0508 0,003544206 0,063218281

14 42,1 0,0508 0,002054980 0,023063996

15 104,4 0,0762 0,003698657 0,009573180

16 40 0,0762 0,001893765 0,002774784

17 9,8 0,0508 0,004412971 0,094835681

18 120,4 0,0508 0,001804892 0,018140562

(66)

20 73,4 0,0508 0,001525972 0,013297518

21 36 0,0508 0,004201490 0,086601256

22 17,9 0,0508 0,005727462 0,153621912

23 21,5 0,0508 0,001786864 0,017806554

24 36,7 0,0508 0,004583149 0,101715500

25 81,2 0,0508 0,004691891 0,106222095

26 63,7 0,0508 0,003945287 0,077085737

27 38,7 0,0508 0,007955679 0,282148295

(67)

BAB IV

PEMILIHAN 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.

4.1 Analisa Fungsi dan Instalasi Pompa

Pompa digunakan untuk memompakan air bersih dari reservoar Booster Pump PDAM Tirta Mayang ke kompleks Perumahan Talanai Indah. Pompa direncanakan akan beroperasi pada kapasitas konstan. Instalasi pompa secara sederhana diperlihatkan pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Instalasi Pompa dan reservoar

4.2 Penentuan Kapasitas dan Jumlah Pompa.

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

• Kapasitas total pompa harus dapat memenuhi kebutuhan maksimum

(kebutuhan pada titik puncak ) dari konsumen.

(68)

• 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 0,01821718m3/dtk.

Adapun jumlah pompa yang diperlukan untuk memenuhi jumlah air yang

dibutuhkan dapat di tentukan berdasarkan tabel 4.1 berikut ini Tabel 4.1 Penentuan jumlah pompa Debit yang

direncanakan (m3/jam)

Jumlah pompa utama

Jumlah pompa cadangan

Jumlah pompa keseluruhan

Sampai 125 2 1 3

120 - 450 Besar 1 Kecil 1

1 Besar 2

Kecil 1 Lebih dari 400 Besar : 3 - 5

atau lebih Kecil : 1

Besar : 1 Atau lebih

Kecil : 1

Besar : 4 - 6 Atau lebih

Kecil : 2 Sumber : Sularso, Haruo Tahara Pompa dan Kompressor, Pemilihan, Pemakaian dan

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

(69)

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

Qp =

2 0,01870245 3

dtk m

Qp =0,009351 m3/dtk = 0,0093 m3/dtk = 9.35l/dtk

Sehingga dipilih pompa dengan kapasitas 10 liter/dtk per unit atau Qp = 0,01 m3/dtk per unit.

4.3 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 4.2 instalasi pada pumping station. Keterangan gambar :

(70)

L 5. Pressure Gauge 6. Pipa Transmisi

4.4 Head 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 4.3 Instalasi pipa

Untuk keadaan seperti gambar 4.3 di atas, head yang diperlukan untuk memindahkan air dari titik 1 ke titik 2 dapat ditentukan dengan rumus :

Maka : Hp = Z Z hL 1,0 kgf/cm2 (Tekanan Pengukuran )

= 98066.5 Pa

(71)

L

perencanaan awal digunakan kecepatan sebesar 2 m/dtk γ = Berat jenis air (9810 N/ m3)

hL = Head losses di sepanjang pipa

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

Q = Laju aliran pada tiap-tiap pipa (m3/dtk) L = Panjang pipa (m)

C = 140 untuk pipa PVC {diasumsikan sama dengan pipa Extremely smooth and straight pipes}

d = Diameter dalam pipa (m)

Tabel 4.2 Perhitungan head losses untuk pipa terjauh

Pipa Panjang (L) Diameter(d) Head Losses

no (m) (m) (HL)

Ditentukan Diketahui Diketahui

Kapasitas tiap pipa(Q) (m3/s)

1 82.7 0.1016 0,009997567 1,234639795

3 136 0.1016 0,009437120 1,824828880

4 101.8 0.0762 0,007283979 3,414388829

5 93.8 0.0508 0,002879386 4,037692937

Total Head loses 10,511550441

Dari hasil perhitungan di atas didapat total head losses yang terjadi sepanjang pipa adalah, HL total = 10,511550441 m

(72)

2

pompa radial bertingkat banyak

pompa radial bertingkat satu

Pompa

Maka didapat head pompa adalah sebesar 20 m.

4.5 Pemilihan Jenis Pompa

Pemilihan jenis pompa dilakukan berdasarkan kapasitas dan head pompa yang akan direncanakan sebelumnya. Dengan kapasitas Q = 10 l/dtk = 36 m3/ jam dan head, Hp = 20 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.

(73)

4.6 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.

Di Indonesia, frekuensi listrik yang dihasilkan sistem pembangkit adalah 50 Hz. Maka putaran motor dipilih pada frekuensi 50 Hz. Putaran motor listrik dengan frekuensi 50 Hz dapat dilihat pada tabel 4.4.

Tabel 4.3 Harga putaran dan kutubnya Jumlah kutub Putaran (rpm)

2 4 6 8 10 12

3000 1500 1000 750 600 500

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 4.4 di atas. Dalam perencanaan ini diambil faktor slip sebesar 2 %, sehingga putaran motor sebenarnya adalah :

n = 1.500 – (2% x 1500) = 1.470 rpm

(74)

4.7 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 :

ns = 51,64

4 3

2 1 . Hp

Q n

[lit.3hal 97]

Dimana : n = putaran pompa = 1470 rpm

Q = kapasitas pompa (m3/ s) = 0,01 m3/ s

Hp = head pompa (m) = 20 m

Maka :

ns =

( )

₂₀ 34 01 , 0 1470 64 ,

51 × ×

ns = 802,658 ≈ 803

Dari tabel 4.5, diketahui bahwa untuk putaran spesifik, ns = 803 maka

jenis impeler yang sesuai adalah jenis radial flow.

(75)

4.8 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 4.6 Grafik Harga efisiensi pompa vs putaran spesifik

Sumber : Pump Handbook, Igor C. Karasik

Untuk putaran spesifik (ns) = 803 dan kapasitas (Q) = 0.01 m3/dtk dari

gambar 4.6, maka diperoleh efisiensi pompa sebesar 67 %.

Daya poros pompa, Np, merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller. Besar daya yang dibutuhkan pompa adalah :

(76)

Dalam perencanaan ini, motor listrik dikopel langsung dengan poros pompa.Daya motor listrik sebagai motor penggerak poros pompa dapat dihitung dengan rumus :

Nm =

(

)

t

Np

η α

+

1

[lit.4hal 99]

Dimana : Nm = Daya motor listrik (kW)

α = Faktor cadangan daya motor induksi (0,1 - 0,2) = 0,15 (direncanakan)

η_t = efisiensi transmisi

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

Nm =

(

)

1 15 , 0 1 5 , 2875 +

= 2919,6325 Watt ≈ 2.92 kW

Berdasarkan perhitungan di atas maka dipilih motor listrik dengan daya 3 kW.

4.9 Penentuan Ukuran Pipa

Ukuran pipa ditentukan berdasarkan laju aliran maksimum. Di samping itu, ada tambahan pertimbangan-pertimbangan lain yang didasarkan pada pengalaman perancang atau kontraktor pelaksana atas penanganan kasus serupa.

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

4.9.1 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 m/dtk. Batas kecepatan 2,0 m/dtk

sebaiknya diterapkan dalam penentuan pendahuluan ukuran pipa Bila kecepatan

(77)

Ds =

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 :

. 2

4.9.2 Diameter pipa tekan (Discharge pipe)

Pada perancangan ini dipilih diameter dan jenis pipa yang sama untuk pipa hisap dan pipa tekan sehingga kapasitas air masuk dan keluar pompa sama besar.

Maka diameter pipa tekan sama dengan diameter pipa hisap, yaitu 3 inci dengan bahan PVC. Dengan demikian kedepatan aliran air sebenarnya adalah sama dengan kecepatan aliran air pada pipa hisap, yaitu V = 2,2 m/s.

4.9.3 Diameter pipa transmisi

Pada umumnya kecepatan aliran pada pipa tidak lebih dari 3 m/s.

Kapasitas aliran pada pipa transmisi ini adalah 2 kali kapasitas pompa, yaitu 0,018

m3/s. Bila kecepatan aliran pipa yang digunakan 2 m/s, maka diameter pipa

transmisi dapat dihitung :