PERENCANAAN SISTEM JARINGAN PERPIPAAN
BERTEKANAN UNTUK IRIGASI PADI SAWAH DI BALAI
BESAR PENELITIAN TANAMAN PADI
(SUBANG, JAWA BARAT)
MOCHAMAD RIZKY RAMADHAN
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan Bertekanan untuk Irigasi Padi Sawah di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal dari atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2015
Mochamad Rizky Ramadhan
ABSTRAK
MOCHAMAD RIZKY RAMADHAN. Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan Bertekanan untuk Irigasi Padi Sawah di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat). Dibimbing oleh BUDI INDRA SETIAWAN.
Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (BB Padi) merupakan lembaga penelitian yang butuh presisi dan akurasi tinggi untuk memperkuat hasil analisis penelitian di lembaga tersebut. Salah satu bidang penelitian tersebut adalah kebutuhan air yang butuh infrastruktur berupa irigasi. Tujuan penelitian ini adalah merencanakan sistem jaringan perpipaan bertekanan terpendam untuk irigasi padi sawah yang dimulai dari penentuan diameter hingga analisis struktur. Penentuan diameter dilakukan dengan menggabungkan persamaan Bernoulli dan Darcy-Colebrook-White, sedangkan analisis strukturnya mengikuti standar American Water Works Association (AWWA) M41 untuk pipa berbahan ductile iron. Hasil perencanaan menunjukkan bahwa air dari inlet tidak dapat mengalir secara gravitasi, sehingga membutuhkan pompa untuk distribusi air dengan selisih head
antara inlet hingga outlet sebesar 2.73 m. Diameter pipa utama berturut-turut adalah 36, 30, 24, dan 18 in sedangkan pipa cabang diseragamkan yaitu 8 in. Gradien hidrolik di sepanjang aliran bernilai positif dan melampaui tekanan operasi minimum di setiap node, sehingga air dipastikan dapat mengalir ke seluruh pipa baik utama maupun cabang. Hasil analisis struktur pipa akibat pembebanan eksternal menunjukkan bahwa tekanan total masih di bawah tekanan tekuk maksimum. Tekanan total juga masih di bawah tekanan defleksi maksimum. Oleh karena itu, pipa rencana dapat menahan pembebanan dan aman dari faktor tekuk dan defleksi cincin.
Kata kunci: Balai Besar Penelitian Tanaman Padi, ductile iron, gradien hidrolik, irigasi, pipa bertekanan
ABSTRACT
MOCHAMAD RIZKY RAMADAN. Pressurised Pipeline Network System Design for Paddy Irrigation in Indonesian Center for Rice Research (Subang, West Java).Supervised by BUDI INDRA SETIAWAN.
respectively 36, 30, 24, and 18 in the pipeline while the branch was uniformed with 8 in. Hydraulic gradient along the flow was positive and exceeded the minimum operating pressure at each node, making sure the water can flow throughout both the main and branch pipes. Results of the analysis of the structure of the pipeline due to external loading indicated that the total pressure was still below the maximum bending stress. Total pressure also remained under maximum pressure deflection. Therefore, the pipe can withstand a design load and secure from buckling factor and ring deflection.
PERENCANAAN SISTEM JARINGAN PERPIPAAN
BERTEKANAN UNTUK IRIGASI PADI SAWAH DI BALAI
BESAR PENELITIAN TANAMAN PADI
(SUBANG, JAWA BARAT)
MOCHAMAD RIZKY RAMADHAN
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Pebruari 2015 ini adalah irigasi, dengan judul Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan Bertekanan untuk Irigasi Padi Sawah di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat).
Terima kasih diucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr. selaku pembimbing. Terima kasih juga diucapkan kepada Bapak Ir. Sudibyo TW Utomo, M.S. selaku pembimbing lapang. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada kedua orang tua tercinta Bapak Mochamad Hidayat, Ibu Musriati, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih sayang yang telah diberikan. Penghargaan juga diberikan kepada rekan-rekan satu tim penelitian, Dhanu Prakoso, Achmad Fachrie Afifie, Fikri Surya Andika, Ahmad Sidik, dan Muhammad Ridwan atas semangat, kerja keras, dan kerjasamanya selama penelitian ini berlangsung.
Karya ilmiah ini jauh dari sempurna, tetapi diharapkan karya ilmiah ini bermanfaat bagi akademisi dan bagi pembaca.
Bogor, Juli 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN iix
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 1
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
METODE PENELITIAN 3
Waktu dan Lokasi Penelitian 4
Alat dan Bahan 4
Analisis Data 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 9
Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan 9
Material Pipa 9
Analisis Ketersediaan Head dari Inlet sampai Outlet untuk Menentukan Metode
Distribusi 10
Penentuan Tekanan Operasi Minimum di Node Terakhir 11
Pemilihan Pompa 13
Analisis Gradien Hidrolik untuk Menentukan Diameter dan Headloss Optimum
pada Pipa Utama 16
Mekaninsme Pengaliran di Petak Kuarter 22
Analisis Struktur Pipa 23
SIMPULAN DAN SARAN 26
Simpulan 26
Saran 27
DAFTAR PUSTAKA 28
LAMPIRAN 26
DAFTAR TABEL
1 Hubungan antara kedalaman tutupan dengan impact factor 7
2 Komponen karaketeristik kekuatan pipa ductile iron 10
3 Perhitungan headloss mayor menggunakan persamaaan Darcy-
Colebrook-White 13
4 Perhitungan headloss minor 13
5 Pemilihan pompa untuk skala kecil 14
6 Data pengukuran suhu yang diambil pada tanggal 14 – 15 Juni 2015 untuk
menentukan nilai viskositas kinematik air 17
7 hasil perhitungan data sedimentasi 18
8 Hasil perhitungan dimensi dan headloss mayor pipa utama dengan persamaan
Darcy-Colebrook-White 20
9 Headloss minor pada pipa utama 21
10 Pengecekan tekanan operasi minimum node terhadap tekanan pipa utama 22
11 Hasil pengujian berat jenis tanah 24
12 Hasil perhitungan beban tanah 24
13 Pembebanan akibat kendaraan 25
14 Hasil perhitungan tekanan tekuk maksimum pada cincin 25
15 Hasil analisis tekanan maksimum pada cincin terhadap defleksi 25 16 Perbandingan tegangan-tegangan izin dengan tegangan yang bekerja pada pipa 26
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir penelitian 3
2 Ductile iron sebagai material utama pipa irigasi 10
3 Ilustrasi pemasangan ductile iron di lapangan 10
4 Beda elevasi antara muka air di inlet dengan elevasi sawah tertinggi 11
5 Pengukuran elevasi muka air di tempat perencanaan inlet 11
6 Analisis head di cabang pipa terakhir untuk menentukan tekanan operasi
minimal 12
7 Penentuan tipe pompa berdasarkan korelasi antara debit terhadap total head 14 8 Pompa tenggelam tipe Flygt vertical pump untuk axial dan mixed flow 15
9 Diagram kedalaman untuk desain intake terbuka 15
10 Diagram headloss pada pompa 16
11 (a) Desain kolam penyaring sampah (b) Desain rumah pompa 16 12 Pengukuran suhu air untuk menentukan nilai viskositas kinematik 17
13 Ilustrasi HGL 19
14 Gradien hidrolik di sepanjang pipa utama 21
15 Mekanisme pengaliran pada petak kuarter 23
16 Mekanisme pengaliran dari pipa utama ke pipa cabang 24
17 Prisma tanah 24
19 (a) tekuk (b) defleksi 25
DAFTAR LAMPIRAN
1 Nilai-nilai desain untuk kondisi pipa terbaring standar 29
2 Tebal nominal untuk standar kelas tekan pipa ductile iron 30
3 Nilai kekasaran absolut pipa 31
4 Nilai koefisien headloss minor pada fitting pipa 32
5 Daftar pompa air Flygt Xylem, kapasitas dan ukuran 33
6 Perhitungan headloss mayor pipa cabang 19 B 34
7 Perhitungan headloss mayor pipa cabang 1 B 35
8 Perhitungan headloss minor pipa cabang 19 B 36
9 Perhitungan headloss minor pipa cabang 1 B 38
10 Dimensi pasar katup alfalfa 40
11 Gradien hidrolik pipa cabang 1B 41
12 Gradien hidrolik pipa cabang 9B 42
13 Gradien hidrolik pipa cabang 19 43
14 Gradien hidrolik pipa utama 44
15 Peta kontur hasil pemetaan topografi BB Padi 45
16 Peta lahan sawah eksisting BB Padi 46
17 Peta konsolidasi lahan BB Padi 47
18 Skema jaringan pipa irigasi 48
19 Posisi katup alfalfa relatif terhadap lahan dan pipa cabang 49
20 Desain 2D kolam penyaring sampah (inlet) 50
21 Desain 3D kolam penyaring sampah (inlet) 51
22 Desain 2D rumah pompa 52
23 Desain 3D rumah pompa 53
24 Desain 3D penyaring sampah render 54
25 Denah Tap 1 55
26 Potongan A-A denah Tap 1 56
27 Potongan B-B denah Tap 1 57
28 Denah 3D Tap 1 58
29 Detil denah 3D Tap 1 59
30 Denah pipa utama menuju pipa cabang (Tap 1-10) 60
31 Potongan A-A denah pipa utama menuju pipa cabang (Tap 1-10) 61 32 Potongan B-B denah pipa utama menuju pipa cabang (Tap 1-10) 62
33 Detil 3D pipa utama menuju pipa cabang 63
34 Denah katup alfalfa 64
35 Potongan A-A denah katup alfalfa 65
36 Potongan B-B denah katup alfalfa 66
37 Detil 3D katup alfalfa 67
38 Denah Tap 10 (perubahan diameter) 68
39 Potongan A-A denah Tap 10 (perubahan diameter) 69
40 Potongan B-B denah Tap 10 (perubahan diameter) 70
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (BB Padi) merupakan bagian dari Badan Litbang Departemen Pertanian dengan visinya sebagai “Sumber IPTEK tanaman padi terdepan, profesional, mandiri, dan mampu menghasilkan teknologi padi sesuai dengan kebutuhan pengguna”. Dalam upaya mewujudkan visi tersebut, BB Padi membutuhkan fasilitas struktur dan infrastruktur agar kegiatan penelitian bisa berjalan dengan baik. Salah satu infrastruktur terpenting yang perlu tersedia adalah sistem jaringan irigasi sebagai komponen utama penyedia kebutuhan air bagi tanaman padi.
Sistem jaringan irigasi mempunyai ruang lingkup mulai dari pengembangan sumber air, penyediaannya, penyaluran dari sumber ke daerah pertanian, pembagian dan penjatahan air pada areal pertanian, serta penyaluran kelebihan air irigasi secara teratur (Partowijoyo 1984). Irigasi berguna juga untuk mempermudah dalam pengolahan tanah, mencegah pertumbuhan gulma, mencegah terjadinya akumulasi garam, mengatur suhu tanah dan membantu dalam usaha sanitasi (Hansen, et al 1986).
Hasil evaluasi jaringan irigasi di BB Padi menunjukkan bahwa jaringan irigasi yang digunakan adalah sistem jaringan irigasi teknis dengan saluran terbuka. Sistem irigasi ini mampu menyuplai kebutuhan air dalam skala besar. Hasil evaluasi juga menunjukkan bahwa kondisi eksisting saluran dan bangunan irigasi di BB Padi tidak terawat. Kerusakan saluran, bangunan, dan sedimentasi terjadi hampir di sepanjang saluran irigasi maupun drainase. Selain kerusakan, banyak ditemukan komponen bangunan bagi, sadap, dan pengatur yang hilang di sepanjang saluran sekunder dan tersier. Sebagai lembaga penelitian yang membutuhkan presisi tinggi dalam suplai kebutuhan air, hal ini sangat penting untuk dihindari menyangkut tingkat akurasi dalam hasil analisis penelitian di lembaga tersebut.
Oleh karena itu, BB Padi perlu melakukan perbaikan dan modernisasi jaringan irigasi seperti pada negara-negara maju, sehingga diperlukanlah sebuah penelitian yang mencakup perencanaan infrastruktur irigasi mulai dari pemetaan topografi, konsolidasi, analisis hidrologi, irigasi, drainase, dan struktur bangunannya. Saluran dan bangunan irigasi yang akan didesain terintegrasi dengan sistem perpipaan yang didesain untuk dua kondisi, yaitu tekanan rendah melalui sistem gravitasi dan tekanan tinggi melalui sistem pemompaan. Sistem perpipaan yang didesain diharapkan mampu untuk mengurangi kehilangan air akibat rembesan dan evaporasi, mudah dikontrol, dipelihara, dan didistribusikan pada daerah dengan kondisi topografi yang tidak seragam.
Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas sebagai objek penelitian ini meliputi :
1. Bagaimana merencanakan dan membuat layout jaringan perpipaan berdasarkan pola konsolidasi lahan?
3. Bagaimana cara menentukan jumlah debit yang mengalir di pipa utama dan di tiap pipa cabang?
4. Bagaimana cara menentukan dimensi dan material pipa, serta headloss yang terjadi pada pipa utama maupun cabang?
5. Apakah struktur pipa mampu menahan beban eksternal?
Tujuan Penelitian
Tujuan dilaksanakannya penelitian ini meliputi :
1. Menghitung ketersediaan head dari inlet hingga outlet untuk menentukan metode distribusi air dengan sistem perpipaan
2. Menghitung debit, headloss tiap cabang dan pipa utama serta menentukan diameter optimumnya
3. Menghitung tekanan operasi minimum di node pipa cabang terakhir dan pipa utama melalui analisis dengan gradien hidrolik
4. Menghitung kekuatan struktur pipa dan membandingkannya dengan tekanan-tekanan izinnya
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Memberikan informasi bagi Balai Besar Penelitian Tanaman Padi mengenai kondisi sistem jaringan irigasi eksisting
2. Sebagai masukan bagi Balai Besar Penelitian Tanaman Padi untuk melakukan perbaikan guna meningkatkan akurasi penelitian serta mampu menyetarakan diri dengan lembaga penelitian di negara lain melalui modernisasi sistem jaringan irigasi dan desain teknis sistem perpipaan jika kelak hendak diterapkan
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dibatasi hanya untuk perencanaan sistem jaringan pipa irigasi saja karena data dan poin-poin analisis yang digunakan terbilang banyak. Selain itu, penelitian ini dilakukan dalam satu kelompok tim sehingga perlu untuk memahami empat unsur utama lainnya yang mendukung rancangan sistem ini. Penelitian ini tidak membahas:
1. Pemetaan topografi dan analisis pola aliran lahan BB Padi 2. Perencanaan dan perancangan konsolidasi lahan BB Padi
METODE PENELITIAN
Berikut merupakan alur penelitian yang digunakan untuk merencanakan dan merancang sistem jaringan pipa irigasi di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi.
Gambar 1 Diagram alir penelitian Selesai
Tekanan operasi minimal di outlet cabang terakhir
Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan selama 5 bulan, dimulai pada bulan Pebruari 2015 sampai Juni 2015. Lokasi pengambilan data dilakukan di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (BB Padi) Sukamandi, Subang, Jawa Barat. Lokasi pengujian berat jenis tanah dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Pengolahan dan analisis data dilakukan di kampus Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat penelitian yang digunakan adalah meteran, penggaris, theodolite, kompas, GPS, patok top soil 30 cm (interval 5 cm), piknometer 50 mL atau 100 mL, termometer, timbangan digital dengan ketelitian ±0.05 g, saringan nomor 6, laptop yang terinstal software Ms. Word, Ms. Excell yang terpasang ekstensi Solver,
ArcGIS Desktop 10.0, Surfer 9 dan AutoCAD 2014. Bahan penelitian yang digunakan antara lain baterai GPS, sampel tanah terganggu, dan aquades.
Analisis Data
Perencanaan sistem jaringan pipa irigasi dibagi menjadi dua tahap, yaitu perencanaan pipa utama dan cabang. Kedua perencanaan pipa dilakukan dengan metode analisis yang sama namun dengan hasil yang berbeda. Analisis head di inlet
dan outlet dilakukan pertama kali untuk menentukan metode distribusi yang digunakan, dengan pompa atau gravitasi. Pengukuran tinggi muka air di inlet dan suhu air dilakukan bersamaan pada tanggal 14 – 15 Juni 2015. Total head pada suatu titik (keran/outlet/valve) dianalisis menggunakan persamaan Bernoulli.
P1
Hl = kehilangan head akibat gesekan dan komponen perpipaan (m) Kehilangan energi yang dianalisis terjadi akibat dua faktor, yaitu karena gesekan dan komponen pipa (katup, sambungan, belokan, perubahan diameter, dll) atau mayor dan minor. Nilai kecepatan aliran tidak dapat ditentukan karena merupakan variabel yang belum diketahui dan perlu dianalisis. Penentuan headloss
akibat gesekan dilakukan menggunakan persamaan Darcy-Colebrook-White pada persamaan (2). Persamaan ini juga mendasari teori Quantity Balance dalam analisis debit yang mengalir pada setiap cabang pipa. Diameter dan friction headloss
Q = debit aliran (m3 det-1)
Qs = debit sedimen yang masuk (kg s-1) Qs’ = laju pengendapan sedimen (kg hari-1) Kombinasi diameter yang dianalisis harus mengikuti 3 batasan utama, yaitu konservasi massa di node, konservasi energi di pipa, dan tekanan minimum di node. Ketersediaan diameter di pasar juga harus dipertimbangkan dalam analisis. Secara matematis, batasan tersebut dijabarkan dalam persamaan berikut.
(Konservasi massa) QT= Qa+∑QLi
Prosedur analisis kekuatan struktur pipa diawali dengan melakukan pengujian berat jenis tanah. Pengujian berat jenis tanah dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan pada tanggal 17-19 Juni 2015. Prosedur perhitungan nilai berat jenis tanah mengikuti persamaan berikut.
Keterangan: ma’(T’oC) = berat piknometer dan air destilasi pada kalibrasi dengan suhu T’oC (g)
mf = berat piknometer kosong (g)
ms = berat tanah kering oven di dalam piknometer (g)
ma = berat piknometer dan air pada T oC (g)
Nilai berat jenis tanah kemudian dimasukkan ke dalam persamaan (16) untuk menentukan tekanan tanah. Persamaan yang digunakan sebagai berikut.
Ps=γs x h………(16)
Keterangan: Ps = tekanan tanah (lb ft-2)
�� = berat jenis tanah (lb ft-3)
h = kedalaman tanah di atas pipa (ft)
Setelah tekanan tanah ditentukan, maka ditentukan tekanan akibat beban kendaraan yang melintas di atas pipa yang terkubur. Persamaan yang digunakan
PL = beban kendaraan di permukaan (lb)
If = impact factor (Tabel 1)
h = tinggi permukaan tanah di atas pipa teratas (ft)
Do = diameter luar pipa (in)
t = tebal dinding pipa (in)
Pw = tekanan di atas pipa akibat beban kendaraan (lb/ft2)
Tabel 1 Hubungan antara kedalaman tutupan dengan impact factora
Kedalaman tutupan Impact factor
Pbs= f
t=tn-service allowance-casting tollerance………(21)
P=Ps+Pw+Pv……… 22
Tekanan total pipa terkubur, P, harus lebih kecil dari tekanan tekuk maksimum cincin, Pbs, dengan ketentuan sebagai berikut.
P≤Pbs x 144………(23)
Keterangan : Pbs = tekanan maksimum tegangan tekuk cincin (psi)
f = desain maksimum tegangan tekuk cincin (48000 psi)
Do = diameter luar pipa (in)
t = ketebalan dinding bersih (in)
tn = ketebalan nominal (in) (Lampiran 2)
Kb = koefisien momen tekuk (Lampiran 1)
Kx = koefisien defleksi (Lampiran 1)
E = modulus elastisitas (24 x 106 psi)
E’ = modulus reaksi tanah (psi) (Lampiran 1)
Pv = tekanan vakum internal (lb ft-2)
Tekanan total pipa terkubur, P, harus lebih kecil dari tekanan izin defleksi cincin, Prd, dengan ketentuan sebagai berikut.
P≤Prd x 144………(26)
Keterangan: Prd = tekanan izin defleksi cincin (psi) ∆�
� = persentase defleksi, 5 % tanpa pelapisan, 3 % untuk pelapisan dengan campuran mortar-semen
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perencanaan Sistem Jaringan Perpipaan
Perencanaan sistem jaringan irigasi perpipaan diawali dengan membuat desainrencana. Desain didapat dari hasil konsolidasi dan telah disesuaikan dengan lahan, saluran drainase, jalan usaha tani, dan struktur lain di BB Padi baik alami atau buatan. Pemilihan sistem jaringan perpipaan sebagai struktur bangunan pembawa air irigasi dipengaruhi oleh banyak faktor dan pertimbangan. Jika dilihat dari sisi keuntungan, jaringan perpipaan dapat mengeliminasi kehilangan air akibat rembesan dan evaporasi, menghindari tumbuhnya rumput di badan saluran, meringankan distribusi air pada lahan tidak rata, mengurangi pemeliharaan, dan mengontrol air irigasi dengan baik. Akan tetapi, sistem perpipaan juga memiliki kekurangan, antara lain biaya awal yang mahal dan rentan mengalami kerusakan akibat tindak kejahatan (Robinson, 1983).
Jaringan perpipaan direncanakan terdiri atas 4 buah komponen utama, yaitu
inlet, outlet, pipa utama, dan cabang. Inlet diletakkan di bagian Barat BB Padi yang menyadap air dari saluran sekunder. Inlet yang dirancang berupa reservoir untuk menampung air sebelum didistribusikan oleh pipa utama. Pipa utama didesain dengan membagi BB Padi menjadi dua bagian, utara dan selatan, yang telah disesuaikan dengan kontur rencana hasil gali dan timbun. Panjang seluruh pipa utama adalah 4880 m. Pipa utama dan pipa cabang disusun secara seri. Pada pipa utama, terdapat 19 seri dan percabangan. Percabangan pada pipa utama dibagi menjadi dua arah, yaitu arah pengaliran utara dan selatan. Pipa cabang berjumlah 34 buah dengan panjang keseluruhan mencapai 16910 m. Outlet yang dirancang difungsikan untuk membuang kelebihan air irigasi, sehingga dapat langsung diarahkan menuju danau di taman burung.
Peta kontur hasil pemetaan topografi BB Padi dapat dilihat pada Lampiran 15. Selanjutnya, kontur hasil perataan BB Padi setelah dilakukan perhitungan gali timbun dapat dilihat pada Lampiran 16. Berikutnya, hasil konsolidasi lahan BB Padi dapat dilihat di Lampiran 17. Terakhir, sistem jaringan perpipaan dapat dilihat pada Lampiran 18. Peta-peta tersebut sangat dibutuhkan untuk melakukan desain, terutama untuk menentukan posisi kedalaman pipa di bawah tanah, mengetahui panjang segmen pipa, dan daerah pengairan setiap cabang pipa. Oleh karena itu, desain sistem jaringan perpipaan merupakan tahap awal yang penting untuk dilakukan pertama kali.
Material Pipa
antara lain waktu operasi dapat mencapai 100 tahun, laju kerusakan rendah, materialnya berasal dari sisa sisa besi (ramah lingkungan), transpor air yang higienis, kuat, karakteristik superior, tahan api, dll. Secara lebih jelas, komponen karaketeristik kekuatan material terpilih dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Komponen karaketeristik kekuatan pipa ductile iron
Karakteristik Dimensi Nilai
Kuat tekan MPa 550
Modulus elastisitas MPa 160,000-170,000
Kuat ledak MPa 300
Rentang tegangan MPa 135
Gambar 2 Ductile iron sebagai material utama pipa irigasi
Gambar 3 Ilustrasi pemasangan ductile iron di lapangan
Analisis Ketersediaan Head dari Inlet sampai Outlet untuk Menentukan
Metode Distribusi
Hasil pemetaan topografi dan pengukuran elevasi muka air di inlet
menunjukkan bahwa piezometric head pada inlet sebesar 26.56 m dpl. Elevasi sawah tertinggi yang perlu diairi berada pada elevasi 29.29 m dpl sehingga terdapat kekurangan head sebesar 2.73 m seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Hal ini belum termasuk kehilangan head akibat gesekan dan fitting pipa di sepanjang aliran. Selain itu, titik elevasi sawah tertinggi bukan berada pada node terakhir, sehingga dibutuhkan tambahan head untuk mengalirkan air hingga ke petak sawah terakhir. Metode distribusi dengan cara gravitasi tidak mungkin dapat diterapkan pada kondisi ini. Hal ini disebabkan air tidak mungkin dapat mengalir dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi. Oleh karena itu, perlu adanya infrastruktur lain untuk meningkatkan head di hulu sehingga air dapat mengalir. Infrastruktur yang dapat digunakan adalah pompa air.
Gambar 4 Beda elevasi antara muka air di inlet dengan elevasi sawah tertinggi
Gambar 5 Pengukuran elevasi muka air di tempat perencanaan inlet Penentuan Tekanan Operasi Minimum di Node Terakhir
Darcy-Colebrook-White. Penyajian secara visual dilakukan dengan menampilkan gradien hidrolik seperti pada Gambar 6 dan lebih jelas di Lampiran 13.
HGL pada Gambar 6 berbentuk kurva parabolik. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dikemukakan oleh Saldarriaga, bahwa untuk setiap pipa seri, biaya desain minimum selalu berbentuk kuadratik. Salah satu penyebab kurva kuadratik adalah adanya node atau outlet di sepanjang pipa yang menyadap debit aliran. Akibat penyadapan ini, maka debit di pipa seri akan berkurang begitupun kecepatannya. Kecepatan merupakan fungsi dari headloss, baik mayor maupun minor, sehingga di awal node terlihat bahwa penurunan head lebih besar dibanding
node yang relatif diletakkan diakhir.
Gambar 6 Analisis head di cabang pipa terakhir untuk menentukan tekanan operasi minimal
Wu (1975) menyatakan “Pada bagian tengah pipa seri HGL optimum memiliki selisih 15% dengan total kehilangan head yang mengacu pada HGL garis lurus”. Kriteria Wu untuk desain sistem irigasi hanya dapat diaplikasikan pada pipa dengan debit sadap dan jarak antar node yang sama. Hasil analisis menunjukkan bahwa selisih HGL adalah 0.14 m atau 17% dari total kehilangan head. Persentase ini dapat diubah dengan mengubah diameter pipa. Akan tetapi, pemilihan diameter yang lebih kecil dari 6 in tidak mungkin dapat dilakukan karena diameter minimum katup alfalfa adalah 6 in . Oleh karena itu, diameter 6 in tetap dipilih sebagai diameter pipa cabang. Kriteria diameter katup alfalfa yang tersedia di pasar dapat dilihat pada Lampiran 19.
Debit yang keluar di setiap outlet disesuaikan dengan debit yang dibutuhkan oleh tiap petak kuarter. Diameter pipa ditentukan di awal pada pipa cabang dan disesuaikan dengan diameter katup alfalfa yang tersedia di pasar. Nilai headloss
angka Reynold lebih kecil dari 0.8 x 106, efek sedimentasi pada pipa sirkular lebih
besar dibanding pipa persegi”. Walaupun aliran dalam pipa turbulen (angka Reynold > 2500), namun efek sedimentasi masih rentan terjadi, sehingga perlu dilakukan perawatan rutin pada pipa saat kelak dioperasikan.
Headloos minor seperti ditunjukkan pada Tabel 4 bernilai jauh lebih kecil dibandingkan headloss mayor. Total headloss minor yang terjadi pada sistem sebesar 0.106 m, hanya 15 % dibandingkan headloss mayor yang terjadi. Kejadian yang sama juga terjadi pada headloss minor ketika nilai headloss pada outlet di awal pipa cabang lebih besar dibandingkan outlet di ujung pipa. Pada outlet 4 dan 5, headloss minor sudah sulit teridentifikasi (Gambar 6). Setelah dirunut dari outlet
5 hingga outlet 1, didapatkan piezometric head (initial point) sebesar 3.7 m. Head
inilah yang kemudian harus mampu diberikan oleh pipa utama di node terakhir.
Nilai koefisien headloss minor dapat dilihat di Lampiran 4.
Tabel 3 Perhitungan headloss mayor menggunakan persamaaan Darcy- Colebrook-White
Tabel 4 Perhitungan headloss minor
Outlet Tipea Jumlah Koefisien Kecepatan (m s-1) minor (m) Headloss
Pompa yang dipilih adalah pompa tipe axial flow karena memiliki head yang lebih kecil namun cukup untuk mengalirkan air hingga ke petak terakhir dibandingkan tipe mixed flow dengan head yang sangat besar. Head yang terlalu besar dapat meningkatkan tekanan internal pompa dan memperbesar headloss.
Gambar 7 Penentuan tipe pompa berdasarkan korelasi antara debit terhadap total
head
Total head pompa aksial dengan debit 483 l s-1 sebesar 8.75 m (Gambar 7). Penentuan head dilakukan kembali untuk memastikan head pompa aktual yang akan dipilih sesuai dengan standar yang juga dikeluarkan oleh FAO. Pompa yang dipilih harus memiliki head di atas 10 m untuk distribusi menggunakan pipa sesuai dengan persyaratan yang dicantumkan di dalam Tabel 5.
Tabel 5 Pemilihan pompa untuk skala kecila
Sistem Irigasi Head (m) Debit Tipe pompa
Irigasi permukaan
- Distribusi saluran terbuka 5 Berapapun Axialb atau mixed
- Distribusi pipa 10 Berapapun Axialb atau mixed
- Sumur dalam >20 Berapapun Mixed atau centrifugal
Sistem curah 2-60 Berapapun Centrifugal
Sistem tetes 10-20 Berapapun Centrifugal
aSumber: Kay dan Natcho (1992)
bTipe pompa ideal, biasanya jarang tersedia untuk pertanian skala kecil
Pencarian distributor pompa perlu dilakukan untuk mengetahui kapasitas debit dan head aktual dari jenis pompa yang akan dipilih setelah kebutuhan head
pompa diketahui. Pompa terpilih merupakan pompa tenggelam tipe Flygt vertical pump LL 3300 dengan kapasitas maksimum sebesar 540 l s-1 dan rentang head
Gambar 8 Pompa tenggelam (submersible) tipe Flygt vertical pump untuk axial
dan mixed flow
Ketinggian air di dalam tangki atau rumah pompa ditentukan berdasarkan grafik pada Gambar 9. Grafik tersebut merupakan bawaan untuk pompa tipe LL 3300. Hasil plot nilai debit terhadap nilai kritis (garis terbawah) menunjukkan bahwa kedalaman minimal pompa terhadap dasar tangki adalah 1.01 m.
Gambar 9 Diagram kedalaman untuk desain intake terbuka
Headloss pertama yang dianalisis adalah headloss yang terjadi pada pompa. Pada pompa tenggelam, kavitasi dapat diredam karena kecilnya headloss minor (tidak ada belokan dan pipa isap). Selain itu, pemanasan pada pompa dapat pula diredam karena adanya self cooling (Nalluri & Featherstone, 1995). Headloss pada sistem pompa propeller nilainya relatif kecil. Eror dalam memprediksi total head
dapat menghasilkan sebuah perubahan yang signifikan dalam menentukan kebutuhan daya. Untuk seluruh bagian instalasi, headloss yang terjadi pada komponen pompa harus diakumulasi berdasarkan rencana debit yang digunakan (friction headloss dalam pipa yang pendek diabaikan). Headloss digambarkan sebagai fungsi debit pada komponen sistem yang didesain oleh Flygt sebagai brand
pompa seperti terlihat pada Gambar 10. Headloss pompa keluaran Flygt memiliki keunikan dengan penentuan headloss yang dibuat di dalam satu grafik. Kehilangan
head di pompa akan menjadi initialheadloss dan mengurangi total diynamichead
Gambar 10 Diagram headloss pada pompa
Sumber air berasal dari saluran sekunder yang menyadap saluran primer Tarum Timur. Penyadapan di inlet dilakukan dengan terlebih dahulu menyaring sampah yang terbawa aliran dengan kapasitas desain kolam penyaringan sampah sebesar 547 l s-1 (Gambar 11) dan dihubungkan dengan rumah pompa pada kapasitas yang sama. Desain rumah pompa berbentuk silindris dan mengacu pada ketentuan desain yang telah ditentukan oleh Flygt sebagai produsen. Detil desain dapat dilihat pada Lampiran 20, 21, 22, 23, dan 24.
(a) (b)
Gambar 11 (a) Desain kolam penyaring sampah (b) Desain rumah pompa
Analisis Gradien Hidrolik untuk Menentukan Diameter dan Headloss
Optimum pada Pipa Utama
Debit yang mengalir di setiap jaringan pipa dapat dianalisis dengan beberapa metode seperti headbalance atau Hardy Cross, quantity balance, Newton Raphson, dan teori linier. Metode yang umum digunakan adalah head balance untuk sistem
loop dan quantity balance untuk sistem tanpa loop. Sambungan antara jaringan pipa utama dan cabang tidak didesain dengan loop, sehingga digunakan metode quantity balance untuk analisis debit. Metode ini mengacu pada persamaan (2), (11), dan (12).
viskositas maka akan memperlambat gerak fluida di dalam aliran. Viskositas terbesar terjadi pada temperatur terendah saat pengukuran, yaitu 24 oC dengan nilai 9.09 x 10-7 m2 s-1.Dokumentasi penelitian dapat dilihat pada Gambar 12.
Tabel 6 Data pengukuran suhu yang diambil pada tanggal 14 – 15 Juni 2015 untuk menentukan nilai viskositas kinematik air
Waktu Suhu (oC) Viskositas kinematik (m2 s-1)
12:00 AM 25.5 8.79E-07
3:00 AM 24 9.09E-07
6:00 AM 24 9.09E-07
9:00 AM 28 8.33E-07
12:00 PM 30 8.00E-07
3:00 PM 32 7.69E-07
6:00 PM 27.5 8.42E-07
9:00 PM 26 8.70E-07
Rata-rata 27.13 8.49E-07
Gambar 12 Pengukuran suhu air untuk menentukan nilai viskositas kinematik
Viskositas pada air irigasi, sangat dipengaruhi oleh temperatur air. Viskositas akan naik seiring dengan turunnya temperatur. Viskositas pada aliran terdiri dari dua macam, yaitu dinamik dan kinematik. Viskositas dinamik merupakan konstanta yang juga bergantung pada temperatur sedangkan viskositas kinematik bergantung pada komponen viskositas dinamik, densitas, dan juga temperatur air. Densitas air akan turun seiring dengan naiknya temperatur seperti terlihat pada hubungan antara persamaan (4) dan (5).
kekeruhan dalam ekosistem perairan maupun aliran air juga sangat berhubungan dengan kedalaman, kecepatan arus, tipe substrat dasar, dan temperatur perairan. Dengan demikian, kekeruhan dapat mengurangi laju aliran karena banyaknya partikel tersuspensi.
Secara geologi sedimen didefinisikan sebagai bagian-bagian material yang dapat diendapkan oleh air ataupun angin. Pengendapan ini apabila terjadi terus-menerus dalam jangka waktu yang panjang tentu akan mengganggu aliran air pada saluran. Untuk menanggulangi masalah ini, salah satu cara yang dapat dilakukan yaitu dengan membuat suatu bak pengendapan. Bak pengendapan ini bertujuan untuk mengendapkan sedimen agar tidak masuk dalam saluran. Partikel melayang yang berukuran cukup besar dan sebagian dari muatan dasar akan mengendap membentuk delta di bagian hulu bak pengendap, partikel yang lebih kecil akan tetap melayang terangkut oleh aliran dan akan mengendap lebih jauh di bagian hilirnya, sedangkan untuk partikel-partikel yang lebih kecil lagi dapat tetap melayang dan sebagian dimungkinkan akan melewati bak pengendapan bersama dengan aliran yang melalui alur buangan atau pelimpah.
Untuk mulai melakukan pengukuran sedimen yang dapat diendapkan pada bak pengendap, terlebih dahulu dilakukan perhitungan volume atau kapasitas total dari bak pengendap tersebut. Bak pengendap akan dirancang dengan ukuran panjang 11.2 m, lebar 1.25 m dan kedalaman sekitar 1.43 m, dengan debit aliran (Q) yang mengalir sebesar 0,483 m3/det dan konsentrasi sedimen yang melayang (c) sebesar 0,155 kg/m3. Berdasarkan data tersebut didapatkan data hasil perhitungan seperti pada tabel 7.
Tabel 7 hasil perhitungan data sedimentasia
p l t Vtotal Vsedimen Cb Q Qs Qs' T
Arti simbol dapat dilihat dari persamaan (6) sampai (10) b
Sumber: Juniarso dalam jurnal desain dan konstruksi (2005) data pengukuran saluran induk di Ciramajaya, Garut
Dengan berat jenis sedimen sebesar 3.38 g/cm3 untuk jenis tanah sandy loam, maka berat sedimen untuk satu pertiga volume total adalah 22.545,6 kg. Ini berarti bak pengendapan tersebut dapat di bersihkan karena telah mencapai kapasitasnya pada waktu 200 hari atau setiap 6 bulan. Akan tetapi, berhubung panen padi rata-rata memerlukan waktu selama 100 hari, maka agar mempermudah proses pengerukan sedimen maka perlu dilakukan setiap 100 hari sekali. Peletakan rumah pompa, bangunan pengendap sedimentasi, dan penyaring sampah dapat dilihat pada Lampiran 18.
Jumlah node atau cabang yang terjadi di sepanjang pipa utama berjumlah 19 buah (1 node terdiri dari penyadapan arah utara dan selatan). Analisis dilakukan dari inlet menuju outlet. Penentuan sisa tekan di node terakhir merupakan langkah awal dari analisis. Sisa tekan ditentukan untuk menjaga headloss pada rentang yang diinginkan. Hal ini dilakukan sebagai langkah awal dalam menentukan diameter pipa dan menyediakan head yang cukup di node terakhir. Sisa tekan di node 19 telah dianalisis sebelumnya, yaitu sebesar 3.7 m sehingga total headloss
direncanakan sebesar 5.6 m pada pipa utama. Hasil perhitungan dimensi dan
headloss mayor ditunjukkan pada Tabel 8.
Diameter pipa utama dari inlet menuju node 1 direncakan sebesar 0.803 m. Nilai ini merupakan hasil trial and error serta iterasi menggunakan program
Solver. Objective cell adalah nilai eror (selisih antara kecepatan dan ruas kanan persamaan (2)) yang di set minimal, sedangkan nilai yang diiterasi adalah diameter.
Headloss ditentukan di awal perhitungan dan disesuaikan dengan headloss rencana, hasilya diameter iterasi akan didapatkan. Diameter pipa untuk besaran 0.803 m tidak tersedia di pasar sehingga perlu diperbesar menjadi 0.914 m. Hasil analisis di sepanjang pipa seri menunjukkan bahwa HGL seluruhnya berada di atas pipa bahkan di atas tanah dengan total dynamic head mencapai 12 m seperti terlihat pada Gambar 14. Pada saat terjadi perubahan diameter, parameter aliran yang berubah adalah kecepatan dan headloss. Akibat penyadapan di setiap tap atau percabangan, maka debit akan berkurang. Namun, hal ini tidak akan menyebabkan penurunan kedalaman normal aliran. Tabel 8 menunjukkan, bahwa untuk setiap perubahan debit, parameter kedalaman normal aliran tetap konstan sehingga yang mengalami perubahan hanyalah kecepatan saja. Oleh karena itu, kondisi aliran akan tetap terisi penuh dan analisis saluran tertutup tetap dapat digunakan (diasumsikan hanya gradien hidrolik sebagai parameter saluran tertutup dan tidak mempertimbangkan korelasi tekanan-debit). Kali ini, nilai headloss yang diiterasi untuk mendapatkan nilai headloss aktual berdasarkan diameter terpilih. Semakin besar diameter pipa menyebabkan semakin kecilnya nilai kecepatan aliran dan headloss. Hasil perhitungan pada Tabel 8 kemudian dibuat secara visual dengan menyajikan gradien hidrolik dari inlet sampai node 19 pada Gambar 14 dan lebih jelas di Lampiran 14.
Tabel 8 Hasil perhitungan dimensi dan headloss mayor pipa utama dengan sehingga air dapat mengalir ke seluruh outlet di petak kuarter pada pipa cabang. Tekanan tertinggi berada pada node 1 karena letaknya yang dekat dengan pompa dan terjauh di node 19 karena letaknya di ujung pipa terakhir. Setiap node disadap dengan menggunakan 2 flanged long radius 90o elbow dengan arah yang berlawanan. Perubahan diameter dilakukan ketika gradien hidrolik aktual melebihi gradien hidrolik rencana. Dengan memperkecil diameter pipa, maka headloss yang terjadi akan semakin besar sehingga semakin menurunkan gradien hidrolik pada level rencana. Perubahan diameter terjadi pada node 1, 11, dan 15.
Tabel 9 menunjukkan hasil perhitungan headloss minor. Besarnya headloss
Pipa utama dan cabang terakhir telah dianalisis kebutuhan debit dan tekanannya. Untuk memastikan bahwa air tetap mengalir di seluruh sistem, maka perlu dilakukan pengecekan ketersediaan tekanan operasi di setiap node. Pengecekan dilakukan dengan mengambil tiga node yang dianggap mewakili keseluruhan node. Hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 10.
Gambar 14 Gradien hidrolik di sepanjang pipa utama
Hasil analisis pada Tabel 10 menunjukkan bahwa tekanan operasi minimum (tekanan total) di node 1B, 9B, dan 19 masih lebih kecil dibandingkan tekanan operasi pipa utama. Hasil ini menunjukkan bahwa air dipastikan dapat mengalir tanpa masalah hingga ke outlet terakhir dari cabang-cabang tersebut. Selain itu, jika diinterpretasi dari gradien hidrolik pipa utama, terlihat bahwa gradien hidrolik terletak seluruhnya di atas permukaan tanah dari setiap node. Hasil ini juga membuktikan bahwa air akan mengalir tanpa masalah ke setiap percabangan.
Tabel 9 Headloss minor pada pipa utama
Node Tipe Jumlah Koefisien Kecepatan (m s-1) Headloss minor (m)
0 (a) 1 0.2 0.736 0.006
1 (b) 2 0.2 0.736 0.011
1 (c) 1 0.35 0.736 0.010
2 (b) 2 0.2 1.060 0.023
Node Tipe Jumlah Koefisien Kecepatan (m s-1) Headloss minor (m)
Hasil perhitungan pada Tabel 10 dapat dilihat di Lampiran 6, 7, 8, dan 9. Penyajian gradien hidrolik node 1B, 9B, dan 19 secara visual dapat dilihat di lampiran 11, 12, dan 13.
Tabel 10 Pengecekan tekanan operasi minimum node terhadap tekanan pipa utama
Gambar 15 Mekanisme pengaliran pada petak kuarter
Pengaliran berdasarkan Gambar 15 dilakukan dengan metode each valve for each plot. Metode ini mengacu pada standar internasional dengan tiap petak mendapat pasokan air langsung dari satu sumber (dalam hal ini katup). Jumlah katup alfalfa yang digunakan sebanyak 27 buah. Arah aliran bergerak menuju sisi kanan dan kiri petak kuarter untuk setiap air dalam petak. Di sebelah kanan dan kiri (batas tepi zona pengaliran pipa cabang 1B), sudah terdapat saluran drainase sekunder yang berfungsi untuk menampung kelebihan air pada tiap petak. Desain konsolidasi yang dilakukan sebisa mungkin menghindari penerapan mekanisme pengaliran plot to plot. Metode pengaliran plot to plot merupakan metode pengaliran konvensional sehingga untuk mencapai modernisasi bertaraf internasional, BB Padi perlu menerapkan mekanisme pengaliran each valve for each plot. Lampiran 19 menunjukkan posisi katup alfalfa terhadap lahan sawah dan pipa cabang. Katup alfalfa berada tepat di permukaan lahan dan terhubung dengan
hydrant atau riser yang menghubungkannya dengan pipa cabang sepanjang 1 m di bawah permukaan tanah.
Analisis Struktur Pipa
Pipa yang hendak diinstal perlu dianalisis terhadap beban-beban eksternal yang kelak bekerja padanya. Hal ini bertujuan agar tidak terjadi kerusakan saat pipa dioperasikan. Pemasangan pipa utama dan cabang didesain seperti pada Gambar 16. Desain dilakukan pada satu segmen pipa yang dianggap mengalami pembebanan yang paling ekstrem sehingga luaran dimensi dan ketebalan dinding pipanya dapat dijadikan acuan bagi segmen pipa lainnya. Desain difokuskan pada pipa cabang 1B karena memiliki tekanan internal terbesar dan juga melintasi jalan utama usaha tani.
Pembebanan eksternal dipengaruhi oleh dua variabel utama, yaitu berat tanah di atas pipa dan beban kendaraaan. Beban tanah didasari oleh ilustrasi pada Gambar 17. Perhitungan pembebanan tanah mengacu pada persamaan (9). Nilai berat jenis tanah merupakan data primer hasil pengujian. Data pengujian berat jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 11.
Berat jenis tanah desain dalam standar AWWA M41 sebesar 18.85 kN m-3.
pengujian, maka untuk nilai standar sudah pasti mampu ditahan. Banyaknya bahan organik (batang padi) yang ikut tercampur dalam tanah uji dapat menjadi penyebab besarnya nilai pengujian berat jenis tanah.
Gambar 16 Mekanisme pengaliran dari pipa utama ke pipa cabang
Gambar 17 Prisma tanah
Tabel 11 Hasil pengujian berat jenis tanah
Berat tanah kering oven (g)
Berat piknometer dan air (g)
Berat piknometer, air, dan tanah (g)
Berat jenis tanah (g cm-3)
8.5 150.4 156.4 3.37
Tabel 12 menunjukkan hasil perhitungan berat tanah yang membebani pipa. Satuan yang digunakan untuk analisis struktur menggunakan satuan british karena persamaan yang digunakan banyak mengandung unsur konversi satuan tersebut. Penggunaan satuan SI dalam penggunaan rumus dapat menyebabkan kesalahan hasil perhitungan.
Tabel 12 Hasil perhitungan beban tanah
Berat jenis tanah (kg m-3) Kedalaman (m) Berat tanah (kg m-2)
Gambar 18 Distribusi beban tekanan akibat kendaraan
Tabel 13 Pembebanan akibat kendaraan
Diameter
Berdasarkan hasil perhitungan, kelas pembebanan yang digunakan adalah H20 untuk truk pada jalan tak beraspal dengan beban kendaraan (PL) sebesar
7257.478 kg. Efek beban kendaraan berkurang secara signifikan terhadap kedalaman, sehingga semakin dalam pipa ditanam, maka reduksi pembebanan eksternal akibat beban kendaraan akan semakin besar. Setelah komponen pembebanan eksternal diketahui, maka analisis terhadap tekuk dan defleksi cincin dapat dilakukan. Ilustrasi tekuk dan defleksi dapat dilihat pada Gambar 19.
(a) (b)
Gambar 19 (a) tekuk (b) defleksi
Tabel 14 Hasil perhitungan tekanan tekuk maksimum pada cincina
f (kPa) Do (m) t (m) Kb Kx E (kPa) E' (kPa) Pbs (kPa)
330948 0.175 0.003 0.21 0.105 1.65 x 108 2068 183
aArti simbol dapat dilihat pada keterangan di persamaan (13)
Tabel 15 Hasil analisis tekanan maksimum pada cincin terhadap defleksia ∆x/D Do (m) t1 (m) E (kPa) E' (kPa) Kx Prd (kPa)
0.03 0.175 0.005 1.65 x 108 2068 0.105 874
Tegangan tekuk desain cincin, f, 330948 kPa, memberikan faktor keamanan setidaknya 1.5 dari tegangan leleh minimum dan 2.0 pada kekuatan ultimate cincin. Nilai desain (E’, Kb, dan Kx) mengacu pada kondisi tutupan tipe 2 di dalam
Lampiran 1. Tabel tersebut membuat perencana untuk hanya mengetahui beban yang bekerja dan kondisi tutupan standar untuk mengetahui ketebalan minimal yang dibutuhkan untuk tegangan tekuk dan defleksi. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa tegangan tekuk maksimal sebesar 183 kPa dan tegangan maksimal untuk defleksi sebesar 874 kPa (Tabel 15). Setelah dilakukan perhitungan tegangan-tegangan izin, maka tegangan tersebut dibandingkan dengan tegangan aktual yang terjadi pada pipa. Hasil analisis pada Tabel 16 untuk tekuk menunjukkan bahwa tekanan total masih di bawah tekanan tekuk maksimum. Tekanan total juga masih di bawah tekanan defleksi maksimum. Oleh karena itu, dapat dismpulkan bahwa pipa dapat menahan pembebanan dan aman dari faktor tekuk dan defleksi cincin.
Tabel 16 Perbandingan tegangan-tegangan izin dengan tegangan yang bekerja pada pipa
Berdasarkan hasil perencanaan dan perancangan sistem jaringan perpipaan di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (BB Padi), dapat disimpulkan bahwa:
1. Air dari inlet tidak dapat mengalir secara gravitasi, sehingga membutuhkan pompa untuk distribusi air. Selisih head antara inlet hingga outlet adalah 2.73 m.
2. Headloss mayor lebih besar dibandingkan headloss minor dan menjadi kunci iterasi dalam penentuan diameter. Diameter pipa utama berturut-turut adalah 36, 30, 24, dan 18 in sedangkan pipa cabang diseragamkan yaitu 8 in.
3. Gradien hidrolik di sepanjang aliran bernilai positif dan melampaui tekanan operasi minimum di setiap node, sehingga air dipastikan dapat mengalir ke seluruh pipa baik utama maupun cabang.
Saran
Saran yang disusun guna perbaikan penelitian yang akan datang adalah sebagai berikut:
1. Perlu dilakukan pengukuran suhu air secara real time paling tidak satu tahun untuk mengetahui pola suhu yang sesuai dalam perhitungan viskositas kinematik
2. Perlu dilakukan pengukuran elevasi muka air yang lebih teliti di inlet
3. Perlu dipahami proses instalasi dan pemasangan
4. Perlu dilakukan analisis lebih lanjut mengenai korelasi antara tekanan terhadap debit
5. Perlu memahami naskah skripsi karangan Achmad Fachri Afifie tentang “Pemetaan Topografi dan Rancangan Pemetaan Lahan di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat)
6. Perlu memahami naskah skripsi karangan Dhanu Prakoso tentang “Rancangan Konsolidasi Lahan Sawah di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat)
7. Perlu memahami naskah skripsi karangan Fikri Surya Andika tentang “Analisis Keseimbangan Air Hasil Konsolidasi di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat)
8. Perlu memahami naskah skripsi karangan Muhammad Ridwan tentang “Perencanaan dan Perancangan Saluran Drainase Daerah Irigasi di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi (Subang, Jawa Barat)
DAFTAR PUSTAKA
[AWWA] American Water Works Association. 2009. Ductile-Iron Pipe and Fittings. Maual of water supply practices-M41 3rd edition.
[EADIPS] European Association for Ductile iron Pipe System. 2013. Ductile iron
pipe systems (pipe, fittings, and valves for ductile iron).Publikasi E-Book [Internet]. [diunduh 27 Juni 2015]. Tersedia pada: http://www.eadips.org. Andeson, Wade. 2005. National Engineering Handbook Chapter 52 “Structural
Design of Flexible Conduit”. National Resource Conservation Service (NRCS): United States Department of Agriculture (USAID).
Featherstone RE, Nalluri C. 1998. Civil Engineering Hydraulics: Essential Theory with Worked Example 3rd Edition. Oxford (UK): Blackwell Science, Inc. Kay M, Natcho H. 1992. Small-scale pump irrigation: energy and cost. Rome: Food
And Agricultural Organization of the United Nations [FAO].
Kim C, Lee M, Han C. 2008. Hydraulic transport of sand-water mixtures in pipelines Part I. Journal of Mechanical Science and Technology.
2(2008):2534-2541.doi:10.1007/s.2206-008-0811-0.
Robinson A. R. 1983. Farm Irrigation Structure Handbook No.2. Water Management Synthesis Project: USAID (United States Agency for International Development)
Saldarriaga J, Ochoa S, Solano C. 2014. Optimal design of pipes in series: an explicit aproximation: conference paper. Exeter UK [Internet]. [diunduh 22 Juni 2015]. Tersedia pada: http://hdl.handle.net/10044/1/14708.
Wu ZY, Simpson AR. 2001. Competent genetic-evolutionary optimization of water distribution systems. Journal of Computing in Civil Engineering. 15(2):89 – 101.
Lampiran 3 Nilai kekasaran absolut pipa
Material Kekasaran absolut Kekasaran absolut
(in x 10-3) (m x 10-6)
Riveted steela 36-360 915-9150
Concrete 12-120 305-3050
Ductile ironb 102 2591
Wood stavea 3.6-7.2 91-183
Galvanized irona 6 152
Cast iron-asphalt dippeda 4.8 122
Cast iron uncoateda 10 254
Carbon steel or wrought irona 1.8 45
Stainless steela 1.8 45
Fiberglassc 0.2 5
Drawn tubing-glass, brass,
plastica 0.06 1.5
Copperb 0.06 1.5
Aluminiumb 0.06 1.5
PVCb 0.06 1.5
Red brassb 0.06 1.5
Sumber: aCameron hydraulic, bEnginereed software’s PIPE-FLO software, cFiberglass pipe
Lampiran 4 Nilai koefisien headloss minor pada fitting pipa
Type Component or Fitting Minor Loss Coefficient (Hl)
Flanged Tees, Line Flow 0.2
Threaded Tees, Line Flow 0.9
Flanged Tees, Branched Flow 1
Threaded Tees, Branch Flow 2
Flanged Regular 90o Elbows 0.3 Threaded Regular 90o Elbows 1.5
Threaded Regular 90o Elbows 0.4 Flanged Long Radius 90o Elbows 0.2
Threaded Long Radius 90o Elbows 0.7 Flanged Long Radius 90o Elbows 0.2
Flanged 180o Return Bends 0.2 Threaded 180o Return Bends 1.5
Fully Open Globe Valve 10
Lampiran 5 Daftar pompa air Flygt Xylem, kapasitas dan ukuran
Model max Capacity Head range Motor 50Hz Motor 60Hz Discharge tube Diffuser Propeller Material
(at 60 Hz) kW / rpm hp / rpm ᴓ mm / inch material
NL 3102 70 I/s 1,5-7,5m 3,1 kW / 1440 5 hp / 1720 500 / 20" Cast iron Cast iron or SS
NL 3127 90 I/s 1,5-8,5m 7,5 kW / 1455 10 hp / 1735 600 / 24" Cast iron Cast iron or SS
LL 3152 240 I/s 1,5-6,5m 8,8 KW / 955 14 hp / 1155 600 / 24" Cast iron Cast iron or SS
LL 3201 360 I/s 2-9,5m 22 kW / 970 30 hp / 855 800 / 32" Cast iron Cast iron or SS
LL 3300 540 I/s 3-15m 37 kW / 725 60 hp / 870 800 / 32" Cast iron Cast iron or SS
NL 3300 520 I/s 3-23m 27 kW / 725 60 hp / 875 800 / 32" Cast iron Cast iron or SS
NL 3300 520 I/s 3-23m 44 kW / 975 75 hp / 1170 800 / 32" Cast iron Cast iron or SS
LL 3356 560 I/s 5-21m 55 kW / 730 135 hp / 880 800 / 32" Cast iron Cast iron or SS
LL 3356 760 I/s 8-38m 160 kW / 985 310 hp / 1185 800 / 32" Cast iron Cast iron or SS
LL 3400 600 I/s 3,5-8m 40 kW / 490 60 hp / 505 900 / 36" Cast iron Cast iron or SS
LL 3400 700 I/s 4-11m 70 kW / 585 110 hp / 590 900 / 36" Cast iron Cast iron or SS
LL 3400 840 I/s 5-16m 140 kW / 730 150 hp / 705 900 / 36" Cast iron Cast iron or SS
LL 3400 1050 I/s 8-26m - 355 hp / 880 900 / 36" Cast iron Cast iron or SS
LL 3400 1200 I/s 10-30m 375 kW / 985 - 900 / 36" Cast iron Cast iron or SS
LL 3602 1300 I/s 2-7m 70 kW / 415 - 1200 / 48" Cast iron Cast iron or SS
LL 3602 1550 I/s 3-11m 135 kW / 485 185 hp / 500 1200 / 48" Cast iron Cast iron or SS
LL 3602 1850 I/s 5-15m 125 kW / 585 310 hp / 590 1200 / 48" Cast iron Cast iron or SS
Lampiran 6 Perhitungan headloss mayor pipa cabang 19 B
Outlet
Debit (m3 s-1) Panjang (m) Diameter (m) Friction Headloss (m) Kecepatan (m/det)
Angka
Reynold Keterangan
Head
kecepatan
1 0.016 30 0.1524 0.000 0.865 1.55E+05 Turbulen 0.038
2 0.015 30 0.1524 0.308 0.817 1.47E+05 Turbulen 0.034
3 0.014 30 0.1524 0.273 0.769 1.38E+05 Turbulen 0.030
4 0.013 30 0.1524 0.240 0.721 1.29E+05 Turbulen 0.026
5 0.012 30 0.1524 0.209 0.673 1.21E+05 Turbulen 0.023
6 0.011 30 0.1524 0.181 0.625 1.12E+05 Turbulen 0.020
7 0.011 30 0.1524 0.154 0.577 1.04E+05 Turbulen 0.017
8 0.010 30 0.1524 0.129 0.529 9.49E+04 Turbulen 0.014
9 0.009 30 0.1524 0.107 0.480 8.63E+04 Turbulen 0.012
10 0.008 30 0.1524 0.087 0.432 7.77E+04 Turbulen 0.010
11 0.007 30 0.1524 0.069 0.384 6.90E+04 Turbulen 0.008
12 0.006 30 0.1524 0.053 0.336 6.04E+04 Turbulen 0.006
13 0.005 30 0.1524 0.039 0.288 5.18E+04 Turbulen 0.004
14 0.004 30 0.1524 0.027 0.240 4.31E+04 Turbulen 0.003
15 0.004 30 0.1524 0.017 0.192 3.45E+04 Turbulen 0.002
16 0.003 30 0.1524 0.010 0.144 2.59E+04 Turbulen 0.001
17 0.002 30 0.1524 0.004 0.096 1.73E+04 Turbulen 0.000
Lampiran 7 Perhitungan headloss mayor pipa cabang 1 B
Outlet Debit (m3 s-1) Panjang (m) Diameter (m) Friction Headloss (m) Kecepatan (m/det)
Angka
Reynold Keterangan
Head
kecepatan
1 0.011 30 0.152 0.000 0.59 1.07E+05 Turbulen 0.018
2 0.010 30 0.152 0.138 0.55 9.80E+04 Turbulen 0.015
3 0.009 30 0.152 0.115 0.50 8.93E+04 Turbulen 0.013
4 0.008 30 0.152 0.094 0.45 8.07E+04 Turbulen 0.010
5 0.007 30 0.152 0.075 0.40 7.21E+04 Turbulen 0.008
6 0.006 30 0.152 0.058 0.35 6.34E+04 Turbulen 0.006
7 0.006 30 0.152 0.043 0.31 5.48E+04 Turbulen 0.005
8 0.005 30 0.152 0.031 0.26 4.62E+04 Turbulen 0.003
9 0.004 30 0.152 0.021 0.21 3.76E+04 Turbulen 0.002
10 0.003 30 0.152 0.012 0.16 2.91E+04 Turbulen 0.001
11 0.002 30 0.152 0.007 0.12 2.18E+04 Turbulen 0.001
12 0.002 30 0.152 0.004 0.09 1.58E+04 Turbulen 0.000
13 0.001 30 0.152 0.002 0.06 1.15E+04 Turbulen 0.000
14 0.001 30 0.152 0.001 0.04 7.16E+03 Turbulen 0.000
Tipe Jumlah Koefisien Kecepatan (m s-1) Headloss minor (m)
Alfalfa Valve 1 3 0.38 0.023
12 Flanged Long Radius 90
o elbow 1 0.2 0.34 0.001
0.018
Alfalfa Valve 1 3 0.34 0.017
13 Flanged Long Radius 90
o elbow 1 0.2 0.29 0.001
0.014
Alfalfa Valve 1 3 0.29 0.013
14 Flanged Long Radius 90
o elbow 1 0.2 0.24 0.001
0.009
Alfalfa Valve 1 3 0.24 0.009
15 Flanged Long Radius 90
o elbow 1 0.2 0.19 0.000
0.006
Alfalfa Valve 1 3 0.19 0.006
16 Flanged Long Radius 90
o elbow 1 0.2 0.14 0.000
0.003
Alfalfa Valve 1 3 0.14 0.003
17 Flanged Long Radius 90
o elbow 1 0.2 0.10 0.000
0.002
Alfalfa Valve 1 3 0.10 0.001
18 Flanged Long Radius 90
o elbow 1 0.2 0.05 0.000
0.000
Lampiran 9 Perhitungan headloss minor pipa cabang 1 B
Outlet Tipe Jumlah Koefisien Kecepatan (m s-1) Headloss minor (m) Total headloss minor (m)
1 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.594 0.007 0.115
Alfalfa Valve 2 3 0.594 0.108
2 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.545 0.006 0.097
Alfalfa Valve 2 3 0.545 0.091
3 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.497 0.005 0.081
Alfalfa Valve 2 3 0.497 0.076
4 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.449 0.004 0.066
Alfalfa Valve 2 3 0.449 0.062
5 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.401 0.003 0.053
Alfalfa Valve 2 3 0.401 0.049
6 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.353 0.003 0.041
Alfalfa Valve 2 3 0.353 0.038
7 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.305 0.002 0.030
Alfalfa Valve 2 3 0.305 0.028
8 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.257 0.001 0.022
Alfalfa Valve 2 3 0.257 0.020
9 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.209 0.001 0.014
Alfalfa Valve 2 3 0.209 0.013
10 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.162 0.001 0.009
Outlet Tipe Jumlah Koefisien Kecepatan (m s-1) Headloss minor (m) Total headloss minor (m)
11 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.122 0.000 0.005
Alfalfa Valve 2 3 0.122 0.005
12 Flanged Long Radius 90o elbow 2 0.2 0.088 0.000 0.003
Alfalfa Valve 2 3 0.088 0.002
13 Flanged Long Radius 90o elbow 1 0.2 0.064 0.000 0.001
Alfalfa Valve 1 3 0.064 0.001
14 Flanged Long Radius 90o elbow 1 0.2 0.040 0.000 0.000
Alfalfa Valve 1 3 0.040 0.000
15 Flanged Long Radius 90o elbow 1 0.2 0.016 0.000 0.000
Lampiran 10 Dimensi pasar katup alfalfa
Valve dimensions in inches (nominal) Valve
size A B C D E F G H L T
Turn to fully open
Max recommended
head (ft)
Static Operating (ft) Sunshine Red top
8 12 713/16 85/8 13/4 21/4 7/8 21/2 2 6 7/8 7 8 50 25
10 133/4 91/4 105/16 21/4 35/8 13/8 33/8 115/16 7 1 11 10 50 25
12 161/16 111/4 125/16 27/8 3 15/16 31/8 25/16 7 11/8 9 9 50 25
14 1813/16 135/16 143/8 37/16 51/8 15/16 43/4 213/16 8 11/4 15 14 35 20
16 211/
16 155/16 167/8 31/2 33/8 17/16 35/8 23/8 8 11/4 10 11 30 20
18 231/4 177/8 187/8 33/4 53/16 11/2 51/4 23/4 8 11/4 16 16 30 15
20 253/
8 193/8 2013/16 311/16 55/8 13/8 55/8 23/4 8 11/4 17 19 30 15
24 2 293/8 233/4 243/4 7/8 81/2 21/4 8 11/4 - 26 20 10
30 2 38 29 30 1 6 4 10 11/
2 - 18 15 10
36 2 44 35 36 11/8 4 4 10 2 - 12 15 10
