Perancangan Sistem Distribusi Air Bersih Pada Kompleks Perumahan Tanjung Gading Menggunakan Metode Hardy Cross Dengan Kajian Pembanding Analisis Epanet 2.0

(1)

PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH

PADA KOMPLEKS PERUMAHAN TANJUNG

GADING MENGGUNAKAN METODE HARDY

CROSS DENGAN KAJIAN PEMBANDING ANALISIS

EPANET 2.0

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

JUNI IHWANDA

NIM. 060401049

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah segala puji bagi Allah SWT. Yang telah melimpahkan

rahmatnya kepada penulis sehinnga tugas akhir ini dapat selesai. Tugas akhir ini

disusun untuk memenuhi syarat dalam menyelesaikan pendidikan S-1 teknik

mesin pada fakultas Teknik USU.

Suka dan duka telah penulis lalui dalam menyelesaikan tugas akhir ini dan

penulis menyadari sekali lagi bahwa hanya berkat rahmat dari Allah SWT dan

dukungan dari berbagai pihak yang selama ini telah banyak membantu penulis

baik materil maupun moral serta doa yang selalu mendorong penulis untuk

menyelesaikan tugas akhir ini.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada

semua pihak yang telah membantu yaitu:

1.

Bapak Prof. DR. Ir. Bustami Syam, M.Eng. Dekan fakultas Teknik USU.

2.

Bapak DR. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin USU

3.

Bapak Prof. DR. Ir. Farel H Napitupulu, DEA. Selaku Dosen pembimbing

yang telah banyak meluangkan waktunya dalam membimbing penulis.

4.

Bapak dan Ibu staff pengajar di fakultas Teknik Mesin USU.

5.

Ibunda dan Alm. Ayahanda yang telah mengorbankan materil serta doa

yang selalu mengiringi setiap langkah.

6.

Keluaga besar abangda Edi mugiono ST beserta istri kakanda Deny Erlina

Damanik dan anak-anak nya Naufal, Alghi yang telah mengorbankan

materil dan yang telah memberikan pengarahan yang menjadi sumber

inspirasi.

7.

Keluarga besar abangda Muchlis beserta istri yang telah memberikan

motivasi dan pengarahan.

8.

Alm. teteh Ratna, Bang Mariono, Rini, Yogi, Mirna, Anggi yang telah

memberikan motivasi dan semangat.

9.

Eka muliani tersayang yang telah memberikan kasih sayang sehingga

selalu tegar melangkah serta doamu yang selalu mengiringi langkah.

10.

Tema-teman mesin stambuk 06 Arefau CST, Wanpau CST, Fahriza CST,

Alpian CST, Fai CST, Wirza CST, Eko CST, Kang Jamil CST, Munte

CST, Sutan CST, Danu CST, Fahrul CST, Fajar CST, Wendy CST, Aan

CST, Hamdi CST, Furqon CST, Yaser CST, Piko CST, Albert CST dan

semuanya yang telah memberikan motivasi.

(3)

Penulis menyadari bahwa terdapat banyak kekurangan dalam tugas akhir ini, oleh

karena itu penulis akan sangat berterima kasih apabila ada pihak yang dapat

memberikan kritik dan saran yang dapat membangun dalam menyempurnakan

tugas akhir ini.

Akhirnya penulis berharap semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita

semua.

Medan, Desember 2010

(4)

ABSTRAK

(5)

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 2.1 Nilai koefisien kerugian untuk beberapa kelengkapan pipa

9

Tabel 2.2 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil

10

Tabel 2.3 Koefisien kekasaran pipa Hazen-William

13

Tabel 3.1 Pemakaian air rata-rata per orang setiap hari

28

Tabel 3.2 Kebutuhan air, jumlah penghuni dan fasilitas yang dilayani

pada setiap titik

36

Tabel 3.3 Besar kapasitas ditaksir, dimensi pipa dan bahan pipa

37

Tabel 3.4 Iterasi perhitungan untuk mencari koreksi kapasitas dan

kapasitas sebenarnya

39

Tabel 3.5 Besar kapasitas akhir aliran fluida dan dimensi pipa

49

Tabel 3.6 Estimasi pemakaian air per hari

50

Tabel 3.7 Pemakaian air pada periode I ( 00.00-06.00 ) WIB

50

Tabel 3.8 Pemakaian air pada periode II ( 06.00-12.00 ) WIB

51

Tabel 3.9 Pemakaian air pada periode III ( 12.00-18.00 ) WIB

51

Tabel 3.10 Pemakaian air pada periode IV ( 18.00-24.00 ) WIB

52

Tabel 3.11 Pemakaian air pada setiap periode

52

Tabel 4.1 Penentuan jumlah pompa

55

Tabel 4.2 Nilai head losses pipa terjauh

59

Tabel 4.3 Harga putaran dan kutubnya

61

Tabel 4.4 Klasifikasi impeller menurut putaran spesifik

62

Tabel 5.1 Nilai kapasitas, kecepatan aliran dan kerugian gesek out put

EPANET

72

(6)

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1

Kecepatan Aliran Melalui Saluran Tertutup

5

Gambar 2.2 Kecepatan Aliran Melalui Saluran Terbuka

5

Gambar 2.3 Ilustrasi Persamaan Bernoulli

14

Gambar 2.4 Pipa Yang Dihubungkan Secara Seri

16

Gambar 2.5 Pipa Yang Dihubungkan Secara Paralel

17

Gambar 2.6 Sistem Jaringa n Pipa

18

Gambar 2.7 Tampilan EPANET

25

Gambar 3.1 Instalasi Jaringan Distribusi Pipa Air Bersih pada

Kompleks Tanjung Gading dan arah aliran kapasitas awal

35

Gambar 3.2 Loop I

39

Gambar 3.3 Loop II

39

Gambar 3.4 Loop III

40

Gambar 3.5 Loop IV

40

Gambar 3.6 Loop V

41

Gambar 3.7 Loop VI

41

Gambar 3.8 Loop VII

42

Gambar 3.9 Loop VIII

42

Gambar 3.10 Loop IX

43

Gambar 3.11 Loop X

43

Gambar 3.12 Loop XI

44

Gambar 3.13 Loop XII

44

Gambar 3.14 Grafik estimasi pemakaian air

53

Gambar 4.1 Instalasi Pompa dan pipa

57

Gambar 4.2 Instalasi Pipa

58

Gambar 4.3 Daerah Kerja Beberapa Jenis Konstruksi Pompa Sentrifugal

60

Gambar 4.4 Grafik Efisiensi Pompa vs Putaran Spesifik

63

Gambar 5.1 Tampilan Map options

67

Gambar 5.2 Tampilan Defaults

67

Gambar 5.3

Latar belakang peta

68

Gambar 5.4 Input Junction

68

Gambar 5.5 Input Pipa

69

Gambar 5.6 Input pompa

69

Gambar 5.7 Input kurva pompa

70

(7)

DAFTAR LAMBANG

Simbol

Keterangan

A

Luas penampang

m

3

Satuan

C

Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams

D

Diameter dalam

mm

f

Faktor gesekan pipa Darcy-Weisbach

g

Percepatan gravitasi

m/s

2

hl

Head losses sepanjang pipa

m

Hp

Head pompa

m

Hst

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

n

s

Putaran spesifik

rpm

P

Tekanan

kPa

p

Jumlah kutub

Q

Kapasitas pompa

m

3

/s

Re

Bilangan Reynold

V

Kecepatan aliran

m/s

α

Faktor cadangan daya

γ

Berat jenis air

N/m

3

ε

Kekasaran pipa

η

p

Efisiensi pompa

%

η

t

Efisiensi transmisi

%

υ

Viskositas kinematik air

m

2

/s

π

Konstanta phi

ρ

Massa jenis air

kg/m

3

ΔQ

Koreksi laju aliran loop

m

3

/s

(8)

ABSTRAK

(9)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Dengan pertumbuhan jumlah penduduk yang sangat pesat, sumber daya air

( water resource ) telah menjadi salah satu kekayaan sangat penting. Air

merupakan hal pokok bagi konsumsi dan sanitasi umat manusia, untuk produksi

berbagai barang industri serta untuk produksi makanan dan serat kain.

Pengembangan sumber daya air ( water resource ) memerlukan adanya

konsepsi, perencanaan, perancangan, konstruksi, dan operasi fasilitas-fasilitas

untuk pengendalian dan pemanfaatan air. Pada dasarnya hal-hal tersebut

merupakan tugas para sarjana Teknik, tetapi jasa para ahli di bidang lain juga

dibutuhkan.

Untuk menjadi seorang yang ahli dalam bidang perencanaan dan perancangan

pendistribusian air tentu bukanlah suatu hal yang mudah, selain harus memiliki

dasar ilmu kesarjanaan teknik seperti peralatan mekanik, korosi, mekanika fluida,

pemilihan material, seni merancang jalur pipa dan banyak disiplin ilmu lain yang

harus dikuasai serta yang terpenting dari semua itu adalah pengalaman di

lapangan.

Dalam merancang suatu sistem jaringan sebagai pendistribusian air bersih

biasanya 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 sistem 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 sistem jaringan pipa dan hal-hal lain yang diperlukan dalam

hal perencanaan.

(10)

1.2

Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah:

1.

Untuk memperoleh besar kebutuhan total air air bersih yang dibutuhkan

oleh kompleks Tanjung Gading.

2.

Untuk memperoleh besar kapasitas pompa dan spesifikasi pompa yang

akan digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada kompleks Tanjung

Gading serta volume tangki distribusinya.

3.

Untuk memperoleh jenis dan ukuran pipa yang akan digunakan untuk

mendistribusikan air bersih pada kompleks Tanjung Gading.

4.

Untuk membandingkan perhitungan menggunakan metode Hardy Cross dengan

EPANET 2.0.

1.3

Batasan Masalah

Pada perencanaan ini akan dibahas mengenai perancangan dan analisa

pendistribusian air bersih ke konsumen pada suatu sistem jaringan pipa di

komplek perumahan Tanjung Gading. Adapun batasan masalah dalam

menganalisa distribusi aliran pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida,

kerugian head yang terjadi pada tiap pipa dan ukuran pipa yang digunakan. Pada

perencanaan ini juga ditentukan spesifikasi pompa yang nantinya sesuai untuk

digunakan dalam pendistribusian air bersih, spesifikasi pompa serta simulasi

jaringan pemipaan menggunakan perangkat lunak EPANET.

1.4 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi ini terdiri dari 6 bab. Bab I meliput i latar

belakang, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan dan

metodologi penulisan. Pada bab II meliputi metode pendistribusian air bersih,

kecepatan dan kapasitas aliran fluida, jenis aliran fluida, energi dan head, kerugian

head, persamaan Bernoulli, persamaan empiris aliran, sistem saluran pipa, sistem

jaringan, dasar perencanaan pompa, dan pengenalan EPANET.

(11)

menggunakan EPANET dan simulasi visualnya. Dan pada bab VI meliputi

kesimpulan.

1.5

Metodologi penulisan

Metodologi penyusunan skripsi ini melalui tahapan-tahapan sebagai berikut:

1.

Melakukan survey di Komplek Perumahan Tanjung Gading.

2.

Mengidentifikasi masalah dan merumuskan permasalahannya.

3.

Menggumpulkan data yang berhubungan dengan perancangan.

4.

Merancang kapasitas sesuai dengan kebutuhan.

5.

Merancang jaringan pemipaan.

6.

Menganalisa kapasitas jaringan pemipaan.

7.

Memilih pompa.

8.

Mensimulasikan jaringan hasil perencanaan sebagai bahan pembanding.

9.

Membandingkan hasil analisa manual dengan analisa menggunakan

(12)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Metode Pendistribusian Air

Didalam pendistribusian air diperlukan suatu metode pendistribusian agar

air dapat mengalir dari sumber air ke para pelanggang. Adapun metode

pendistribusian air terdiri dari tiga tipe sistem yaitu :

2.1.1 Sistem Gravitasi

Metode pendistribusian dengan sistem gravitasi bergantung pada topografi

sumber daya air yang ada dan daerah pendistribusiannya. Biasanya sumber air

ditempatkan pada daerah yang tinggi dari daerah distribusinya. Air yang

didistribusikan dapat mengalir dengan sendirinya tanpa pompa. Adapun

keuntungan dengan sistem ini yaitu energi yang dipakai tidak membutuhkan

biaya, system pemeliharaannya murah.

2.1.2 Sistem Pemompaan

Metode ini menggunakan pompa dalam mendistribusikan air menuju

daerah distribusi. Pompa langsung dihubungkan dengan pipa yang menangani

pendistribusian. Dalam pengoperasiannya pompa terjadwal untuk beroperasi

sehingga dapat menghemat pemakaian energi. Keuntungan dari metode ini yaitu

tekanan pada daerah distribusi dapat terjaga.

2.1.3 Sistem gabungan keduanya

Metode ini merupakan gabungan antara metode gravitasi dan pemompaan

yang biasa digunakan untuk daerah distribusi yang berbukit-bukit.

2.2. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida

(13)

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.

Gambar 2.1. Kecepatan Aliran Melalui Saluran Tertutup

Gambar 2.2. Kecepatan Melalui 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 (m

3

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

Kapasitas aliran (Q) untuk fluida yang inkompresibel menurut [3] yaitu:

Q = A . v

dimana: Q = laju aliran volume (m

3

/s)

A = luas penampang aliran (m

2

)

v = kecepatan aliran fluida (m/s)

Laju aliran berat fluida (W) menurut [3] dirumuskan sebagai:

W =

γ

. A . v

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

(14)

Laju aliran massa (M) menurut [3] dinyatakan sebagai:

M =

ρ

. A . v

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

ρ

= massa jenis fluida (kg/m

3

)

2.3. Jenis Aliran Fluida

Aliran fluida dapat dibedakan atas 3 jenis yaitu aliran laminar, aliran

transisi, dan aliran turbulen. Jenis aliran ini didapatkan dari hasil eksperimen yang

dilakukan oleh Osborne Reynold tahun 1883 yang mengklasifikasikan aliran

menjadi 3 jenis. Jika air mengalir melalui sebuah pipa berdiameter d dengan

kecepatan rata-rata V maka dapat diketahui jenis aliran yang terjadi. Berdasarkan

eksperimen tersebut maka didapatkan bilangan reynold dimana bilangan ini

tergantung pada kecepatan fluida, kerapatan, viskositas, dan diameter. Aliran

dikatakan laminar jika partikel-partikel fluida yang bergerak teratur mengikuti

lintasan yang sejajar pipa dan bergerak dengan kecepatan sama. Aliran ini terjadi

apabila kecepatan kecil dan atau kekentalan besar. Aliran disebut turbulen jika

tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di sepanjang pipa dan

hanya gerakan rata-rata saja yang mengikuti sumbu pipa. Aliran ini terjadi apabila

kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil. Bilangan Reynold (Re) menurut [6]

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

µ

ρ

.

d.

V

Re

=

dimana:

ρ

= massa jenis fluida (kg/m

3

)

d = diameter pipa (m)

V= kecepatan aliran fluida (m/s)

µ

= viskositas dinamik fluida (Pa.s)

Karena viskositas dinamik dibagi dengan massa jenis fluida merupakan viskositas

kinematik (v) maka bilangan Reynold menurut [6] dapat juga dinyatakan:

ρ

µ

=

v

sehingga

v

V

d.

(15)

Menurut [6], berdasarkan percobaan aliran didalam pipa, Reynolds

menetapkan bahwa untuk angka Reynolds dibawah 2000, gangguan aliran dapat

diredam oleh kekentalan zat cair maka disebut aliran laminar. Aliran akan menjadi

turbulen apabila angka Reynolds lebih besar dari 4000. Apabila angka Reynolds

berada di antara kedua nilai tersebut (2000 < Re < 4000) disebut aliran transisi.

2.4. Energi dan Head

Energi biasanya didenefisikan sebagai kemampuan untuk melakukan

kerja. Kerja merupakan hasil pemanfaatan tenaga yang dimiliki secara langsung

pada suatu jarak tertentu. 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 oleh suatu aliran

fluida karena adanya perbedaan ketinggian yang dimiliki fluida dengan tempat

jatuhnya. Energi potensial (Ep) menurut [3] dirumuskan sebagai:

Ep = W . z

dimana: W = berat fluida (N)

z = beda ketinggian (m)

Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida karena

pengaruh kecepatan yang dimilikinya. Energi kinetik menurut [3] dirumuskan

sebagai:

dimana: m = massa fluida (kg)

v = kecepatan aliran fluida (m/s

2

)

jika:

g

W

m

=

maka:

g

v

W

Ek

2

.

2

1

=

(16)

Energi tekanan disebut juga dengan energi aliran yaitu jumlah kerja yang

dibutuhkan untuk memaksa elemen fluida bergerak menyilang pada jarak tertentu

dan berlawanan dengan tekanan fluida. Besarnya energi yang disebabkan tekanan

(Ef) menurut [3] dirumuskan sebagai:

Ef = p . A . L

dimana: p = tekanan fluida (N/m

2

)

A = luas penampang aliran (m

2

)

L = panjang pipa (m)

Besarnya energi tekanan menurut [3] dapat juga dirumuskan sebagai berikut:

γ

W

p

Ef

=

.

dimana:

γ

= berat jenis fluida (N/m

3

)

W = berat fluida (N)

Total energi yang terjadi merupakan penjumlahan dari ketiga macam energi diatas

menurut [3] dirumuskan sebagai:

γ

pW

g

Wv

Wz

E

=

+

2

.

2

1

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

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

(berat fluida) menurut [3] dirumuskan sebagai:

γ

p

g

v

z

H

=

+

2

Dengan: z = head elevasi (m)

g

v

2

= head kecepatan (m)

γ

p

= head tekanan (m)

2.5. Kerugian Head

(17)

2.5.1 Kerugian Head Minor

Pada suatu jalur pipa 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 menurut [4]

dirumuskan sebagai:

g

v

k

hm

2

.

=

dimana:

k = koefisien kerugian (dari lampiran koefisien minor losses

peralatan pipa)

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

Besarnya nilai koefisien kerugian minor untuk beberapa kelengkapan pipa dapat

dilihat pada table berikut.

Tabel 2.1 Nilai koefisien kerugian untuk beberapa kelengkapan pipa

Nominal diameter

(in )

Screwed

Flanged

1/2

1

2

4

1

2

4

8

20

Valves (fully open) :

Globe

14

8,2

6,9

5,7

13

8,5

6,0

5,8

5,5

Gate

0,30

0,24

0,16

0,11

0,80

0,35

0,16

0,07

0,03

Swing check

5,1

2,9

2,1

2,0

Angel

9,0

4,7

2,0

1,0

4,5

2,4

2,0

Elbows :

45

0

regular

0,39

0,32

0,30

0,29

45

0

long radius

0,21

0,20

0,19

0,16

0,14

90

0

regular

2,0

1,5

0,95

0,64

0,50

0,39

0,30

0,26

0,21

90

0

long radius

1,0

0,72

0,41

0,23

0,40

0,30

0,19

0,15

0,10

180

0

regular

2,0

1,5

0,95

0,64

0,41

0,35

0,30

0,25

0,20

180

0

long radius

0,40

0,30

0,21

0,15

0,10

Tees:

Line flow

0,90

0,24

0,19

0,14

0,10

0,07

Branch flow

2,4

1,8

1,4

1,1

1,0

0,80

0,64

0,58

0,41

Sumber : Jack B. Evett, Chengliu. Fundamentals of Fluids Mechanics.

Mcgraw Hill. New York. 1987, hal. 156.

(18)

2.5.2 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 menurut [12] yaitu:

g

v

d

L

f

hf

2

=

dimana: hf = kerugian head karena gesekan (m)

f = faktor gesekan (diperoleh dari diagram Moody)

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

g = percepatan gravitasi (m/s

2

)

Tabel 2.2 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil

Bahan

Kekasaran

ft

m

Riveted Steel

0,003 – 0,03

0,0009 – 0,009

Concrete

0,001 – 0,01

0,0003 – 0,003

Wood Stave

0,0006 – 0,003

0,0002 – 0,009

Cast Iron

0,00085

0,00026

Galvanized Iron

0,0005

0,00015

Asphalted Cast Iron

0,0004

0,0001

Commercial Steel or Wrought Iron

0,00015

0,000046

Drawn Brass or Copper Tubing

0,000005

0,0000015

Glass and Plastic

“smooth”

Sumber : Jack B. Evett, Chengliu. Fundamentals of Fluids Mechanics.

Mcgraw Hill. New York. 1987, hal. 134.

(19)

Moody harus diketahui besarnya bilangan Reynold dan perbandigan antara

kekasaran dinding pipa dengan diameter pipa tersebut ( ). Untuk aliran laminar

dimana bilangan Reynold kurang dari 2000, faktor gesekan dihubungkan dengan

bilangan Reynold, menurut [4] dinyatakan dengan rumus:

Re

64

=

f

Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka

hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relative menjadi

lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari

hasil eksperimen, antara lain:

1.

Untuk daerah complete roughness, rough pipes menurut [3] yaitu:













=

d

f

/

7

,

3

log

0

,

2

1

ε

2.

Untuk pipa halus, hubungan antara bilangan Reynold dan faktor

gesekan menurut [6] dirumuskan sebagai:

a.

Blasius :

₀_,₂₅

Re

316

,

0

=

f

untuk Re = 3000 < Re < 100000

b.

Von Karman :













=

51

,

2

Re

log

2

1

f

=

2

log

(

Re

f

)

−

0

,

8

untuk Re sampai dengan 3.10

6

.

3.

Untuk pipa kasar menurut [6] yaitu:

Von Karman :

1

=

2

log

+

1

,

74

ε

d

f

dimana harga f tidak tergantung pada bilangan Reynold.

(20)

Corelbrook – White :













+

−

=

f

d

f

Re

51

,

2

7

,

3

/

log

2

1

ε

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 menurut [10] yaitu:

L

d

C

Q

hf

₁_,₈₅ ₄_,₈₅

85 , 1

666

,

10

=

dimana: hf = kerugian gesekan dalam pipa (m)

Q = laju aliran dalam pipa (m

3

/s)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

(diperoleh dari tabel 2.3)

(21)

Tabel 2.3 koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

Material Koefisien Hazen-Williams ( C )

ABS - Styrene Butadiene Acrylonite 130

Aluminium 130-150

Asbes Semen 140

Lapisan Aspal 130-140

Kuningan 130-140

Brick selokan 90-100

Cast Iron baru tak bergaris (CIP) 130

Cast iron 10 tahun 107-113

Cast Iron aspal dilapisi 100

Cast Iron semen 140

Cast Iron aspal berjajar 140

Cast Iron laut berlapis 120

Cast Iron tempa polos 100

Semen lapisan 130-140

Beton 100-140

Beton berjajar, bentuk-bentuk baja 140

Beton berjajar, bentuk kayu 120

Beton tua 100-110

Tembaga 130-140

Corrugated Metal 60

Ulet Pipa Besi (DIP) 140

Ulet Besi, semen berbaris 120

Serat 140

Pipa Fiber Glass (FRP) 150

Besi berlapis seng 120

Kaca 130

Pipa Metal -sangat halus 130-140

Plastik 130-150

Polyethylene, PE, Peh 140

Polivinil klorida, PVC, CPVC 130

Pipa halus 140

Baja baru tak bergaris 140-150

Baja bergelombang 60

Baja dilas dan mulus 100

Baja membatu, terpaku spiral 90-110

Timah 130

Vitrifikasi Clay 110

Besi tempa, polos 100

Kayu 120

Kayu Stave 110-120

Sumber : Http : // Engineering tool box.com/ Hazen William-Cofficients-

d798.html.

2.6. Persamaan Bernoulli

Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus

didasarkan pada hukum Newton II. Persamaan ini diturunkan dengan anggapan

bahwa:

(22)

b. Zat cair adalah homogen dan tidak termampatkan (rapat massa zat cair

adalah konstan).

c. Aliran adalah kontiniu dan sepanjang garis arus.

d. Kecepatan aliran adalah merata dalam suatu penampang.

e. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan tekanan.

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

sebagai head pada suatu titik dalam aliran steady adalah sama dengan total energi

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

energi yang ditambahkan ke fluida atau yang diambil dari fluida.

Konsep ini dinyatakan kedalam bentuk persamaan yang disebut dengan

persamaan Bernoulli, menurut [3] yaitu:

2

2 2 2 1 2 1 1

2

g

z

v

p

z

g

v

p

+

=

+

γ

dimana: p

1

dan p

2

= tekanan pada titik 1 dan 2

v

1

dan v

2

= kecepatan aliran pada titik 1 dan 2

z

1

dan z

2

= perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2

γ

= berat jenis fluida

g

= percepatan gravitasi = 9,806 m/s

2

= P

2

/

γ

= P

1

/

γ

(23)

hl

z

g

v

p

z

g

v

p

+

=

+

2

1

2

1

2

γ

Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara

dua titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses

terjadi diantara dua titik. Jika head losses ini tidak diperhitungkan maka akan

menjadi masalah dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan

dengan “hl” maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan

baru, dimana menurut [3] dirumuskan sebagai:

Persamaan diatas dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan

type aliran, biasanya untuk fluida inkompresibel tanpa adanya penambahan panas

atau energi yang diambil dari fluida. Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan

untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk

menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin, dan

peralatan lainnya.

2.7. Persamaan Empiris untuk Aliran di dalam Pipa

Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, bahwa permasalahan aliran

fluida dalam pipa dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli,

persamaan Darcy dan diagram Moody. Penggunaan rumus empiris juga dapat

digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran. Dalam hal ini digunakan

dua model rumus yaitu persamaan Hazen – Williams dan persamaan Manning.

1.

Persamaan Hazen – Williams dengan menggunakan satuan

internasional menurut [3] yaitu:

0,63 0,54

.

8492

,

0

C

R

s

v

=

dimana:

v = kecepatan aliran (m/s)

C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

R = jari-jari hidrolik

=

4

d

untuk pipa bundar

S = slope dari gradient energi (head losses/panjang pipa)

=

(24)

2.

Persamaan Manning dengan satuan internasional menurut [3] yaitu:

1

,

0

2/3 1/2

s

R

n

v

=

dimana: n = koefisien kekasaran pipa Manning

Persamaan Hazen – Williams umumnya digunakan untuk menghitung headloss

yang terjadi akibat gesekan. 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 semua

jenis liquid. Persamaan Manning biasanya digunakan untuk aliran saluran terbuka

(open channel flow).

2.8. Sistem Perpipaan Ganda

Analisa suatu sistem perpipaan yang terdiri dari berbagai pipa atau jalur

harus mengikuti beberapa aturan dasar. Suatu sistem perpipaan ganda membentuk

suatu rangkaian. Berbagai kemungkinan membangun sistem perpipaan ganda

yang sederhana terdiri dari:

a.

Sistem perpipaan susunan seri

b.

Sistem perpipaan susunan paralel

2.8.1 Sistem Pipa Seri

Bila dua pipa atau lebih yang ukuran atau kekasarannya berlainan

dihubungkan sedemikian rupa sehingga fluida mengalir melalui sebuah pipa dan

kemudian melalui pipa yang lain, dikatakan bahwa pipa-pipa itu dihubungkan

seri.

Gambar 2.4. Pipa Yang Dihubungkan Secara Seri

(25)

jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa menurut [13]

dirumuskan sebagai:

Q = Q

1

= Q

2

= Q

3

Q

= A

1

V

1

= A

2

V

2

= A

3

V

3

Σ

hl = hl

1

+ hl

2

+ hl

3

Persoalan aliran yang menyangkut pipa seri sering dapat diselesaikan

dengan mudah 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

system yang digantikannya untuk laju aliran yang spesifik.

2.8.2 Sistem Pipa Paralel

Kombinasi dua atau lebih pipa yang dihubungkan seperti Gambar 2.5,

sedemikian rupa sehingga alirannya terbagi antara pipa-pipa itu kemudian

berkumpul lagi adalah sistem pipa paralel.

Dalam analisa sistem pipa paralel, diasumsikan bahwa kerugian-kerugian

kecil ditambahkan pada panjang masing-masing pipa sebagai panjang ekivalen.

Gambar 2.5. 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, menurut [13] dirumuskan sebagai:

Q

0

= Q

1

+ Q

2

+ Q

3

(26)

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 menurut [9]

dirumuskan sebagai:

..

2

3

2

1





=





+





=





+





=





+

∑

v

g

K

d

L

f

g

v

K

d

L

f

g

v

K

d

L

f

L

diperoleh hubungan kecepatan:

2.9. Sistem Jaringan Pipa

Gambar 2.6. Sistem Jaringa n Pipa

Jaringan pipa pengangkut air yang kompleks dapat dianalisis dengan cepat

menggunakan persamaan Hazen-Williams atau rumus gesekan lain yang sesuai.

Perhitungan distribusi aliran pada suatu jaringan biasanya rumit karena harus

memecahkan serangkaian persamaan hambatan yang tidak linear melalui prosedur

yang iteratif. Kesulitan lainnya adalah kenyataan bahwa kebanyakan jaringan,

arah aliran pipa tidak diketahui sehingga losses antara dua titik menjadi sukar

(

)

(

)

+

∑

+

=

2

1

2

/

kL

d

L

f

kL

d

L

f

V

(27)

untuk ditentukan. Dalam perancangan sebuah jaringan, aliran akan tekanan di

berbagai titik menjadi persyaratan utama untuk menentukan ukuran pipa, sehingga

harus diselesaikan dengan cara berurutan dan iterasi.

Sebuah jaringan yang terdiri dari sejumlah pipa mungkin membentuk sebuah

loop, dimana pipa yang sama dipakai oleh dua loop yang berbeda. Ada dua syarat

yang harus diperhatikan agar aliran dalam jaringan tersebut seimbang, yaitu:

a.

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

laju aliran ke sebuah titik perrtemuan harus sama dengan laju aliran

dari titik pertemuan yang sama.

b.

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

sebuah loop ditelusuri ke arah manapun, sambil mengamati

perubahan head akibat gesekan atau losses yang lain, kita harus

mendapatkan aliran yang seimbang ketika kembali ke kondisi semula

(head dan tekanan) pada kondisi awal.

Prosedur untuk menentukan distribusi aliran dalam suatu jaringan meliputi

penentuan aliran pada setiap pipa sehingga kontinuitas pada setiap pertemuan

terpenuhi (syarat 1). Selanjutnya head losses dari setiap loop dihitung dan jika

tidak sama dengan nol maka aliran yang telah ditetapkan harus dikoreksi kembali

dengan perkiraan dan metode iterasi yang disebut metode Hardy Cross.

Untuk sebuah loop tertentu dalam sebuah jaringan misalkan Q adalah

laju aliran sesungguhnya atau laju aliran seimbang dan Q

0

adalah laju aliran yang

diandaikan sehingga Q = Q

0

+

∆

Q. dari persamaan Hazen-Williams hl = nQ

x

,

maka fungsi Q dapat dikembangkan dalam deret Taylor sebagai :

(

+

∆

) ( )

=

+

( )

+

....

dQ

Q

df

Q

f

Q

f

Jika hanya orde pertama yang digunakan, kemudian

∆

Q dihitung dengan

f(Q) =

∑

hl, maka:

Qo

hl

nQo

dQ

dhl

hl

Q

_x

x

/

85

,

1

/

1

Σ

−

=

Σ

−

=

Σ

−

=

∆

₋

Harga x adalah eksponen dalam persamaan Hazen-Williams apabila digunakan

untuk menghitung hl dan besarnya adalah

1

,

85

54

,

0

1

(28)

suku-suku yang terdapat dalam persamaan yang menggunakan satuan British, yaitu:

87 , 4 85 , 1

73

,

4

d

C

L

n

=

.

Cara lain yang dapat digunakan ialah dengan persamaan Darcy-Weisbach

dengan x = 2 dan

g

d

fl

n

2

16

5 2

π

=

. Hal ini yang perlu diperhatikan adalah bahwa faktor

gesekan selalu berubah untuk setiap iterasi.

Prosedur pengerjaannya adalah, sebagai berikut:

1.

Andaikan distribusi aliran yang paling wajar, baik besar maupun arahnya

dalam setiap pipa sehingga total aliran ke setiap titik pertemuan

mempunyai jumlah aljabar nol. Ini harus ditunjukkan dari diagram

jaringan pipa yang bersangkutan.

2.

Buat sebuah tabel untuk menganalisa setiap loop tertutup dalam jaringan

yang semi-independent.

3.

Hitung head looses pada setiap pipa.

4.

Untuk tiap loop, anggap bahwa laju aliran Qo dan head losses (hl) positif

untuk aliran yang searah dengan jarum jam dan negatif untuk aliran yang

berlawanan arah jarum jam.

5.

Hitung jumlah aljabar heal losses (

∑

hl) dalam setiap loop.

6.

Hitung total head losses persatuan laju aliran

Qo

hl

untuk tiap pipa.

Tentukan jumlah besaran

∑

=

Σ









0.85

nxQo

Qo

hl

. Dari defenisi tentang

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

bernilai positif.

7.

Tentukan koreksi aliran dari tiap loop, yang menurut [3] dirumuskan

sebagai berikut :

Qo

hl

n

hl

Q

/

Σ

−

Σ

=

∆

dimana:

∆

Q = koreksi laju aliran untuk loop

(29)

n = 1,85 bila digunakan persamaan Hazen-Williams.

n = 2 bila digunakan persamaan Darcy dan Manning.

Koreksi diberikan untuk setiap pipa dalam loop. Sesuai dengan

kesepakatan, jika

∆

Q bernilai positif ditambahkan ke aliran yang searah jarum jam

dan dikurangkan jika berlawanan arah jarum jam. Untuk pipa yang digunakan

secara bersama dengan loop lain, maka koreksi aliran untuk pipa tersebut adalah

harga netto dari koreksi untuk kedua loop.

8.

Tuliskan aliran yang telah dikoreksi pada diagram jaringan pipa seperti

pada langkah 1. untuk memeriksa koreksi pada langkah 7 perhatikan

kontinuitas pada setiap pertemuan pipa.

9.

Ulangi langkah 1 sampai 8 sampai koreksi aliran = 0.

Prosedur di atas dapat digambarkan pada sebuah tabel berikut:

1

2

3

4

5

6

7

No. Pipa

Panjang

pipa (L)

Diameter

pipa (d)

Laju

aliran

Unit head

losses (hf)

Head

losses

(hl)

0

Q

hl

m

M

m

3

/s

m

s/m

2

Ditentukan

Diketahui

Ditaksir

Diagram

pipa

hf

1

2

3

∑

hl

∑

0

(30)

2.10. Dasar Perencanaan Pompa

Dalam perencanaan pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat

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

a.

Kapasitas

Kapasitas pompa adalah jumlah fluida yang dialirkan oleh pompa per satuan

waktu. Kapasitas pompa ini tergantung pada kebutuhan yang harus dipenuhi

sesuai dengan fungsi pompa yang direncanakan.

b.

Head Pompa

Head pompa adalah ketinggian dimana kolom fluida harus naik untuk

memperoleh jumlah yang sama dengan yang dikandung oleh satuan bobot fluida

pada kondisi yang sama. Head ini ada dalam tiga bentuk, yaitu:

-

Head Potensial

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.

-

Head Kecepatan

Head kecepatan atau head kinetik, yaitu suatu ukuran energi kinetik yang

dikandung fluida yang disebabkan oleh kecepatannya dan dinyatakan dengan

persamaan V

2

/2g .

-

Head Tekanan

Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan

dinyatakan dengan P/

γ

.

Head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas

dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (Head mayor dan

Head minor).

c.

Sifat Zat Cair

Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan

pompa.

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

d.

Unit Penggerak Pompa

(31)

p

H

Q

N

η

γ

×

=

dengan merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu

unit kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah

motor bakar, motor listrik dan turbin uap.

Bila pipa dipasangkan dengan pompa maka akan ada penambahan energi sebesar

Hp. Head pompa itu sendiri merupakan energi yang harus ditambahkan pompa ke

dalam fluida untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang memiliki head

rendah ke tempat dengan head yang tinggi. Untuk menyelesaikan persoalan di atas

digunakan persamaan Bernoulli, menurut [3] yaitu:

L

P

Z

H

g

V

P

H

Z

g

V

P

+

=

+

2

2 2 2 1

2 1 1

2

γ

Atau

(

)

L

P

Z

H

g

V

P

H

=

−

+

−

+

2

−

1

+

2 1 2 2 1 2

2

γ

dimana:

γ

1

2

P

−

adalah perbedaan head tekanan

g

V

2

2 1 2 2

−

adalah perbedaan head kecepatan

Z

2

– Z

1

adalah perbedaan head statis

H

L

adalah head losses total

Untuk menghitung besarnya daya yang dibutuhkan pompa menurut [10] adalah

sebagai berikut:

dimana: N

P

= Daya pompa (kW)

γ

= Berat jenis fluida (N/m

3

)

Q = Laju aliran fluida (m

3

/s)

Hp = Head pompa (m)

(32)

2.11.

Pengenalan EPANET

EPANET adalah program komputer yang menggambarkan simulasi

hidrolis dan kecenderungan kualitas air yang mengalir di dalam jaringan pipa.

Jaringan itu sendiri terdiri dari Pipa, Node ( titik koneksi pipa ), pompa, katub,

dan tangki air atau reservoir. EPANET dikembangkan oleh Water Supply and

Water Resources Divission USEPA’S National Risk Management Research

Laboratory dan pertama kali diperkenalkan pada tahun 1993 dan versi yang baru

diterbitkan pada tahun 1999.

EPANET didesign sebagai alat untuk mencapai dan mewujudkan pemahaman

tentang pergerakan dan karakteristik kandungan air minum dalam jaringan

distribusi. Juga dapat digunakan untuk berbagai analisa berbagai aplikasi jaringan

distribusi. Sebagai contoh untuk pembuatan design, kalibrasi model hidrolis,

analisa sisa khlor, dan analisa pelanggan.

EPANET dapat membantu dalam memanage strategi untuk merealisasikan

kualitas air dalam suatu sistem. Semua itu mencakup :

-

Alternatif penggunaan sumber dalam berbagai sumber dalam suatu sistem.

-

Alternatif pemompaan dalam penjadwalan pengisian atau pengosongan

tangki.

-

Penggunaan treatment, misal khlorinasi pada tangki.

-

Pentargetan pembersihan pipa dan penggantiannya.

Dijalankan dalam lingkungan windows, EPANET dapat terintegrasi untuk

melakukan editing dalam pemasukan data, running simulasi dan melihat hasil

running dalam berbagai bentuk (format), Sudah pula termasuk kode-kode yang

berwarna pada peta, tabel data-data, grafik, serta citra kontur.

Hasil yang didapat dari simulasi hidrolik dan performansi jaringan

menggunakan EPANET yaitu keseimbangan jaringan, arah aliran, head yang

terjadi. Selain itu, analisa sebuah jaringan pipa dengan menggunakan EPANET

dapat membantu kita untuk memecahkan beberapa masalah diantaramya :

-

Analisa terhadap jaringan baru

-

Analisa terhadap energy dan biaya

(33)

[image:33.595.113.514.83.518.2]

Gambar 2.7 Tampilan EPANET

Untuk menjalankan program ini diperlukan input data yang mendukung, sehingga

dihasikan output yang menunjukkan performansi jaringan tersebut. Input yang

diperlukan pada program ini yaitu :

1.

Input komponen yang mendukung sebuah sistem jaringan pipa yang

meliput i pipa, pompa dan reservoir.

2.

Input berupa node yang menghubungkan masing-masing pipa sehingga

membentuk sebuah system jaringan pipa.

(34)

4.

Input yang menunjukkan karakteristik masing-masing komponen yang

meliputi:

- Diameter, panjang, kekasaran bahan pipa.

- Karakteristik pompa.

5.

Input persamaan yang akan digunakan yang merupakan karakteristik dari

hidrolik.

Dengan menggunakan data yang berupa input seperti diatas maka analisa hidrolik

dapat dilakukan.

(35)

BAB III

PENENTUAN DAN ANALISA KAPASITAS PADA SISTEM JARINGAN

3.1.

Jumlah Pemakaian Air

Dalam merencanakan suatu sistem jaringan pipa yang dipergunakan untuk

mendistribusikan air bersih pada suatu suatu bangunan, ada beberapa hal yang

perlu diperhatikan yaitu kebutuhan air secara keseluruhan yang meliputi

kebutuhan perumahan itu sendiri dan fasilitas-fasilitas lainnya yang terdapat pada

perumahan tersebut.

3.1.1 Kebutuhan air bersih pada perumahan

(36)

Table 3.1 pemakaian air rata-rata per orang setiap hari

No

Jenis gedung

Pemakaian rata-rata

sehari

(liter)

Jangka

waktu

pemakaia

n air

rata-rata

sehari

(liter)

Perbandin

gan 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

penghuni

3

Asrama

120

8

Bujangan

4

Rumah Sakit

Mewah>1000

Menengah 500-1000

Umum 350-500

8-10

45-48

(setiap tempat

tidur)

Pasien luar;

8liter

Staf/pegawai:

120 liter

Keluarga

pasien:160

liter

5

Sekolah Dasar

40

5

58-60

Guru: 100 liter

6

SLTP

50

6

58-60

Guru : 100

liter

7

SLTA dan

lebih tinggi

80

6

Guru/dosen :

100 liter

8

Gedung

Peribatan

10

2

Jumah jemaah

perhari

Sumber : Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing. Sofyan M.

Noerbambang. Pradnyaparamitha. Jakarta.1996, hal. 48.

(37)

(untuk keperluan rumah tangga). Sehingga berdasarkan hasil survey dan literatur

yang ada maka kebutuhan air penduduk dapat dihitung, yaitu sebagai berikut :

Kebutuhan air penduduk = Jumlah penduduk x Kebutuhan air rata-rata

= 9380 orang x 240 l/h.orang

= 2.251.200 l/hari.

3.1.2 Kebutuhan air bersih untuk sekolah

Pada komplek ini terdapat 3 gedung TK, 4 gedung Sekolah Dasar, 3 gedung

Sekolah Menengah Pertama dan 2 gedung Sekoah Menengah Atas. Dari data

survey diperoleh jumlah siswa dan kebutuhan air untuk sekolah-sekolah tersebut,

yaitu :

1. TK

Jumlah siswa

= 213 orang

Kebutuhan air rata-rata per hari

= 20 l/hari.orang

Kebutuhan air

= 213 orang x 20 l/hari.orang

= 4260 l/hari

Jumlah pegawai

= 26 org

= 100 l/hari.orang

Kebutuhan air

= 2600 l/hari

2. SD

Jumlah siswa

= 769 orang

= 40 l/hari.orang

Kebutuhan air

= 30760 l/hari.

Jumlah pegawai

= 68 orang

= 100 l/hari.orang

Kebutuhan air

= 68 orang x 100 l/hari.orang

(38)

3. SMP

Jumlah siswa

= 913 orang

= 50 l/hari.orang

Kebutuhan air

= 45650 l/hari.

Jumlah pegawai

=83 orang

= 100 l/hari.orang

Kebutuhan air

= 8300 l/hari.

4.

SMA

Jumlah siswa

= 1276 orang

= 80 l/hari.orang

Kebutuhan air

=1276 orang x 80 l/hari.orang

= 102080 l/hari.

Jumlah pegawai

= 93 orang

= 100 l/hari.orang

Kebutuhan air

= 9300 l/hari.

Dengan demikian dari data diatas maka jumlah kebutuhan air total untuk

sekolah yang ada di komplek perumahan ini sebesar = 209750 l/hari.

3.1.3 Kebutuhan air bersih untuk kantor pada Kompleks Tanjung Gading

Berdasarkan hasil survey pada komplek Tanjung Gading terdapat kantor

Perusahaan INALUM yang terdiri dari kantor SOW, IIA, HRD SOH, kantor Pos

dan kantor Telkom dimana diperoleh data-data sebagai berikut:

Jumlah pegawai seluruh

= 119 orang

Pemakaian air rata-rata per hari

= 100 l/hari.orang

Kebutuhan air per hari

=11900 l/hari.

(39)

3.1.4 Kebutuhan air bersih untuk rumah ibadah

1. Mesjid

Jumlah rata-rata jemaah per hari

= 200 orang

= 10 l/hari.orang

= 2000 l/hari.

2. Gereja

Jumlah rata-rata jemaat per minggu

= 140 orang

Rata-rata jemaat per hari

= 20 orang

= 10 l/hari.orang

= 200 l/hari.

Berdasarkan perhitungan diatas maka pemakaian air untuk tempat ibadah

yang ada di komplek Tanjung Gading sebesar 2200 l/hari.

3.1.5 Kebutuhan air bersih untuk Asrama karyawan

Berdasarkan hasil survey pada kompleks ini didapatkan 3 asrama

karyawan dengan data-data sebagai berikut:

-

Jumlah total penghuni asrama E

12

= 33 orang

Kebutuhan air rata-rata perhari

= 120 l/hari.orang

= 33orang x120 l/hari.orang

= 3960 l/hari

-

Jumlah total penghuni asrama E

3

= 90 orang

= 120 l/hari.orang

= 10800 l/hari

-

Jumlah total penghuni asrama E

4

= 100 orang

= 120 l/hari.orang

= 100 orangx 120 l/hari.orang

= 12000 l/hari

(40)

3.1.6 Kebutuhan air bersih untuk Rumah Toko (Ruko)

Pada komplek ini terdapat rumah toko yaitu berupa koperasi karyawan INALUM

(KOKALUM). Berdasarkan survey diperoleh data-data sebagai berikut:

- Jumlah penghuni rata-rata

= 5 orang

= 160 l/haru.orang

= 800 l/hari.

-

Jumlah pekerja/pelayan rata-rata

= 14 orang

= 100 l/hari.orang

= 14 orang x 100 l/hari.orang

= 1400 l/hari.

Berdasarkan data diatas maka pemakaian air untuk rumah toko pada Komplek

Tanjubg Gading

= (800+1400) l/hari.

= 2200 l/hari.

3.1.7 Kebutuhan air bersih untuk Rumah Sakit

Pada komplek perumahan ini terdapat sebuah rumah sakit dan berdasarkan

hasi survey rumah sakit ini dikategorikan sebagai rumah sakit umum dan

diperoleh data-data sebagai berikut :

- Jumlah tempat tidur pasien

= 44 unit

Jumlah kebutuhan air rata-rata

= 400 l/hari.orang

= 17600 l/hari

- Jumlah pasien luar rata-rata

= 20 orang

= 8 l/hari.orang

= 160 l/hari

- Jumlah pengunjung/keluarga pasien rata-rata

= 30 orang

= 160 l/hari.orang

(41)

- Jumlah staff dan pegawai

= 51 orang

= 120 l/hari.orang

Kebutuhan air per hari

=511 orang x 120 l/hsri.orang

= 6120 l/hari

Berdasarkan data diatas maka kebutuhan air untuk rumah sakit pada komplek ini

adalah = 176000l/hari + 160 l/hari + 4800 l/hari + 6120 l/hari

= 28680 l/hari

Sehingga kapasitas total air bersih pada komplek Tanjung Gading adalah :

Q

total

= 2.251.200 l/hari + 209.750 l/hari + 11.900 l/hari + 2.200 l/hari +

26.760 l/hari + 2.200 l/hari + 28.680 l/hari

= 2.532.690 l/hari

3.2

Kapasitas Aliran Fluida Keluar Jaringan Pipa

Untuk mempermudah dalam penganalisaan selanjutnya, maka pipa yang

digunakan untuk mengalirkan air ke masing- masing pelanggan dibuat menjadi

satu. Dalam penganalisaan selanjutnya kapasitas air yang masuk jaringan harus

sama dengan kapasitas air yang keluar jaringan. Kapasitas aliran air yang keluar

jaringan adalah sama dengan kebutuhan total pada komplek ini. Untuk

mengatatasi kebocoran yang terjadi selama pendistribusian air maka kapasitas

aktual harus ditambahkan ( 10-20 )%. Sehingga besarnya kapasitas yang keluar

jaringan adalah :

Q

keluar jaringan

= besar kapasitas total + (10-20)% besar kapasitas total

Dalam perencanaan ini diambil faktor koreksi sebesar 10% sehingga besarnya

kapasitas total yang keluar jaringan adalah :

Q

keluar jaringan

= 2.532.690 l/hari + 10% 2.532.690 l/hari

= 2.532.690 l/hari + 253.269 l/hari

= 2.785.959 l/hari

= 2.785,959 m

3

/hari

= 0,032244895 m

3

/s

(42)

(43)

(44)

Besarnya kebutuhan air pada setiap titik, jumlah penghuni dan fasilitas yang

dilayani pada setiap titik dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel 3.2 Kebutuhan air, jumlah penghuni dan fasilitas yang dilayani pada setiap

titik

Titik

Fasilitas dan Jumlah penghuni yang

dilayani

Kebutuhan Air setelah

ditambahkan 10 %

( m

3

/hari)

a

Gereja dan Rumah Sakit

31,768

b

kantor

13,09

c

Sekolah Menengah Atas dan Mesjid

124,718

d

170 KK dan Taman Kanak-Kanak

321,706

e

178 KK

328,944

f

140 KK

258,72

g

Mes Karyawan E

12

4,356

h

Toko Kokalum

2,42

i

107 KK

197,736

j

57 KK

105,336

k

38 KK

70,224

l

39 KK

72,072

m

40 KK

73,92

n

35 KK

64,68

o

34 KK

62,832

p

Sekolah Dasar dan Sekolah Menengah

Pertama

100,661

q

61 KK

112,728

r

100 KK

184,8

s

98 KK

181,104

t

95 KK

175,56

u

Mes Karyawan E

3

dan E

4

25,08

v

148 KK

273,504

(45)

[image:45.595.132.492.146.757.2]

Setelah ditaksir maka besarnya kapasitas aliran fluida awal yang mengalir pada

setiap pipa, dimensi dan bahan setiap pipa dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 3.3 Besar kapasitas ditaksir, dimensi pipa dan bahan pipa

Pipa no

Diameter

(m)

Panjang pipa

(m)

Bahan pipa

Kapasitas ditaksir(Q

ditaksir

)

(m

3

/s)

1 0,2 120 Cast iron 0,015862853

2 0,15 885 Cast iron 0,007209679

3 0,15 587 Cast iron _0,001486230

4 0,15 255 Cast iron 0,007209679

5 0,25 380 Cast iron _0,015862853

6 0,15 549 Cast iron 0,004888686

7 0,1 555 Cast iron 0,002

8 0,15 295 Cast iron 0,003894242

9 0,1 470 Cast iron 0,007917422

10 0,25 150 Cast iron 0,007917422

11 0,2 80 Cast iron 0,002

12 0,15 450 Cast iron _0,005271040 13 0,15 103 Cast iron 0,011761247 14 0,15 150 Cast iron _0,005271005

15 0,15 50 Cast iron 0,002635520

16 0,1 270 Cast iron 0,001317760

17 0,1 130 Cast iron 0,002127603

18 0,2 188 Cast iron 0,004982429

19 0,15 105 Cast iron _0,002127603 20 0,15 108 Cast iron 0,004147533

21 0,1 105 Cast iron _0,002611197

22 0,15 140 Cast iron 0,001440502 23 0,15 120 Cast iron _0,001317760

24 0,1 100 Cast iron 0,002635520

25 0,1 275 Cast iron 0,001822742

26 0,15 70 Cast iron 0,000122742

27 0,1 140 Cast iron 0,0017

28 0,1 102 Cast iron _0,000844444

29 0,1 310 Cast iron 0,000095833

30 0,15 405 Cast iron _0,005110078

31 0,1 405 Cast iron 0,000805356

34 0,1 365 Cast iron _0,000821311

35 0,2 302 Cast iron 0,005917422

36 0,15 400 Cast iron _0,003

39 0,15 200 Cast iron 0,003

(46)

3.3

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 menurut [10] dapat ditentukan dengan

menggunakan rumus empiris :

L

d

C

Q

hf

85

,

4

85

,

1

85

,

1

666

,

10

=

Untuk pipa no. 2 pada loop I, diperoleh :

Q = laju aliran (ditaksir)

= 0,007209679 m

3

/s.

C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – William

= 130 (untuk pipa Cast Iron)

d = diameter pipa

= 0,15 m

L = panjang pipa

= 885 m (dari data site plan hasil survey)

x

885

m

4,85

(0,15)

x

1,85

(130)

1,85

/s)

3

m

9

0,00720967

(

x

10,666

hf

=

= 1,250983295 m

Dengan cara yang sama dihitung untuk pipa no 3 dan 4. Kemudian nilai head loss

(hl) masing-masing pipa dijumlah sehingga diperoleh sebesar = 0,935215404m

Faktor koreksi

(ΔQ) dengan nilai n = 1,85:









Σ

−

=

∆

Q

hl

n

hl

Q

253,576059

x

1,85

4

0,93521540

(47)

∆Q =

-0,001993571 m

3

/s

Maka, laju aliran baru untuk pipa 2 diperoleh (Q

a

) :

Q

a

= Q

o

+ ΔQ

= 0,007209679 + (-0,001993571)

= 0,005216108 m

3

/s

Dengan cara yang sama untuk perhitungan masing-masing loop untuk tiap-tiap

pipa, maka hasilnya dibuat dalam bentuk tabel seperti pada tabel 3.4

Tabel 3.4 Iterasi perhitungan untuk mencari koreksi kapasitas dan kapasitas

sebenarnya.

Gambar 3.2 Loop I

Loop I

pipa panjang _(L) Diameter (d) laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl)

hl/Qo

no (m) (m) (m3/s) h1 (m)

[image:47.595.115.520.306.752.2]

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1xL 2 885 0,15 0,007209679 0,001413540 1,250983295 173,5144234 3 587 0,15 0,00148623 0,000076124 0,044684923 30,06595425 4 255 0,15 -0,007209679 -0,001413540 -0,360452814 49,99568132 0,935215404 253,576059

(48)

Loop II

pipa

panjang (L)

Diameter

(d) laju aliran (Qo) Unit head loss Head Loss(hl) hl/Qo

no (m) (m) (m3/s) h1 (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1xL 3 587 0,15 -0,00148623 -0,000076124 -0,044684923 30,06595425 6 549 0,15 -0,004888686 -0,000688921 -0,378217466 77,36587425 7 555 0,1 0,002 0,000942132 0,522883398 261,4416989

[image:48.595.112.516.81.739.2]

0,099981008 368,8735274

Gambar 3.4 Loop III

Loop III

pipa

panjang (L)

Diameter

no (m) (m) (m3/s) h1 (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir

Rumus

Empiris h1xL

1 120 0,2 0,015862853 0,001506317 0,180758009 11,39505037 4 255 0,15 0,007209679 0,00141354 0,360452814 49,99568132 5 380 0,25 -0,015862853 -0,000510391 -0,19394846 12,22658121 6 549 0,15 0,004888686 0,000688921 0,378217466 77,36587425 8 295 0,15 0,003894242 0,00045232 0,133434527 34,26456977 9 470 0,1 -0,007917422 -0,0120112 -5,645263962 713,0179447 38 130 0,15 0,003843825 0,000441546 0,057401045 14,93331374

-4,728948562 913,1990154

(49)

Loop IV

pipa

panjang (L)

Diameter

no (m) (m) (m3/s) h1 (m)

Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1xL 9 470 0,1 0,007917422 0,0120112 5,645263962 713,0179447 10 150 0,25 -0,007917422 -0,000141116 -0,021167453 2,673528506 11 80 0,2 -0,002 -0,000032668 -0,002613403 1,306701477 12 450 0,15 0,00527104 0,000791903 0,356356317 67,60645284 13 103 0,15 0,011761247 0,003495445 0,360030863 30,61162335

[image:49.595.114.523.88.603.2]

6,337870286 815,2162509