PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH
PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI
DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN
MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ALBERT EDWIN NIM. 080401128
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
TUGAS SKRIPSI SISTEM PEMIPAAN
PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH
PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI
DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN
MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE
ALBERT EDWIN
NIM. 080401128
Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh :
DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU
Ketua,
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. NIP. 196412241992111001 NIP. 194910121981031002
Disetujui oleh :
Penguji I, Penguji II,
TUGAS SKRIPSI SISTEM PEMIPAAN
PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH
PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI
DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN
MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE
ALBERT EDWIN NIM. 080401128
Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh :
DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU
Ketua,
TUGAS SKRIPSI
SISTEM PERPIPAAN
PERANCANGAN SISTEM DISTRIBUSI AIR BERSIH
PADA PERUMAHAN SETIA BUDI RESIDENCE DARI
DISTRIBUSI PDAM MEDAN DENGAN
MENGGUNAKAN PIPE FLOW EXPERT SOFTWARE
ALBERT EDWIN NIM. 080401128
Telah Disetujui Dan Diperbaiki Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-603, Pada Tanggal 15 Juni 2011
Pembanding I, Pembanding II,
CATATAN :
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen pembimbing setiap
Asistensi.
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.
Diketahui
Ketua Departemen Teknik Mesin F.T.U.S.U
960
Sistem Pemipaan
Perancangan sistem distribusi air bersih pada perumahan Setia Budi Residence dari distribusi PDAM Medan, dengan menggunakan Pipe Flow Expert Software.
ALBERT EDWIN. 07-02-2011
Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc.
26-05-2011
080401128
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
NO :….……… / TS /2010
Sub. Program Studi
: Konversi Energi / Teknik Produksi
Bidang Tugas
:
Judul Tugas
:
Diberikan Tgl
: ………… ………… Selesai Tgl : ………
Dosen Pembimbing : ………..… Nama Mhs : ………
N.I.M : ……….
NO. Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN
Tanda Tangan Dosen pemb.
1. 01-03-2011 Konsultasi tema dasar
2. 08-03-2011 Pemberian Spesifikasi tugas
3. 16-03-2011 Konsultasi pengajuan pemilihan program
4. 22-03-2011 Test dan pemeriksaan awal program
5. 30-03-2011 Survey lapangan
6. 06-04-2011 Gambar site plan project
7. 12-04-2011 Finishing skets dan test run program
8. 19-04-2011 Study literatur
9. 26-04-2011 Test dan check program kedua dan assistensi Bab I, II &III
10. 30-04-2011 Lanjutkan ke Bab IV
11. 05-05-2011 Perbaiki penulisan Bab IV pada titik beban puncak
12. 12-05-2011 Grafik perbandingan
13. 19-05-2011 Assistensi Bab V dan VI
KATA PENGANTAR
Segala Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala berkat pertolongan-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Skripsi ini.
Tugas Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Sistem Perpipaan, yaitu “Perancangan Sistem Distribusi Air Bersih Pada
Perumahan Setia Budi Residence dari Distribusi PDAM Medan Dengan
Menggunakan Pipe Flow Expert”.
Dalam penulisan Tugas Skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan dalam penyajian materi pembahasan, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas skripsi ini dapat terselesaikan.
2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T, sebagai dosen pembanding seminar tugas skripsi penulis yang banyak membimbing dan memberi saran pada penulis untuk menyelesaikan tugas skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
4. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda P.Tarigan dan Ibunda M.N. br. Sitepu, abang dan adik – adik yang saya sayangi. Doa dan kasih sayang yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini.
6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
7. Bapak Rotua Siboro dan segenap pihak kontraktor yang berkenan
memberikan bimbingan dan data survey kepada penulis.
8. Sara Yosephina Br. Bangun yang selalu memberikan semangat, doa dan bimbingan secara spiritual kepada penulis.
9. Ferriza R. Putra dan Budi Fani Tarigan, teman bertukar pikiran dalam pengerjaan tugas skripsi ini.
10. Rekan-rekan Mahasiswa Departemen teknik Mesin, yang memberikan semangat dan dukungan doanya.
11. Serta semua pihak yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.
Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juli 2011 Penulis,
Albert Edwin
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR GRAFIK ... viii
DAFTAR LAMBANG ... ix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penulisan ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1. Tekanan Atmosfer ... 4
2.2. Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida ... 5
2.3. Energi dan Head ... 8
2.4. Persamaan Bernoulli ... 9
2.5. Kerugian Head ... 10
2.6. Persamaan Empiris untuk Aliran di dalam Pipa ... 13
2.7. Sistem Perpipaan Ganda ... 14
2.8. Sistem Jaringan Pipa ... 17
2.9. Dasar Perencanaan Pompa ... 18
BAB III METODOLOGI ... 21
BAB IV PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA ... 22
4.1. Jumlah Pemakaian Air ... 22
4.2. Kapasitas Aliran Fluida Keluar Jaringan Pipa ... 24
4.3. Pemilihan Jenis Pipa ... 27
4.4. Analisa Kapasitas Aliran Fluida ... 28
BAB V TANGKI DAN PEMILIHAN POMPA ... 75
5.1. Tanki Bawah ... 75
5.2. Tangki Atas ... 76
5.3. Tinggi Tanki atas ... 77
5.4. Instalasi Pompa dan Perpipaan ... 78
5.5. Penentuan Ukuran pipa ... 79
5.6. Head pompa ... 80
5.7. Pemilihan jenis Pompa... 82
5.8. Putaran Motor Penggerak Pompa ... 82
5.9. Putaran Spesifik dan Jenis Impeler ... 83
5.10. Daya Motor Penggerak ... 84
5.11. Pompa (Distribusi air dari Tangki bawah ke Tangki Atas) ... 86
5.12. Spesifikasi Pompa... 89
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 90
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Hal. Tabel 2.1. Nilai kekerasan dinding untuk berbagai
pipa komersil ... 11
Tabel 2.2. Kondisi pipa dan harga C (Hazzen – Williams) ... 14
Tabel 4.1. Pemakaian air rata rata pada rumah tangga ... 23
Tabel 4.2. Hasil perhitungan loop I Iterasi I ... 29
Tabel 4.3. Hasil perhitungan loop II Iterasi I ... 30
Tabel 4.4. Hasil perhitungan loop III Iterasi I ... 31
Tabel 4.5. Hasil perhitungan loop IV Iterasi I ... 32
Tabel 4.6. Head Friction Loss pada pipa distribusi 1 ... 35
Tabel 4.7. Hasil perhitungan loop I Iterasi I (pada jam beban puncak) ... 53
Tabel 4.8. Hasil perhitungan loop II Iterasi I ... 54
Tabel 4.9. Hasil perhitungan loop III Iterasi I ... 55
Tabel 4.10. Hasil perhitungan loop IV Iterasi I ... 56
Tabel 5.1. Nilai head losses masing masing pipa ... 80
Tabel 5.2. Harga putaran dan kutubnya ... 83
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1. Variasi temperature terhadap ketinggian ... 4
Gambar 2.2. Kecepatan aliran melalui saluran tertutup ... 5
Gambar 2.3. Kecepatan aliran melalui saluran terbuka ... 6
Gambar 2.4. Koefisien kerugian gesekan pada ellbow 90 ... 12
Gambar 2.5. Pipa yang dihubungkan secara seri ... 15
Gambar 2.6. Pipa yang dihubungkan secara paralel ... 16
Gambar 2.7. Sistem jaringan pipa ... 17
Gambar 2.8. Kerapatan air sebagai fungsi temperature ... 19
Gambar 4.1. Instalasi distribusi pipa air bersih pada komplek Setia Budi Residence ... 26
Gambar 4.2. Loop I Ilterasi I ... 29
Gambar 4.3. Loop II Ilterasi I ... 30
Gambar 4.4. Loop III Ilterasi I ... 31
Gambar 4.5. Loop IV Ilterasi I ... 32
Gambar 4.6. Aliran fluida dari pipa distribusi 1 ... 35
Gambar 4.7. Aliran distribusi pipa air bersih pada komplek Setia Budi Residence pada jam beban puncak ... 52
Gambar 4.8. Analisa kapasitas pada jam beban puncak (Loop I Ilterasi I) .. 53
Gambar 4.9. Loop II Ilterasi I ... 54
Gambar 4.10. Loop III Ilterasi I ... 55
Gambar 4.11. Loop IV Ilterasi I ... 56
Gambar 5.1. Penyediaan air panas ke pancuran mandi dengan pemanas air gas ... 77
Gambar 5.2. Instalasi pipa ... 78
Gambar 5.3. Instalasi pompa dan perpipaan ... 78
Gambar 5.4. Penentuan Head pompapada titik 1 ke titik 2 ... 80
Gambar 5.6. Grafik effisiensi pompa vs putaran spesifik ... 85
Gambar 5.7. Distribusi dari tangki bawah ke tangki atas ... 87
Gambar 5.8. Koefisien gesekan pada ellbow 90º ... 88
Gambar 5.9. Koefisien gesekan pada gate valve ... 88
DAFTAR GRAFIK
Hal. Grafik 4.1. Perhitungan head loss dengan perhitungan manual ... 33 Grafik 4.2. Perhitungan head loss dengan menggunakan
program pada jam normal ... 50 Grafik 4.3. Perhitungan head loss dengan perhitungan manual
pada jam beban puncak ... 57 Grafik 4.4. Perhitungan head loss dengan menggunakan
program pada jam beban puncak ... 73 Grafik 4.5. Perbandingan head friction loss pada kondisi jam normal dan jam
DAFTAR LAMBANG
Simbol Keterangan Satuan
A Luas penampang m3
C Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams
D Diameter dalam mm
f Faktor gesekan pipa Darcy-Weisbach
g Percepatan gravitasi m/s2
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
ns Putaran spesifik rpm
P Tekanan kPa
p Jumlah kutub
Q Kapasitas pompa m3/s
Re Bilangan Reynold
V Kecepatan aliran m/s
α Faktor cadangan daya
γ Berat jenis air N/m3
ε Kekasaran pipa
ηp Efisiensi pompa %
ηt Efisiensi transmisi %
υ Viskositas kinematik air m2/s
π Konstanta phi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perpindahan fluida (cairan atau gas) didalam sebuah saluran tertutup (biasanya disebut sebuah pipa jika penampangnya bundar atau saluran duct jika bukan) sangat penting dalam kehidupan kita sehari hari. Perpipaan yang dimaksud adalah suatu sistem perpipaan yang digunakan sebagai sarana untuk menghantarkan fluida baik berupa gas maupun cairan dari suatu tempat ke tempat lain. Adapun sistem pengaliran fluida dilakukan dengan metode gravitasi maupun dengan sistem aliran bertekanan.
Terdapat banyak variasi penerapan dari aliran pipa pada keadaan di sekeliling kita. Penerapan penerapan tersebut mencakup mulai dari jalur pipa besar Alaska buatan manusia yang menyalurkan minyak mentah hampir sejauh 800 mil melintasi Alaska. Termasuk air pada pipa pipa rumah dan sistem distribusi yang mengirimkan air dari sumur kota ke rumah rumah. Banyak selang selang dan pipa pipa menyalurkan fluida hidrolik atau fluida lainnya ke berbagai komponen kendaraan kendaraan dan mesin mesin (Munson, Young dan okiishi, 2002 : 3).
murni dan sistem pembuangan air yang lengkap tidak berubah , dan tentu saja tentu tidak diharapkan akan berubah banyak dalam masa dekat ini (Noerbambang dan Morimura, 1993: 3).
1.2. Tujuan Penulisan
Tujuan dari perancangan ini adalah:
a. Untuk merancang suatu sistem pendistribusian air bersih melalui jaringan pipa pada komplek perumahan Setia Budi residence.
b. Untuk memperoleh besar kebutuhan total air bersih yang dibutuhkan oleh komplek perumahan Setia Budi residence.
c. Untuk memperoleh besar kapasitas pompa dan spesifikasi pompa yang akan digunakan untuk mendistribusikan air bersih pada komplek perumahan Setia Budi residence serta volume tangki distribusinya.
1.3. Batasan Masalah
Pada perencanaan ini akan dibahas mengenai perancangan dan analisa pendistribusian air bersih ke konsumen pada suatu jaringan perpipaan di Komplek perumahan Setia Budi residence.
Adapun permasalahan yang akan dibahas adalah mengenai analisa distribusi aliran pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida, kecepatan aliran fluida, kerugian head yang terjadi pada tiap pipa, ukuran pipa yang digunakan dan juga menentukan spesifikasi pompa yang nantinya sesuai untuk digunakan dalam pendistribusian air bersih agar setiap masyarakat dapat memperoleh air bersih secukupnya.
1.4. Sistematika Penulisan
kerugian head, persamaan empiris untuk aliran di dalam pipa, sistem perpipaan ganda, sistem jaringan pipa dan dasar perencanaan pompa.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tekanan Atmosfer
Tekanan atmosfer adalah atas suatu titik di permukaan bumi. Pada permukaan laut, menyangga kolom air raksa setinggi 760 mm. Tinggi ini menurun dengan semakin naiknya ketinggian. Nilai baku untuk tekanan atmosfer pada permukaan laut
dalam Satuan Internasional (SI) ialah (http
://kamustermokimia.com/cari3.php?kunci=78).
Tekanan pada suatu titik dalam sebuah massa fluida dapat dimaksudkan sebagai sebuah tekanan mutlak (absolute pressure) atau sebuah tekanan pengukuran (gage pressure). Tekanan mutlak diukur relatif terhadap suatu keadaan (tekanan nol mutlak), sementara tekanan pengukuran diukur relative terhadap tekanan atmosfer setempat.
Gambar 2.1 Variasi temperature terhadap ketinggian pada standar A.S. Sumber: Munson, Young dan Okiishi, Mekanika Fluida, 2002, hal. 58
disebabkan ole tekanan atmosfer umum di dalam massa tersebut, yang menciptakan daerah dengan tekanan tingg bertekanan rendah memiliki massa atmosfer yang lebih sedikit di atas lokasinya, di mana sebaliknya, daerah bertekanan tinggi memiliki massa atmosfer lebih besar di atas lokasinya. Meningkatnya ketinggian menyebabkan berkurangnya jumlah molekul udara secara eksponensial. Karenanya, tekanan atmosfer menurun seiring meningkatnya ketinggian dengan laju yang menurun pula (http : //id.Wikipedia.org/Wiki/Tekanan_atmosfer).
2.2 Kecepatan dan Kapasitas Aliran Fluida
Setiap fluida yang mengalir dalam sebuah pipa harus memasuki pipa pada suatu lokasi. Daerah aliran di dekat lokasi fluida memasuki pipa tersebut sebagai daerah masuk (entrance region). Penentuan kecepatan disejumlah titik pada suatu penampang memungkinkan untuk membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran sehingga pengukuran kecepatan merupakan fase yang sangat penting dalam menganalisa suatu aliran fluida. Kecepatan dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terhadap waktu yang dibutuhkan suatu partikel yang dikenali untuk bergerak sepanjang jarak yang telah ditentukan.
Besarnya kecepatan aliran fluida pada suatu pipa mendekati nol pada dinding pipa dan mencapai maksimum pada tengah-tengah pipa. Kecepatan biasanya sudah cukup untuk menempatkan kekeliruan yang tidak serius dalam masalah aliran fluida sehingga penggunaan kecepatan sesungguhnya adalah pada penampang aliran. Bentuk kecepatan yang digunakan pada aliran fluida umumnya menunjukkan kecepatan yang sebenarnya jika tidak ada keterangan lain yang disebutkan.
Gambar 2.2. Kecepatan Aliran Melalui Saluran Tertutup
Gambar 2.3. Kecepatan Melalui Saluran Terbuka
Sumber: Munson, Young dan Okiishi, Mekanika Fluida, 2002, hal. 79
Besarnya kecepatan akan mempengaruhi besarnya fluida yang mengalir dalam suatu pipa. Jumlah dari aliran fluida mungkin dinyatakan sebagai volume, berat atau massa fluida dengan masing-masing laju aliran ditunjukkan sebagai laju aliran volume (m3/s), laju aliran berat (kg/s) dan laju aliran massa (kg/s).
Prinsip kerja setiap pengukuran aliran tersebut didasari oleh prinsip fisika yang sama yakni bahwa peningkatan kecepatan menyebabkan penurunan tekanan (Munson, Young dan Okiishi, 2002 : 149).
Q = A . v (2.1) dimana: Q = laju aliran volume (m3/s)
A = luas penampang aliran (m2) v = kecepatan aliran fluida (m/s)
Laju aliran massa (
.
m ) menurut (Munson, Young dan Okiishi, 2002 : 240)
dinyatakan sebagai:
m .Q
.
ρ
= atau m .A.v
.
ρ
= (2.2)
dimana:
.
m = laju aliran massa fluida (kg/s)
2.2. Aliran Laminar dan Turbulen
Aliran fluida dapat dibedakan menjadi dua tipe yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. 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 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.
Pengaruh kekentalan sangat besar sehingga dapat meredam gangguan yang dapat menyebabkan aliran menjadi turbulen. Dengan berkurangnya kekentalan dan bertambahnya kecepatan aliran maka daya redam terhadap gangguan akan berkurang, yang sampai pada batas tertentu akan menyebabkan terjadinya perubahan aliran dari laminar menjadi turbulen.
Dari hasil eksperimen diperoleh bahwa koefisien gesekan untuk pipa silindris merupakan fungsi dari bilangan Reynold (Re). Dalam menganalisa aliran di dalam saluran tertutup, sangatlah penting untuk mengetahui type aliran yang mengalir dalam pipa tersebut. Selanjutnya, untuk aliran yang laminer dan yang turbulen, terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan menentukan aliran
laminer atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds (Sularso dan Tahara, 1983) :
ν
D v.
Re= (2.3)
dimana: Re : Bilangan reynolds D = diameter dalam pipa (m)
v = kecepatan rata rata aliran fluida di dalam pipa (m/s) ν = viskositas kinematik zat cair (m /2 s)
Pada Re < 2300, aliran bersifat laminer Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen
2.3. Energi dan Head
Persamaan Bernoulli diperoleh dengan pengintegralan persamaan gerak sepanjang arah koordinat alamiah dari garis arus. Untuk menghasilkan sebuah percepatan, harus terdapat terdapat ketidakseimbangan dari gaya gaya resultan, dimana hanya gaya dan gravitasilah yang dianggap penting.
Energi biasanya didefinisikan 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.
Perubahan energi kinetik dari elemen fluida (Halliday dan Resnick, 1977 : 586).
22 . 12 2 1 2 1 v m mv
K = −
∆ (2.4)
Energi kinetik dapat dirumuskan sebagai :
. 2 2 1
v m
Ek = (2.5)
Dimana: m = massa fluida (kg)
v = kecepatan aliran fluida (m/s2)
Energi potensial menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu aliran fluida karena adanya perbedaan ketinggian yang dimiliki fluida dengan tempat jatuhnya. Energi potensial dari partikel dan disebut sebagai head ketinggian (z).
Suku tekanan , γ
p
disebut head tekanan menunjukkan ketinggian kolom
fluida yang diperlukan untuk menghasilkan fluida yag diperlukan untuk menghasilkan tekanan p.
Menurut (Munson, Young dan Okiishi, 2002 : 129), dirumuskan sebagai:
z g V p + + 2 2
γ = konstan pada sebuah garis arus (2.6)
g v
2
2
= kinetic energi (m)
γ
p
= pressure energi (m)
2.4. Persamaan Bernoulli
Penurunan persamaan Bernoulli untuk aliran sepanjang garis arus didasarkan pada hokum Newton II. Persamaan ini diturunkan dengan anggapan bahwa:
a. Aliran inviscid, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi akibat gesekan adalah nol).
b. Zat cair adalah tidak termampatkan (rapat massa zat cair adalah konstan).
c. Aliran adalah kontiniu dan sepanjang garis arus. d. Aliran tunak
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 ke dalam bentuk persamaan yang menurut (Munson, Young & Okiishi, 2002 : 374) disebut dengan persamaan Bernoulli, yaitu: 2 2 2 2 1 2 1 1 2
2 g z
v p z g v p + + = + + γ γ (2.7)
dimana: p1 dan p2 = tekanan pada titik 1 dan 2
v1 dan v2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan 2
z1 dan z2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2
γ = berat jenis fluida
g = percepatan gravitasi = 9,806 m/s2
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 (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 55) dirumuskan sebagai: z hl g v p z g v p + + + = + + 2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 γ γ (2.8)
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.
2.5. Kerugian Head
A. Kerugian Head Mayor
Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil).
Kerugian head akibat gesekan dapat dihitung dengan menggunakan salah satu dari dua rumus berikut, yaitu:
1. Persamaan Darcy – Weisbach, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 43), yaitu:
g v D L f hL 2 2
= (2.9)
Dimana:h = kerugian head karena gesekan (m) L
f = faktor gesekan (diperoleh dari diagram Moody) D = diameter pipa (m)
L = panjang pipa (m)
Diagram Moody telah digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran fluida di dalam pipa dengan menggunakan faktor gesekan pipa (f) dari rumus Darcy – Weisbach. Untuk aliran laminar dimana bilangan Reynold kurang dari 2000, faktor gesekan dihubungkan dengan bilangan Reynold, (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 21) dinyatakan dengan rumus:
Re 64
=
[image:28.595.120.505.253.468.2]f (2.10)
Tabel 2.1 Nilai kekerasan dinding untuk berbagai pipa komersil
Bahan Kekasaran
ft Milimeter
Paku baja 0,003 – 0,03 0,9 – 9,0
Beton 0,001 – 0,01 0,3 – 3,0
Kayu diamplas 0,0006 – 0,003 0,18 – 0,9
Besi tuang 0,00085 0,26
Besi galvanisir 0,0005 0,15
Besi komersial atau besi tempa 0,00015 0,045
Pipa saluran 0,000005 0,0015
Plastik, gelas 0,0 “halus” 0,0 “halus”
Sumber: Munson, Young & Okiishi. Mekanika Fluida, 2003, hal. 44
Untuk aliran turbulen dimana bilangan Reynold lebih besar dari 4000, maka hubungan antara bilangan Reynold, faktor gesekan dan kekasaran relative menjadi lebih kompleks. Faktor gesekan untuk aliran turbulen dalam pipa didapatkan dari hasil eksperimen, antara lain:
a. Untuk pipa halus, hubungan antara bilangan Reynold dan faktor gesekan (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 48) dirumuskan sebagai:
Blasius : 0,25 Re
316 , 0 =
f (2.11)
b. Persamaan dari colebrook berlaku untuk seluruh kisaraan non laminar dalam diagram Moody. Untuk Pipa antara kasar dan halus atau dikenal dengan daerah transisi, (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 46), yaitu:
Corelbrook – White :
+ − = f d f Re 51 , 2 7 , 3 / log 2 1 ε (2.12)
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 (Sularso & Tahara, 1983 : 31), yaitu:
L d C
Q hf 1,85 4,85
85 , 1 666 , 10 = (2.13)
dimana: hf = kerugian gesekan dalam pipa (m) Q = laju aliran dalam pipa (m3/s) L = panjang pipa (m)
C = koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams (diperoleh dari tabel 2.2)
d = diameter pipa (m)
B. Kerugian Head Minor
[image:29.595.226.441.591.713.2]Selain kerugian yang disebabkan oleh gesekan, pada suatu jalur pipa juga terjadi kerugian karena kelengkapan pipa seperti belokan, siku, sambungan, katup dan sebagainya yang disebut dengan kerugian kecil (minor losses).
Gambar 2.4. koefisien kerugian sisi masuk.
Besarnya kerugian minor akibat adanya kelengkapan pipa menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 50), dirumuskan sebagai:
g V K
hL L
2
2
= (2.14)
dimana: g = gravitasi
V = kecepatan aliran fluida dalam pipa
L
K = koefisien kerugian (dari lampiran koefisien minor losses
peralatan pipa)
Menurut Munson, Young & Okiishi, (2003) tahanan aliran atau kerugian head melalui katup katup merupakan bagian yang penting dari tahanan sistem. Kerugian kerugian minor (minor losses), untuk membedakan bahwa yang disebut kerugian mayor (major losses).
2.6. 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 (Sularso & Tahara, 1983 : 31), yaitu:
v=0,8492.C.R0,63.s0,54 (2.15) 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)
=
Tabel 2.2 Kondisi pipa dan harga C (Hazen – Williams)
Pipa besi cor baru 130
Pipa besi cor tua 100
Pipa baja baru 120-130
Pipa baja tua 80-100
Pipa dengan lapisan semen 130-140
Pipa dengan lapisan ter arang batu 140
Sumber: Sularso & Tahara, Pompa & Kompressor, Bandung, 1983. hal. 30.
2. Persamaan Manning dengan satuan internasional, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 230) yaitu:
n s R v
2 / 1 3 / 2
= (2.16)
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).
2.7. 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
[image:32.595.200.439.189.252.2]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 2.5. Pipa Yang Dihubungkan Secara Seri
Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara seri maka pipa akan dialiri oleh aliran yang sama. Total kerugian head pada seluruh sistem adalah jumlah kerugian pada setiap pipa dan perlengkapan pipa, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 82) dirumuskan sebagai:
Q0 = Q1 = Q2 = Q3
Q0 = A1V1 = A2V2 = A3V3 (2.17)
Σhl = hl1 + hl2 + hl3
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.
B. Sistem Perpipaan Susunan 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.
Gambar 2.6. Pipa Yang Dihubungkan Secara Paralel
Jika dua buah pipa atau lebih dihubungkan secara paralel, total laju aliran sama dengan jumlah laju aliran yang melalui setiap cabang dan rugi head pada sebuah cabang sama dengan pada yang lain, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 83) dirumuskan sebagai:
Q0 = Q1 + Q2 + Q3
Q0 = A1V1 + A2V2 + A3V3 (2.18)
hl = hl1 = hl2 = hl3
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 Munson, Young & Okiishi, (2003) dirumuskan sebagai:
2 1 2
2
2
2 B L L
B B A A A h h z g V P z g V P + + + + = + + γ
2.8. Sistem Jaringan Pipa
Gambar 2.7. Sistem Jaringan Pipa
tidak diketahui. Prosedur penyelesaian matriks tersebut sangat cocok dilakukan dengan menggunakan komputer (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 87).
2.9. 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 V2/2g .
- Head Tekanan
Head tekanan adalah energi yang dikandung fluida akibat tekanannya dan dinyatakan dengan P/γ .
Head total pompa diperoleh dengan menjumlahkan head yang disebut di atas dengan kerugian-kerugian yang timbul dalam instalasi pompa (Head mayor dan Head minor).
Sifat-sifat fluida kerja sangat penting untuk diketahui sebelum perencanaan pompa. Pada perencanaan ini, temperatur air dianggap sama dengan temperatur kamar. Kerapatan fluida digunakan untuk mengkarakteristikkan massa sebuah sistem fluida. Nilai kerapatan dapat bervariasi cukup besar di antara fluida yang berbeda, namun untuk zat zat cair dan variasi tekanan, tempratur umumnya hanya memberikan pengaruh kecil terhadap nilai ρ.
2.8. Kerapatan air sebagai fungsi temperatur d. Unit Penggerak Pompa
Pada perancangan ini direncanakan pompa yang mempunyai konstruksi kokoh dan dapat menjamin tidak terjadinya kebocoran sama sekali. Hal ini direncanakan dengan merancang sistem penggerak pompa dan bagian utama poros sebagai satu unit kesatuan. Umumnya unit penggerak pompa yang biasanya dipakai adalah motor bakar, motor listrik dan turbin uap.
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 menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 72) digunakan persamaan Bernoulli, yaitu:
L
P Z H
Atau
P
(
Z Z)
HLg V V P P
H = − + − + 2 − 1 +
2 1 2 2 1 2 2 γ (2.20) dimana: γ 1 2 P P −
adalah perbedaan head tekanan
g V V 2 2 1 2 2 −
adalah perbedaan head kecepatan
Z2 – Z1 adalah perbedaan head statis
HL adalah head losses total
Untuk menghitung besarnya daya yang dibutuhkan pompa, menurut (Munson, Young & Okiishi, 2003 : 393) adalah sebagai berikut:
p p H Q W η γ × × = . (2.21) dimana: .
W = Daya pompa (kW)
γ = Berat jenis fluida (N/m3) Q = Laju aliran fluida (m3/s) Hp = Head pompa (m)
BAB III
METODOLOGI
Dalam perencanaan sistem pemipaan dibuat dengan menerapkan rumus rumus yang di dapat dari studi kepustakaan, yang diperoleh dari buku kepustakaan, internet dan diktat diktat mata kuliah yang terkait. Dimana perencanaan sistem pemipaan disesuaikan dengan informasi yang diperoleh dari studi observasi lapangan pada suatu perumahaan. Perencanaan sistem pemipaan dengan menerapkan rumus yang diperoleh dari studi kepustakaan, dan diaplikasikan dengan menggunakan program Pipe Flow Expert Software.
Dalam perencanaan sistem pemipaan dilakukan dengan penghitungan
head loss (kehilangan tekanan) dengan penghitungan manual secara global
menggunakan rumus Hazzen Williams. Sementara dengan menggunakan program, penganalisaan dilakukan pada masing masing pipa. Adapun pemasukan data data pada program disesuaikan melalui informasi secara responsi dan gambar yang diperoleh pada pihak kontraktor, dan memasukan data data yang sama dengan penghitungan manual secara global.
Kemudian melakukan perbandingan head friction loss antara perhitungan manual secara global dengan program, dan digambarkan dalam suatu grafik dengan 5 (lima) titik sample perbandingan. Demikian juga hal ini dilakukan pada antara jam normal dengan jam puncak, yaitu dengan melakukan perbandingan yang digambarkan dalam suatu grafik perbandingan dengan lima titik sample.
BAB IV
PERENCANAAN PIPA PADA SISTEM JARINGAN PIPA
4.1. Jumlah Pemakaian Air
Perencanaan dan perancangan sistem plambing dimulai dengan rencana konsep, rencana dasar, rancangan pendahuluan, dan gambar gambar pelaksanaan, dengan memperhatikan koordinasi dan keserasian dengan perancangan dan perancangan elemen lainnya dalam gedung. Dalam merencanakan suatu sistem jaringan pipa yang dipergunakan untuk mendistribusikan air bersih pada suatu bangunan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu kebutuhan air secara keseluruhan yang meliputi kebutuhan perumahan itu sendiri dan fasilitas lainnya. Dalam tahap rancangan konsep, penelitian lapangan sangat penting diantaranya jenis dan pengunaan gedung, denah bangunan, jumlah penghuni.
4.1.1 Kebutuhan air bersih pada perumahan
Pada perumahaan setiap rumah berkisar antara 5-8 jumlah anggota keluarga. Dalam perencanaan ini diasumsikan setiap rumah berjumlah 6 orang yang terdiri dari 1 ayah, 1 ibu, 3 anak dan 1 pembantu. Dari hasil survey diperoleh jumlah rumah yang terdapat pada perumahan Setia Budi residence sebanyak 172 rumah tangga sehingga jumlah penduduk yang terdapat pada komplek ini adalah 172 x 6 orang = 1032 orang. Dari hasil survey perumahan Setia Budi residence dikategorikan perumahan mewah, maka dari tabel 4.1 pemakaian air rata-rata per hari setiap penghuni sebesar 250 l/h.org (untuk keperluan rumah tangga).
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 = 1032 org x 250 l/h.org
Tabel 4.1 Pemakaian air rata-rata pada rumah tangga dan perkumpulan sosial.
Sumber: Sofyan M. Noerbambang. Perancangan dan Pemeliharaan Sistem
Plumbing. PT Pradnya Paramitha. Jakarta. 2000. hal. 48.
4.1.2 Kebutuhan air bersih untuk perkumpulan sosial.
Pada komplek ini terdapat 1 gedung perkumpulan sosial. Ditaksir jumlah setiap tamu dan kebutuhan air untuk gedung perkumpulan sosial tersebut, yaitu :
Jumlah tamu = 100 org
Kebutuhan air rata-rata per hari = 30 l/h.org Kebutuhan air rata-rata per hari = 100 l/h.org
Kebutuhan air total per hari = 100 x 30
= 3000 l/h.
Dengan demikian data diatas maka jumlah kebutuhan air total untuk perkumpulan sosial yang ada di komplek ini sebesar 3000 l/h.
No Jenis gedung Pemakaian air rata-rata sehari (liter)
Jangka waktu pemakaian air rata-rata sehari (liter)
Perbanding an 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 Perkumpulan
social
(Club house)
4.1.3 Kebutuhan air bersih untuk kolam renang.
Pada komplek perumahan ini terdapat 1 fasilitas kolam renang. Menurut Larry W. Mays. Water Distribution System Handbook, pemakaian air pada kolam renang (swimming pool) setiap orangnya antara 40-60 liter/hari. Ditaksir jumlah setiap tamu dan kebutuhan air untuk fasilitas kolam renang tersebut, yaitu :
Jumlah pengunjung = 100 org
Pemakaian air rata-rata per hari = 50 l/h.org
Kebutuhan air per hari = 100 org x 50 l/h.org
= 5000 l/h.
4.1.4 Kebutuhan air bersih untuk taman
Pada komplek perumahan ini terdapat 1 taman. Ditaksir kebutuhan air pada taman.
Kebutuhan air rata-rata per hari = 100 l/h
Sehingga total keperluan air bersih pada perumahan Setia Budi residence adalah : Qtotal = 258.000 l/h + 3000 l/h + 5000 l/h + 100 l/h
= 266.100 l/h
4.2. Kapasitas Aliran Fluida Keluar Jaringan Pipa
Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa setelah dilebihkan 10% adalah: = Besar kapasitas aliran keluar dari jaringan pipa + (10% x Besar kapasitas
aliran keluar dari jaringan pipa)
Dalam perencanaan ini diambil faktor koreksi sebesar 10% sehingga kapasitas total air bersih yang masuk ke perumahan Setia budi residence, sebesar :
= (266.100 l/h) + (10% x 266.100 l/h) = 266.100 l/h + 26610 l/h
= 292710 liter/hari
TAMAN R O W 6 .3 5
SITE PLAN TAHAP II
ROW 7 R OW 7 R OW 7 R OW 7
SITE PLAN
FOR: CONSTRUCTION172 RUMAH
NO JLH NAMA BAGIAN BAHAN NORMALISASI KETERANGAN
Skala : 1 : 1000
Satuan : mm
Tanggal : 06 - 04 - 2011
Digambar : ALBERT EDWIN
NIM : 08 0401 128
Diperiksa : Ir. MULFI HAZWI M.Sc
Peringatan :
Lab. Gambar
Mesin F.T. USU SITE PLAN SETIABUDI RESIDENCE Tugas Sarjana A
[image:43.595.127.508.90.749.2]4.3 Pemilihan Jenis Pipa
Pemakaian pipa pada instalasi plumbing ada dua macam, yaitu pipa yang terbuat dari logam dan pipa yang terbuat dari PVC. Bahan PVC untuk pipa plumbing merupakan terobosan inovatif yang hebat dan sangat efisien dari segi biaya. Satu-satunya kelemahan pipa PVC ialah tidak tahan panas. Meski demikian, pipa PVC merupakan alternatif yang paling banyak dipakai masyarakat luas saat ini. Soal harga tergantung pada ketebalan pipa yang jadi pilihan. Pipa PVC dengan ketebalan memadai cukup menjamin pendistribusian yang baik.
Adapun keunggulan yang dimiliki pipa PVC dibandingkan pipa jenis lain ialah
1. Kelenturan yang tinggi (kekuatan tarik ≥ 22 MPa dan kelenturan ≥ 400%). • Memiliki kemampuan untuk menahan “beban kejut” (impact strenght)
yang tinggi.
• Tahan terhadap temperatur yang rendah.
2. Ringan (mengapung di air), dengan massa jenis (density) ≥ 0,94 kg/m3 sehingga mudah untuk handling dan transportasi.
• Mudah dan cepat pada penyambungan dan pemasangan. • Tahan karat
3. Permukaannya halus sehingga pengaruh kehilangan tekanannya sangat kecil • Tidak mengandung zat-zat beracun sehingga direkomendasikan sangat
aman untuk sistem distribusi air minum (environmental technology) • Usia pipa (life time) dapat mencapai 50 tahun.
4.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida
Pada prinsipnya aliran tidak akan terjadi apabila saluran air keluar ditutup (shutt off head), dimana aliran bergantung pada pemakaian. Menurut
survey yang dilakukan, rata rata pemakaian air dilakukan pada pukul 04.30-22.30
yaitu selama 18 jam. Sementara layanan penyediaan air bersih dari PDAM berlangsung selama 24 jam. Maka laju kapasitas aliran rata rata per jam ialah :
Q =
jam l
18 292710
= 16261,66667 l/jam
Setelah menentukan kapasitas aliran rata rata per jam diketahui head friction. Untuk pipa no. 1, diperoleh :
Q = 0,0045171 m3/s = 16261,66 liter/jam L = panjang pipa
= 25,89 m (dari data site plan hasil survey) d = diameter pipa
= 97,18 mm (4 inchi, PVC ANSI schedule 80) Dengan rumus Hazen Williams:
C = Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams = 140 (untuk pipa Asphalted Cast Iron)
L d C
Q hf 1,85 4,85
85 , 1 666 , 10 = m x x s m x
hf 25,89
) 09718 , 0 ( ) 140 ( ) / 0,0045171 ( 666 , 10 85 , 4 85 , 1 85 , 1 3 = m x x x 89 , 25 ) 4941 0000122955 , 0 ( 784721 , 9339 ) 5646 0000458659 , 0 ( 666 , 10 = m x 25,89 114837784 , 0 916 0004892062 , 0 =
= 0,00426002523x 25,89m
= 0,110292053 m.hd
4.4.1 Analisa Kapasitas Aliran dengan Perhitungan Manual
I
57
9
10 8
6
4
3 2 1
[image:46.595.196.434.107.521.2]Gambar 4.2 Loop I
Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Loop I Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss
Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
8 25,04 0,024308 488,32 0,00539168709 0,135007844
9 8,73 0,024308 183,32 0,00088015579 0,007683760
10 25,9 0,024308 305 0,00225723115 0,058462286
II
12
13 11
[image:47.595.234.394.214.485.2]5
Gambar 4.3 Loop II
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Loop II Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss
Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
III
1815
16
17 14
19
[image:48.595.191.431.144.391.2]12
Gambar 4.4 Loop III
Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Loop III Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss
Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
[image:48.595.142.487.480.641.2]IV
25
21 22
24
23
20
[image:49.595.166.441.132.433.2]Gambar 4.5 Loop IV
Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Loop IV Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss
Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
P1
P6
P16
P20
[image:50.595.130.474.104.325.2]Manual
Grafik 4.1. Perhitungan head loss manual
Dari grafik menunjukkan penurunan head aliran air pada masing masing pipa distribusi. Dimana head aliran pada masing masing pipa distribusi diadopsi berdasarkan kapasitas aliran, panjang pipa dan diameter pipa.
Pada prinsipnya, head pada aliran mengalami penurunan berdasarkan jarak dari aliran masuk pada pipa distribusi.
Pipa distribusi 16 dan 20, menunjukan peningkatan head dimana hal ini disesuaikan berdasarkan kapasitas aliran yang melintasi pipa tersebut. Pipa distribusi 16 mendapat suplai air dari pipa distribusi 17, sedangkan pada distribusi 20 mendapat suplai dari pipa distribusi 15 dan pipa distribusi 16.
P1 P6 P12 P16 P20
4.4.2 Analisa Kapasitas Aliran Fluida dengan menggunakan Program
Analisa kapasitas dengan menggunakan program untuk mengetahui kecepatan fluida, head loss dan laju aliran massa. Dilakukan dengan kapasitas yang sama seperti pada perhitungan manual, yaitu :
Q =
jam liter
18 292710
= 16261,66667 liter/jam
Dengan menggunakan program, penganalisaan dilakukan pada tiap tiap masing pipa.
Untuk pipa Id 1, Q = 0,0045171 m3/s
= 16261,66 liter/jam L = panjang pipa
= 3,8 m (dari data site plan hasil survey) d = diameter pipa
= 97,18 mm (4 inchi, PVC ANSI schedule 80) ρ = Massa jenis pada tempratur 20 C (0,998 0 3
m kg
)
sehingga diperoleh :
V =
2 . 4 D Q π = = 2 3 09718 , 0 . 4 0045171 , 0 π s m 0,609307128 m/s .
m = Q.ρ
= 3600 998 , 0 . 66 , 16261
= 4,508093522 Kg/s
Dengan rumus Hazen Williams,
L d C
Q hf 1,85 4,85
85 , 1 666 , 10 = m x x s m x
hf 3,8
) 09718 , 0 ( ) 140 ( ) / 0,0045171 ( 666 , 10 85 , 4 85 , 1 85 , 1 3 = m x x x 8 , 3 ) 4941 0000122955 , 0 ( 784721 , 9339 ) 5646 0000458659 , 0 ( 666 , 10 = m x3,8 114837784 , 0 916 0004892062 , 0 =
= 0,00426002523x 3,8m
= 0,016 m.head
91,67 l/hour 91,67 l/hour 91,67 l/hour 1 16261,66 l/hour 22
7 10 11 14
7
2
1
Gambar 4.6 Aliran fluida dari pipa distribusi 1
Adapun head loss friction dari pipa distribusi 1, merupakan penjumlahan dari tiap masing masing pipe Id, sesuai rumus 2.17.
[image:52.595.144.486.74.526.2]Σhl = hl1 + hl2 + hl3
Tabel 4.6. Head friction loss pada pipa distribusi 1
Pipe Id P1 P14 P11 P10 Total
Program 0.015 0.028 0.029 0.029 0.101
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12
P1
P6
P12
P16
P20
[image:67.595.131.473.101.324.2]Program
Grafik 4.2. Perhitungan head loss menggunakan program pada jam normal
P1 P6 P12 P16 P20
4.5 Perencanaan dalam menanggulangi titik beban puncak (peak hour)
Berdasarkan survey yang dilakukan, didapati keterangan bahwasanya jam beban puncak (peak hour) biasanya terjadi pada pagi hari antara pukul 06.00 s/d
11.00 dan pada sore hingga malam hari yaitu pukul 17.00 s/d 20.00, sedangkan
pada jam beban puncak berlangsung antara 1-2 jam. Sehingga diketahui jam beban puncak terjadi selama 4 jam/hari. Adapun pemakaian air meliputi kebutuhan untuk mencuci pakaian, mencuci mobil, mandi, masak, mencuci piring dan lain lain.
Pada jam beban puncak pemakaian air bersih lebih meningkat dari pada jam normal, dengan asumsi supply air bersih konstan dari PDAM, yaitu 16261,66 liter/jam. Dan perencanaan dalam menanggulangi pada beban puncak pemakaian air bersih 1,5 lebih besar dari kapasitas normal (1,5 x 16261,66 liter/jam), yaitu 24392,49 liter/jam.
Dengan Supply air bersih dari PDAM yaitu 16261,66 liter/jam, dan perencanaan kapasitas pada beban puncak 24392,49 liter/jam. Sehingga dalam menanggulangi beban puncak, direncanakan air bersih dialirkan dari reservoir (tangki bawah penyimpanan air) dengan menggunakan pompa dengan kapasitas 8130,83 liter/jam.
TAMAN R O W 6. 35
SITE PLAN TAHAP II LT 292 M2
ROW 7 R O W 7 R O W 7 R O W 7
SITE PLAN
FOR: CONSTRUCTION172 RUMAH
NO JLH NAMA BAGIAN BAHAN NORMALISASI KETERANGAN
Skala : 1 : 1000
Satuan : mm
Tanggal : 06 - 04 - 2011
Digambar : ALBERT EDWIN
NIM : 08 0401 128
Diperiksa : Ir. MULFI HAZWI M.Sc
Peringatan :
Lab. Gambar
Mesin F.T. USU SITE PLAN SETIABUDI RESIDENCE Tugas Sarjana A
[image:69.595.124.512.89.757.2]4.5.1 Analisa Kapasitas Aliran Fluida Pada Jam Beban Puncak dengan
Perhitungan Manual
I
5
7
9
10 8
6
4
3 2
[image:70.595.202.424.126.490.2]1
Gambar 4.8 Loop I
Tabel 4.7. Hasil Perhitungan Loop I Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
1 25,89 0,09718 16261,66 0,00426002523 0,110292053 2 34,82 0,09718 7571,34 0,00110356827 0,036062472 3 15 0,024308 275 0,00186374639 0,027956195 4 123,08 0,09718 6746,34 0,00083662986 0,102972404 5 34,8 0,049251 344,30 0,00009196563 0,003200404 6 62,925 0,09718 6032,32 0,00068022601 0,042803221
7 60,48 0,09718 8277,82 0,00122152317 0,073877721
8 25,04 0,024308 733 0,011430459 0,286218703
[image:70.595.139.490.540.759.2]10 25,9 0,024308 458 0,00478875333 0,124028711
II
12
13 11
[image:71.595.219.394.138.465.2]5
[image:71.595.140.487.511.622.2]Gambar 4.9 Loop II
Tabel 4.8. Hasil Perhitungan Loop II Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss
Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
III
18
15
16
17 14
19
[image:72.595.174.448.82.362.2]12
Gambar 4.10 Loop III
Tabel 4.9. Hasil Perhitungan Loop III Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss
Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
[image:72.595.142.487.444.606.2]IV
25
21 22
24
23
[image:73.595.143.466.84.398.2]20
Gambar 4.11 Loop III
Tabel 4.10. Hasil Perhitungan Loop III Iterasi I
Pipa no.
Panjang (L)
Diameter (d)
Laju aliran
(Qo) Unit head loss
Head Loss (hl) (m) (m) (liter/jam) (h1) (m)
Ditentukan Diketahui Diketahui Ditaksir Rumus Empiris h1 x L
[image:73.595.142.487.457.618.2]0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12
P1
P6
P12
P16
P20
[image:74.595.132.473.101.323.2]Manual
Grafik 4.3. Perhitungan head loss dengan perhitungan manual pada jam beban puncak
Pada grafik 4.3 menunjukan peningkatan head pada pipa distribusi 20. Hal ini dikarenakan aliran air disuplai (pada jam beban puncak) melalui pipa distribusi 24. Sedangkan pada pipa distribusi 20, mendapat aliran dari pipa distribusi 23. Sehingga menyebabkan peningkatan head pada pipa distribusi 20.
P1 P6 P12 P16 P20
4.5.2 Analisa Kapasitas Aliran Fluida Pada Jam Beban Puncak dengan
Menggunakan Program
Dalam bab 4.5 sebelumnya telah direncanakan kapasitas pada beban
puncak. Dimana dengan asumsi kapasitas aliran air yang disuplai oleh PDAM yaitu, 16261,66 liter/jam. Dan kebutuhan air bersih pada jam beban puncak meningkat yaitu 24392,49 liter/jam, sehingga membutuhkan kapasitas tambahan sebesar 8130,83 liter/jam.
Untuk menanggulangi kondisi pada beban puncak, sehingga dalam perencanaan kapasitas aliran dialirkan dengan menggunakan pompa. Dengan lokasi penempatan tangki bawah dan pompa disamakan pada bab 4.5. Yaitu kapasitas tambahan disuplai melalui pipa distribusi 24 sebesar 8130,83 liter/jam, adapun pendistribusian aliran dapat dilihat pada gambar 4.7.
Kemudian dilakukan perencanaan sistem dengan menggunakan program, dan seluruh hasil dengan menggunakan program pada beban puncak dapat dilihat pada results data (data hasil) pada halaman 59.
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12
P1
P6
P12
P16
P20
Program
Grafik 4.4. Perhitungan head loss dengan program pada jam beban puncak
P1 P6 P12 P16 P20
[image:90.595.137.468.113.328.2]4.6 Perbandingan Head friction loss pada Jam Normal dan Jam Beban
Puncak
Adapun perbandingan hasil perhitungan head loss pada jam normal dan jam beban normal dapat dilihat pada grafik 4.5, dengan lima titik sample head friction pada pipa 1, pipa 6, pipa 12, pipa 16 dan pipa 20 dengan satuan meter head (m.hd). 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12
P1
P6
P12
P16
P20
Manual (normal) Program (normal)
[image:91.595.141.463.238.440.2]Manual (puncak) Program (puncak)
Grafik 4.5 Perbandingan head friction pada kondisi jam normal dan beban puncak, dengan perhitungan manual dan program.
Dimana dengan menggunakan program, head loss didapati dengan akumulasi beberapa Pipe Id yang terdapat pada pipa distribusi. Dari grafik dapat dilihat perbedaan yang tidak terlalu signifikan. Pada pipa distribusi 20 terdapat peningkatan head loss, karena pada pipa tersebut merupakan pertemuan aliran antara pipa 15 dan pipa 16. Sedangkan pada beban puncak, pipa distribusi 20 mendapat aliran dari pipa distribusi 23.
Jam normal P1 P6 P12 P16 P20
Manual (m.hd) 0.110 0.054 0,003 0.016 0.023
Program (m.hd) 0.101 0.044 0,004 0.018 0.023
Persentase perbedaan (%) 8,1 % 18,5 % -33 % 12 % 0 %
Jam beban puncak
Manual (m.hd) 0,110 0,042 0,002 0,013 0,032
Program (m.hd) 0,1 0,03 0,003 0,015 0,03
BAB V
TANGKI DAN PEMILIHAN POMPA
5.1 Tanki Bawah
Tangki distribusi merupakan elemen yang sangat penting dalam sebuah sistem penyaluran air untuk masyarakat. Ada beberapa fungsi tangki dalam sebuah sistem penyaluran air, antara lain :
- Sebagai water storage transit (tempat penyimpanan air sementara).
- Fire storage , tempat penampungan air cadangan untuk keperluan
pemadaman kebakaran.
Menurut Noerbambang (2005), volume tangki air bersih dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
V
R=
Q
d−
Q
s.
T
+
V
F (5.1) Dimana: VR = Volume tangki/reservoir (m3)VF = Cadangan air untuk pemadam kebakaran (m3), berdasarkan survey
(1/5 – 1/10 x Qd)
Qd = Jumlah kebutuhan air per hari (m3/hari)
Qs = Kapasitas pipa distribusi (m3/jam)
T = Rata-rata pemakaian per hari (jam/hari)
Dari perhitungan Bab IV diperoleh jumlah kebutuhan air per hari sebesar 292,70 m3/hari. Dan kapasitas pengaliran pipa dinas (Qs) ke tangki bawah sebesar
2/3 dari 16,26166 m3/jam, dan pemakaian air (T) per hari rata-rata 18 jam, dari rumus diatas diperoleh volume tangki/reservoir:
VR = 292,70 – (2/3 x 16,26166 x 18) + (1/10 x 292,70)
= 292,70 – 195,13 + 29,270 = 126,84 m3
5.2 Tanki Atas
Tangki atas dimaksudkan untuk menampung kebutuhan puncak. - Menambah tekanan (pressure) dan menambah aliran air (flow).
- Water balance system (penyeimbang kebutuhan) untuk beban-beban
pemakaian peak-hour dan minimum demand.
Dalam keadaan tertentu dapat terjadi bahwa kebutuhan puncak dimulai pada saat air terendah dalam tangki atas, dan biasanya disediakan kapasitas cukup untuk jangka waktu 30 menit. Sehingga perlu diperhitungkan jumlah air yang dapat dimasukkan dalam waktu 10 sampai 15 menit oleh pompa angkat (yang memompakan air dari tangki bawah ke tangki atas). Menurut Noerbambang (2005), kapasitas efektif volume tangki atas dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
pu pu p p
E
Q
Q
T
Q
xT
V
=
(
−
max).
−
(5.2)Dimana: VE = kapasitas efektif tangki atas (liter)
Qp = Kebutuhan puncak (liter/menit)
Qmax = Kebutuhan jam puncak (liter/menit)
Qpu = Kapasitas pompa pengisi (liter/menit)
Tp = Jangka waktu kebutuhan puncak (menit)
Tpu = Jangka waktu kerja pompa pengisi (menit)
Pada Bab IV diperoleh jumlah kebutuhan air pada jam puncak (1,5 x 16261,66 liter/jam) sebesar 406,5415 liter/menit. Kapasitas aliran pada jam beban puncak (16261,66 liter/jam) yaitu 271,027666 liter/menit. Jangka waktu kebutuhan puncak 30 menit, dan kapasitas pompa pengisi 271,027666 liter/menit. Jangka waktu kerja pompa pengisi 15 menit. Dari rumus diatas diperoleh volume tangki atas :
VE = (406,5414 - 271,027666) x 30 + (271,027667 x 15)
5.3 Tinggi Tanki Atas
[image:94.595.179.447.187.359.2]Pada perumahan setia budi residence termasuk golongan kelas menengah ke atas, dimana rata rata rumah dengan 2 lantai. Dan biasanya dilengkapi dengan alat kelengkapan plambing yang diharuskan pada tekanan minimum, sedang besarnya tekanan minimum bergantung pada pabrik pembuatnya.
Gambar 5.1. Penyediaan air panas ke pancuran mandi dengan pemanas air gas. Sumber : Noerbambang dan Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem
Plambing, 1993, hal. 36.
Tinggi pancuran mandi dari tanah 4,8 m
Tekanan minimum pada pancuran 3,5 m
Kerugian tekanan pada pancuran dari atap
sampai pancuran (diperkirakan) 1,5 m
Tekanan minimum bagi pemanas air gas 7,0 m
Jadi, tinggi muka air terendah dalam tangki atas, diukur dari tanah adalah : 4,8 + 3,5 + 1,5 + 7,0 = 16,8 m
5.4 Instalasi Pompa dan Perpipaan
Dalam kondisi beban puncak pompa digunakan untuk memompakan air bersih dari reservoir Booster Pump Setia budi residence ke komplek Setia budi residence, yaitu sebesar 8130,83 liter/jam (= 0,00225856 m3/s).
[image:95.595.151.479.255.392.2]Pompa direncanakan akan beroperasi pada kapasitas konstan (fluktuasi kapasitas dapat diabaikan). Instalasi pompa secara sederhana diperlihatkan pada gambar 5.2.
dari Pipa distribusi
Komplek Setia Budi Residence
1
Bidang Referensi Permukaan Air Laut
Gambar 5.2. Instalasi Pipa
Setelah kapasitas ditentukan, maka jumlah pompa direncanakan dengan 2 pompa utama dan 1 cadangan, maka selanjutnya dapat digambarkan instalasi perpipaan pada pusat pemompaan tersebut. Jumlah pompa yang digunakan dalam instalasi adalah 3 unit pompa yang dihubungkan secara paralel. Gambar 5.3 menunjukkan sistem perpipaan pada pusat pemompaan (pumping station).
1 2
4
3
5
Keterangan gambar:
1. Reservoir Setia Budi residence 2. Butterfly valve∅ 32 mm 3. Pompa dan Motor Penggerak 4. Check valve ∅32 mm
[image:95.595.98.445.592.767.2]5.5 Penentuan Ukuran Pipa
Pipa yang menyalurkan air harus mempunyai ukuran yang cukup agar dapat mengalirkan air sesuai dengan kebutuhan jam puncak. Aliran maksimum dipertimbangkan untuk menentukan ukuran diameter pipa, antara lain batas kerugian gesek yang akan digunakan dan batas kecepatan tertinggi yang disarankan.
5.5.1 Diameter pipa hisap (Suction pipe)
Menurut Noerbambang (2005), diameter pipa hisap biasanya ditentukan sedemikian sehingga kecepatan aliran air antara 2 sampai 3 m/s. Dalam perancangan ini diambil kecepatan V = 2 m/s, sehingga diameternya :
Qp = Vs . As
Ds =
Vs Qp
. . 4
π = 2
0,00225856 4
x x
π = 0,03792 m
Dari hasil perhitungan di atas, dipilih pipa berdiameter 11/4 in schedule 80. Pipa yang digunakan terbuat dari PVC. Dari lampiran data komersil pipa, diperoleh diameter dalam pipa sebesar 32,461 mm. Dengan demikian kecepatan aliran air sebenarnya pada pipa hisap adalah :
V = 2
. . 4 Ds Qp π
= 2 2
3 ) 032461 , 0 ( / 0,00225856 4 m x s m x π
V = 2,7304 m/s
Menurut Sularso (2000), kecepatan aliran dalam pipa tidak boleh melebihi dari 6 m/s karena akan mengakibatkan terjadinya penggerusan pipa, sehingga kecepatan aliran di atas masih dalam batas mengizinkan.
5.5.2 Diameter pipa tekan (Discharge pipe)
Pada perancangan ini dipilih diameter dan jenis pipa yang sama untuk pipa hisap dan pipa tekan sehingga kapasitas air masuk dan keluar pompa sama besar dan pompa bekerja konstan.
sebenarnya pada pipa tekan adalah sama dengan kecepatan aliran air pada pipa hisap, yakni V = 2,7304m/s.
5.6 Head Pompa
“The head of pumps is the maximum height that the fluid can be lifted to
with respect to the surface of the suction tank, pumps are most often interms of
head and flow” menurut Chaurette, J. centrifugal pump systems tutorial, 2005,
hal.24. Head pompa kemampuan untuk memindahkan fluida tersebut dari tempat yang memiliki head rendah ke temp
